Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

V. 8. НАЛЕДИ И РЕЧНОЙ СТОК



Подземные воды, разгружающиеся зимой на поверхность и зафиксированные в наледях, оказываются временно выклю­ченными из водообмена. В теплое время года вода тающих на­ледей начинает поступать в реки, увеличивая сток и влияя на их гидрологический режим. Таким образом, наледи выполняют роль естественного сезонного регулятора стока. Они не оказы­вают влияния на величину общих водных ресурсов, а только перераспределяют их в течение года, увеличивая и без того крайнюю неравномерность внутригодового распределения реч­ного стока в пределах криолитозоны.

Регулирующая роль наледного стока неодинакова в разных природных условиях. Обобщая результаты исследования гидро­логической роли наледей, полученные многими исследователя­ми Сибири и Дальнего Востока, Б. Л. Соколов (1975) указы­вает на ряд общих закономерностей, изложенных ниже.

По абсолютным величинам в многолетнем цикле объемы наледного питания (см. V.2) и наледного стока, т. е. поступле­ния воды в речную сеть при таянии наледей, равны между собой.

В отдельные годы или периоды многолетних циклов при усилении наледных процессов в бассейнах рек возможно пре­вышение наледного питания над стоком наледных вод. В по­следующий год или цикл лет при таянии многолетних наледей наблюдается обратное соотношение величин наледного питания и стока. В этом случае имеет место многолетнее наледное ре­гулирование.

Доля наледных вод в формировании годового речного стока возрастает с ростом числа и размеров наледей в речных бас­сейнах. В бассейнах с большим числом наледей она повышает­ся до 15—20%, а в отдельных бассейнах с исключительно боль-


шой наледностью достигает 25-30%. Другими словами, более чем четвертая часть речного стока может регулироваться на­ледями. Количество наледных вод в речных бассейнах Северо-Востока СССР, Прибайкалья и Восточного Саяна изменяется от 2—4 до 60—84 мм. В отдельных небольших по площади на­ледных бассейнах оно может достигать 200мм и более.

Доля наледных вод в речном стоке обычно снижается вниз: по течению наледных рек, так как наледи тяготеют преиму­щественно к верхним частям бассейнов. С увеличением площа­дей водосборов возрастает водность рек, а объем наледных вод ниже речного участка или притока с последней наледью остает­ся постоянным. В силу этого наледное регулирование стока наиболее ярко проявляется в верховьях рек. Из крупных рек, на которых прослеживается наледное регулирование, в первую очередь следует назвать р. Индигирку, где доля наледного сто­ка достигает 4—6% общего годового речного стока и 11% лет­него. На ее притоках доля годового наледного стока возрастает до 16—20%, а весеннего до 30% и более. Наибольшее влияние наледного стока наблюдается во время весеннего половодья, когда идет не только таяние, но иразмыв наледей речными водами. В течение лета происходит падение доли наледного стока вследствие постепенного уменьшения размеров наледей.

Наледообразоваиие как фактор перераспределения стокапроявляется наиболее ярко в холодный период года. К концу зимы в наледях аккумулируется до 40—85% стока зимнего се­зона. Вероятно, что в некоторых бассейнах, находящихся в особо суровых условиях, эти величины достигнут 90—95%. «Зимой расходы наледного питания на промерзающих реках в несколько раз, иногда в десятки раз, превышают расходы речного стока. Например, на образование наледей в бассейне р. Индигирки у п. Юрты в декабре—январе расходуется 95 м3/с, в то время как речной сток в это время составляет всего около 10м3/с На промерзающих реках наледообразование по сущест­ву представляет единственную форму зимнего режима» (Соко­лов, 1975).

Фиксация значительной части, а иногда и всех естествен­ных водных ресурсов зимнего периода в наледях была подме­чена многими гидрогеологами и гидрологами. Изучение этого явления привело О. Н. Толстихина к мысли о возможности ис­пользования наледной составляющей подземного стока для ре­гиональной оценки естественных ресурсов подземных вод.

