Лёд и Снег • 2013 • № 3 (123)
УДК 551.324+556.532
Влияние сокращения оледенения на сток рек в Средней Азии
© 2013 г. Г.Е. Глазырин
Национальный университет Узбекистана, Ташкент gleb.glazirin@gmx.net
Статья принята к печати 19 мая 2013 г.
Водные ресурсы, ледниковый сток, реки Средней Азии, речной сток, сокращение оледенения. Glacial run-off, river run-off, rivers of Central Asia, shrinkage of glaciers, water resources.
Широко распространено мнение, что современное быстрое сокращение горного оледенения сильно влияет на сток рек. Однако выполненные нами расчёты доли стока, образующегося на среднеазиатских ледниках за счёт таяния сезонного снега и многолетних фирна и льда, показали, что уменьшение площади и объёма ледников мало влияет на годовой сток рек. Основной источник питания рек - атмосферные осадки. Вместе с тем внутригодовое распределение стока связано с сокращением площади оледенения.
Введение
В Средней Азии часть стока рек формируется за счёт ледникового питания. Очевидно, что количество поступающей талой воды непосредственно определяется суммарной площадью ледников в бассейнах, т.е. площадью оледенения. Однако эта площадь в настоящее время быстро сокращается. При рассмотрении влияния ледникового питания на сток рек исследователи высказывают разные мнения: одна их часть полагает, что уменьшение оледенения ведёт к катастрофическим гидрологическим последствиям; другая считает, что водные ресурсы при этом не изменяются, хотя режим рек и, в первую очередь, внутригодовое распределение стока достаточно явно реагируют на сокращение ледников. Наша задача — оценить, как влияет на сток рек быстрое сокращение площади оледенения бассейнов нескольких горных рек Средней Азии.
Что такое ледниковый сток? Прежде всего, необходимо определить, что мы понимаем под ледниковым питанием рек. В своё время учёные активно дискутировали по поводу того, что включать в это понятие [1, 6, 10, 13, 16, 17 и др.]. В результате сложились две основные точки зрения: первая — относить к ледниковому питанию всю воду, образующуюся от таяния на поверхности ледника, в том числе сезонный снег и даже дождь, выпадающий на неё; вторая — включать в ледниковое питание таяние только льда и фирна, образовавшихся в предшествующие годы.
Первая точка зрения хороша с позиций оценки баланса массы ледников. Однако при
этом из общего стока с бассейна исключается снеговая составляющая с части водосбора, занятой ледниками. Если принять эту точку зрения, то, например, талый сток снега, лежащего в лесу, следует называть лесным, а на осыпи — осыпным. Однако это удобно при достаточно грубых расчётах абляции и стока, в частности по летней температуре воздуха [13— 15], и для некоторых других балансовых гляциологических расчётов. Вторая точка зрения, по нашему мнению более правильная, чётко сформулирована А.С. Щетинниковым [18]: «Ледниковое питание формируется за счёт таяния многолетних запасов льда и фирна (под которым понимается снег на ледниках, между выпадением и таянием которого прошло время не менее одного года, иначе говоря, снег, оставшийся после предыдущего гидрологического (балансового) года). Именно в этом заключается основная гидрологическая роль ледников — аккумулировать годичный избыток осадков, перераспределяя его расход в многолетии. Сезонный снег на ледниках, стаивая в тёплое время года, участвует в быстром влагообороте. Нестаявшие в фирновых областях его остатки трансформируются в фирн, а затем — в лёд, которые участвуют в замедленном влагообороте». Именно такой подход используют обычно гидрологи при математическом моделировании стока горных рек [3—5 и др.].
Однако в наших расчётах мы будем использовать упомянутые выше связи интенсивности таяния с летней температурой воздуха, а следовательно, определять совместно и ледниковую (как её определил А.С. Щетинников),
и сезонную снеговую с поверхности ледников составляющие стока, т.е. ледниковый сток, соответствующий первому определению, и называть его «суммарным стоком с ледников».
Методика исследований
Из общего объёма воды, поступающей в речную сеть с ледников при стационарном состоянии оледенения и даже при увеличении его площади, можно выделить ту его часть, которая обусловлена сокращением оледенения. В отдельные годы она может быть и отрицательной, когда объём ледников в результате благоприятных метеоусловий возрастает и часть воды, содержащаяся в сезонном снеге, не поступает в русловую сеть. Тем не менее, мы будем условно также называть её стоком. Рассмотрим отдельно общий сток с ледников и составляющую, связанную с изменением объёма ледников в результате сокращения оледенения.
Ежегодный объём талой воды с ледников Qg1 можно рассчитать по средней летней (июль—август) температуре воздуха на средней высоте границы питания ледников в бассейне Т(2) по эмпирическим формулам [13—15] и площади, покрытой ледниками Для этой цели мы использовали известную формулу Кренке—Ходакова [14], связывающую годовую абляция с величиной Т^:
АЬ = (9,5 + Т)3.
