Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Расчеты зимнего стока малых и средних рек Якутии в условиях сплошной многолетней мерзлоты

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Расчеты зимнего стока малых и средних рек Якутии в условиях сплошной многолетней мерзлоты"

оа

■г Г -О

о 1;л<> министерство науки, высшей школы и технической политики российской федерации

российский государственный гидрометеорологический институт

На правах рукописи АРЖАКОВА СВЕТЛАНА КИРИЛЛОВНА

РАСЧЕТЫ ЗИМНЕГО СТОКА МАЛЫХ И СРЕДНИХ РЕК ЯКУТИИ В УСЛОВИЯХ СПЛОШНОЙ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Специальность 11. 00. 07 - гидрология суш, водные ресурсы и гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Якутском государственном университете и в Якутском отделе Сибирского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (СибНИИГиМ).

Научный руководитель - доктор географических наук

В. Е. Водогрецкий

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, профессор 0. Е Толстихин кандидат географических наук, старший научный сотрудник Г. А. Любимов

Ведущая организация: институт "Якутгипроводхоэ"

. _ Зс

Защита состоится $ г М^Я 1993г. ' " часов на заседании специализированного совета К 063.13.01 в Российском государственном гидрометеорологическом институте (195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр. ,98).

Отзывы в ДЕух экземплярах, заверенные печатью, просим отправлять по адресу в РГГМИ, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического института.

Автореферат разослан " апреля 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета к. г. н.

А. В. Дикинис

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность ¡таботы. Интенсивное хозяйственное освоение районов сплошного распространения многолетней мерзлоты приобретает все большие и большие масштабы. Для Якутии, где в ближайшие десятилетия предполагается осуществление шюги:: гидротехнических и водохозяйственных мероприятий, изучение условий и закономерностей формирования речного стока в зимний маловодный период года имеет большое научное и практическое значение.

Научное значение этих исследований заключается з разработке более обоснованных методов расчета характеристик зимнего стока рек применительно к сложным шрэлотно-гидрогеологическим условиям территории Якутии. Сущеетвующие методы расчета не являются достаточно надежными, поскольку не учитывают особенности распределения подземного стока, в частности, его дискретность в районах сплошного распространения многолетнешрзлш пород. Кроме того, в них отсутствуют рекомендации по определению таких важных гидрологических характеристик как водность и продолжительность периода истощения зимнего стога.

Практическое значение результатов исследований связано с применением разработанных методов расчета зимнего стока и промерзания рек в пределах и.следуемого региона при строительном и водохозяйственном проектировании. Результаты исследований могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в водоснабжении, которая не допускает далй кратковременных перебоев в подаче водя Б Якутии сложности в водоснабжении воеишаот в гишгай период года из-за промерзания рек, наледеобразования I! других криогенных явлении и процессов.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов расчета характеристик зимнего стока и промерзания малых и-средних рек Якутии при различном объеме исходной гидрометеорологической информации. В соответствии с поставленной целью задачи исследования состоят в следующем:

1. Обобщить суш.остьукшпе методы оценки зимнего стока рек. многолетней мерзлоты.

2. Выявить оси'•!.№!•- причины, ограничивающие использование

существующих методов в.районах распространения сплошной многолетней .мерзлоты.

3. Установить закономерности формирования зимнего стока рек Якутии, а также исследовать причины прекращения стока на основе анализа физико-географических ( климатических, мерз-лотно-гидрогеологических и др. ) условий региона.

4. Определить основные факторы, влияющие на формирование стока в зимний период и установить зависимости от них зимнего стока и промерзания рек.

5. На основе выполненных исследований разработать методику расчета характеристик зимнего истощения стока и промерзания рек при недостаточности и отсутствии данных гидрометеорологических наблюдений.

Методика исследований. В основу методики исследований положен генетический анализ и географо - гидрологические методы обобщений с применением вероятностно-статистических методов. Все расчетные работы выполнены на ЭВМ М-4030 по программам, составленным Е Е Аржановым.

Научная новизна. Дня территории Якутии, занимающей почти половину (41,5%) общей площади зоны сплошной многолетней мерзлоты. получены следующее результаты:

1. Впервые осуществлено разделение рек Якутии па очень малые, малые и средние по их величине и дренирующей способности, позволяющее дать рекомендации ш расчетам стока для каждой группы водотоков.

