Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Гидрологические и селевые характеристики бассейнов горных рек при естественном и зарегулированном стоках (на примере рр. Сурхоб, Вахш и Кобул)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Гидрологические и селевые характеристики бассейнов горных рек при естественном и зарегулированном стоках (на примере рр. Сурхоб, Вахш и Кобул)"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ^ . . л ИНСТИТУТ ВОДНЫХ ПРОБЛЕ1Л

?1 5 ОД

3 1 - На правах рукописи

ГУЛОМ ХАСАН АБДУЛНАШ

УДК 556.54/55 (575.3+581)

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ И СЕЛЕВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАССЕЙНОВ ГОРНЫХ РЕК ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ И

. ЗА РЕГУЛИРОВАННОМ СТОКАХ

( на ¡.римерэ рр. Сурхоб, Вахи и Кобул)

II.СО.07 - гидрология суши,водные ресурсы и гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

„диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1995

Работа выполнена в Отделе математической реологии и фильтрации Института математики АН Республики Таджикистан. Научные руководители:

доктор технических наук, профессор к.А.Саттаров доктор технических наук, профессор О.К.Коыншз бшшлал&НЕЮ оппоненты:

доктор технических наук, с.н.с. Х.А.Ксмагкдза кандидат географических наук, с.н.с. й.В.Лесник Ведущая организация - САРНйГш ^

Защита диссертации состоится " у/" 1995 г. в

чао. на заседании специализированного со; эта Д 015.70.2:1 по присуждении ученой степени доктора наук в институте водных проблем АН Респубди.чи Узбекистан по аиреау: 700000, ГСП, ул.йкуба Коласа,24.

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных проблем АН Республики Узбекистан.

Автореферат разослан 51 Уо- " ООСуО С* ^ х9д5 г.

Учении секретарь епоциадшжкгза^наго совета, доктор географических наук,

профессор У ^¿у&ь^с^' элйчакосрксоз

Э.к.Ча

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш: Всаимодействке потока и русле происходит по принципу саюрегулфукцегося природного механизма, который под влиянием внешние причинных факторов - водоносность реки, наносы, ограничивающие условия - выбирает еданстоввша возмогший режим,характеризующийся равновесным состоянием систем (устойчивостью), а тенге наименьшими затратам' энергии. Яорка-розание русла з результате взаимодействия водного потока л наносов - это свободное форлшрованле. Огранячаваадж» условил -это третий причинный фактор значительных руслообразувдих процессов, среди которых для средних и крупных рек, определяющее место заяккают искусственные гидротехнические сооружения.

Среди этих сооружений, оказывающих наиболее значительное вдояшю на окрукавдуя среду и на социально-экономические фактора региона, водохранилища гидроэлектростанций занимают одно из ведущих мест. Особенно енсоко значение создания различного типа и различной мощности гидроэлектростанций з горных регионах и образования глубоководных водохранилищ в руслах горных рек путем строительства надекнкх плотин.

К настоящему времени подавляющая часть обширного информационного и научно-исследовательского материала относится ";с водохранилищам гидроэлектростанций, построенных на равнинных реках и к некоторым проблемам (сработка берегов, динамика лелл, ветровые, волновые,термика) горных водохранилищ и■озер Кавказа.

Успешно осуществленные и плашфуемые на перспективу строительства различного уровня гидроэнергетических комплексов кз базе малой площади водозранилищ на горных реках Средней дана (Корин, Ваш, Пяндне) и Афганистана (р.Кобул) в цело;/! полностью решают насущные проблемы как энерго- и водоснабжения.так и рас-щ;грения площадей орошаемого земледелия в этих развивающихся регионах земного ¡пара- богатых природными ресурсами.

■В связи с этим оценка гидрологических и гидрофизических характеристик бассейнов горных рек, таких как Ва/щ к КоЗул, в руслах которых создан каскад гидроэнергетических сооружений, актуально не юлько в плане научного познания последствий антропогенного вмешательства в пряродно-эсгестзеннуа сроду, но весьма вакное значите имеет в практике дальнейшего развития гидроэнергетических кс?шлексов; а такиэ при создашь хратшлаз чистой 1фэснсй вода в экологических чистых регионах горно-лред-горных стран.

Цель работы. Целью диссертационной работы является:

- предварительная сравнительная оценка динамики заиления минерализации, тврмпки водохранилищ Нурек и Няглу, а так::;е сте пеня изменения твердого стока на канат бьефах соответсгвуяок плотин;

- :гзучекие азро-гидрсметеорологических факторов, обуславли вводя форлгирозак^о а проявлен;® снеянакогых к веперзодеческах селей:, оценка площадей их распространения, времени проявления степени повторяемости, а тгкке выявление характерных особенное той различий гик явлений с учетом ктаатическкх условий сло.гиой орогрзфш бассейнов малых горных рек;

- критический обзор, , классификация аналитических форму расчета динамики селззого потока, оценка степени соответствия модельных приближения натурным данным;

- обсуздзнке вопросов параметризации и моделирования сэлгк и паводковкх потоков с учетом факторов реологических хгра.та ристик;

- расгяренхе ракок аналитически;': формул на основе мое&зсз-цки реологачвсккх моделей.

Оакткческнй матерная для диссертации в период работы получек автором кз фондов гидрологические слукб и гидрогеологических ежегодаикоз ¿Фгакистакз,. а также из фонда выборочной ссво-к у; ¡но с ти - базы дазккх Отдела математической реологии и фильт рации и при непосредственном участии автора в экспедиционных исследованиях сотрудк-дсов Института математики АН ?1,

Методика исследований. Сценка гидролого-г^1дрсф1зичзсг,и параметров горных рзк и водохрзнЕлад проводились на основе тодоз Еерояткостко-статисткческой обработки, аяадгаа к оОсЗз ння данных временных рядов. Количество селеопасных бассейнов селеносных русел Таджикистана установлено на основе картограф ческкх материалов; очаги снеккиковых к непериодических селе их распределение по времени и в пространства выявлен:! на о сне целенаправленных экспедиций. Вопроси параметризации и моде лит вания гидрологических процессов обсуадахгхся в рамках гидре:, ханкки и гидразлкк;: на реологической основе.