В первом приближении для большинства ледников Средней Азии можно принять, что инфильтрационное льдообразование незначительно и вся талая вода попадает в сток, т.е. коэффициент ледникового стока равен единице [17]. В этом случае средний годовой расход ледникового питания
где стоящий впереди коэффициент обеспечивает размерность среднего годового расхода в м3/с, если размерность абляции даётся в мм/год, а площадь оледенения — в км2.
Средняя летняя температура воздуха на средней высоте границы питания в бассейнах определялась с помощью линейной экстраполяции этой величины на ближайших (по высоте и расстоянию) метеостанциях, как это обычно делается в гидрологических и гляциологических расчётах [3, 4]:
Т2) = + - 2,),
где 2 ^ — высота станции; у — вертикальный градиент температуры, принимался равным -6,5 °С/км.
Высота границы питания для каждого из бассейнов принята неизменной для расчётных периодов, так как материалы инвентаризации оледенения многих речных бассейнов в Средней Азии показывают, что даже при быстром уменьшении площади оледенения эта величина меняется незначительно [18]. Количество воды, поступающей в реку при уменьшении объёма ледников (или, наоборот, изымаемой из стока при увеличении их объёма), рассчитывалось следующим образом. Объём каждого ледника в годы инвентаризации оледенения определялся по формуле Ерасова [11] V = 0,027/1,5 км3, где /— площадь поверхности ледника, км2. Суммарный объём льда в ледниках бассейна на дату каждой инвентаризации рассчитан как сумма объёмов всех ледников. Затем находился суммарный объём воды, содержащейся в виде льда в ледниках. Принималось, что средняя плотность ледникового льда составляет 0,9 г/см3. Возможная ошибка от этого допущения в конечных расчётах едва ли будет велика по сравнению с ошибками, вызванными другими причинами. Для каждого из выбранных бассейнов имелись данные трёх инвентаризаций, поэтому можно было составить простые зависимости суммарного объёма воды в ледниках от площади оледенения. Заметим, что расчёт делался не по обобщённой формуле [21], а по полученным нами индивидуальным формулам для каждого речного бассейна. Пользуясь этими зависимостями, мы могли рассчитать объёмы воды, содержащейся в ледниках в нужные нам годы.
Периоды, для которых выполнялись расчёты, зависели от наличия данных по стоку исследуемых рек и материалов метеонаблюдений на опорных станциях, а также времени инвентаризации оледенения. Поэтому, как будет видно дальше, эти периоды оказались неодинаковыми для разных бассейнов. Очевидно, что расчётный период должен находиться между первым и последним периодами инвентаризаций. Для пяти бассейнов из шести выбранных (см. далее) определены средние за расчётные периоды доли в речном стоке общего стока с ледников и его части,
Таблица 1. Характеристика рек, для которых выполнен расчёт
Река Пост Площадь речного бассейна, взятая из гидрологических ежегодников, Рь, км2 Суммарная площадь ледников в бассейне в начале расчётного периода км2 Степень оледенения бассейна в начале расчётного периода ^ /¥ь, % Метеостанция и её высота км Расчётный период, годы
Ойгаинг Устье р. Коксу 466 33,8 7,3 Пскем — 1,26 1964—2000
Пскем Муллала 2440 114,4 4,9 1965—2001
Сох Сарыканда 2480 246,3 9,9 Санзар - 1,31 1957—2001
Зеравшан Худгиф 1100 311,3 28,3 Дехавз 2,56 1962—2000
Дупули 10200 663,2 6,5 1957—1997
Язгулем Мотравн 1940 330,4 17,0 Ледник Федченко — 4,17 1954—1980
связанные с изменением площади и объёма оледенения (которая, напомним, может быть и отрицательной). Для одного же — р. Сох — расчёт сделан и для каждого года. При этом использована методика расчёта ежегодных изменений площади оледенения [9, 20]. В результате было установлено, как меняются ледниковые составляющие от года к году.
Исходные данные
Для решения нашей задачи необходимо было подобрать такие речные бассейны со значительным оледенением, для которых, во-первых, имеются многолетние ряды гидрологических наблюдений, во-вторых, достаточно близко и в плане, и по высоте есть метеостанции с длительными периодами наблюдений, в-третьих, существуют сведения об изменении оледенения за достаточно продолжительный период и было несколько, как минимум три, инвентаризаций ледников. Кроме того, желательно, чтобы выбранные речные бассейны находились в разных районах Средней Азии, на разной высоте и имели разную степень оледенения. Эта задача оказалась достаточно сложной.
Единственная официальная полная инвентаризация ледников Средней Азии была выполнена при создании Каталога ледников СССР на основе материалов аэрофотосъёмок середины ХХ в. Для некоторых районов позже выполнена повторная инвентаризация с использованием данные аэрофото- и кос-мосъёмок более поздних лет. Важные помехи — резкое уменьшение объёма и ухудшение качества гидрологической и метеорологической информации после распада СССР [19]. Многие горные станции и посты, данные которых исключительно важны для оценки режима
оледенения, закрылись, а материалы действующих часто вызывали сомнения. На некоторых станциях (Ледник Федченко, Тянь-Шань и др.) стандартные наблюден
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.