V. 9. НАЛЕДИ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ РЕСУРСЫ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Под естественными ресурсами понимается обеспеченный' питанием приток или отток подземных вод, которым характе­ризуют естественную производительность (расход) водоносных


горизонтов (комплексов, трещинных зон, гидрогеологических структур) или величину питания подземных вод. Естественные ресурсы непрерывно возобновляются в процессе круговорота влаги в природе. Они составляют наиболее важный элемент баланса, характеризующий восполнение запасов подземных вод (Куделин, 1960). Количественно естественные ресурсы вы­ражаются расходом подземного потока или слоем воды (в мил­лиметрах), поступающим на уровень подземных вод в области питания за годовой период. Одним из основных методов их оценки является метод расчленения гидрографа речного стока. Он основан на предположении о том, что в зимнее время в пе­риод устойчивой межени реки питаются за счет притока грун­товых и артезианских вод. Этот метод получил глубокое науч­ное обоснование и стал основой расчетов и составления карт подземного стока на территории СССР. (Подземный сток на территории СССР, 1966).

Применение этого метода для территории распространения криолитозоны встретило ряд трудностей. К числу их О. Н. Тол-стихин относит: 1) особый режим рек, который связан с пол­ным перемерзанием многих из них и прекращением поверх­ностного, а иногда и подземного стока; 2) фиксацию подзем-ного стока наледями зимой и наледное регулирование стока летом; 3) крайне слабую и неравномерную изученность режима большинства рек.

В преодолении этих трудностей ряд исследователей (Б. И. Куделин, 3. Г. Устинова, В. Т. Пигузова и др.) напра­вили свои усилия на изучение наледного стока в реки и раз­работку рациональной схемы расчленения гидрографов пере­мерзающих рек криолитозоны, другие ученые (О. Н. Толсти-хин, Б. Л. Соколов, В. Е. Афанасенко) пошли путем примене­ния прямых оценок естественных ресурсов по характеристикам наледей.

Естественные ресурсы обычно оценивают в модульных ве­личинах, имеющих размерность л/с-км2. В условиях наледного регулирования подземного стока полный модуль подземного стока в зимний период п) равен:

где М3 — зимний модуль реки (жидкий сток); Мн — модуль на-ледообразования, представляющий собой количественное выра­жение процесса наледного регулирования подземного стока в реку.

Расчленение гидрографов рек мерзлой зоны предложена было первоначально по ориентировочной схеме (Подземный сток..., 1966), по которой величина наледного стока определяет­ся площадью треугольника ABC (рис. 32). По ней были со­ставлены «Карта подземного стока» (1966) и «Карта средних: многолетних коэффициентов подземного стока» (1964) для

w


районов криолитозоны. В дальнейшем Б. Л. Соколов (1975) на основании анализа режима наледей и полевых измерений уточнил эту схему. Он считает, что наледная составляющая подземного стока соответствует площади фигуры АВЕД. Про­веденные им расчеты по уточненной схеме для бассейнов рек Яны, Индигирки и Колымы показали, что ресурсы подземных вод бассейнов этих рек выше в среднем в 1,8 раза, чем были

получены по первой ориентиро- вочной схеме. При этом доля на- ледного стока в уточненной вели­чине подземного стока состав­ляет 40—80%, а доля подземно­го стока в речжм возросла для рек бассейна Яны до 15—16%, Ин­дигирки до 28—30 и Колымы до 10—12%.

____________ _______ Уточнения в расчленении гид-

1ГиГмГ\/ VI vTi[унГиГх~хГп\ мес рографов для наледей, фор-Рис. 32. Схема расчленения мирующихся за счет различных гидрографа в условиях налед- источников, предложены также ного регулирования подзем- В. М. Пигузовой и В. В. Шепеле-ного стока, составленная по вьш (Методика изучения -на-

^1а™РеДрНИМАгаяМкНаОнГОЛ(по ^дей, 1975). Однако да сих пор Б. Л. Соколову, 1975); 1 — все схемы расчленения гидро­поверхностный сток, 2 — под- графов рек мерзлой зоны с харак-

земныи сток в реку, 3 — на- терн0Й ДЛЯ НИХ наледнОЙ СО-
ледныи сток г

ставляющеи еще далеки от совер­шенства.