Нэучнзя новизна: В результате проведенных исследований: - установлены оценочные характеристики данагггкк 'хидкого и дого стока, процессов заиления и термики, а тскне г.ккерадкзш рр.Васз и Кабул и их притоков до и после создания годохргкш. Нурек и Каглу за 1С лет их функ:^;онирозаж1Я с грсгкогс.м

перспективу;

- дзно обоснование значительности селеопаскых очагов, выявлена особая роль орографии и kjгтата высокогорья в проявлении сяеж-нкноБых и редких к.атасгро$к?есжис селей в бассейнах: малых рек и временных зодотсксв, а тзк;::е установлены оценочные характеристики площадей распространения их в Таджикистане и Афганистане;

- дано описание селей, происдедяих в последнее гремя и хронометраж одного селевого процесса в Карате:'кнском массиве;

- дан обзор, анализ и классификация аналитических формул для расчета динамики селевого потока и получено некоторое обобщение известных закономерностей ламинарного и турбулентного дзикенкя воды в открытых руслах на базе модифицированной реологической модели.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в методике сравнительного анализа гидролого-гидрофизических характеристик pp.Вага и Хсбул до к после регулирования их стока, установление оценочных характеристик динамики заиления и минерализации, термического рекима как в самих водохранилищах Наглу и Нурек.так и на нижних бьефах соответствуют*, плотин ГЭС; з установлении площадей распространения и природа проявления сне;жиковя"х и редких квазкяериодкческих селей в Таджикистане и Афганистане; в хласаификации известных в литературе формул к в обобщенны законов ламинарного и турбулентного движения а да в иткрытых руслах нта реологической основе ^ Полученные результаты представляют ценный исходный материал при изучении проблем селеопасностя в условиях Афганистана. Практически закен такке вывод о том, что скорость заиления Нурекского водохраникилица опережает проектные прогнозные расчеты.

Апробация работы. Результаты работы обсуадалксь на Семинарах Отдела Математической реологии и фильтрации Ш АН РГ и Кафедрах гидравлики и мелиорации Тадаккского аграрного университета, на Республиканском се.минаре по проблемам селевых и оползневых явлений (I9S3),

Публикации■ Основные результаты диссертации опубликованы в статьях, сшсск которых приводится в конце автореферата.

Объем к структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, заключения, таблиц и, списка литератур! из №4 наименований я изложена нз страницах.

Автор выражает глубокую благодарность коллективу Института математики АН РГ и особенно своему научному руководителя д.т.к.

профессору Сатторову-М.А. за предоставленные возможность к условия для выполнения этой работы и постоянные консультации.

содатжж: РАБОТЫ Бо введении обосновывается актуальность работы, анализируется современное состояние исследуемого вопроса применительно к высокогорным условиям Центроазиатской аридной зоны, излагаются основные научные голонения диссертации,... которые выносятся на защиту.

Первая глава состоит из 4 параграфов и посвящена оценке гидролого-гидрофизических характеристик рр.Вахш, Кобул и их притоков до и после регулирования их стоков водохранилища;,:!! Наглу к Курек. Изучены гидрофизические, гидротермичзскле и гидрохимические характеристики бассейнов соответствующих рек к водохранилищ.

В параграфах 1.1-1.2 на основе классически?: работВ.Л.Щульца к исследователей позднего периода приведены краткие сведения об основных факторах формирования стока, гидролого-гидрофкзиче-скпх особенностях рек Вахш, Кобул и кх притоках. Даш схематические линейные планы и гидрографические схемы, приведены общие характеристик;: бассейнов Вахш и Кобул и детально проанализированы морфологические параметры этих рек и их притоков в характерных створах.

Общая характеристика бассейна р.Кобул

Таблица 1.6 '

Река (створ) Средняя высота, м Площадь водосбора, кв. км Расст. от истока, км ■

Логар (Сангиновешт) 2800 9740 262

Кобул (Такги-Гару) 2800 1620 88

Кобул (Наглу) 2750 26000 159

.Кобул (Дарунта) 2610 3440Q 232

Кабул (Дока) 2980 67400 309

Тагаб (Тагаб) 2200 800 55

Павдягер (Сухи) 2800 10900 170

лагыан (Пул'лкоргай) 2880 6160 165

Сур.груд (Султснпур) 2183 2590 115

Купар (Пуяк-Кзма) 3700 26G00 ' 5 г.

В параграфе 1.3 исследованы гидрологические, гидрофизические и гидрохимические рекикы р. Вахш до и посла создания Нурек-сксй высотной плотины и образования Нурекского водохранилища. При этом весь интервал стационарных и рекимкых наблюдений от 1932 года до 1939 г. разделе?: на два периода.

К первому периоду относятся данные наблюдений•до пзгулиро вания стока р. Захш Нурекским'водохронилищем, который охватывает интервал времен:! 1932-1968 гг.

Ко второму периоду отнесены данные-наблюдений, относящиеся к периоду 1374-1388 гг., т.е. из рассмотрения удалены данные наблюдений переходного периода, который оцределен интерзалом времени от середины 1988 г. вплоть до 1Э74 года.

Проведен статистический анализ данных многодетных наблюдений за период до регулирования (1932-1968) и за период после регулирования (1974-1988) стока .реки. Построены эмпирические кривые обеспеченности среднегодовых и максимальных расходов рр. Ваял и Сурхс-б за периоды 1932-1968, а такие приведены расчетное распределение стока р. Вахш по месяцам, откуда следует, что годовой гидрологический цикл делится на два периода: весенне-летнее половодье и мегень, в период половодья по реке проходит около 763 годового стока.

Сток взведенных наносов, в частности, мутность воды и расходы наносов в р. Вахш подверкекн большим изменениям.

После образования Нурекского водохранилища, на. нижнем бьсфс-Нурекской плотины коренным образом изменились качественная к количественная структура извещенных и донных накосов.

