Лёд и Снег • 2014 • № 3 (127)
Подземные льды и наледи
УДК 551.328:551.324
Наледность криолитозоны и прирост русловой сети
© 2014 г. В.Р. Алексеев
Институт мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН, Якутск Институт географии имени В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск Snow@irk.ru
Aufeises of the Siberian permafrost zone and increase of the river channel nets
V.R. Alekseev
Institute of Permafrost, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk Institute of Geography, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Irkutsk
Статья принята к печати 26 марта 2014 г.
Криогенные явления, наледи, наледный руслогенез, русловая сеть, криолитозона.
Aufeises, aufeis channel genesis, river channel network, ayogenicphenomena, permafrost zone.
Суммарная площадь наледей подземных вод в криолитозоне Восточной Сибири и Дальнего Востока (F = 7,6 млн км2) составляет около 50 тыс. км2 (0,66% территории), а общее их число превышает 60 тысяч. Наибольшее количество ледяных полей формируется в долинах рек 2-5 порядков. Здесь чётко проявляется руслообразующий эффект наледных процессов, который выражается в возникновении новых каналов стока по отношению к участкам реки выше и ниже наледной поляны. Этот показатель хорошо коррелирует с наледностью речных бассейнов, мор-фоструктурными и мерзлотно-гидрогеологическими условиями. Наледная многорукавность малых и средних рек прослеживается на протяжении десятков километров без перерыва, при этом отмечается её активная изменчивость во времени и пространстве. Прирост русловой сети рп, приходящийся на одну наледь, увеличивается от 3,5 км в горах юга Восточной Сибири до 23 км в Верхояно-Колымской горной стране и на Чукотке. На равнинах и в межгорных котловинах Байкальской рифтовой системы величина рп уменьшается до 2,2 км, что обусловлено уменьшением размеров ледяных массивов. В среднем прирост русловой сети на одну крупную наледь подземных вод составляет 12,2 км, а общий прирост в области сплошной и прерывистой вечной мерзлоты оценивается в 690 тыс. км.
Unique phenomenon of the permafrost zone that is aufeises (surface icings) formed by groundwater outflows is analyzed in this work. Total area of such aufeises in the permafrost zone (total area F = 7.6 million km2) of East Siberia and Far East roughly amounts to 50 000 km2 (i.e. 0.66% of the whole territory), and the quantity exceeds 60 thousand. There is a specific channel-forming process in this area which is expressed in creation of new runoff channels due to influence of newly formed aufeises. This results in a certain increase of a river channel net relative to the river course higher and lower of an aufeis glade. Increase of the net with respect to one aufeis changes from 3.5 km in mountains in south of East Siberia up to 23 km in the Verkhoyansk-Kolyma mountain area and on the Chukchi Peninsula.
Введение
Ранее было показано большое значение наледей в развитии руслообразующих процессов в районах распространения вечной мерзлоты [2, 4, 13, 14]. Выявлены стадиальность развития наледных участков речных долин и типы морфологической структуры речной сети в пределах наледных полян. Установлено, что в местах постоянного формирования крупных наледей подземных вод русло реки разбивается на ряд мелких ветвящихся рукавов, которые обычно вновь соединяются на выходе из зоны наледеобра-зования и таким образом существенно трансформируют гидравлические характеристики водного потока, увеличивают его суммарную длину и в целом изменяют инженерно-геологические и эколого-гео-графические условия освоения местности.
Интегральным показателем воздействия наледей на развитие русловой сети может служить величина прироста каналов стока в локальной зоне наледе-образования, отнесённая к длине наледного участка
реки или к площади наледной поляны. Этот показатель можно считать квазипостоянным, поскольку в течение десятков лет меняются местоположение и конфигурация русел наледных водотоков, но практически неизменными остаются некоторые их характеристики — суммарные длина и ширина, средняя глубина, средний коэффициент извилистости, густота и др. Прирост русловой сети на наледных полянах достаточно просто определяется по крупномасштабным аэро- и космическим снимкам, что открывает широкие возможности для выявления не только местных, но и зонально-региональных особенностей криогенного руслообразования.
Исследования в данном направлении выполнены на основе Каталогов наледей [1, 5—7, 9—11, 15—17], отражающих средние многолетние параметры ледяных массивов, формирующихся при послойном намораживании подземных вод. Данные каталогов и полевые наблюдения на специальных наледных полигонах, расположенных в различных
районах Сибири и Дальнего Востока, позволили определить суммарный руслообразующий эффект наледных явлений и его пространственное распределение в зависимости от характеристик наледно-сти криолитозоны.