2. Вследствие глубокого промерзаши гидрогеологических структур в районах сплошного распространения многолетнемерзлых пород сток малых и средних рек Якутии формируется исключительно эа счет подземных еод, накопленных в летне-осенний период в талпковых зонах речных долин. В этой связи для более достоверной сценки зимнего стога и промерзания рек в качестве показателя, косвенно отражающего мощность и водообильность таликовых зон речных долин, использована длина реки.

3. Впервые на основе эмпирического моделирования разработаны: а) методы проектирования гидрографа зимнего стога за период его истощения на неизученных реках, а также методы расчета объема стока га указанный период и его продолжительности; б) методы расчета периода отсутствга стока на неизученных реках. '

Практическая значимость работа Полученные результаты могут быть использованы в практике планирования рационального использования водных ресурсов Якутии, при создании нормативных документов для расчета характеристик минимального зимнего стока малых и средних рек региона, а также при разработке водохозяйственных проектов. Выполненные разработки по количественной оценке зимнего стока рек Якутии могут быть использованы при решении аналогичных задач и в других рзйонзх страны, где отмечается глубокое промерзание гидрогеологических структур.

Енедрение. Результаты исследований использованы при ссю-ру,тении экспериментальной ледяной плотины для обводнения поймы р. Вейдинга (1987г.) и при разработке рекомендаций по использованию водных ресурсов р. Танда в совхозе им. Г. Егорова Усть- Алданского 'района Якутии (1939г.). Имеется акт внедрения.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-производственных конференциях по интенсивному освоению земель в долгие р. Амги (1986г.) и по проблемам развития мелиорации в Якутской АССР (1987г.), на научных семинарах Отдела речного стока ГГИ (198б-1937гг.).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы, 23 рисунков и 2 приложения. Состоит из введения, четырех глав и заключения. Список использованной литературы включает 118 наименований. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теми исследований, научная и практическая значимость работы. Изложены цель и задачи исследований, а такж .основные положения, которые выносятся на заидтеу.

В первой главе приведен краткий обзор и анализ природных условий формирования зимнего стока и промерзания рек исследуемого региона.

.Территория Якутии характеризуется больопи разнообразием природных условий, что определяется ее географическим пололо -нием и своеобразием шмос^рни:: процессов. В климатическом иоогюш - это гпшл гиедная и кентшгнтальвзя область се пег-ного полушарие. ¡¡•■•сть территории Якутии сбуслявлаагс?

- б ~

многообразие ландшафтных зон в ее пределах - от высокогорий до зоны тундры..и степей. Ка основе анализа природных условий Якутии (рельефа, мерзлотно-гидрогеологических и климатических особенностей, озерности, заболоченности территории и др.) выделено два района, различающиеся по условиям формирования зимнего стока: район, характеризующийся относительно равнинным рельефом, и горный район. Границы районов проведены в соот-ветсгяии с физико-географическим районированием территории Якутии.

Во второй главе выполнен критический анализ современных методов оценки зимнего стока рек мерзлой зоны, состояние и развитие э^тих исследований - на территории Якутии, приведена краткая характеристика исходной информации по теме диссертационной работа. ' Обосновывается принцип деления рек на малые и средние в условиях сплошной мерзлой гоны.

Начало изучения зимнего стока рек мерзлой зоны относится к 60-м годам, когда по инициативе ГГИ по всей стране были развернуты обширные гидрологические исследования. К наиболее крупным исследованиям, выполненным за.последние £5-30 лет относятся работы Б. В. Зоиова, Б. П. Панова, А. М. Комлева, А. М. Владимирова, Б. Л. Соколова и др. В результате созданы нормативные документы по расчету характеристик зимнего стока и промерзания рек различной вероятности превышения (обеспеченности).

а главе существующие методы расчета анализируются в двух направлениях, первое - в зависимости от эффекта использования того или иного метода в условиях сплошного распространения многолетней мерзлоты, и второе - в зависимости от полноты учета в них факторов глубокого промерзания гидрогеологических структур, поскольку именно эти факторы определяют подземный приток в реки.