Таблица 1.12

[ Месяцы 1 1-П1 1У-У1 711-1Х Х-Х11 Ср.год.значение

1 ■ » л. 164 ¿124 6797 145 4469

3 26.6 С Т 7 185 8.9 78.6

3 таблице 1.12 представлены среднеквартальные, среднегодовые данные о величинах взвешенных взносов в створе Туткаул-Сзгкгу-зар за периоды (А) - 1932-1970, и (В) - 1974-1988 г. Путем интегрального осреднения кривей распределения твердого стока, получено, что б одно;.: кубометре воды содержится з среднем около 4,5 кг твердого стока, а на низ-тем бьефе плотины, это зелич;гаа достигает л,инь 100-130 г. Гакам образом, а результате осэденил транзитных наносов на устьевых частях Ну?екс::сго

водохронилища непрерывно накапливается около 90 млн. тонн (или около 41 млн. м3) твердого наноса в год, который до регулирования стока реки приходился на долю оросительных грунтовых каналов и орошаемых полей. v

Кроме того, в результате локальных оползней, обвалов и смыва грунтов берегов, а также селевых потоков из прилегаюцих территорий происходит дополнительное накопление массы поверхностных отложений грунта на дно водохронилища в объеме около 40-45 млн. тонн, и этот процесс, монет длиться, как свидетельствует исследование аналогичного явления в условиях завального озера Сарез (I9II), в течении десятилетий. Следовательно, в настоящее время на дне Нурекского водохранилища накоплено более 2,5 миллиард тонн твердых наносов, который составляет более II-I35& общего или 20% полезного (гидромелиоративного) объе Нурекского водохранилища.

Среднемесячные и среднегодовая температуоы воды в р.Вахш (гидропост Туткаул-Саригузар) за периоды 1938-1970 гг. и (В) 1974-1988 гг.

Таблица 1.13

месяцы периоды I II III IV V VI VII

Л °С 2.23 3.58 7.26 11 .03 13.11 12.95 14.56

В °с 7.73 6.41 6.38 9.39 12.50 14.50 15.30

5.50 2.83 -0.88 - 1 .64 - 1 .61 1 .55 0.74

месяцы периода VIII IX X • XI 'XII среднегодовая

А °С 15.12 13.65 10.53 5.7 3.49 9.52

. В °с 15.67 15.24 14.47 12.8 10.64 11.76

0.55 1 .59 3.94 7.1 7.15 2.24

Значительные изменения произошли в гидротермическом резсиме потока вол; ка нижнем бьефе и в самом водохранилище, после наполнения и ¡¡ринятием км квазистационарного состояния, обусловленного зкснлуатакой водохранилища в целях орслекия.

Результата расчета термичосккх харекторкстми; потека "-од:, на периоды (Л) -1°32-1970 и (В) -1Э74-19о8-страх-гены в таб. 1.13.

Зкочитэльное псжщение температура • воды а осешга -п&риод и звйначительнов сникеккв температуры воды б тсс^-тт-

период, обуславливают проявление новых гидрофизических эффектов в бассейне. : Так, например, весной и ранним летом наблюдается снижение градиента роста температуры просветленной (чистой) воды в трассах больших магистральных каналоз Вазовской' долины. Во внутригодичном разрезе изменение температурного режима воды реки весьма значительны. 3 осенне-зимний период произошло резкое повышение температуры воды: в ноябре-январе в среднем температура вода повысилась в 2-3,5 раза.

Снижение температуры произошло в марте-мае, причем в апреле теперь температура воды оказалась на 1,5°С ниже, чем до создания Нурекского водохронилища. Заметим, что все эти значительные изменения температуры воды водохронилища относятся к поверхностному слою до глубины 15-20 м, с течением времени термический режим глубинных вод (ниже 20-30 м) устанавливается в соответствии с физико-географических условиями местности. В частности, влияние малых водохронилищ (Головного и Байпазинского) на термический резким р. Вахт прослеживается (изоль-август 1980-1989 гг.) на расстоянии 8-12 ям ниже их плотины с максимальным градиентом температуры до +4,0 * 5,G°G по сравнению с периодом до их образования. ■

Гидрохимические характеристики, в частности, величина минерализации воды рек на территории Таджикистана находится в пределах ОД - 0,4 г/л,. за исключением отдельных рек, таких, как например, Кызылсу, ' Таирсу, Явансу (до орошения Яв'акской долины, 1968), которые имеют повышенную минерализащ- 1,0-1,5 г/л и выше.

Водный поток р. Вахт в течении всего года имеет повышенную • минерализацию, которая обусловлена наличием в горах Вахшского бассейна соленосных пород. Хлоридов в реке меньше, чем сульфатов. Среди катионов преобладает Са2+, однако в период межени повышается и содержание'хлоридов и ионов Na*, К*, вода умеренно жесткая (3,0-5,9 мг-акв), в межень -жесткая (в мг- экв).

В настоящее время естественный гидрохимический режим водотоков меняется в следствии зарегулирования и загрязнения их ' бытовыми и промышленными стоками.

Произошло заметное изменение гидрохимического режима воды р.Вахш в период значительного сокращения попуска воды из Нурекского водохранилища, например, в районе слияния р. Вахш с р. Пянда, сухой остаток в воде в июне 1979 г. оказался почтя на 30% больше, чем вблизи Нурекской плотины. В период межени, ниже

точки слияния р. Явансу у. затек Центрального сброса дрекакных вод Вахшской долины, минерализация воды повысилась от 0,46 г/л до 0,78 Г'/л и выше.

В результате испарения с еодной поверхности Курекского водохроннлища (98 км2) происходит увеличение концентрации солей в Нурексксм водохранилище более чем на 20 ООО тонн в год, которое также способствует повышению минерализации воды на низшем бъефе Нурекского водохранилища.

£ параграфе 1.4 исследование гидролого- гидрофизических характеристик бассейна р.Кобул проводится аналогично путем разделения ьсего интервала стационарных и режимных наблюдений на два периода:

-первый период относится к интервалу времени от 1943 г. до 1966 г. т.е. до регулирования р. Кобул плотиной ГЭС Наглу;

-второй период относится к моменту времени пуска в 1956 ГЭС Наглу до 1978 г.

