научная статья по теме ВЛИЯНИЕ НАЛЕДЕЙ НА РАЗВИТИЕ РУСЛОВОЙ СЕТИ (НАЛЕДНЫЙ РУСЛОГЕНЕЗ) Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ НАЛЕДЕЙ НА РАЗВИТИЕ РУСЛОВОЙ СЕТИ (НАЛЕДНЫЙ РУСЛОГЕНЕЗ)»

Лёд и Снег • 2013 • № 4 (124)

Подземные льды и наледи

УДК 551.328: 551.324

Влияние наледей на развитие русловой сети (наледный руслогенез)

© 2013 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

Статья принята к печати 8 июля 2013 г.

Криогенные явления, наледи, наледные процессы, наледный руслогенез, русловая сеть. Channel icing genesis, channel network, ayogenic phenomena, icings, icing processes.

На месте образования крупных наледей подземных вод меняется эродирующее свойство сквозных водных потоков и резко активизируются криогенные процессы - подземное льдообразование, пучение грунтов, термоэрозия и термокарст. В результате русло реки разбивается на ряд мелководных рукавов, гидрографическая сеть приобретает продольно-сетчатый рисунок, дно долины расширяется и выполаживается. Рассмотрены особенности сезонного развития процессов и стадийность преобразования русловой сети и налед-ных участков речных долин в целом. Выделено пять типов гидрографической структуры наледных полян.

Постановка задачи. Исходная информация

Большое значение наледей в формировании рельефа речных долин отмечали многие исследователи криолитозоны уже с середины XIX в. [1, 2, 5, 7, 9—21]. Хорошо известна функциональная связь крупнодебитных источников подземных вод с так называемыми наледными полянами — относительно плоскими участками земной поверхности, безлесными, частично задернованными или полностью лишёнными почв и растительного покрова, с комплексом криогенных форм микро- и мезорельефа, а также специфическим гидротермическим режимом. На наледных полянах почти всегда можно встретить густую сеть рукавов и проток, образовавшихся в результате возникновения и разрушения наледного льда. Характерный плановый рисунок русловой сети в долинах наледных рек чётко выделяется на летних аэро- и космических снимках и отражается на крупномасштабных топографических картах. Его часто используют как индикационный признак водовыво-дящих таликов при инженерно-геологических и мерзлотно-гидрогеологических съёмках. Установлено, что количество и конфигурация водных потоков в зоне наледеобразования меняются не только в многолетнем цикле развития, но и в течение одного сезона, что вызывает изменение морфодинамиче-ских характеристик и свойств всего ландшафтно-гидрологического комплекса. Механизм формирования, структура, эволюция русловой сети и налед-

ных полян изучены очень слабо, и настоящая статья частично восполняет этот пробел.

Автор ставил перед собой следующие задачи: 1) описать криогенные руслообразующие факторы и процессы на участках формирования и развития крупных наледей подземных вод; 2) вскрыть механизмы формирования и развития русловой сети на наледных участках речных долин; 3) типизировать русловую сеть наледных водотоков по морфострук-турным признакам. В основу статьи положены многолетние наблюдения автора во время экспедиционных исследований в Якутии, Забайкалье, Прибайкалье и Восточных Саянах, данные серийных наземных и авиационных съёмок на наледных полигонах «Нижний Ингамакит», «Чарские Пески», «Мурурин», «Эден» и др., а также материалы дистанционного зондирования с космических аппаратов, размещённые на сайтах информационно-поисковой системы «Google».

Сезонность руслообразующих процессов на наледных участках речных долин

В развитии руслообразующих процессов на на-ледных участках речных долин выявлена чётко выраженная сезонность событий.

Зимой водопроводящие каналы испытывают влияние трёх явлений: 1) стеснение водного потока в результате его промерзания до полного прекращения стока; 2) гидродинамическое воздействие дополни-

тельного водопритока (субаквальная разгрузка подземных вод, попуски из водохранилищ и др.); 3) статическое давление льда под внешними нагрузками (выпадение снега, резкое повышение атмосферного давления и др.). В осенне-зимний период, первые 2—3 месяца, ничего неординарного не происходит — развитие подлёдных деформаций и переотложение грунтов происходят по хорошо известным и детально описанным схемам [4]. При этом на одних участках реки по мере истощения стока речной лёд проседает или нависает над водным потоком, а на других — перекрывается небольшим слоем наледи речных вод, границы распространения которой лишь незначительно превышают уровень осенней межени. В зимне-весенний период (примерно с декабря или января) руслоформирующие процессы полностью прекращаются, однако начинают развиваться процессы, которые в дальнейшем будут доминировать во всем ходе трансформации русловой сети. В это время в руслах рек между промёрзшими перекатами образуются ледяные бугры пучения (рис. 1), из которых под большим давлением периодически изливаются застойные воды. На малых реках ледяные курганы, высотой до 3 м, с радиальными трещинами на их вершинах часто следуют друг за другом на протяжении многих километров. При полном промерзании водного потока к нижней поверхности ледяного покрова примерзают русловые отложения, которые воздымаются вместе со льдом в процессе дальнейшего промерзания замкнутой или полузамкнутой системы. Такие грунтово-ледяные бугры иногда взрываются и тогда из их недр извергаются потоки воды, грязи, крупные валуны и галька [6, 11].

