Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Зимний сток рек Бурятии

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Зимний сток рек Бурятии"

Р1 оД

. МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, / 3 "¡ЛИОЙД'ВНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи ШАЙБОНОВ Болот БАТОЖАРГАЛОВИЧ

УДК 556.167 (571. 54)

ЗИМНИЙ СТОК РЕК БУРЯТИИ

Специальность 11.00.07 — Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши Московского ¡1 государственного университета им. М. В. Ломоносова и лабора-.. тории гидрогеологии Бурятского геологического института СО РАН.

Научный руководитель — доктор, географических наук,

доцент В. М. ЕВСТИГНЕЕВ

Официальные оппоненты — доктор геолого-минералогичед-

ких ' наук, профессор А. П. ХАУСТОВ ' кандидат географических ]^ук, старший научный сотрудник С. В. ДОЛГОВ

Ведущая организация — Институт земной коры Сибирского

отделения РАН

Защита состоится ^< 27» мая 1993 г. в 15 часов на заседании гидрометеорологическо'го специализированного совета (Д-053.05.30) в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 199899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, аудитория 180 К 18 этаж. ♦>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан « » апреля 1993 г.

Ученый секретарь специализированного4 гидрометеорологического совета в МГУ кандидат географических наук

—-

С.Ф. Алексеева

Настоящая работа посвящена исследованию зимнего стока рек Бурятии, условий его формирования и пространственно-временной изменчивости.

Актуальность темы. Расширение масштабов хозяйственного использования водных ресурсов Бурятии, а также усиление природоохранной деятельности в бассейне оз.Байкал требуют дальнейшего углубления знаний о речном стоке территории. В комплексе проблем, связанных с оценкой характеристик речного стока для целей водохозяйственного проектирования и планирования мероприятий по рациональному использованию и охране водных ресурсов, особое место для Бурятии занимает зимний период, характеризующийся резким и длительным снижении стока вплоть до полного его прекращения на части рек. Зимний период является лимитирующим для любой отрасли хозяйства, нуждающейся в круглогодичном водоснабжении. Чрезмерное использование водных ресурсов в этот сезон мокет иметь катастрофические последствия для речных экосистем. Очевидно, что успешное решение многих водохозяйственных проблем и эффективность мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов и охране их от истощения и загрязнения существенно зависят от возможностей объективной оценки условий зимней мене ни, особенно суммарных объемов стока и минимальных расходов в реках. Эти не характеристики используются для оценки естественных ресурсов подземных вод в критический по водообеспеченности период.

Состояние изученности зимнего минимального стока рек Бурятии определяется исследованиями А. Н. Афанасьева, A.M. Владимирова, З.И.Петерсен и др. Существенным недостатком этих работ является недостаточное привлечение материалов по гидрогеологическим условиям и полное отсутствие данных по зимней межени. К настоящему времена крупные исследования по оценке ресурсов подземных вод бассейна оз.Байкал, которые существенно расширяют возможности исследований условий формирования зимнего стока, выполнены Е. В. Шннекером, Б. И. Писарским, А.П.Хаустовым :: др.' Это-и определило цель исследования: изучить закономерности географического распределения зимнего меженного и минимального стока на территории Бурятии и разработать методику оценки-этих гидрологических характеристик для неизученных рек. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

I. оценить статистические характеристики зимних меженных объемов стока и минимальных расходов воды и произвести их географическое обобщение;

2. ввделить и изучить основные факторы формирования зимнего стока на территории Бурятии;

3. привлечь материалы по геологическому строению, тектоническому развитию, гидрогеологическим и мерзлотным условиям для более полного учета всего комплекса стокоформирующих факторов в методиках расчета зимнего стока;

4. районировать территорию Бурятии по условиям формирования и характеру зимнего стока;

5. оценить объемы воды, аккуьулирующейся в ледяном покрове рек; . • - :

6. исследовать процессы переыерзания рек.

Методика исследований и исходные данные. При решении поставленных задач вероятностно-статистический анализ временных рядов меженного и минимального стока неразрывно сочетался с методами географо-гидрологических обобщений и гидролого-гидрогеологического анализа. Исследования выполнены по. данным наблюдений на 132 гидрологических постах по 1988 г. включительно. В работе использованы также материалы по ряду постов на территориях соседних Иркутской и Читинской областей. Статистическая обработка данных выполнена в соответствии с требованиями СНиП 2.01.14-83 (1985) на персональных компьютерах типа IEM РС/АТ/ХГ по стандартным программам. Расчеты объемов воды за зимний сезон проводились согласно рекомендациям методического пособия "Расчет подземного питания рек криолитозоны" (1989). Временные ряды минимального зимнего стока получены из справочников "Основные гидрологические характеристики" и "Гидрологические ежегодники". Для расчетов объемов воды, аккумулирующейся в ледяном покрове рек юга Бурятии, использовалась методика Б.Л.Соколова и Ф.Ф.Черной (1981). При ; этом привлечены аэрокосмофотоснимки по исследуемой территории и-мтериалы экспедиционных исследований, выполненных автором в 19871992 г.г. Кроме этого использованы данные исследований по тектоническим нарушениям земной коры и месторождениям подземных вод, выполненных в Бурятском геологическом институте СО РАН.

Исходя из целей и задач исследования предмет зашиты состоит в том, что на основе детального анализа стокоформирующих факторов выявлены и объяснены географические закономерности зимнего стока рек Бурятии и предложена методика расчета его характеристик.

Научная новизна заключается в том, что впервые; - рассчитаны и территориально обобщены статистические характеристики зимнего меженного стока рек Бурятии;

3' .