Характеристики изеилистости рек и густоты речной сети бассейна р.Кобул

Таблица 1.15

и/к п/п Бассейн реки (приток) Длина км Длина реки по прямой км Козфф.извилистости Сумма длин русловых образований, км ' Коэф.густоты речной сети

1. р.Кобул 332 262 1.28 3404 0.064

2. р.Логар 280 202 1.39 617 0.063 '

3. р.Пандашер 228 183 1.2.5 735 0.061

4. р.Лагман 171 135 1.27 392 • 0.064

5. р.Сурхруд 125 125 1.19 215 0.082

б. р.Кунар 155 140 1.11 100 0.063

На основе сбора данных наблюдений, опубликованных, как в открытой печати, начиная от классических трудов В.Л. Щульца (1960, 1968) до монографии ГарбоЕского (1989), так и накопленные в различных проектных организациях бывшего СССР, а также Афганистана, дана краткая характеристика гидролого-гидрофизических и гидрохимических параметров р.Кобул. В частности, в табл-. 1.15 отражена общая характеристика извилистости и густоты речной сети бассейна р.Кобул.

Сравнительный анализ ряда гидрологических характеристик бассейнов рр.Взхш я Кобул, показывает значительно высокую изменчивость стока р.Кобул по сравнению с реками Сурхоб и Бахи.

Например, если коэффициенты -вариации р.Кобул в среднем равен 0,33,' то для рр.Вахш и Сурхоб, величина такого отклонения не выше, чем 0,14.

Для расчетов-заиления водохранилища ГЭС Наглу на период с 1966 г. до I9S6 г. и на отдаленную перспективу использованы данные наблюдения станции Наглу по твердому стоку за 1957г., близкий к среднегодовому по водности.

Наибольшая срочная мутность воды Кобула у Дарунты, зарегистрированная 15 апреля 1957 года в постоянной точке равнялась 8,42 кг/м3. В среднем, за 1957 г. по Кабулу у Дарунты проносилось в секунду 323 кг взвешенных наносов и суммарный годовой сток равнялся 10,2 млн. тоннам. Согласно В.Л. Щульцу по интенсивности смыва Кобул в 1,16 раза уступает водосбору Нарцна и почти в II раз водосбору Вахша, а по мутности - в 2,5 раза уступает стоку Вахшз..

Вследствие того, что воды рр. Кобул, Пэндншер и Тагоб пополняются весной ливнями, они мутные и приносят в водохранилище ГЭС Наглу твердые стоки. В связи с этим заиление водохранилища начзлось с момента его наполнения. На базе исходных данных расчетами установлено, что к 1986 г., т.е. за 20 лет эксплуатации полный объем водохранилища Наглу уменьшился на 93 млн.м3 или на 16%, а полезный - на 45 млн.м3 или на 11,8%. Отложения наносов у створа плотины к 1986 г. согласно расчетам достигли отметки II3I м, а к 2015 году достигает 1144 i ,, а мутность воды, сбрасываемый в нижней бъеф, на те se сроки составит 0,04 кг/м3 и 0,122 кг/м3. Нике плотины ГЭС Наглу в 1957 г. была построена'водоподъемная плотина ГЭС Сароби-1,и образовано водохранилище емкостью 6,5 млн.м3, в том числе полезной - 3 млн.м3 к 1966 году, за 10 лет данное.водохранилище заилилось на 80% от первоначального объема. Проведенная в 1967 г. промывка частично очистила водохранилище.от ила, и полезный объем его стал около 1 млн.м3. После создания плотины и образования водохранилища Наглу заиление упомянутого водохранилища почти дальностью прекратилось. Только в периоды ливней крупные притоки этого участка продолжают постепенно заполнять его наносами.

В конце I гдавы приведен ряд сравнительных таблиц, некоторые из которых отражены здесь.

В заключении этой главы отмечается, что по сравнению с рекам Вахт, Пяндж, Норын, в питаиии рек Афганистана большую роль играют жидкие осадки. В связи с этим, на территории Афганистана

весьма широко распространены сели, селевые и поводковые штоки. Однако, эта явления в настоящее время почти не изучены.

Сравнительная таблица гидрогоафнческнх характеристик рр. Вахи, Сурхоб, КЬбул и Панджщер

Таблица 1.28

Река Длина км Площадь бассейна в. км1 Отм.начала Отм.конца, м Показатель формы

уклон % Периметр бассейна, км

Вахш 524 39100 7248 1,77

1.2 350,5 850

Сурхоб Ш 22600 7248 1,77

1.3 250,6 1700

Кобул 350 г?4200 3700 6,19

1,0 1613 375 ■

Пакдкщер 228 12С00 4560 4,94

1.6 541 1000

Сравнительная таблица норм стока (о ).средаеквэдратическнх отклонений (о) и коэффициентов вариации (С ) рр.Вахш, Сурхоб, Кобул и Пандащер

Таблица 1.30

Рехз (пост) За период I948-1977гг. За период 1932-1988 гг.

°СР С I cv. я Qcp о | Су, Я I

I. Среднегодовые расхода вода, куб.м/с

Вахш (Туткаул > Сурхоб (Гарм) Кобул (Наглу) Пандашер (Шухи) 614 327 123 108 100 41 40 35 16.3 12,6 33,1 32.4 629 324 • 93 51 14,8 15.3

'II. Максимальные годовые расхода вода, куб.м/с

Вахы (Туткаул) Сурзоб (Гарм) Кобул (Наглу) Пандагер(Ц^хк) 2253 1452 63! 5 S0 453 389 335 £62 20,3, 26,8 49.3 43,7 2405 1387 416 389 17.3 26,6

Сравнительная таблица морфрлогических характеристик речных бассейнов рр. Вахш и Кобу л

Таблица 1.26

Бассейн реки. Длина реки км Плсдадь бассейна Ср.сирина бассейне , км Коэф.формы Коэф.ассим-метрки Коэф.развития водоразд.линии

Вахи 524 39100 ' уз 7,29

721 +0,43

Кобул 350 74200 0,39 2,СЗ

2Со -0,58

Вторая и третья главы диссертации посвящены вопросам оценки, классификации, параметризации и моделирования движения 'зхидкости в открытых руслах, главным образом, двинения селевых и поводковых потоков.з высокогорных регионах. Основным объектом исследований является территория Таджикистана.