О. Н. Толстихиным (1974) на основании анализа гидрогео­логических структур Северо-Востока СССР была показана связь наледей с подземными водами зоны свободного водообмена. Путем статистической обработки данных была получена зави­симость площадей наледей от меженного дебита, формирующих наледи источников, имеющая вид

где Q — дебит неледоооразующего источника, л/с; Fn — пло­щадь наледи, км2; Ъ — эмпирический коэффициент, зависящий от климатической и геоморфологической обстановки образова­ния наледей и представляющий величину, обратную удельной поверхности наледи, л/с-км2. Для наледей площадью более 1 км2 Q — 93FHy а площадью менее 1 км2 Q=129/V

Предложенный О. Н. Толстихиным метод расчета естест­венных ресурсов по питанию наледей является модификацией метода суммарного родникового стока, который заключается в изучении среднего многолетнего дебита источников и распро­странения его на площадь формирования родникового стока (Справочное руководство гидрогеолога, 1967). Суммарный рас-


ход источников (Qjj) определяется следующим выражением



 


где qi — расход одиночного источника, м3/ч или л/с. В модуль­ных величинах подземный сток равен



 


где М — модуль подземного стока, л/с-км3; Fn — площадь пита­ния источников, км2. Тогда ресурсы подземных вод, выражен­ные через площади наледей, составят



 


Это выражение, по мнению О. Н. Толстихина, применимо толь­ко для подсчета естественных ресурсов Северо-Востока СССР. В дальнейшем Б. Л. Соколовым были статистически обра­ботаны данные по 350 обследованным наледям Северо-Востока СССР, Забайкалья, Южной и Центральной Якутии, Приморья и Дальнего Востока. В результате была получена уточненная степенная зависимость объемов наледей от их площадей и оп­ределены погрешности метода:



 


где V и F— объем и площадь наледей соответственно, тыс. м3 и тыс. м2. Объемы воды VB, сосредоточенные в наледях, соот­ветственно равны Ув = 0,864Я'0943) или .864F1'094 (л). Тогда средний за ^му расход источника, питающего наледь, составит

где т — время формирования наледи, с. Средний за зиму сум­марный расход наледообразующих источников для изученной площади F равен




а в модульных величинах

Метод определения ресурсов по площади наледей приме­ним в условиях распространения сплошных мерзлых толщ, где использование метода суммарного родникового стока в «чистом

9 Н. Н,. Романовский 129


виде» невозможно по ряду причин, ьажнеишими из них, по О. Н. Толстихину, являются: трудность, а иногда и невозмож­ность замера зимой дебитов источников, скрытых под наледя­ми, рассредоточенных и постоянно мигрирующих; отсутствие методов измерения расходов воды, выходящей на наледи и рас­текающейся по ним тонким слоем; необходимость большого объема сезонных и круглогодичных полевых исследований по изучению дебитов источников, что обусловливает в отдаленных и труднодоступных районах Сибири большую стоимость работ^ а иногда и огромные организационные сложности. К числу пре­имуществ методов оценки ресурсов по наледям относится, в пер­вую очередь, возможность широкого применения аэрофотосним­ков (АФС) и космических снимков (КС), позволяющих изу­чать наледи на больших территориях. На АФС и КС, сделан­ных в начале периода снеготаяния, наледи дешифрируются легко, а их площади определяются с большой точностью. При этом затраты на маршрутные замерочные работы и режимные наблюдения за ростом наледей невелики и дают достаточно надежный материал.

Расчет ресурсов по наледям помимо учета источников под­земных вод глубокого стока включает и подрусловые воды, составляющие значительную, а в некоторых типах гидрогеоло­гических структур основную часть ресурсов (Толстихин, 1975).