В настоящее время отсутствуют различия е существующих методах, применяемых для оценки зимнего стока рек, расположенных как п пределах зоны сплошной многолетней мерзлоты, так и вне этой зоны. Большинство расчетных схем не учитывают дискретность подземного стока во времени и по площади речного бассейна, поэтому в них в качеству основного интегрального показателя условий формирования зимнего стока и промерзания рек используется плоадь бассейна реки. Отмеченная особенность в распределении подземнего стока осложняет использование сущест-

вующих'методов, в частности, метод географической интерполяции (изолиний) применительно к расчетам зимнего стока рек исследу-■ емой территории. Недостаток расчетных схем усугубляется такай отсутствием четких рекомендаций о критериях деления рек на малые средние и большие. Отсутствие такого критерия затрудняет разработку практических рекомендаций по расчету зимнего стока рек в данном регионе.

В, настоящее время по' территории Якутии существует лишь одна монография "Ресурсы поверхностных вод СССР, т. '17. Лв-но-Индигирский район", в которой за 1957-Ббгг. обобщены материалы о средних величинах зимнего меженного стока и его временных характеристиках, о минимальном стоке и промерзании рек. Результаты обобщений приводятся в виде карт изолиний минимального месячного стока 80% обеспеченности, его продолжительности к слоя стока за межень. По особенностям промерзания произведено деление рек на промерзающие и не промерзающие, выделано 4 зоны и для каждой зоны установлены графические зависимости средней продолжительности промерзания peí: от площади речного бассейна.

Систематические наблюдения за стоком рек Якутии начались в 30-х годах. . Наиболее интенсивно эти работы развернулись в последние'десятилетия 2 связи с широким развитием горкодобыва-ющзй прошаленности и решением различных водохозяйственных задач. К настоящему времени накоплен сравнительно большой объем исходной гидрометеорологической информации, анализ которой показал следующее:

1. В гидрологическом отношении территория Якутии, как и прежде, все >щэ изучена слабо и крайне неравномерно (один гидрологический пост приходится в среднем на 100 тыс. км* ).

2. В работе использованы данные многолетних наблюдений по зимнему стоку и промерзанию рек по 138 гидрометрическим пунктам с 195Сг. по 1935г. включительно. Рассматриваемый период охватывает самые маловодные вю/.ы за весь период наблюдений.

3. Для построения расчетных зависимостей использовано 44% всей имеющейся гидрометрической информации вследствие их неоднородности или неполнзты данных наблюдений по какой-либо характеристике.

При изучении условий и закономерностей формирования зимнего стока в качестве 'определяющего критерия деления рек на

классы принята дрзннруюшвл способность речного бассейна, поскольку методы расчета зимнего стока рек , имзккцих различные . но размерам бассейны, существенно отличается друг от друга. На реках с неполным' дренированием подземных вод , определение расчетных характеристик ьимнего стока и промерзания рек производится по эмпирическим зависимостям, а на реках, полностью дренирующих водоносные горизонты - по картам изолиний параметров аш, mero стока.

В настоящее время существуют различные, час-то не сопоставимые критерии деления рек на малые, средние и большие: площадь водосбора, длина реки, расходы или уровня воды, глубина .эрозионного вреэа речной долшш, полнота дренирования подземных вод, возможность пересыхания и перемерэапия ч др. Часто в термин " малая река" вкяадовабтся различное содержание, что приводит к условности и нечеткости данной терминологии, Так, размеры площадей водосборов рек, относящихся к категории малых, колеблются в довольно широком диапазоне (от 100 км до 10 тыс. та ).

Ио своей сущности термин "малая река" подразумевает прежде всего величину, размеры реки. О этой точки зрения Г. В. Еачу-рпн и Л. 21 Корытный предложили общую классификационную схему, отражающую деление рек Сибири по признаку пространственной размерности, т. е. по их величине. Бее речные системы Сибири объединены в 5 классов, каждому из которых соответствует определенный диапазон площадей водосборов, длин и расходов воды.