Вторая глава состоит из трех параграфов. В параграфе 2.1 проведен краткий критический обзор работ посвященных исследова- • ни» и классификации селевых потоков з высокогорных странах, на примере Тгд:-г/кистанэ. Приведены определения понятия "сель" данные рядом исследователей 'з разное время.

В 1974 году Селевой комиссией Научного совета АН СССР принято определение: "Сель - зто временный гсрннй поток, харякте-ризунцийся резким подъемом уровня и высоким содержанием твердого материала".

Определение СМ. Олейх-мана: "Селевым потоком называется зременный горый русловой поток, характеризующийся еысоким содержанием твердого материала и резким подъемом уровня".

Жз ряда определений А.К.Шеко приведем следующее: "Сель -один из генетических типов экзогенных геологических процессов, который занимает прсхккутсчное положение меяду обычным паводком с язбольшэк содержанием взвешенных и влекомых наносов^ с одной стороны, и оползнями-потоками, с другой".

Определение ".А.СзттовсЕа: "Села - это скоротечное сложное многофазное тело - продукт аэрогидро- и геогжамических процессов .формироваки, далекие и динамическое воздействие которого в целом зависит от орографии к геологического строения местности".

Отмечается, что ос-'кзйаей классификацией селевых потоков является клаесифссзилл по реологические свойствам. Селевая масса в общем случае - трехфазное тело: вода, грунт и воздух ■■•

либо в виде Еозданых пузырхов в аэрированном потоке, либо в порах водонаснщеккого грунта.

Территория Таджикистана по степени селеопасности делится на районы со слабой (27%), средней (8,5%), сильной (21,8%) и очень сильной (31,2%) селеЕой деятельностью и по времени - в августе-феврале образуется всего лишь 11,4% селевых потоков, а в апреле -июле - 81,3%. Показано," что вопросы формирования, классификации и прогноза селевых явлений в основном разработаны, на примере Европейской части СНГ, и частично, отдельных районов Средней Азии, причем селевые явления Таджикистана почти не изучены до пятидесятых годов. На основе анализа графических данных А.К.Шеко общее количество селей в бассейнах Амударье и Зарафсан за сто лет (1870-1970) по Таджикистану и соседним областям Узбекистана и Туркменистана представлено в табл.2.1.

Весьма скудные данные этой таблицы по Таджикистану прежде всего свидетельствует об отсутствии собственной слукбы наблюдений в Таджикистане до пятидесятых годов, а для

Таблица 2.1

Селеопасные области Количество селей за периоды

1870-1899 1900-1935 1936-1970

Таджикистан - 2 . 164

Сурхандэрикская обл. 2 ■ 135 50

Оамаркандск. и Вухарск. обл. 5 28 83

Капет-даг 11 177 329

бывшей Всесоюзной гидрометеослужбы,- за исключением отдельные гадропостоз, верховья бассейнов рр. Амударьи и Зарафаана былг лишь эпизодическим (краткосрочным экспедиционным) объектом наблюдений. В подтверждение этого факта заметим, что только I 1Э87 г. на территории Таджикистана официально былс зарегистрировано 274 селя (из таблицы 2.2).

В Гчд^жсиетзне ■ общее количество постоянных и временных во-дотскоз дл/нсй 3-5 км к выае превышает более 3000, в том числе 947 кз имеет длину более 10 км. Следовательно, общее число селеопасм.'* Зьосейнов становится такте на менее трех тысяч Такам ста, рекомендация некоторых исследователей о том, чт бассейн-; до 500 кв.км рассматривать кчк одно целее и вести рас Чвт-Ы для -:~га а условиях высокогорья, является несостоятельно;.

Е т>?' ..-.¿тате изучения аэродинамики облаков высоко"лрьл

те слой связи с вертикальными градиентными эффекта!® давления и тешерзтуры воздуха М.А.Сатторовкм установлено определяющее влияние орографии высокогорной страны в формировании особого вида вихреобрззовалкй в процессе движения дивненссных туч. Математическая модель этого явления была доложена им на Первом Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование стихийных явлений природы", проходившем в г.Душанбе .в 1950г.. Само явление было названо аэрогидрорезонаконым эффектом физико-географических и климатических факторов горной страны, которая обуславливает возникновение краткосрочных катастрофических селей локального характера даже в очень малых бассейнах горных рек и временных водотоков с площадью менее 3-5 км2. Закономерность этого явления была подтверждена в 1991-1994 г^. путем систематического изучения количественных и качественных характеристик катастрофических селевых явлений в ряде горных районов, в том числе в окрестностях гг.Душанбе, Куляба и на Памире, описание которых даны также в этом параграфе.Диссертант принимал участие в экспедициях М.А.Сатторова, в одной из которых он был очевидцем малого селя лрсшеднего через центр поселка Гарм,« 13 июня 1992 г,- а также был участником описания ряда селей з бассейнах малых горных рек, о которых говорилось выше. Некоторые из этих селевых явлений отражены в фотографических снимках оператора экспедиции.

Во параграфе оосуждены Еопросы методики параметризации природных факторов, злйякшх на деятельность селевых очагоз, методы прогноза, дан перечень основных параметров при оценке формирования селей, дано описание основных характеристик, определяющих движения солей, определены основные-условия взаимодействия селя с инженерными сооружениями.

Параграф 2.3. посвящен вопросам формирования и прогноза снежннковых селей на высокогорных районах Таджикистана и'Афганистана. Впервые комплексное изучение этого вида (масса) селей высокогорья с использованием чернобелых космическпхе снимков, включая собственные натурные съемки, в сложных горнах условиях Памира проводил се.';эвнк Тукеев О.В..

Исследование этого явления интересует диссертанта в практическом плане, т.к. в значительной части высокогорья Афганистана, например, в бассейнах рек Кунар, Пандааер, Ааишанг, отметки горных хребтов яревкаавт 400С-7С00 м, там сосредоточено множество русловых снеггакксв и вечные снега, природа которых до нас-

тоящего времени не изучена. По предварительным расчетам диссертанта площадь высокогорных территорий Афганистана, где имени место все типы скезкника (долинные к русловые, снежные поля I снекныэ карнизы), достигает более 30 тыс.кв.км.