В то же время описываемый метод имеет ряд ограничений: 1) этим методом оцениваются ресурсы водно-критического пе­риода, которые меньше рассчитанных на год. Между тем дру­гими методами, в том числе методом расчленения гидрографа^ оцениваются среднегодовые ресурсы. Это затрудняет сопостав­ление результатов; 2) он применим только дляг районов с суро­вой климатической и мерзлотной обстановкой, где основная часть естественных ресурсов в зимний период щ выходит за контуры криогидрогеологических структур, а фиксируется в их пределах в виде наледей; 3) в условиях островных, а иногда и прерывистых мерзлых толщ этот метод или неприменим, или должен сочетаться с методами генетического расчленения гид­рографов.

Для определения площадей наледей должны использовать­ся АФС и КС, сделанные весной до начала активного таяния наледей. На АФС, сделанных в более поздние сроки (июле, августе), площади наледей в разной степени сокращены. По наледным полянам определение размеров наледей дает сильна искаженные значения. Так, в северных районах, в структурах, испытывающих активные. новейшие движения, где наледи ос­тавляют яркие следы в ландшафтах и подвергаются многолет­ней миграции, площади наледных полян существенно больше максимальных размеров наледей (см. V.7). Напротив, вблизи южной окраины криолитозоны наледи оставляют слабые следы в ландшафтах, особенно если ежегодная миграция значитель-


на. Здесь площади наледных полян, дешифрируемых на сним­ках, меньше, чем размеры наледей.

Рис. 33. Фрагмент карты динамики наледей в Чульманском АдАБ пре­рывистого промерзания в конце зимы 1965 и 1975 гг. Положение на­ледей: / — в 1965; 2 — в 1975 г., 3 — положение наледей совпадает, 4 — дизъюнктивные нарушения (по А. Г. Топчиеву)

Оценка естественных ресурсов подземных вод по наледям дает наилучшие результаты для районов с суровыми условия­ми, где наледообразование идет по северному типу. При нале-дообразовании по умеренному типу ежегодная миграция на­ледей, изменение их формы, площадей и объемов льда мо­гут привести к заниженной оценке, особенно для неболь­ших по площади территорий. Напомним, что в теплые снеж­ные зимы наледи часто сме­щаются вниз по долинам, объ­емы льда в некоторых из них сокращаются. В холодные ма­лоснежные зимы наблюдается обратная картина. Это поло­жение может быть проиллюст­рировано фрагментом карты, составленной А. Г. Топчиевым для Чульманского адартези-анского бассейна прерывисто­го промерзания (рис. 33). Плановое положение наледей и их размеры, относительные значения которых отражены на карте в величине кружков, были зафиксированы зимой

1964/65 г. гидрорежимной экс­педицией МинГео СССР, а по­вторно — зимой 1974/75 г. на основании дешифрирования космических снимков. Осенне-летний период 1964 г. был бо­лее дождливым, чем 1974 г., а

зима 1964/65 г. более теплой и снежной, чем зи[ма 1974/75 г. Поэтому подавляющее большинство наледей подземных вод образовывались зимой 1964/65 г. ниже по до­линам, иногда переходя в бассейны рек более низкого поряд­ка, чем зимой 1974/75 г. Ряд наледей зимой 1964/65 г. зафик­сирован вообще не был. Между тем подсчеты естественных ресурсов по наледям за оба указанных периода для всей ад-артезианской структуры дают расхождения, находящиеся толь­ко в пределах ошибки расчетов. Последний вывод требует дальнейшей проверки, но тем не менее он позволяет сделать обоснованное предположение, что для гидрогеологических струк-



тур прерывистого промерзания (см. VI.2 и 3), ограниченных криогидрогеологическими массивами глубокого промерзания, изменения наледной составляющей подземного стока в целом для структуры небольшие, существенно меньшие, чем в преде­лах отдельных ее частей.