Зимой наледные участки долин становятся ареной интенсивного движения грунтов практически по всей их ширине, а не только в пределах промерзающих русел рек. Дело в том, что послойное намораживание воды парагенетически связано с формированием пластовых и линзовидных залежей подземного льда (гидролакколитов) [2, 8]. Ежегодно под толщей наледей, в том числе и в лесных массивах, на глубине 0,3—0,8 м от поверхности земли образуются слои и линзы инъекционного льда, толщиной до 1 м, часто с включениями большого количества валунов и гальки. Площадь их распространения может занимать от 10 до 80% зрелых наледных полян. Механизм формирования такой сложной по строению ледогрунто-вой структуры описан в работах [2, 3].

На месте формирования пластовых льдов перекрывающий их грунт вместе с наледным льдом поднимается на высоту 0,8—1,0 м, а в случае большого локального гидродинамического напора может воз-

дыматься даже на 4—5 м выше своего прежнего местоположения. Отметим, что подобные вертикальные движения происходят на некотором удалении от оснований горных склонов и террас, в результате чего поверхность дна долины к весне оказывается пирамидально выпуклой, осложнённой буграми и грядами гидролакколитов. Таким образом, в зоне активного наледеобразования к началу снеготаяния в речной долине образуется приподнятая ледогрун-товая плита (вместе с вмёрзшими деревьями и кустарниками), толщиной от 1 до 3,5 м. Эта эфемерная криогенная структура простирается во всю ширину долины и встаёт на пути движения паводковых вод, что во многом определяет развитие дальнейших гидрологических процессов.

Весной речной поток выходит на широкое ледяное поле и распластывается, теряя свою скорость. Часто он концентрируется по контакту наледи с береговыми склонами, проникает под лёд (рис. 2, а). Со временем вода вырабатывает несколько ледяных русел, которые быстро углубляются; потоки разрезают ледяную толщу на несколько крупных блоков (см. рис. 2, б) и начинают интенсивно эродировать налед-ное ложе. Активное переотложение грунтов происходит не только на участках открытых водных потоков, но и подо льдом. Поскольку ледяные каналы закладываются из года в год в разных местах, участки с эрозионными процессами смещаются относительно друг друга и таким образом механическое воздействие водных потоков распространяется на всё дно долины. В итоге растительный покров в неповреждённом виде сохраняется лишь на возвышенных частях рельефа, представляющих собой небольшие вытянутые вдоль берегов островки и гряды с обрывистыми, осыпающимися склонами.

В период снеготаяния речные воды часто под-пруживаются ледяными массивами, интенсивно размывают береговые отложения и переносят их в нижнюю часть наледных полян или откладывают в ледяных тоннелях. Иногда большое количество наносов концентрируется на поверхности льда, и тогда ледяная толща переходит в погребённое состояние. Нередко вода проникает под сезонно-мёрзлый слой грунта и начинает вымывать подстилающие талые отложения — в результате берега начинают катастрофически быстро отступать. Суф-фозионно-эрозионный процесс сопровождается образованием характерных трещин оседания и массовым обрушением мёрзлых блоков с лежащими на них пластами наледного льда.

Летом препарированные ледяные глыбы и крупные массивы льда бронируют местность от воздей-

Рис. 1. Ледяные бугры пучения в руслах налед-ных рек. Фото В.Р. Алексеева. а — зимой (р. Оюмрак в Южной Якутии); б — летом (р. Средний Сакукан в Северном Забайкалье) Fig. 1. Glacial frost mounds in channels of icing rivers. Photo by V.R. Alexeyev. а - in winter (the Oyumrak river in South Yakutia); б — in summer (the Srednii Sakutan river in Northern Transbaikalia)

ствия солнечной радиации и атмосферных осадков, препятствуют протаиванию аллювиальных отложений, а также регулируют направление водных потоков. Во время дождевых паводков происходят подвижки льда, а иногда — и настоящие ледоходы. Ледяные массивы разрушаются не только с верхних и боковых поверхностей, но и снизу, чему способствуют многочисленные подлёдные потоки воды. В процессе таяния значительные участки ледяных полей нависают над своим ложем или лежат на грунтово-ледяных опорах и выступах мёрзлых горных пород, при этом лёд часто прогибается, растрескивается и обрушается. Звук, возникающий при оседании массивов льда, напоминает глухой орудийный выстрел, который слышен на расстоянии многих километров. Падающие своды ледяных тоннелей уплотняют грунт, придавливают стебли растений, ломают и расплющивают стволы деревьев и кустарников. Во время дождевых паводков блоки наледного льда,

7 Лёд и Снег, № 4, 2013

прикреплённые к береговым склонам, подмываются и обрушаются, при этом вместе с ними увлекаются примёрзший с боков и снизу грунт, а также почвенно-растительный покров.

После отступания кромки наледног

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.

Показать целиком