- предложена методика расчета объемов зимнего стока различной обеспеченности для неизученных рек;

- выполнено районирование Бурятии по условиям формирования и характеру зимнего меженного и минимального стока;

- в: .явлено и объяснено уменьшение зимнего стока с высотой местности для большей части территории Бурятии;

- исследована связь зимнего стока с тектоническими нарушениями земной коры и доказан ее существенный вклад в географическую дифференциацию его характеристик;

- рассчитаны объемы воды, аккумулирующейся в ледяном покрове рек юга Бурятии, и предложена номограмма, упрощающая расчеты;

- предложены критерии оценки повторяемости и продолжительности перемерзания рек.

; В работе также уточнены характеристики зимнего минимального стока с учетом гидрометрических данных за последние годы, которые по сравнению с предшествующими региональными обобщениями по этой территории увеличили длину рядов на. 15-20 лет, и на этой основе предложена методика расчетов минимальных расходов воды различной обеспеченности для неизученных рек. .

Практическое значение и реализация полученных результатов. Работа выполнена на стыке и в соответствии с основными направлениями НИР кафедры гидрологии суши ЛГУ и лаборатории гидрогеологии Бурятского геологического института СО РАЙ и является продолжением темы: "Трещинно -жильные вода Прибайкалья и Забайкалья" (1981-1985 г.г.) и частью темы: "Разработать гидрогеологические основы охрани окружающей среда в бассейне оз.Байкал" (I99X-1996).

Результаты выполненной работы позволяют рассчитывать характеристики зимнего стока рек Бурятии при отсутствии материалов при гвдрологическом обосновании гидротехнических объектов, водоснабжения, охраны водных ресурсов, а также оценке естественник ресурсов подземных вод в этот период.

Апробация работы и публикации. Отдельные -изложения диссертационной работы доложены на Ш сессии Высших международных гидрологических курсов "ЮШСНО" при МГУ (I989), Ш региональной конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (г.Иркутск, 1990), годичшх научных сессиях Бурятского геологического института СО РАН 1г.Улан-Удэ, 1988-1992), Основные положения работы обсуздены на научном шмтре кафедры гидрологии суши МГУ (октябрь, 1992). По теме диссертации опубликованы 2 статьи и 3 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 197 наименований и приложения на 7 страницах. Объем работы 137 страниц машинописного текста, 40 рисунков и 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во введении обоснованы актуальность работы, определены задачи исследования, положения, выносимые на защиту и практическая значимость.

Глава I. ИЗУЧЕННОСТЬ ЗИМНЕГО СТОКА РЕК БУРЯТИИ

В главе даны определения основных понятий минимального и меженного стока, приведено распределение гидрологической сети на исследуемой территории, по бассейнам водных систем и продолжительности периода наблюдений.

Впервые общие контуры формирования минимального зимнего стока рек бассейна Байкала в 50-е годы охарактеризовал А.Н.Афанасьев. Наиболее подробно минимальный сток рек Забайкалья в 60-е годы исследован'А.М.Владимировым и 3.И.Петерсен. В 80-е годы в связи с строительством БАМа крупные работы по оценке подземного стока криолитозоны и "наледного" стока северной части территории Бурятии были выполнены сотрудниками Государственного гидрологического института под руководством Б.Л.Соколова. В это не время усовер -шенствованием методов расчета минимального стока рек Забайкалья занимались В.М.Евстигнеев и А.В.Христофоров с соавторами. Вопросами перемерзашя рек Забайкалья в 60-е годы занимался И.А.Зиль-берштейн.

Из-за природно-климатических условий реки Бурятии в зимний период питаются исключительно за счет подземных вод. Состояние изученности условий формирования естественных ресурсов подземных вод Прибайкалья определяется работами Е.В.Пиннекера, Б.И.Писар -ского, А.П.Хаустова, И.М.Борисенко и др.

До настоящего 'времени условия формирования и закономерности пространственно-временного распределения зимнего меженного стока рек не исследовались.

Глава П. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ БУРЯТИИ И ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ВОДНОГО РШМА РЕК.

Географическое положение, природно-климатические условия и геологическое строение территории Бурятии определяют основные черты факторов формирования и распределения зимнего стока. На исследуемой территории хорошо прослеживаете:: изменение факторов с севе-

ро-залада на юго-восток, перпендикулярно простиранию основных геологических структур:

- уменьшение относительных высот и расчлененности рельефа, увеличение средних высот днищ котловин, сглаживание сочленений между ко.ловинами и горными хребтами;

- увеличение континентальности климата и зимних температур воздуха, уменьшение годовых суш осадков и мощности снежного покрова;

- усиление мерзлотных условий, т.е. граница области сплошного распространения вечной мерзлоты в межгорных котловинах в восточной части исследуемой территории проходит намного южнее, чем в западной.

По геологическому строению территорию Бурятии делят на две части - Прибайкалье и собственно Забайкалье. Основные структуры Прибайкалья заложены на кайнозойском этапе тектогенеза и развиваются в условиях растяжения, что определяет их высокую раскрнтость. В Забайкалье развитие земной коры идет в условиях относительного тектонического покоя, структуры в основном заложены в мезозое и развиваются в условиях сжатия, что определяет их закрытость.