Наледность криолитозоны
Масштабы развития наледных процессов характеризует относительная наледность территории с — выраженное в процентах отношение суммарной площади ледяных массивов в период их максимального развития к общей площади рассматриваемого района т.е. с = 100ХРн/Р. Величина с рассчитывается для каждого типа наледей (речных, подземных, ледниковых, талых снеговых вод) или для всех типов. В практике научных исследований обычно применяется показатель спв, обеспеченный намораживанием подземных вод. Используется также коэффициент наледности водотоков кн, показывающий, какую часть длины реки Ьр занимают наледи Ьп речных или подземных вод: кн = Ьр/Ьп [3].
В данной статье приводятся сведения, касающиеся наледей подземных вод. Формирование таких наледей зависит от сложного комплекса природных факторов, определяющих условия водо- и энергообмена в заданной точке географического пространства. Особенно активно наледи рассматриваемого типа образуются в областях сплошного и прерывистого распространения вечной мерзлоты. Здесь они встречаются практически во всех речных долинах и впадинах. Иногда их можно увидеть на склонах гор и на водораздельных седловинах. Наибольших размеров наледи подземных вод достигают в арктических районах и в горах на участках контрастных неотектонических движений — в Якутии, на Чукотке, в Хабаровском крае, в Забайкалье и Прибайкалье, на Алтае [3], а также на Шпицбергене, в горных районах Аляски, Средней Азии, в Тибете [18—20].
Площадь отдельных ледяных массивов может составлять десятки квадратных километров, при этом удельные запасы воды во льду вполне соизмеримы с запасами воды в снежном покрове. В южных районах, характеризующихся прерывистым и островным распространением вечной мерзлоты, число наледей на единицу площади увеличивается, однако средние их размеры уменьшаются (рис. 1). Мощность наледей подземных вод в некоторых горных долинах достигает 10—12 м. В среднем же толщина льда колеблется в пределах 1,0—2,5 м. Питание наледей определяется сложной системой водопоглощающих и водовыводящих таликов. В ледниковых районах оно зависит от количества и высотного положения перигляциальных озёр, которые представляют собой естественные регуляторы поверхностного и подземного стока.
Обычно наледи подземных вод из года в год формируются в одних и тех же местах, условно
называемых наледными полянами. Наледные поляны представляют собой расширенные, относительно ровные участки дна долин с лугово-ку-старниковой растительностью среди леса или без неё, на них ярко выражены криогенные формы руслообразования. Установлен комплекс индикационных признаков наледных полян, на основании которого определяются средние многолетние характеристики ледяных массивов, их местоположение и динамика [2]. Ландшафтно-индикационный метод использован для составления каталогов наледей Верхояно-Колымской горной страны, Чукотки, Приохотья, плато Пу-торана, Южной Якутии, зоны БАМ, Забайкалья и Прибайкалья, центральной части Восточного Саяна [1, 5—7, 9—11, 15—17]. Эти материалы позволили определить количественные показатели наледности криолитозоны и на их основе оценить значение наледей в формировании русловой сети.
Относительная наледность в криолитозо-не колеблется в широких пределах. На равнинах и в низкогорных районах она наименьшая (спв = 0,01^0,1), в горно-складчатых областях — наибольшая (спв = 0,1^1,0). Чем контрастнее рельеф местности, активнее неотектонические движения и ниже средняя годовая температура воздуха, тем выше доля территории, ежегодно занимаемой наледным льдом. Так, на плато Путо-рана, сложенного покровом вулканических образований, относительная наледность в среднем составляет 0,37% при максимуме 0,87%; налед-ность Станового нагорья, отличающегося резко расчленённым рельефом и мощной прерывистой вечной мерзлотой, характеризуется повышением значения спв до 0,69%, а на Северо-Востоке России со сложной системой промороженных горных хребтов и плоскогорий эта величина увеличивается до 1,0%. По мере повышения суровости геокриологических условий увеличиваются и средняя площадь, длина и ширина наледей (табл. 1—6).
В процессе исследований выявлена зависимость некоторых характеристик наледей от порядка и длины водотоков, в долинах которых они формируются (рис. 2). Порядки водотоков примерно соответствуют градации протяжённости рек, принятой в гидрологии. В среднем по району, чем выше порядок речной долины, тем больше средняя ширина наледей подземных вод и их объём и тем меньше мощность наледного льда и коэффициент наледности водотоков. Эта тенденция проявляется и далее по мере выхода речных систем на предгорные равнины и низменности, однако, начиная с рек 5—6 порядков, объём наледей резко уменьшается и на реках длиной более 500 км они уже не формируются (заменяются пластами наледей речных вод). Наибольшее количество ледяных массивов с максимальными размерами во всех природных зонах находится в долинах рек 3—4 порядков (см. рис. 2).
Методика оценки влияния наледей на русловую сеть
Установлена полная идентичность большинства мерзлотно-геоморфологических и гидрологических процессов на наледных участках речных долин, расположенных в разных природно-климати
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.