ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 4, с. 342-347
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 624.131.544:551.311.2:627.141.1
ВЛИЯНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ОСАДКОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ, ЛАВИННЫХ И СЕЛЕВЫХ ПРОЦЕССОВ В НИЗКОГОРЬЕ
© 2007 г. Н. А. Казаков, Ю. В. Генсиоровский
Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН Поступила в редакцию 27.10.2005 г.
При расчете характеристик гидрологических, лавинных и селевых процессов в низкогорье суммы осадков и высоту снежного покрова необходимо рассчитывать с учетом их вертикальных градиентов. На о-ве Сахалин вертикальный градиент осадков за явление в среднем составляет 40-90 мм на 100 м превышения, достигая в случае прохождения тайфунов 500-600 мм на 100 м превышения.
ВВЕДЕНИЕ
Исследования лавинных, селевых и гидрологических процессов на малых реках в низкогорье Южного Сахалина, проведенные нами в 19982005 гг., выявили проблемы, возникающие из-за того, что при расчете характеристик лавинных, селевых и гидрологических процессов и оценке воздействия на объекты и сооружения не учитывают особенности распределения осадков на горной территории.
Согласно нормативным документам в строительстве [5-12], при расчете характеристик паводков и половодий принимают данные ближайшей гидрометеорологической станции (ГМС), имеющей достаточный ряд наблюдений. Значения наблюденных осадков и рассчитанные значения их суточных максимумов 1, 5, 10%% обеспе-ченностей, приведенные в справочнике "Ресурсы поверхностных вод СССР", используют при расчетах характеристик гидрологических, лавинных и селевых процессов как обоснованные.
При этом не учитывается характер гидрометеорологических процессов на резко расчленен-
ной горной территории, расположенной на границе материк-океан, где режим осадков и динамика потоков в значительной мере определяется орографическими факторами.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Несмотря на то, что рельеф Южного и Среднего Сахалина - низкогорье и абсолютные отметки водоразделов составляют 300- 600 м, глубина расчленения рельефа достигает 500-700 м, что позволяет относить его к классу альпинотипного рельефа.
Даже самые крупные горные реки территории имеют малую длину, большие уклоны русел и значительные средние высоты водосборов. В табл. 1 приведены характеристики бассейнов крупных рек Южного и Среднего Сахалина. Большинство же речных бассейнов территории имеет следующие характеристики: площадь бассейна - 1-15 км2, длина водотока - 3-10 км; средневзвешенный уклон - 60-80%о; максимальный уклон - до 100%о.
В силу указанных физико-географических особенностей территории Сахалина, разница
Таблица 1. Характеристики речных бассейнов, Южный и Средний Сахалин
Наименование реки Площадь водосбора, км2 Длина реки до гидрометрических створов, км Средневзвешенный уклон, %о Средневзвешенный уклон водосбора, %0 Средняя высота водосбора, м
Орловка 490 63 6.3 290 410
Буюклинка 171 45 13.0 340 540
Нижняя Матросовка 101 21 22.0 500 620
Леонидовка 451 53 14.0 450 590
Гастелловка 159 24 9.9 310 280
Нитуй 523 80 5.3 320 390
Макарова 580 95 5.2 320 420
Лазовая 303 41 7.2 230 260
Таблица 2. Абсолютная высота гидрометеорологических станций на Южном и Среднем Сахалине
Гидрометеорологическая станция Абс. высота, м
Ноглики 29
Адо-Тымово 65
Тымовское 94
Онор 180
Первомайское 190
Поронайск 7
Макаров 38
Взморье 20
Стародубское 12
Долинск 42
между суммами осадков и высотой снежного покрова в днищах долин и приводораздельной части водосборов весьма велика.
На о-ве Сахалин все гидрометеорологические станции (ГМС), по данным которых проводятся расчеты характеристик гидрологических, лавинных и селевых процессов, расположены в долинах или на морском побережье в интервале абсолютных отметок от 20 до 190 м (табл. 2). Абсолютные отметки водоразделов составляют 300-500 м.
Например, при прохождении тайфунов "Оджин" и "Филлис" 2-7 августа 1981 г. сумма осадков на ГМС "Южно-Сахалинск" (абс. высота 22 м) составила 220 мм. За тот же период в Сусунайском хребте, по данным суммарных осадкомеров в интервале абс. отметок от 400 до 600 м, суммы осадков составили более 1000 мм при максимуме более 1200 мм (бассейн р. Колка, абс. отметка 420 м, табл. 3).
Такая же картина характерна для распределения твердых осадков, на основе характеристик которых рассчитывается уровень весеннего половодья. Например, среднемноголетняя сумма твердых осадков за зимний сезон на ГМС "Ты-мовское" (абс. высота 94 м) составляет 172 мм, а на Чамгинском перевале Восточно-Сахалинских гор (абс. высота 800 м) - 777 мм.
Сумма осадков, выпавших во время снегопада 2-10.01.1991 г., составила на ГМС "Тымовское" 73.4 мм, а на Чамгинском перевале - 329.0 мм. При этом суточный максимум осадков (3.01.1991 г.) был равен на ГМС "Тымовское" - 23 мм, а на Чамгинском перевале - 127 мм.
Таким образом, значения осадков различной обеспеченности, рассчитанные по данным ГМС, значительно ниже реальных значений сумм осадков в горах.