Залонение основных геологических структур в разное время и развитие их в разных тектонических условиях определяют и разли -пия в гидрогеологических структурах, в которых происходит накопление, залегание, транзит и разгрузка подземных вод." В Прибайкалье гидрогеологические массивы сложены горными породами с открытой трещиноватостьэ, а артезианские бассейны байкальского типа заполнены крупнозернистыми осадочными породами с большим включением крупнообломочного материала, увеличивающего рыхлость отложений. Поэтому в Прибайкалье коллекторские свойства гидрогеологических структур очень высокие. В Забайкалье, наоборот, гидрогеологические массивы сложены горными породами с закрытой тре-щиноватостью, артезианские бассейны забайкальского типа заполнены мелкозернистыми фракция!® четвертичных отлс¿енкй и зерхнеме -эозойских континентальных осадков, что ухудшает коллекторские свойства гидрогеологических структур. Поэтоь^у в Прибайкалье показатели естественных ресурсов подземных вод на порядок выше, чем в Забайкалье.

Глава Ш. 'ШТОРЫ ФОРМИРОВАНА МШШЛЬГОГО И НЕЖЕННОГО СТОКА В ЗШНЙЙ ПЕРИОД.

Формирование зимнего стока рек Бурятии в основном зависит от четырех стокоформирувщих факторов: климат, рельеф, геологи •

о

ческое строение и мерзлотный условия, тесное взаимодействие которых определяет сложные структурно-гидрогеологические условия, в которых формируются ресурсы подземных вод, за счет запасов которых питаются речные воды в зимний период (Рис.1).

Накопление запасов подземных вод происходит в летне-осеннее время, когда выпадает основная часть годовой суммы осадков. Но на их восполнение непосредственно влияют атмосферные осадки с затяжным характером, так как при выпадении ливневых осадков из-за резкой расчлененности рельефа и больших уклонов почти вся вода скатывается поверхностным стоком. Пространственно-временное распределение подземных вод зависит от геологического строения, тектонического развития, структурно-гидрогеологических и мерзлотных условий. Расчлененность горно-складчатых областей определяет дренированность водоносных комплексов гидрогеологических струк -тур. Мерзлотные- условия влияют на перемерзание рек. Низкая водность зимнего периода понижается за счет аккумуляции значительной части подземного стока в ледяном покрове рек и наледях.

В главе рассмотрены вопросы елияния атмосферных осадков на зимний сток и особенностей гидрогеологических структур.

Анализ структурно-гидрогеологических условий территории Бурятии указывает на важную роль разрывных нарушений, густой сетью секущих кристаллические породы массивов трещинных вод и фунда -мента под осадочными породами днищ артезианских бассейнов пластовых вод, в формировании стока рек. Связь между зимним стоком и тектоническими нарушениями хорошо просматривается при сравнении карты плотности разломов Байкальской рифтовой зоны, составленной С.И.Шерманом (1977), с картами речного стока. Районам наибольшей плотности разломов соответствуют области повышенного сто;са рек.

Натурные исследования, выполненные в 1987 г. в бассейне р. Ыаксимиха, указывают на существование тесной связи между густотой тектонических нарушений и речным стоком. Густота раздомов определялась как отношение суммарной длины разломов к площади водосбора.

Для выявления региональной зависимости зимнего стока рек от разрывных нарушений исследованы 15 водосборов, находящихся в Байкальской рифтовой зоне. Эти исследования показывают на существование локальных связей (Рис.2) в зависимости от плотности (плотность разломов - отношение количества нарушений к площади водо -сбора) и направления простирания разломоЕ. На величину стока влияет количество разломов, а их длина существенной роли не играет,

г*

I

Рис.1. Схеш взаимодействия факторов формирования зимнего меженного и минимального стока рек Бурятии.

Рис.2. Графики связи зимнего сезонного стока с плотностью разломов по направлениям простирания: А. - северо-восточной и Б. - северо-западной ориентации. I - реки западного побережья оз.Байкал; Я - притоки р.Баргузин; Ш - реки Усть-Селенгинского тектонического прогиба; 1У - реки северозападных склонов хребтов Хамар-Дабан, Улан-Бургасы и Го-ловдинский.

т.е. достаточно одного-двух водоносных разломов на водосборе для устойчивого стока в зимний период.

Исследования факторов бассейнового регулирования показывают на следующие закономерности.

Кривые связи зимнего сезонного стока с площадью водосбора указывают на наличие трех типов зависимостей: увеличение и уменьшение стока с возрастанием площади водосбора и смешанная зависимость.

Первая зависимость характеризует реки Селенгинского сред-негорья с площадями бассейнов более 20-25 тыс.км^. Долины дан-

дах рек заложены в котловинах забайкальского типа, в которых происходит увеличение мощности толщ элювиальных и делювиальных отложений от истока к устью, что в конечном счете, приводит к большему дренированию артезианских бассейнов в том же направлении.

Второй тип связи характерен для средних и малых рек Забайкалья и рекам Байкальской рифтовой зоны. Уменьшение стока с возрастанием площади водосбора связано с аккумуляцией значительных объемов воды в наледях и ледяном покрове.

Третий тип зависимости стока от площади водосбора характерен для рек Восточного Саяна. Он вццеляется тем, что до Передового хребта, который отделяет Восточный Саян от Сибирской платформы, сток повышается; при выходе на платформенную часть резко уменьшается, а затем постепенно увеличивается по мере возрастания площади водосбора. Это связано с тем, что в горной части и в нижнем течении реки дренируют все больше артезианских бассейнов, а при выходе из' гор происходит инфильтрация части стока в мощные.рыхлые отложения предгорных шлейфов на восполнение ресурсов подземных вод.

