0
Современное состояние и динамика приледниковых озер бассейна р. Баксан
А.В. Зимницкий
Кубанский государственный университет, Краснодар
Охарактеризовано современное состояние и проанализирована динамика крупных приледниковых озер района, рассмотрены возможные механизмы их прорыва.
За последние 10 лет в нивально-гляциальном поясе Большого Кавказа многие исследователи отмечают усиление проявлений катастрофических природных процессов [7, 8]. Между тем данные по мор-фометрии и батиметрии прорывоопасных приледни-ковых озер, которые, как известно, служат потенциальными источниками формирования гляциальных паводков и селей, зачастую противоречивы. Для многих водоемов материалы, на основе которых можно дать прогноз прорывоопасности, вообще отсутствуют. По этим причинам в июле-августе 2003 г. в долине р. Баксан сотрудники кафедры геологии и геоморфологии Кубанского государственного университета провели экспедиционные работы, основная цель которых заключалась в оценке современного состояния потенциально опасных приледниковых водоемов и возможности их прорыва.
Исследования охватывали приледниковые озера ледника Башкара, а также озера Донгузорун-Кель и Азау, на которых были выполнены тахеометрические и батиметрические съемки. Камеральная обработка результатов проводилась с использованием геоинформационных систем и технологий, в частности, геоинформационного моделирования, которое включает создание цифровых моделей местности и математическое моделирование, описывающее механизмы прорыва с определением критических значений различных параметров. Математические модели были основаны на работах Ю.Б. Виноградова [3—5], который получил соответствующие уравнения для при-ледниковых озер Заилийского Алатау.
Цифровая модель района исследований построена на основе топокарт масштаба 1:50000 с использованием ГИС-пакета «Панорама» Мар2000 (рис. 1).
Рис. 1. Исследуемые озера в долине р.Баксан (цифровая модель рельефа ): 1 — Азау, 2 — Башкара, 3 — краевые озера
ледника Башкара, 4 — Донгузорун-Кель, 5 — Сылтран-Кель Fig. 1. Lakes under investigation in the Baksan river valley (digital model of relief): 1 — Azau; 2 — Bashkara; 3 — proglacial lakes of Bashkara Glacier ; 4 — Donguzorunkelj; 5 — Syltrankelj
9
161 -
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
Контуры озер и их плотинные части были уточнены по результатам полевых съемок, что учитывалось в цифровых моделях. Материалы съемки озер обработаны в программе SURFER, готовые топографические планы и матрицы высот экспортированы в среду Map2000. Преимущество использования ГИС в исследованиях озер заключается в возможности унификации разнородных данных для их комплексного анализа и составления среднесрочных прогнозов с расчетом критических значений расходов воды и объемов перемещенного материала. На основе трехмерных моделей выполнено профилирование, определены морфометрические характеристики (площадь, объем озер и др.).
Основным критерием выбора той или иной модели механизма прорыва озера служил генезис за-прудной плотины. В зависимости от этого рассчитывали гипотетический сценарий развития прорывного паводка. Сами механизмы прорыва озер зависят от многих факторов и условий, которые можно сгруппировать по нескольким категориям. В определенных, относительно стабильных или мало меняющихся условиях необходимо сочетание факторов, создающих прорывоопасную ситуацию, или достижение каким-либо одним фактором своего критического значения, что приводит к опорожнению водоема. Опорожнение может быть полным или частичным в зависимости от начальных условий, сочетания факторов и характера прохождения прорывной паводковой волны. Согласно [6], можно классифицировать исследуемые приледниковые водоемы как прорыво-опасные, непрорывоопасные и потенциально проры-воопасные.
Приледниковое оз. Башкира — ледниково-запруд-ное озеро. Оценка его прорывоопасности складывается из анализа состояния моренно-ледникового комплекса, подпруживающего озеро, современных тенденций изменения климата в районе и влияния этих факторов на сток с Башкаринского ледника. В соответствии с указанной выше классификацией это озеро можно рассматривать как прорывоопасное. Его площадь по нашим данным возросла от 53 тыс. м2 в 1986 г. до 66 тыс. м2 в 2003 г. Рост площади наряду с увеличением объемов воды в озере объясняется усиленным притоком талых вод с ледника и, очевидно, таянием мертвого льда в котловине. Были проанализированы аэрофотоснимки 1985—1988 гг., материалы фотодокументальной съемки 1985—2003 гг. и космические снимки со спутника Landsat-7 и модуля ASTER спутника Terra за 1999—2002 гг., которые доступны в сети Интернет [9]. В результате сравнения указанных материалов с данными съемки 2003 г. выявлено увеличение мощности моренно-ледникового комплекса, подпруживающего озеро. Это связано с продвижением языка ледника вдоль правобережной морены вследствие разных скоростей перемещения краевой и осевой его частей, что сопровождается интенсивным отсыпанием новой береговой морены, большая часть которой отлагается в озеро.