Согласно схеме Г. В. Еачурина и JL М. Корытного по главному классификационному признаку (площадь водосбора) к мальм рекам относятся реки с площадью до 2 тыс. км , к средним - от 2

А> Sis

тыс. км до 20 тыс. км . Б процессе исследования оказалось, что такое деление рек на классы нэ противоречит основному принципу классификации, т.е. по дренирующей способности. Установлено, что относительно полное дренирование водон^-ных горизонтов наблюдается только на больших и крупнейших реках. Мальта и средние реки Якутии относятся к ->е)сам с неполным дренированием подземных вод, т. е. в условиях, когда отсутствует многолетняя 1,'ерзлота, к малым рекам относится реки с неполным дренированием подземных вод или реки, питание которых происходит аа сче вод верхних четвертичных отлоирний, а в условиях распространения многолеткешрзлых горних пород - это малые и средние реки,

дренирующие сезонные грунтовые воды весьма маломощного деятельного слоя. Дренирование ш глубоких подмерзлотти вод характерно для больших и крупных рек. В соответствии с принятым положением определение расчетных характеристик зимнего стока малых и средних рек производится в диссертации по региональным эмпирическим зависимостям. Схема деления рек Якутии представлена в табл. 1. Отметим, что выделенная градация рек по длине близка к градации А. П. Домзницкого, Р. Г. Дубровинои, д. И. Исаевой.

Таблица 1

Схема деления рек Якутии

Градация рек

Порядок !

Плошэдь водосбора,

тыс. км

Длина реки, км

Средний мно-летниЛ расход в устье,

.3 ,

м /с

< 2-5 от 2-5 до 10- ti) от 10-20 до 100 от 100 до 1000 > 1000

Очень малые 1,11,111 < 0,2 < КО

Малые IV, V 0,2-2 21-100

Средние VI 2-20 101-500

Большие VII ■ 20-200 501-1000

Крупнейшие VIII-IX >200 > 1000

В третьей главе . рассмотрены закономерности формирования стока и промерзания рек Якутии в зимний период и на данной основе разработаны методы их расчета в условиях сплошной многолетней мерзлоты.

Р практике гидрологических расчетов определяется следующие характеристики зимнего стока рек:

■ 1) ежедневные расходы воды (ЕРВ) в период спада с наступлением зимней межени;

2) объем и продолжительность истощения ' зимнего стока. Объем истощения - это суммарный сток за b«ci. период его истощения. Продолжительность истошэния зимнего стока - это период от даты наступления зимней межени до даты начала промерзания perat;

3) продолжительность бессточного периода на реках, Зп продолжительность бессточного периода принят период от дан; начала промерзания реки до даты окончания впмней межпя, т. к. даты возобновления стока Becnoft.

Креме названных характеристик определятся tmvt» начаю

- 10 -

конец и продолжительность зимней межени.

Определение сроков начала и окончания зимнего периода, когда реки питаются исключительно подземными водами, выполнено на строго генетической основе путем анализа гидрографов, построенных по данным о средних суточных расходах воды. Установлено, что время перехода рэк на подземное питание совпадает с началом появления ледяных образований, поэтому за начало.зимней межени принята дата появления ледяных образований на реках, га окончание - дата резкого увеличения расхода боды в раке весной или дата появления воды на льду. В пределах выделенных однородных районаи отмечена незначительная изменчивость во времени начала, конца и продолжительности зимнего сезона как на малых, так и на средних petax (Cy¿0,l5-0,ü0), что позволяет рекомендовать для использования в гидрологических расчетах их средние значения. Сроки наступления и конца зимней межеки определяются особенностями климата осени и весны. В соответствии с этим указанные характеристики для неизученных рек можно оп-. ределить;по графикам связи их с датой перехода средних суточных температур воздуха черев О* С. Ошибка определения лри использовании графиков не превышает 10 суток.

Для исследования закономерностей истощения зимнего стока произведен анализ типовых кривых спада зимних расходов воды по 138 гидрометрическим створам. Установлено, что в зависимости от мощности и водообилькости таликовых вон, питающих реки в зимний период, характер спада расходов воды на ¿.алых и средних реках различен. На малых река;:, имеющих весьма ограниченную .емкость подземных водохранилищ, сокращение запасов подземных вод происходит наиболее интенсивно, спад расходов воды резкий, непродолжительный и представляет в большинство случаев на графиках почти прямую линию. На гидрографе средних рек, выделяются две ветви спзда, различающиеся по своей интенсивности. Как правило, средние реки -характеризуются большими глубинами эрозионного вреза русла, ■ соответственна, и большими запасами ' подземных вод, чем малые реки, ч о и определяет различия в характере их истощения. .На средних реках сразу мэ после наступления зимы так. же, как и на. малых реках, происходит резкое сокращение запасов воды в бассейне, обусловленное установлением низких отрицательных температур воздуха и интенсивным промерзанием почвогрунтов. Одновременно происходят потери речного

- и - '

стока на образование ледяного покрова. Эти причины приводят к тому, что спад расходов воды в этот период происходит тага® весьма быстро. Затем характер истощения стока в следующий период спада несколько меняется. К этому времэяи обычно заканчивается рост ледяного покрова, а сток поддерживается исключительно за счет подземных вод, накопленных в летний период з талккоЕых зонах речных долин. Бот почему интенсивность его истощения ослабевает, что изменяет закономерность спада в этот период.