V. 10. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ НАЛЕДЕЙ

Формирование наледей сопровождается гидрогеохимичес­кими изменениями наледообразующих подземных вод, завися­щими от их состава, степени минерализации и характера их замерзания. Общей закономерностью является уменьшение ми­нерализации талых наледных вод по сравнению с минерализа­цией исходных наледообразующих вод. Часть кристаллизую­щихся при их замерзании солей остается в виде нераствори­мого остатка, первоначально включенного в наледный лед, а при ее таянии покрывающего мучнистым или кристалличес­ким налетом сначала наледь, а затем каменистую поверхность наледных полян и растительность. Оставшиеся соли белые, желтоватые, а иногда "и более разнообразных и ярких цветов, частично уносятся талыми или дождевыми водами, частично входят в состав «наледного аллювия» и почв, развивающихся на нем. Таким" образом, наледи действуют как естественные природные опреснители и переводят часть минеральных ве­ществ из жидкого стока в твердый. При этом химический сток зимой уменьшается, а весной и летом увеличивается.

Соли, образующиеся на наледях, изучались большим чис­лом исследователей. Наиболее распространенными солями в по­рядке убывания являются соответственно" карбонатные, крем­нистые и сульфатные. В связи с очень широким распростране­нием гидрокарбонатных вод в зоне свободного водообмена криолитозоны наиболее часто встречается СаСО3, причем как на площадях развития карбонатных, так и изверженных и тер-ригенных пород. Кремнистые соли характерны для наледей, образованных весьма слабоминерализованными водами, районов распространения терригенных и изверженных пород. Сульфат­ные соли на наледях встречаются в местах разгрузки сульфат­ных вод, связанных часто с гипсоносными породами, сульфид­ными месторождениями, угленосными фациями, содержащими пирит и др. Встречаются налеты солей и более специфического состава. В теле наледей, образованных за счет высокоминера­лизованных вод, — мирабилит и гидрогалит с примесью неболь­ших количеств других солей.

Соли различного состава иногда придают наледному льду разнообразную окраску. Например, наледи в местах разгрузки вод с высоким содержанием железа имеют красноватый, жел­тый и бурый оттенки льда.

Наледный лед имеет сложное и неоднородное в гидрохими-


ческом отношении строение. В отдельных слоях и линзах зи­мой лед сильно опреснен, в других — минерализация его повы­шена и между кристаллами льда концентрируются включения солей. Различаются слои и по химическому составу. В талой наледной воде по сравнению с исходной увеличивается относи­тельная концентрация ионов магния, натрия, сульфата и хлора. Связано это со своеобразными условиями замерзания слоя из­лившейся воды, мощностью от первых сантиметров до несколь­ких десятков сантиметров, без возможности отжатия солей вниз и часто при движении.

В процессе льдообразования и движения концентрирующе­гося раствора происходит сложная дифференциация льда опрес­ненного и обогащенного солями, как кристаллизовавшимися, так и растворенными. Специфически происходит также замер­зание воды и дифференциация ее состава во внутриналедных каналах и ядрах наледных бугров. Но главное, что специфика замерзания в каждом из конкретных случаев определяет неод­нородность минерализации наледного льда и локализацию мест концентрации кристаллов солей. Поэтому по анализам налед­ного льда можно получать только приближенное представление о составе и минерализации исходной воды. Гидрохимическое опробование наледей следует проводить как по разрезу, так и по простиранию отдельных слоев. Большое число высыпок со­лей в одних- местах наледных полян и отсутствие их в дру­гих— следствие указанных процессов.

В процессе таяния наледного льда происходит ряд явлений, меняющих первичное распределение минерализации и концент­рации солей. Таяние льда и его испарение под влиянием ин­соляции приводят к временной концентрации солей на поверх­ности наледей. Появление ручейков способствует сносу этих солей. Образование столбчатой текстуры льда за счет длинных вытянутых вертикально кристаллов может обусловить мигра­цию солей и более концентрированных растворов в основание наледи. При этом нивелируются исходные гидрохимические различия нижней и верхней частей ее разреза. В зависимости от первоначального строения льда наледи и особенностей тая­ния указанные процессы могут выступать в разных сочетаниях, быть интенсивными или даже отсутствовать совсем.


Глава VI




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.