В отличие от 2.И. Петерсен и А.Н.Афанасьева, показавших увеличение стока с высотой, для высокогорной части исследуемой территории выявлено, что изменение стока с высотой имеет обратную связь. Это подтверждается 8 кривыми из 12 рассмотренных. Уменьшение стока с высотой связано с поясностью и ршшом подземных вод в гидрогеологических массивах. Л зимнему сезону ресурсы подземных вод приводораздельдаго и верхней части склонового поясов срабатываются практически полностью.

Увеличение стока с высотой, характерное для рек Уеть-Селек-гинского тектонического прогиба, Еаргузинекого, йшо-Муйского и Байкальского хребтов, связано с существованием благоприятных условий для формирования ресурсов, подземных вод: приуроченностью максимальной плотности разрывных нарушений с раскрытой .структурой к осевой части хребтов, наличием вцутригоркьх вдадия. за полненных грубообломочным материалом и т.д.

В зимний период на реках Бурятии происходит аккумуляция значительной части стока в ледяном покрове, которая уменьшает и без того низкую водность. В годовом цикле колебания'водности эта часть стока учитывается за счет "добавки" к весеннему стоку. До данным Б.Л.Соколова и Г.А.Любимова (1986), йесяедсваэших северную часть Бурятии, прилегающей к зоне БАМа, ттзщ стока на

наледе- и льдообразование для рек Байкальской рифтовой зоны составляет 1-10%, а на реках Витимского плоскогорья и северовосточной части Селенгинского среднегорья, где сток пониженный и реки перемерзают, потери стока существенны - 40-340$. По данным В.В.Кравченко (1986), который существенно уточнил методику расчетов наледного стока, введя коэффициент "линейной" налед -ности, на реках Восточного Саяна и Северо-Байкальского нагорья потери стока на формирование ледяного покрова равны 15-73%.

Расчеты потерь зимнего стока на формирование ледяного покрова по 40 речным водосборам юга Бурятии (бассейн Селенги и притоки южной части Байкала) показывают, что в ледяном покрове аккумулируется от 0,2-0,5 до 4,3 мм слоя стока или 0,5-8,0% от гидрометрически фиксируемого стока на реках южной части Байкала, 2-5455 - на реках Селенгинского среднегорья и 9-28% - на реках Хэнтэй-Даурского нагорья.

Анализ распределения "ледового" стока показывает, что на реки длиною менее 10 км приходится 0,5-2,0% от общего объема, хотя в общей суммарной длине эти реки составляют около 70%. По остальным участкам "ледовый" сток распределяется примерно одинаково, постепенно увеличиваясь к участкам более высоких градаций. 80-90% потерь стока на льдообразование приходится на участки рек длиною более 50 км, хотя суммарная длина этих участков составляет всего около 10%.

Исследование связи "ледового" стока с густотой речной сети и площадью водосбора позволило получить номограмму (Рис.2), которая существенно упрощает расчеты объемов воды, аккумулированной в ледяном покрове.

В зимнее время большинство рек Забайкалья перемерзает. Анализ материалов по перемерз алию и зимнему минимальному стоку дозволил разделить реки Бурятии на три категории: неперемерзающие (повторяемость менее 5%), эпизодически перемерзающие с повторяемостью 5-95% и ежегодно или постоянно перемерзающие - повторяемость более 95%, и вццелить три области. К неперемерзающим откосятся реки Байкальской рифтовой зоны и правобережные притоки нижнего течекия Уды. Эпизодически перемерзающие реки распространены в основном в верховьях Джиды, на юго-восточных склонах Ха-мар-Дабана, на левобережье Уды и в среднем течении Хилка и Чи -коя. Половину территории Бурятии занимает область постоянно перемерзающих рек. К этой области относятся реки Витимского плоскогорья, верхней Уды, нижнего течения Дкиды, Хилка, Чикоя.

II

Рис.3. Номограмма связи "ледового" стока с логарифмом площади водосбора и густотой речкой сети. Цифры у линий - объем воды в ледяном покрове в слоях стока (мм).

Рассмотрение связи зимнего сезонного стока с площадью водосбора указывает на достаточно хорошее разделение рек на две категории: перемерающие. и неперемерзаящие. В область нэпере -мерэащих рек попадают практически все реки Байкальской рифго-вой зоны (83%), а также реки с площадью водосбора больше 100 ООО кьг, Все перемерзающие реки располагаются ниже-кривой.

При исследовании связи среднего многолетнего модуля годового стока с площадью водосбора перемерзающих рек Селенгинско-го среднэгорья'без Чикоя найден критерий оценки постоянного и эпизодического поремэрзания рек:

Мг + 0,8&^<4,б - постоянное перемерзакие;

Мг + 0,8ф£ >4,6 - эпизодическое перемерзание. ^

Среднюю многолетнюю продолжительность периода перемерзакия рек Витимского плоскогорья можно рассчитывать по формуле

тпрмз ' 240 - 2б'5^ (2)

Ошибка определения по формуле равна - 8 суткам.

Анализ кривой распределения вероятностей продолжительности-и повторяемости перемерэания по градациям площади водосбора и по выявленным районам показывает, что средние даты начала прекращения стока колеблются в очень широких пределах - от первой половины октября на малых реках Витимского плоскогорья с площадью водосбора 100-1000 км^ до первой декады февраля на средних и крупных реках Селенгинского среднегорья; в среднем на постоянно перемерзающих реках Витимского плоскогорья начало бессточного периода приходится на.октябрь, а в бассейне Селенги - на декабрь, на эпизодически перемерзающих реках прекращение стока приходится на конец декабря-январь; средние даты окончания бессточного периода на реках Витимского плоскогорья приходятся на вторую половину апреля, а на реках Селенгинского среднегорья - на конец марта-первую половину апреля; продолжительность бессточного периода на реках Витимского плоскогорья больше, чем на реках Селенгинского среднегорья, на 30-100 дней.