В соответствии с различиями в характере спада расходов воды для описания типовых кривых истощения стока малых рек использовано уравнение прямой, проходящей через начало координат графика:

Для моделирования гидрографа истощения зимнего стока средних рек использовано гиперболическое уравнение Еуссинеска-- Майэ, как отвечающее условиям истощении стока рек исследуемого региона. Исходная формула имеет следующий вид:

О*

В уравнениях (1) и (2) и расходы воды в мо-

мент времени ^ и (1+1) от начала зимней межени; <?„ - расход воды н начале зимней межени (1-0); а, и с£ - коэффициенты истощения, характеризующие скорость убывания начального' расхода.

Сравнение вычисленных по уравнениям (1) и (2) расходов воды с фактическими их величинами показало, что уравнения достаточно точно описывают характер зимних изменений стока. На основе выполненных .исследований разработана методика расчета » 2РЕ в зимний период при различном объеме исходной гидрометеорологической информации. .

3 уравнениях (1) и (2) основными исходными количественными показателями являются расход воды , при котором река переходит на подземное питание и коэффициенты истощения й- и с£. Определение (?„ производится в зависимости от наличия гидрометрической информации: при щ. наличии в качестве <?„ принимается .расход воды, измеренный в' день, предшествующий образованию ле-

довьк явлений; при отсутствии данных используются районные зависимости начальных расходов Яа от плошдцл водосбора Р. Здесь шюцадь водосбора Еыступает б качестве интегрального показателя условий формирования бассейновых запасов воды перед началом зимней медаэни. Полученные зависимости списываются уравнением вида

О (з)

» »

где ^ и п - районные параметры, характериэуюи^е условия формирования расхода воды, при котором река переходит на подземное питание.

Среднее отшюнзкие эмпирических точек от линий связи составляет 26%.

Определение коэффициента истошэния стока ^ неизученнных средних рек предлагается производить по районным вависшостям их от длины реки. Значения коэффициента а, обобщены по районам, поэтому его определение для неизученных малых рек предлагается производить в зависимости от района, а котором находится исследуемая река.

Формирование стока рек в зимний период происходит под влиянием гидрометеорологических факторов и факторов постилающей поверхности. Установлено, что основное влияние на формирование зимнего, стока рек Якутии оказывают факторы подстилающей поверхности и факторы предшествующего' увлажнения водосбора.

Факторы подстилающей поверхности (гидрогеологические условия, многолетняя мерзлота, характер рельефа, почвенный и растительный покров, лесистость, озерность и др.) как показатели естественной регулирующей способности водосборов формируют зимнюю водность рек. Качественно их интегральное воздействие на речной сток учтено при районировании территории Якутии.

. Согласно современным- представлениям в зоне сплошного распространения многолетремерзлых пород вследствие многолетнего промерзания недр отмечается дискретность подвешего стока в реки. Характерной чертой водоносных структур зоны является их линейность, т.е. локализация подземных вод в прирусловых и подоусловых таликовых зонах речных долин. Поэтому в зиыЛя период сток малых и средних рек, Якутии формируется исключительно за счет подземных вод, • накопленных в летне-осенний период б

таликовых вонах речных долин, т. е. опредедигаую роль в формировании зимнего стогса играет гидрогеологический* ||'эктор (мощность и водообилькость таликовых зон). Это определило использование в качессве количественных показателей Факторов подстилающей поверхности длину реки и среднюю высоту водосбора.