Таким образом, целью этой главы является детальное изучение этих явлений в связи с тем, что в последние годы наблюдаете; усиление селей, паводков и снежных лавин. Одной из оснсзнк: причин учащения этих процессов является интенсивный выпас скота и нерациональное освоение высокогорных долин под орошение под строительство объектов гравданского и промышленного значения, развитием бесконтрольной вырубки кустарников, растоптани» растительности. Катастрофическая опасность селевых потоков неоднократно увеличивается ' с резкам ростом миграции населен:-:: в бассейны малых рек и саев высокогорья, ростом аилвд в селзо-пасных конусах выкоса горных рек и временных водотоков.

Глава 3 посвящена вопросом моделирования динамики селавы. штоков к снеккых лавин на реологической основе. В параграф 3.1. дан краткий обзор механико-математических исследований п модельному представлении структуры самой селевой массы, а так же методики расчета динамики селевых потоков.

Отмечается, что теоретические исследования в этом напразле нии быта начаты С.С.Григоряном и Т.Г.Войнич-Сяяоу.енским. Дале дается краткое описание работ Г.Н.Гвазова, И.Д.Музаева, А.Г Куликовского, М.З.Зглит, Н.Г.Кважилова,' А.В.Остроумова. В рабо •те Г.К.Гвазова и К.Д. Музаева для описания динамики, селево массы принята модель несжимаемой композиционной среды, характе ризуэдейся как вязко-пластическими свойствами, так и кулоковы трением. Модельные рекения С.С.Григоряна, А.Г.Куликовского' М.Э.Эглит позволяют получить важные качественные результаты, частности,когда сопротивление выззано действием "кулонозых" сг и гидродинамического трения, выявляются специфические ссобешк ста селевых потоков - движение с образованием валов разной вь соты, 'деленные расчеты по этим моделям дают реальные значок: скоростей в зависимости от консистенции селевой массы и услов: захвата руслового и-бортового материала. С.С.Григоряном к А. Остроумовым сгмсчеяс одно важное свойство одномерной "гидрпал: ческой" модели сносных лавин - резко немонотонная зпг.ксимзс дажештй потока от исходных параметров задачи, которая сбус.;я;: дкеа-зт ¡трояьлемо особо мощных' лавин. По утлерндокиы А.йЛГь-.-л ва, использование "гидравлической" «одели б расчетах

грязокаменного селя позволяет оценить условия перехода заурядного селя в катастрофический. Гидразлические исследования, выполненные под руководством Т.Г.ВоЯнич-Сянокенского отличаются своей прикладной направленностью, получены формулы для скорости' и глубины селевого потока лавинного характера, причем для турбулентных и структурных селей эти функциональные зависимости имеют, сходный вид, но с различными значениями коэффициентов.

Далее в этом параграфе рассмотрены вопросы математического моделирования движения селевых потоков, на примере, модельных разработок М.К.Такабоева и Г.М.Тныштикбаева, Ю.Б.Виноградова, которые были получены путем модификации известной системы Сен-Венана,а также реологических моделей ньютоновских и неньяь тоновских жидкостей, соответственно.

В параграфе 3.2 на основе анализа хронологической таблицы М.А.Саттарова основных эмпирических зависимостей средней скорости селеЕого потока ф.Ванга, М.И.Мосткова, И.И.Херхеулидзе, В.Н. Гончаровым, И. Г. Смирновым, И.В. Егиазаровым,' С .М .Фле&гманнм, Д.Л.Соколовским, И.Ф.Срибным, Г.А.Гагошздзе, Т.Г.Бойнич-Сякен-ского и др. установлены область и интервалы применимости предложенных формул, согласованность их с данными натурных наблюдений, недостаточная апробация в конкретных натурных условиях, некоторая узость диапазона применения некоторых из них.

Анализ и классификация Лолее 2-5 аналитических Формул, предложенных исследователями в разное время для расчета динамики селевых потоков показывают, что, во-первых, все эти форм носят осредненный по времени характер. Они получены в предположении правомерности равномерного и установившегося движения селе-вого^потока. Во-вторых, большинство формул представляют собой некоторую модификацию известной в гидравлике формулы Шези для однородных жидкостей, с соответствующей корректировкой ее параметров и констант, которые, как правило, часто устанавливаются эмпирическим путем на основе эксперимента. Однако, эти вывода отнюдь не умаляют их важную практическую значимость, так лак эти формулы в свое время играли и несомненно впредь будут 'играть определяющую роль при реиении множества инженерных задач, как например, для создания условий нормального функционирования различного вида гидротехнических сооружений - каналы, дороги, населенные пункты и т.п.. Бели исходить чисто из физико -математических принципов моделирования, множество рассмотренных формул можно разделить на. следующие группы. ,

I. Балансов©-эмпирические формулы, основанные на равенстве количества движения и живых сил потока однородной жидкости и того же потока в виде смеси с взвешенными наносами, соответственно:

7b¡Tb

(I) 7Jf.7. = 7 7! 7 или 7 = а 7, , где а -- < I.

'ЬЬЬ с с с с b ' ~ „jy

'с с

iJ^Jl 7 У У (2) ———-—- = с с 0 или 7 =-/5 7.

.2g2g с ь

Здесь 7, ¡7, 7 - удельные весз, объемы и скорости однородной воды и селевого потока, соответственно.

К этой группе формул1 относятся формулы Ванга (1901) к ее последующие модификации, формулы Херхеулидзе, Срибного к др. К этим балансовым моделям следует отнести также формулы, выведенные из критериальных соотношений транспорта наносов несзяз-кым потоком. В частности, к этим формулам относится ряд формул И.В.Егиззаровэ, основанные на соотношении ■

<3> ^o=Go=/o^H- Vdcp

равенства предельного касательного напряжения ток сдвигающей влекущей силе Go, fo - коэффициент сопратизления подвижного русла, а также формулы Гончарова-Есьмана, Херхеулидзе, Смирнова и др..

2. Аналитические приближения, полученые на основе реологических моделей вязко-пластических тел Шведова-Бингама

с37

(4) let --(Т = COIlst)

da

'и комбинированных моделей ньютоновских и неньютоновских квдкос-тей

37 , сГ/

(5) Т = ^ + [ Т J

1 dn L (2n J

К этой груше формул следует отнести формулы японских исследователей Яна и Дайдо - при 1^=0, Гагошидзе - яри то=0, Виноградова - при ¡1^0 и к=2.