Пестрая картина распределения характеристик перемерзаник зависит не только от климатических.и мерзлотных, условий. Во многом процессы перемерэания определяются геолого-структурными условиями отдельного водосбора.

Анализ факторов, определяющих перемерзание рек разных районов, показывает на две схемы этого процесса: I - смыкание се -зонно-талого слоя с зоной многолетнемерзлкх пород, и 2 - понижение уровня грунтовых вод из-за истощения их ресурсов.

Первая схема хорошо описана А.Н.Афанасьевым (1975) и характерна для области преимущественно сплошного распространения многолетне-мерзлых пород - Витимское плоскогорье и верхнее течение Уды и Хилка.

Областям ,прерывистого и островного'распространения многолетне-мерзлых пород и длительного сезонного промерзания почвогрунтов большая часть бассейна Селенги, некоторые реки западного побережья Байкала и Восточного Саяна, - присуща вторая схема перемер-•заш рек. В этой об пасти не происходит смыкания сезонномерз лого слоя с криолитозоной, так как верхняя граница зоны вечной мерзлоты погружена на глубину более 3-5 м, а почвогрунты промер-

эают до 2,5-3,0 м. Но в зимнее время вследствие истощения ресурсов подземных еод происходит понижение уровня грунтовых вод на 1,5-2,0 м, т.е. на отдельных участках уровень грунтовых вод оказывается ниже дна русла. Поэтому на этих участках происходит восполнение подрусловых вод за счет русловых, и, как следствие, река перемерзает.

Глава 1У. ПРОСТРАНСГВЕНКО-НРЕйЕННиЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗШНЕГО СТОКА.

На большинстве использованных в работе постов ошибка определения средних многолетних величин минимального и меженного стока меньше 10%. Ошибка расчетов коэффициентов вариации Си на подавляющем большинстве постов не превышает,15%.

Оценка репрезентативности имеющихся временных рядов проводилась по разностным интегральным кривым, приведенным к стандартной изменчивости. Анализ этих кривых показал, что на большинстве рек обнаруживается тенденция к образованию длительных маловодных и многоводных периодов (12-15 и 15-20 лет соответственно). Гак как на большинстве постов наблюдения за стоком ведутся с 50-х годов и ранее, то при средней продолжительности временных рядов в 28 лет они яеляются достаточно репрезентативными. Тенденция к образованию цикличности в многолетних колебаниях зимнего стока рек Бурятии, указывает на высокую скоррелированность смежных членов, что объясняется инерционностью процесса формирования зимнего стока, т.е. постоянны;,! подземным питанием. Значения коэффициентов автокорреляции t{I) изменяются от 0,10 до 0,80. Обнаружить какую-либо закономерность в пространственном распределении коэффициентов автокорреляции не удалось. Значительная вну-тркрядкая скоррелированность показывает на устойчивое и глубокое подземное питание рек Бурятии в зимний период.

Анализ исходного материала показал, что временные ряды достаточно однородны и репрезентативны для статистических оценок.

Пространственное распределение зимнего стока рек Бурятии имеет-субмериди'окальшй характер и отобраяает в основном изменение увлажненности территории, которое тесно связано с оро -графией и простиранием основных геологических' структур. Поэтому распределение зимнего стока определяется геолого-структурными особенностям! территории, гидрогеологическими условиями и, связанны!.! с ними, режимом подземных вод. Кроме этого на.распределение стока сильное влияние оказывают многолетнемерзлые породы.

На хребтах и нагорьях, которые занимают 80% территории республики, наблюдается высотная поясность, определяемая поясностью подземных вод гидрогеологических массивов.

В целом величины зимнего стока уменьшаются с северо-запада на юго-восток и изменяются от 8-10 л/с.км^ до 0 для минимального стока и от 100-140 мм до 0,5-1 мм для меженного стока. Область повышенного стока приходится на Прибайкалье. Модули минимального стока изменяются от 0,5 до 8-10 л/с км*% а слои меженного стока - от 10 до 140 мм. Вся восточная часть Бурятии относится к области пониженного стока, где преобладают небольшие величины - 0,0Г-0,5 л/с.км^ для минимального и 0,5-5 мм для сезонного стока. Реки Витимского плоскогорья, верховьев Уды и Хилка и междуречья Джэды, Чикоя и Хилка перемерзают постоянно. Резкое уменьшение величины зимнего стока на порядок и более происходит на юго-восточных склонах Хамар-Дабана и Улан-Бургасы.

Между модулями минимального 30-дневного и суточного стока существует линейная связь, которая выражается

Мсут = 0,92М30 (3)

Зимний сезонный сток имеет тесную связь с минимальным 30-дневным стоком, которая выражается зависимостью вида

у = а.Ъ\20 + ё. ' (4)

По характеру связи выделяются три района: реки Восточного Сая-на с Иркутом, реки Прибайкалья с Муей и неперемерзающие и эпизодически перемерзающие реки Забайкалья с Чикоем. В табл.1 помещены значения параметров а. и в и коэффициентов корреляции между у и М3д. -

Таблица I

Характеристики ввделенных районов ■

Район Число пунктов а в V

I. Восточный Саян 16 13,9 6,13 0,93

2. Прибайкалье 36 ' 16,1 12,8 0,94

л с. Забайкалье 23 28,6 2,3 0,84

Между зимним стоком и годовым не обнаружена какая-либо устойчивая связь. На реках Прибайкалья среднемноголетние модули . минимального 30-дневного стока составляют 10-40% от годового, а

слои сезонного стока 10-25$. На реках Забайкалья минимальный зимний сток не превышает 2,5%, а сезонный - 5 % от годового.