Исследования покакали, что с наступлением зимне/о сезона по мере установления низких отрицательных температур воздуха I! по мере интенсивного промерзания почвогрунтов происходит резкое сокращение бассейновых запасов воды. В этот период режим стока характеризуется резким спадом расходов воды, а затем и полным его прекращением. Дальнейшее понижение температуры воздуха вызывает смыкание промерзших почвогрунтов деятельного слоя с толщей ыноголетнемервлых горних пород. С течением времени промерзают и талшсовые зоны речных долин. Приток подземных вод в русла рек прекращается и в результате не только- малые, но и средние регат промерзают до дна яг значительные расстояния. Причинами промерзания квляятся как естественное истощение запасов подземных вод, гак и потери на аккумуляцию в речных наледях значительной чести подземных вод.

В выделенных районах произведен анализ зависимости характеристик зимнего стока к промерзания от определяющих факторов. В результате установлено, что наиболее тесные связи, имеющие расчетный характер, существуют с длиной реки. Аналитические выражения зависимостей имеют следующий вид:

* ^ " > '(4)

Т ___I__

Ч-Ч? " (1+1)"- ' (5) '

где ТиСгп - продолжительность истощения зимнего стока, сутки;

продолжительность промерзания реки, сутгл; X - длина реки, км; й, ^ и 1 - районные параметры, характеризующие условия исгою/эния стогса и промерзания ре!:.

Средняя погрешность расчета в уравнениях (4) и (5) составляет соответственна 1<3?- и 18X.

Выполненные исследования показали, что заметное влияние на водность рек в начале зимней межени сказывают факторы

предшествующего увлажнения (общие запасы воды в речном бассейне). В качестве показателя общих запасов воды, накопленных в летне-осенний период к началу,зимней межени, принят расход води О0 при котором река переходит на подземное питание. Выявлен-

- 14 -

ная связь описывается уравнением

ист " 4 о *

где - районный параметр, характеризующий условия формирования зимней водности рек.

Средняя погрешность определения Щ,С1Л по указанной зависимости составляет 26%.

Расчет низких значений (2о, } Тиет в маловодные годы обеспеченностью 75-97% на неизученных реках, предлагается производить с помощью коэффициента перехода Ар от средних многолетних значений ¿?0 , ^Кст , "Тц^п к величинам расчетной обеспеченности Явр 5 №цет ) • Коэффициенты вычислены по кривым обеспеченностей и осреднены по районам. В горном районе коэффициенты перехода определится в зависимости от высоты местности.

Исследование закономерностей промерзания рек показало, что на территории Якутии промерзают каждую зиму реки длиной в среднем до 300-350 км. Реки с большими длинами' промерзают эпизодически, но перемерзают 'ежегодно. Не подвергаются геремер-

занию реки длиной более 800 км и площадью водосбора более 75 *

тыс. км . В результате по режиму стока на реках выделены участки трех типов: промерзание рею: на некотором ее протяжении от истока, -чередование промерзши и не промерзших участков и, наконец, ниже по реке осуществляется постоянный сток. Существование участков с различным режимом стока по длине реки обусловлено, прежде всего, различиями'в мощности и водообиль-ности подрусловых талжовых зон, питающих энмой реки.

Для изучения влияния наледей на сток рек в зимний период анализировались гидрографы наледных и безналедных рек, расположенных в однородных физико-географических условиях. Установлено, что влияние наледей отмечается на водосборах горных рек с наледностью выше 1%. Из-за отсутствия массовых сведений о наледях речных вод зависимости (4),(5) и (6), установленные для неизученных .рек, на которых отмечается наледные явления 0 1% ), не являются расчетными, но могут быть учтены при ориентировочных расчетах.

В четвертой глазе приведены основные результаты оценки влияния хозяйственной деятельности на условия истощения стока в зимний период иа конкретных примерах.

- 15 - '

Суровые природно-климатические условия региона накладывают существенный отпечаток не только на природные процессы, но и на хозяйственную деятельность человека, что предопределяет возншсповение ряда особенностей в освоении и размещении производительных сил Якутии, а также в характере влияния самих антропогенных факторов. К и:: числу относятся:

1. Пионерный характер освоения производительных сил (слабая мощность баз строительной индустрии, сложность завоза материалов и оборудования и др.)

2. "Очаговое" или локальное размещение производительных сил, вызванное тем обстоятельством, что в условиях, крайне неблагоприятных для освоения, в эксплуатацию вовлекаются только наиболее богатые местороидешга дефицитных в стране полезных ископаемых, на базе которых формируется самостоятельные промышленные зоны и комплексы (рудники, припеки, горнообогатительные- комбинаты1).