3. Аналитические приближения, базирующиеся на модифицированной гидравлической теории потока лавинного характера, выведенные на основе уравнения Сек-Еенана. К этой группе формул относится ряд формул Войнич-Сяноненского и др.

4. Формулы эмпирические, построены на базе данных эксперимента (модельные, натурные исследования). К этой группе следует с-тне-

сти формулы Рабковой, Амлрдаакова и »/.ирзозаде, а также множество других эмпирических соотношений, которые играют определяющую роль в расчете динамики селевых потоков, снезниковых селей и снежных лавин.

В параграфе 3.3 рассмотрен вопрос модификации основных закономерностей движения воды в открытых руслах на основе реологической модели М.А.Сатторова (1970):

(6)

Здесь т„(у) - дополнительное касательное напряженна сдвига, которое характеризует все дополнительные силы трекия, имегощие место как внутри самого потока из-за пульсацискных аффектов микро- и макрочастиц жидкости, так и на границе потока, в том числе под действием шероховотости дна открытого русла.

Для степенного представления тн(у) основываясь на модели (6) для скорости ламинарного течения по глубине потока получена:

При Зтом для средней скорости потока получена формула

V =

(8) уш п+1 у п

_ и- у*(-тг] _ МзО 1

(п+1) (п+2) (1- (п+1)

При тоТ = уш = 0 из (7)-(8) следуют известные в гидрологии законы ламинарного течения вода в открытых руслах.

В формулах . уш - представляет собой размыващий слой еодо-насыщенного грунта при дашшх значениях мощности Я и уклона

потока I. В частности, при достаточно больших п:

О) %Г~Н

При моделировании турбулентного течения воды в руслах в первом приближении принят известный закон изменения коэффициента турбулентной вязкости ц' в зависимости от коэффициента динамической вязкости р и числа Рейнольдсз Ке, характеризующего степень турбулентности потока в виде

Р^ „Я

(10) = = арУсрЯ

гдэ а -коэффициент пропорциональности.

При этом для средней скорости турбулентного течения из (10), в частном случае уж= 0 получено новое обобщение формулы Шези:

(И) 7ср= С У5Г ■

=/3,27 - -

РСП2+эп+2;

Отмечается, что параметры тст и п - конкретные физичесю обоснованные постоянные дополнительных сил трения.

Заключение

Одной из глазных -целей регулирования стока и русла . горны: рек Таджикистана, Кыргызстана и Афганистана является обеспечение безопасного и рационального пропуска речного потока и вод ной массы горных водохранилищ в прилегающей гидрологической среде, сформировавшейся под влиянием искусственных сооружений : других продуктов деятельности человека, а также удовлетворение всех других требований,которые связаны с интенсивным увеличена ем недопотребления в Центроазиатском регионе и Афганистане.

Решение этих проблем, требует глубокого изучения основных гидрологических характеристик бассейнов, где формируются водны артерии региона,что автор попытался сделать на примере обследс вания гидрологии бассейнов рр.Вахш к Кобул до и после регулирс вания их стока при помощи горных водохранилищ Нурек и Наглу.

С другой стороны, учитывая, что развитие народного хозяйст ва Республики Афганистан и улучшение жизненных условий афгане кого народа на перспективу связаны с освоением горно-предгорш земель -и развитием поселений в горных районах страны, соискг тель поставил перед собой задачу изучить опыт специалист^ бывшего СССР в облает;, исследования- такого гидролого-гидрофиз! ческого процесса как сель к пвеодок, которую постарался выпо. нкть под руководством и непосредственной помощи профзссо] М.А.Сатторова. Эти проблемы весьма актуальна для Афганистан) однако, 'В этой области исследования пока не проводились.

, Основные выводы.

1. Бассейны рек Амударья.Сырдарья.Кобул и их притоков по запасам гидроэнергетических ресурсов представляют большое народнохозяйственное значение в Центроазиатском регионе и Афганистане.

2. Коэффициенты взриащш как среднегодовых, так и максимальных (часто'паводковых) расходов рр.Вахш и Сурхоб значительно меньше, .чем для рек в бассейне р.Кобул, что объясняется различным характером источников питания этой группы рек. При этом для р.Кобул наблюдается разительное отличие коэффициентов вариации между среднегодовым и максимальными расходами.

3. Сток, режим питания, внутригодовое распределение жидкого и твердого стоков р.Кобул определяются природно-климатическими условиями верхней части бассейна (площадь'водосбора 26045 кв.км (93.73)), расположенного выше плотины гее Наглу. Водохранилище Ыаглу наполняется стоком рр.Кобул, Пандашер и Тагоб, заиление которого началось с момента его наполнения (1566 г.). За 20 лет действия водохранилища за счет заиления к 1936 г. полный объем его'уменьшился на 93 млн.куб.м или на 16.9%.

4. Аналогичные расчеты, приведенные в данной работе и выполненные на основе данных наблюдений, показывают, что за период с 1974 до !994 гг., т.е. за 20 лег функционирования Нурекской плотины полный объем Нурекского водохранилища уменьшился более чем на 11-13%. Этот вывод потверздается также другим фактом: ниже плотины ГЭС Наглу в 1957г. на русле р.Кобул была построена водоподъемная плотина'ГЭС Сароби-1 и образовано водохранилище с полной емкостью 6.5 млн.куб.м и полезным объемом 3 млн.куб.м К 1966 г., т.е. за 5 0 лет водохранилище заилилось на 80% от первоначального объема, хотя степень мутности и наносоностности р.Кобул значительно ниже,чем реки Вахш. После образования водохранилища и пуска ГЭС Наглу заиление этого водохранилища почти полностью прекратилось. Этот вывод настоятельно требует ускоренного строительства Рогунского водохранилища.

5. Установлено,что в Таджикистане сосредоточено более ЗОС-О рек и временных водотоков длиной от 3 до 10 и более км, бассейны которых являются селэсязснымя очагами и селе носнымк руслами.