Данные по средним многолетним величинам зимнего стока обобщены в виде карт изолиний. Проверка карт зимнего стока осуществлена методом "выбрасываемой" точки по методике, предложенной А.В.Хрлстофоровым (1977). По этой методике произвольно выбирались 30 постов. Затем строилась карта изолиний без этих постов, данные которых служили контрольными. Таким образом достигалась проверка надежности карт на независимом материале. Средняя ошибка определения модуля минимального стока, оцененная по этой методике, равна 37$, а слоя меженного стока - 42%. Данные величины являются вполне реальными, соответствуют современной изученности территории,' сложности геологического строения и гидро-логеологических условий.

Изменчивость минимального стока рек Бурятии изучена достаточно хорошо и находится в тесной зависимости от факторов, формирующих зимние расходы воды: климатических, гидрогеологических, мерзлотных, рельефа и др.- Изменчивость зимнего сезонного стока также определяется этими же факторами. В распределении коэффициентов вариации наблюдается их увеличение с северо-запада на юго-восток.

На реках Прибайкалья и Восточного Саяна, где питание подземными водам! устойчивое, Су минимального стока изменяется от 0,10 до 0,35, а сезонного - от 0,15 до-0,40. На неперемераагацих реках Забайкалья Су минимального стока равны 0,50-0,80. При величине Су больше 0,75 реки перемерзают. Изменчивость зимнего сезонного стока рек Забайкалья больше 0,'70.

Для рек Прибайкалья, Восточного Саяна и неперемерзающих рек Забайкалья между Су минимального и меженного стока существует линейная зависимость при коэффициенте корреляции, равном 0,81:

^20 " Чим -°»01 <5)

Статистически значимая связь коэффициентов вариации зимнего стока с средней высотой и площадью водосборов не обнаружена, ото дало основание картировать значения С/ , относя имеющиеся эмпирические моментные оценки к центрам водосборов.

Опыт разработок методик расчета минимального стока рек Забайкалья, выполняемых на кафедре гидрологии суши МГУ, показывает, что использование таких параметров как среднее многолетнее значение (норма), коэффициент вариации (С,,) и отношение коэффициента асимметрии (С5) к коэффициенту вариации - С5/ Су, поз воля-

ет параметризировать функции распределения вероятностей и дает удовлетворительное объяснение их пространственно^ изменению в зависимости от географических факторов.

Необходимым условием соответствия выбранного закона распределения вероятностей ежегодного превышения характеристик зимнего стока эмпирической кривой обеспеченности является правильный выбор соотношения С$/Су. Для этого по минимальному стоку были рассмотрены эмпирические кривые обеспеченности по 35 постам с периодом наблюдения более 30 лет. По сезонному стоку били проанализированы эмпирические кривые обеспеченности по 52 постам в бассейне Байкала и Ангары с периодом наблюдений более 30 лет и по 15 постам в бассейне Витима с периодом наблюдений более 20 лет. Таким образом были исследованы 67 кривых обеспеченности по «еженному стоку.

Полученные эмпирические кривые обеспеченности зимнего стока' рек Бурятии достаточно хорошо соответствуют трехпараметрн-ческому гамма-распределению в области низких обеспечекностеГ: (75-97%) с соотношением Цу=2Ск.

Глава У. РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ БУРЯТИИ ПО УСЛ03Ж.1 ФОРМИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕРУ ЗИМНЕГО НЕЖЕННОГО И .МУЖ5АЛБ-Н0Г0 СТОКА. :■■'•

Гидрологическим районированием территории Бурятии в "составе Забайкалья или отдельной ее части (бассейн Байкала) в 50т70-е годы занимались А.Н.Афанасьев, А.И.Владимиров, З.И.Петереек и др. За основу всех предложенных схем была принята зависимость Минимального стока от высоты.

Для решаемой задачи в настоящей работе за основу принято гидрогеологическое районирование горно-складчатых областей Восточной Сибири Е.В.Пиннекера и бассейна Байкала Б.И.Писарского по условиям формирования подземного стока, так как рассмотрение условий формирования зимнего стока показывает, что основным фактором пространстьенной дифференциации его характеристик являются структурно-геологические, тектонические, гидрогеологические и мерзлотные условия., Это связано с тем, что .из-за продолжктель» ного зимнего периода с устойчивыми низкими температурами воздуха и малым количеством осадков реки.Бурятии в это : время,питают* ся только за счет'ресурсов подземных вод.

В основу выделения областей положены различия в геолого-структурных условиях, которые определяются временем и характером тектонической активизации.1 Также учитывались сочетание гщ

рогеологическкх структур (гидрогеологические массивы трещинно-жильных вед и артезианские бассейны порово-пластовых вод), характер связи между эиМним' минимальным и сезонным стоком ■ (табл.1) и гидрологический режим (перемерзание) рек. Таким образом вццелены четыре области: Восточно-Саянская, Байкальская, Забайкальская и Хэнтэй-Даурская (рис.4). В табл.2 приведены основные характеристики ввделенных областей.

По характеру связи стока с высотой местности, зависимости стока от плотности разрывных нарушений и величине стока внутри Байкальской области вццелены 9 районов. По мерзлотным условиям, которые влияют на гидрологический режим, Забайкальская область подразделена на три района. Вместе с краевыми областями вьщелены 14 районоа по условиям формирования и характеру зимнего стока.