Максимальная измеренная нами глубина составила 32 м, средняя 8,3 м, объем — более 820 тыс. м3 (рис. 2). Эти цифры согласуются с данными, полученными в 2002—2003 гг. С.С. Черноморцем и др. [1, 8]. Потенциальный прорывной участок расположен между ледником и береговой мореной по правому борту. А.А. Алейников и др. [1] отмечают образование наледникового водоема на оси прорыва, происшедшего в 1960 г. Мы закартировали еще два озера, возникших, очевидно, в одно время с первым; их размеры невелики: 5—10 м в поперечнике, глубина составляет 1—3 м (рис. 3).
Прорыв озера в октябре 1960 г. в этом же месте через проран в моренно-ледниковой перемычке свидетельствует о нестабильности плотины того времени. Основываясь на анализе аэрофотоснимков, можно предположить, что прорыв был, очевидно, вызван протаиванием внутриледниковых каналов стока, которые ослабили моренно-ледниковую перемычку. Котловина озера во время прорыва 1960 г. и к моменту съемки 1965 г. в значительной степени была заполнена льдом. Рост гидростатического напора озерных вод в 1960 г. наряду с интенсивным протаи-ванием внутриледниковых каналов привел к нарушению прочности плотины. Не исключен также вариант всплывания глыб льда. Результатом этого стало повышение уровня озера, смещение части моренно-ледникового комплекса вниз по леднику, образование прорана и спуск части озерных вод вместе с чехлом поверхностной морены. По оценкам И. Б. Сей-новой, объем перемещенного материала составил около 1 млн м3 [7]. В момент обследования при батиметрической съемке косвенных признаков наличия льда в котловине не выявлено, однако существует вероятность наличия мертвого льда на глубине, превышающей возможности батиметрии.
Начало формирования каналов стока внутри моренно-ледниковой запруды оз. Башкара возможно в следующих случаях: 1) таяние внутриледниковых
Рис. 2. План оз. Башкара
Fig. 2. Topographic map of Bashkara lake
- 162 -
e
Рис. 3. Схема Башкаринских озер. А — современное состояние по результатам съемки 2003 г.: 1 — поверхностная морена,
2 — чистый лед, 3 — озера , 4 — гребни и склоны береговых морен, 5 — коренной склон, 6 — реки и ручьи; Б — цифровая модель ледника по данным 1980—1984 гг.
Fig. 3. Sketch of Bashkara lakes. A — the modern state by the results of survey of 2003: 1 — surface moraine; 2 — pure ice;
3 — lakes; 4 — ridges and slopes of border moraine; 5 — bedrock slope; 6 — rivers and brooks; B — digital model of the glacier by data of 1980-1984
туннелей и каналов стока; 2) дренаж, связанный с тектоническими подвижками; 3) деформации льда вследствие различия гидростатического давления между озерными водами и соседней менее плотной ледяной дамбой; 4) развитие трещин, направленных наружу, вследствие комбинации движения льда и гидростатического давления.
Механизм прорыва озер с указанным типом запрудной плотины достаточно сложен и может включать одну или несколько указанных причин. По мнению Ю.Б. Виноградова, опорожнение озера, начиная с момента истечения воды под ледяной плотиной, будет определяться двумя основными факторами — увеличением площади поперечного сечения каналов стока и падением гидростатического напора по мере сработки озерной воды [3]. Расход при прорывном паводке тесно связан с объемом воды в озере:
е = <х№ [/
Wo(h +
h(W0-W) +
m +1
(W0m+1-Wm+1)
5/4
i
m + 1
Wm) = W
'M+1
h + -
m + 1
M + 3,5
aW
Wn
где к — превышение точки входа в туннель над точкой выхода из него, I — длина туннеля, ? — температура воды в озере, Щ — объем воды в озере к моменту прорыва, р0=Ю00 кг/м3 и р=850—910 кг/м3 соответственно плотность воды и льда, §=9,81 м/с2, со=4190 дж/(кг.град) — удельная массовая теплоемкость воды, г =334000 дж/кг — удельная теплота плавления льда, а и т — морфометрические показатели котловины. Коэффициент а оценивается исходя из наилучшего соответствия модели и действительности и тесно связан с длиной туннеля [5]. По профилю вдоль гипотетической линии прорыва установлено, что длина туннеля моренно-ледниковой плотины может составлять 250 м, т.е. коэффициент а равен приблизительно 2,5 (рис. 4). В традиционных формулах, описывающих развитие и поведение гля-циальных селей, как правило, всегда присутствуют три компоненты: выражения, описывающие поведение рыхлообломочной горной породы, воды и характеристик субстрата, среди которых определяющим является уклон поверхности [5].
Фронтальные приледниковые водоемы у языка Башкаринского ледника имеют меньшие размеры и объемы воды, чем рассмотренное выше озеро, но
9
163 -
Материалы гляциологических исследований, вып. 102
А
ледниково-моренная плотина
2560
H, M
2800
2700
2600
2500
ледниково-моренная плотина
оз. Лапа
500 1000 L, м
Рис. 4. Поперечный (A) и продольный (Б) профили через оз. Башкара: 1 — линия профиля, 2 — котловина озера, 3 — проекция ледника за плотиной.На врезке представлена зависимость коэффициента а от длины внутриледниково-го туннеля
Fig. 4. Transverse (A) and longitudinal (B) profiles across Bashkara lake: 1 — profile line; 2 — lake basin; 3
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.