Установлена сЕседеллкп-ея роль орографии, рельефа и климатических характеристик высокогорья в формировании снежняксвых ее-лгй к особого гида с?л«р.ях потоков, обусловленных аэродана-«»ссса ,л;:внеиос^х туч. Это г вывод потвержден целе направленны?.! изучением кс.чхизс?В5н:шх и качественных характеристик солевых явлений,

прошедших в 1991-1994 гг. в отдельных участках горных районов Таджикистана и Кыргызстана,в частности, в окрестностях г.Душанбе, в Яванской и Яхсуйской долинах, в бассейнах Сурхоб, Взнч, Гукт и других рек Алая-Памирской системы гор. <;

о. Изучена динамика формирования снежниковых селей в бассейне реки Вомардара на Памире и на этом основании установлены районы существования снежниковых селей в высокогорных территориях Афганистана, площадь распространения которых значительна больше чем з Таджикистане и составляет более 30 тыс. кв.км. . 7. Выполнена работа по сбору, анализу и классификации аналитических формул, предложенных в разное время для расчета динамики селевых потоков. "Показана возможность обобщения закономерностей ламинарного и турбулентного течения воды в открыты; руслах больной ширины на реологической основе.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Исследование селевых потоков и Еопросы классификации и параметризации их в высокогорных, странах. Труды семинара "Проблемы селевых и- оползневых явлений, освоение .и использование яозих земель в горных районах н, Душанбе, 1993, стр.£2-117.(совместно с М.А.Саттаровым).

2. Об азрэгидроджзмическом эффекте ливненосных облаков : горних условиях. Тезисы семинара "Проблемы селевых и оползновы: явлений, освоение и использование новых земель в горны районах", Дуланбе, 1953, стр.107 (совместно с М.А.Саттаровым)

3. Вопросы моделирования руслоформированкя ' пр взацкодеЖствии потока горной peía с бесплотйнными сооруаайаями Тозисы семинара "' Проблемы селевых и оползневых явлешй освоение и использование новых' земель в горных районах" Душснбо. 1993, стр.105 (совместно с М.А.Саттаровым).

4. Вопросы оценки селевых и гидрофизических явлений в бассе нах рек па-ягра и Гиндикуша. Изв. АН Республики Таджикистан, 1, í 995 (совместно с М.А.Саттаровым).

5. Некоторый оценки гидролого-гидрофизических характеркси-бассейна р.Кобул при естественном и зарьгулированном стока: ДйпЛвювийЗЩонтр, вал.11. 1934, N91(972) Та.94-, 18 с.

6. 0 некоторых иода$ккавдях основных закономернее^ двк:кеяия г^Дя в открытых руслах'большой ширины иа рйодслкчс гк< основе. Záu.Te,T<5KHfЕШгП-р, вып.II, 199-1, К 52(973) 1с.9'.. с. (соь&мотло С М.А.Саттаровым).

Ст.Близ УстьяШухн)

щу

ёъ. Сх-Кунар.

Р

- * У---"------X-

Условные обазначения:

Действующе ГМС, То Же, закрытые.

Ф

Плотины.

гэс:

Рулом Хасан Абдулнабининг

"Сув окимлари табиий ва сунг суний босщарилаётган тог дарелари ^авзаларининг гидрологик ва сел ^одисалари характеристика«!1' мавзусидаги номзодлик диссертация шшнинг ;-у-1СК,зча мазмуни

Диссертация Вахп ва Кобул дарёлари мисолида Корак ва Наглу ГЭС тугокларидан олдин ва бу иншоотлар ишга тушгандан сунг руй берган ва вуаудга келгетган гидрологик-гидрофизик грдисзлари тадери^ига багпшлангян. Норак ва Наглу сув ^авзаларида 20 йкл дззомкда вужудга келазтган узгаришлар: келгинди аллюЕиал тупроц ветлами:--ишг ускш дина?ликаси, сув з^роратининг узгариш .ггараёни, минерал тузларнинг борли^ ва узгарии хусусияти тула тадгрнулангоЯ.

Баланд торли мамлакатларда муттасил руй бериб турадиган се j ва ГуОр патлами силхиши ^одисаларининг бунедга келпш дазра, манбавий майдонларннинг зисоби, такрорлакиш хусускятлари ургекилгзн. Сел динамикзси моделлариншг тарихий руйхати, илмий-техник классифшсацияси иллаб чшдалган, янги математик моделларининг намуналари мавкудлиги реологик асосда кУрсатплгак.

Диссертация иеиненг келажакда Афронистондз уткЕзилодяган тад^отларга нисбатан му^иг/лиги та!$1длэнган.

ANNOTATION

of candidate dissertation of ОиЛош Hesan Abdulnabi en theme "liydrological and torrent characxeristlc oi basins of mountain rivers by natural and regulate flows".,

The dlssertational work Is devoted . to studing of hidrologlcal and hidrophyslcal characteristics of of Vslish and Kabul rivers before and after construction of Naglu and Погас HES. The estimational characteristic of accumulation silt dinamics, thermical regime and mineralization of Norac and Naglu reservoirs are established. The questions of formation quantity and squares of hearthes of spreading, the periods of displaing of torrent strearaes and snoviing torrent are investigate in depending on orography, hidrodinamlcal and climatic conditions of hlgh-nountaim.

The collection of analysis and classification of analutlcal formulas is carried cut. The generalization cf regularities of movement of liquids in the wide-opened cannals, which are well-known in hldrology and hydraulics, are received.

The possibility of these results for conducting analogical researches in Afganistan in the future is registered.

'

m4 j^g-c^Z ^ ^ Vj^J*- J -J CT^J^ vi ^ Vy ^

f —J m* ^IA (.5 J¿«¿¿¿V» t Ui^ й JL2, tj ¿¿4 CXfL J Jjl-w < * iJj^jj-Э

Подписано в пчезть 2.C5.97. i-ормат G0x34Vl6. Бумаг? тип.'J.-2. Офостная почать. Усл.печ.л Усл.кр.отт.1,5. Утз.изд. л.1,3.Тнррк 100.Заказ 394.

Типография Академии наук республики Таджикистан 734С29 г. Лу=акбе ул. Айни 121. корпус.2.