Р;;с.4. Схема районирования территории Бурятии по условиям формирования и характеру зимнего стока. Границы: I - государственная, 2 - республики, 3 - исследуемой территории, 4 - ввделенных областей; 5 - номера областей.

Таблица 2.

Основные характеристики гидрологических областей.

! Тектоно-маг- !Гидрогеоло- !Годовая !Гидрологи- Сток рек ! Изменчивость

Область Ыатическая гические ! сумма ! ческий ! стока

! активизация ! ! ! структуры ! ! ! осадков, 1 мм ! ! режим ! миним. л/скм^ сезон, мм ! 1 миним. ! I , сезон. !

I.Восточно- кайнозойская высокогорн. Зпизодич. 0,20- 0,20-

Саянская (сжатие) гидрогеолог, массив 400-600 прмрз.мал. рек 1-2 10-30 0,25 0,30

П.Байкальская кайнозойская высокогорн. сток

(растяжение) массивы и артез.басс. байкал.типа 200-1000 постоянный 1-9 10-100 0,200,75 0,200,50

Ш.Забайкальская мезозойская средне- и эпизодич.и

низкогорн. 200-600 постоянное 0-1 1-10 0,20-х 0,40-

массивы и 0,75 0,90

артез.басс.

забайкал.типа

«о

1У.Хэнтэй-

Даурская

кайнозойская среднегорн. сток

(сжатие) гидрогеолог. 400-600 постоянный 0,5-1 10-20 массив

Примечание: х - коэффициенты вариации даны для не перемерзающих и эпизодически перемерз.

0,50- 0,400,75 0,60

Восточно-Саянская область охватывает Окинское плоскогорье с окружающими хребтами. Это наиболее приподнятая часть исследуемой территории: вершины хребФов превышают 3000 м, а днища речных долин находятся выше 1200-1500 м. В этой области практически от -сутствуют артезианские бассейны байкальского типа, поэтому область представляет собой довольно монолитный зысокогорный гидрогеологический массив. Область характеризуется невысокой вод -ностью: модули минимального стока равны 1-2 л/с.км , а слои стока не превышают 10-30 мм. Малые реки при площади меньше 100 км*" эпизодически перемерзают. Подземное питание устойчивое, Су зимнего стока меняется от 0,20 до 0,30.

Отличительной чертой Байкальской области является чередование линейно вытянутых с юго-запада на северо-Еосток горных хребтов и межгорных впадин байкальского, типа с резкими орографическими контрастами. Вершины хребтов достигают 2000-2500 м, днища долин расположены на высотах от 500 до 1100 м. Поэтому для области характерно сочетание высокогорных гидрогеологических массивов и артезианских бассейнов байкальского типа. Гидрогеологические массивы играют ведующую роль в формировании подземного стока. Активная тектоническая деятельность на канозойском этапе тектогенеза обусловила высокую раскрытость системы, развитые элементы рельефа и большую раздробленность горных пород, что обеспечивает интенсивную инфильтрацию и высокие коляекторские свойства водовмещающей среды. Реки области не перемерзают и выделяются высокими показателями зимнего стока. Модули минимального стока равны 1,0-10,0 л/с.км^, а величины слоя стока меняются от 10-20 до 100-140 км. Су зимнего стока не превышает 0,40 с отдельными исключениями для левых притоков р.Баргузин и рек западного побережья оз.Байкал.

Забайкальская область включает в себя реки Селекгинскогс среднегорья и Витимского плоскогорья. Эта область более слабых орографических контрастов, самой характерной и общей чертой рельефа которой является чередование неглубоких впадин забайкальского типа и средневысотных (1200-1700 и) горных поднятий. Тектонические движения проявляются слабо, и область развивается в условиях относительного тектонического покоя. Формирование осноеных геологических структур было завешено на мезозойском этапе тектогенеза, разрывные нарушения развиваются 2 услоэиях сжатия и закальматированы глинистым материалом, что затрудняет водообмен и снижает коллекторские свойства. Межгорные впадины

выполнены мезо-кайнозойскими мелкозернистыми рыхлыми осадочно-вулканогенными отложениями. Соотношение гидрогеологических массивов и артезианских бассейнов забайкальского типа можно определить как равные. Подземное питание неустойчивое, и большинство рек области в зимний период перемерзают. Модули минимального стока крайне низкие - 0-0,5 л/с.км^, сезонный сток характеризуется величинами слоя стока в 1-10 мм. Су практически повсеместно превышает 0,5'0. Основная часть зимнего стока аккумулирует- -ся в ледяном покрове (до 120% от гидрометрически учитываемого стока).

Четвертая область охватывает все Хэнтэй-Даурское нагорье, которое состоит из системы чередующихся горных хребтов и мен-горных впадин. В области новейшие движения земной коры проявились слабее, чем в Байкальской, в основном преобладают разрывные нарушения типа взбросов и надвигов, развивающихся в условиях 'сжатия. В межгорных впадинах артезианские бассейны не выражены, поэтому все Хэнтэй-Даурское нагорье представляет собой обособленный гидрогеологический массив средней высоты. Реки района не перемерзают, что свидетельствует об устойчивом подземном питании, но Су зимнего стока имеют высокие значения - 0,400,80. Модули минимального стока меньше I л/с.км . Слой зимнего стока равен 10+20 мм. '

В заключении сформулированы основные результаты исследований.