Максимальные значения уровней и расходов воды дождевых паводков на реках Южного Сахалина, берущих начало в приводораздельной части Западно-Сахалинских гор и Сусунайского хребта, и уровней и расходов воды в половодье могут в несколько раз превышать расчетные значения.
Соответственно, значения максимальных уровней и расходов дождевых паводков и весеннего половодья, рассчитанные по существующим методикам [5-12], оказываются сильно заниженными по сравнению с наблюдаемыми максимальными.
Например, при расчете гидрологических характеристик рек юго-восточного побережья о-ва Сахалин (Макаровский р-н) принимается 1%-ный суточный максимум жидких осадков, равный 235 мм. Наблюденный суточный максимум осадков по ГМС "Макаров" составляет 230 мм. Рассчитанная по принятым методикам максимальная скорость течения р. Макарова составляет 3.0 м/с, тогда как по полевым оценкам достигает 5.0 м/с.
Таблица 3. Суммы осадков в разных высотных зонах Сусунайского хребта, выпавшие во время прохождения тайфунов "Оджин" и "Филлис" 2-7.08.1981 г. (данные суммарных осадкомеров)
Пункт наблюдения Абс. высота зоны, м Сумма осадков за явление, мм Вертикальный градиент осадков, мм/100 м
ГМС "Южно-Сахалинск", бассейн р. Сусуя 22 220
Сусунайский хребет, пик Чехова, бассейн р. Рогатка:
осадкомер № 27 220 133.4 56.3
осадкомер № 26 320 110.8 29.8
осадкомер № 29 580 341.9 57.3
Сусунайский хребет, Чеховский перевал, бассейн р. Рогатка, 470 149.0 28.3
осадкомер № 20
Сусунайский хребет, бассейн р. Колка:
осадкомер № 18 160 435 156
осадкомер № 17 420 1277 266
Мицульский хребет (перевал), бассейн р. Владимировка, 530 200.2 351
осадкомер № 37
Рис. 1. Южный Сахалин. V-образная долина малой
реки. Фото Ю.В. Генсиоровского.
Такая же картина наблюдается при сравнении рассчитанных и реальных значений уровней и расходов воды половодья.
Мы полагаем, что в низкогорье и среднегорье различия между рассчитанными и реально наблюдаемыми значениями гидрологических характеристик вызваны, в первую очередь, недоучетом сумм осадков, реально выпадающих в водосборе и в несколько раз превышающих значения осадков, выпадающих в днищах долин.
При расчете гидрологических характеристик водотоков и характеристик селевых потоков в низкогорье и среднегорье необходимо учитывать и геоморфологические факторы гидрологических процессов.
Выше отмечалось (см. табл. 1), что большая часть водосборов бассейнов рек Южного Сахалина лежит в интервале абсолютных высот 350-1200 м при глубине расчленения рельефа 250-400 м. Крутизна склонов водосборов в верховьях достигает 35-50°.
Как следствие, при сильных осадках или бурном снеготаянии время добегания паводочной волны (а также, селевой волны) очень мало, вследствие чего на этих реках наблюдается резкий и значительный подъем уровней воды, что никоим образом не учитывается в методиках расчета гидрологических характеристик.
На малых водотоках, имеющих узкие У-образ-ные долины (рис. 1), значительное превышение реальных уровней воды над расчетными вызывается также подпором воды из-за закорчевывания русла и перекрытия его оползнями, сходящими с бортов речных долин, и снежными лавинами, формирующими лавинные дабы в руслах рек.
В результате, размыв бортов долин происходит выше линии расчетного уровня (рис. 2), а при
Рис. 2. Река Кринка Правая. Уровни стояния воды во время прохождения паводков: 1 - 1% обеспеченности, рассчитанный через суточный максимум осадков по ГМС "Макаров"; 2 - 1% обеспеченности, рассчитанный с учетом вертикального градиента осадков; 3 -фактический. Фото Н.А. Казакова.
прорыве завалов резко увеличивается скорость течения воды, насыщение потока грунтовым и древесным материалом (карчами) и его эродирующая способность, что влечет за собой превышение реальных значений донной и боковой эрозии над расчетными.
Особенно сильное влияние на динамику русловых процессов карчеходы оказывают при паводках редкой повторяемости, когда происходит образование завалов и заломов протяженностью более 300 м.
Так, при прохождении тайфуна "Филлис" (17.08.1981 г.) карчеходы послужили одной из причин экстремального подъема уровня воды, повлекшего за собой затопление правой стороны долины р. Поронай, разрушение ряда населенных пунктов и многочисленные жертвы среди населения.
Указанные явления в сочетании с морфологией профиля речных долин служат причиной значительных смещений русел. Так, результаты анализа данных опросов местных жителей и неопубликованных материалов гидрологических исследований, выполнявшихся в начале 1970-х годов, а также полевых исследований, проведенных авторами в 2003-2004 гг., позволяют утверждать, что русло р. Леонидовка в районе п. Леонидово за последние 30 лет сместилось к северо-востоку на 600-700 м от своего положения.
При проектно-изыскательских работах в расчетах, как правило, принимаются заниженные значения расчетных уровней стояния вод, объемов стока, скорости течения воды и, соответственно, дается заниженная оценка характеристик русловых деформаций.
Несоответствие рассчитанных гидрологических характеристик водотоков, снежных лавин и се
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.