I. Впервые рассчитаны временные ряды зимнего меженного стока рек Бурятии, оценены их статистические характеристики. Анализ этих рядов показал значительную внутрирядрую скоррели-рованность и тевденцию к образованию длительных маловодных и многоводных периодов. Эмпирические кривые обеспеченности удовлетворительно описываются трехпарамет'рическим гамма-распределением с соотношением С5 - 2С,,. Временные ряды однородны и репрезентативны для статистических оценок при продолжительности наблюдений свыше 30 лет.

.2'. Впервые территориально обобщены статистические параметры слоя зимнего меженного стока в виде карт изолиний, показавшие их значительную географическую дифференщацию. Наибольшие значения среднемноголетнего слоя стока характерны для Прибайкалья (10-140 мм), наименьшие (1-5) т для Забайкалья. Выявлена тевденция уменьшения величин сезонного стока с северо-запада на юго-восток. С^ слоев зимнего стока находятся преимущес-

твенно в диапазоне 0,20-0,50, наибольшие его значения (0,70-0,90) характерны для рек Забайкалья, наименьшие (0,15-0,20) - для рек Прибайкалья.

3. Существенно уточнены статистические параметры зимнего минимального стока и произведена их увязка с соответствующими характеристиками меженного стока. Обнаружена высокая пространственная скоррелированность характеристик меженного и минимального стока, получены надежные формулы для их взаимного преобразования. По уточненным данным произведено территориальное обобщение параметров зимнего минимального стока рек Бурятии в виде карт изолиний.

4. Для преобладающей части территории Бурятии впервые обнаружена обратная зависимость характеристик зимнего стока от высоты местности. Увеличение зимкзго стока с высотой местности характерно лишь для отдельных территорий с благоприятными условиями для формирования значительных ресурсов подземных вод в приводораздельных частях.

5. Впервые исследована зависимость' между зимним стоком и характеристиками тектонических нарушений и количественно подтверждено представление о важной роли разрывных нарушений земной коры в формировании поверхностного стока рек Бурятии на примере Байкальской рифтовой зоны. Установлено, что на величину зимнего стока влияет количество разломов, а. длина нарушений' существенной роли не играет. Характер связей зимнего стока с плотностью разломов носит сугубо локальный характер и определяется структурно-гидрогеологическими условиями и преобладающим направлением дизъюнктивных нарушений.

5. Впервые рассчитаны объемы воды, аккумулирующейся в ледяном покрове рек южной половины Бурятии и предложена номограмма, упрощающая эти расчеты для неизученных рек по данным о густоте речной сети и площади водосбора.

7. Детальный анализ материалов по перемерзанию рек и их пространственное обобщение позволили выделить 3 области по характеру этого явления: нелеремерзающие, ежегодно (постоянно) перемерзающие и эпизодически перемерзающие реки. При этом разработаны критерии оценки неизученных рек по выделенным категориям перемерзания: а) для всей территории Бурятии з зависимости от слоя зимнего стока и площади водосбора; б) для Селенгин-ского среднегорья - от среднемноголетнего модуля годового стока и площади водосбора. Для ежегодно перемерзающих рек Битим-ского плоскогорья предложена расчетная зависимость лродолжи-

оп

тельности перемерэ&ния от площади водосбора.

8. Обобщены данные по срокам и продолжительности перемерзаю« по речным системам Бурятии в зависимости от категории повторяемости и площади водосбора. На примере отдельных рек показано решающее значение локальных тектонических условий и объяснены различные механизмы перемерзания рек в условиях сплошного и островного распространения многолетнемерзлых пород.

9. Анализ схемы взаимодействия футоров формирования зимнего стока показал, что основной причиной пространственной дифференциации его характеристик являются структурно-гадрогеологи-ческие и мерзлотные условия, и позволил районировать территорию Бурятии по условиям формирования и характеру зимнего стока с вццелением гидрологических областей и районов. В вьделении областей ведущую роль играют время и характер тектонической ак -тивизации, сочетание гидрогеологических структур, связи минимального и меженного стока и гидрологический режим. В выделении районов определяющими были для Байкальской области характер связи стока с высотой и дизъюнктивными нарушениями, орографические различия; для Забайкальской области - распространение мерзлых пород. Районирование явилось не только обобщением имеющегося материала и проведенных исследований для наглядного представления полученных результатов, но и способствовало Поиску новых закономерностей на отдельных этапах исследования, объяснения локальных зависимостей.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Влияние производственной деятельности человека на водные ресурсы оз.Байкал // Геолого-географическое изучение и экологические проблемы особо охраняемых территорий Урала и Сибири (Тез. докл.конф.). Челябинск, 1988, с.67 (В соавторстве с A.M. Сумен-ковой и Й.М.Борисенко).

2. Дешифрирование мелиоративных систем по космическим снимкам при составлении карт динамики агролавдшафтов в Байкальском регионе// Эколого-географическое картографирование и оптимизация природопользования в Сибири (Тез.докл. к 1У региональной научно-те^н.конф. по тематическому картографированию). Иркутск,1989, вып.2, с. 215-216.

3. Исследование влияния тектонических разломов на сток малых рек бассейна оз.Байкал //Мат-лы Х1У конф. молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Вост.Сибири. Иркутск, 1990,

с.261-152. vl-

23

4. Роль разрывных нарушений в формировании поверхностного стока.//Экологические и гидрологические проблемы природопользования в Байкальском регионе. Улан-Удэ, 1990, с.21-27. (В соавторстве с И.Н.Борисенко и В.А.Корсаком).

5. Развитие гидромелиорации и водные ресурсы бассейна р. Селенги // Там же, с. 59-65.

Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага писчая. Объем 1,5 п.л. Тираж 100. Заказ 65.

ТОО "0Л30Н", г.Улан-Удэ, ул.Сахьяновой, 6.