•3. Разреженность, малолюдность населенных пунктов и небольшая плотность населения. По территории Якутии населенные пункты распределены крайне неравномерно. Наибольшая плотность населения отмечается в Центральной Якутии (80 человек на 100

Л X.

км ), наишньаая - в зоне тундры (8 человек на 100 км ).

4. Сезонный характер горнорудных разработок. Из-за неблагоприятных условий (низкие температуры воздуха, туманы, темные полярные ночи и др.) многие горнодобывающие предприятия ведут разработку месторождений, главным обрасом, в короткий летний период, в зимнее время ведут в основнсм горноподготовительные и вскрышные работы.

По характеру воздействия на гидрологические процессы факторы хозяйственной деятельности делятся на две группы: 1) факторы, оказывающие влияние в русле реки (сооружение плотин и создание водохранилищ, недопотребление и Еодоотведение, горнорудные разработки) и 2) факторы, оказывающие основное влияние на условия формирования стока на речных бассейнах (урбанизация, мелиорация земель, агротехнические мероприятия, рекультивация и др.)

Исследования последнихчлет.показали, что непосредственное влияние на режим речного стока в зимний период сказывают лишь факторы первой группы. Вторая группа факторов влияет, главным образом, в теплый период, года и на такие элементы водного ба-

ланса как испарение, запасы влаги в почвогрунтах, i.e. влияет на зимний сток косвенно. Учитывая это обстоятельство, а также вышеуказанные особенности освоения и размещения производительных сил Якутии, 'в диссертации из факторов . первой группы рассматриваются водохранилищ и горнорудные разработки. Бол-росы о влиянии водопотребления и ьодоотведения на зимний.сток не рассматриваются из-за невозможности учесть это влияние в зимний период, когда речной сток осуществляется лишь в сравнительно короткий период истощения запасов подземных вод.

На основании многолетних гидрологических наблюдений на Вилюйской ГЭС установлено, что водность pew: Вилюй увеличилась с 6-10 м3/с до 400-800 m'V с. Причем, если зимний сток в естественном состоянии постепенно снижался с октября до мая, то в зарегулированном режиме сначала наблюдается повышение водности реки до января-февраля, затем ее снижение до конца зимнего.периода. Сроки появления ледовых образований, начало осеннего ледохода сдвинулись на более позднюю сторону, а сроки начала весеннего разрушения льда - на более раннюю. Ниже створа ГЭС отмечаются . незамерзающие зоны и образование наледей, которые при естественном режиме не наблюдались.

Иэ-эа ограниченности гидрометеорологической информации количественная оценка изменений характеристик зишего стока под влиянием- горнорудных разработок выполнена по отдельным речным бассейнам.' Исследованиями охвачен район интенсивного развития золотодобывающей промышленности в горных районах Восточной Якутии. Расчет нарушений зимнего режима стока рассматривается на примере рек Ольчаи, Большой Тарын и Хатын-нах. Расчеты показали, что под влиянием горнорудных разработок по добыче золота произошло сокращение продолжительности истощения зимнего стека на 1G-2QX, а также снижение объема истощения (до ЗОХ) в этот период. Отклонений в дата:: начала зимней межени не наблюдается.

Степень нарушения зимнего режима стога рассмотрена также на примере р. Кьмлендяй, в долине которой ведется эксплуатация подземных, вод по добыче соли. Установлено полное прекращение стока р. Кеыпендяй за счет перехвата подземного егокз, разгружающегося б реки.

В заключении сформулированы основные рггсульт^гц рьбет

1. На основании анализа дачных о ллоэщи ¡.-'¡¡¡их б посей-

нов, длине рек, средних многолетних годовых и минимальных летне-осенних расходов воды осуществлено деление рек Якутии на очень малые, малые, средние, большие и крупнейшие; даны рекомендации по расчетам зимнего стога и промерзания малых и средних рек.

2. Уточнены существующие представления о формировании зимнего стека рек Якутии. Установлено, что вследствие дискретности подземного стока во времени и по площади речного бассейна формирование зимнего стока происходит неравномерно со всего бассейна, а лишь сосредоточенно за счет подземных еод, накопленных в летне-осенний период в таликовых зонах речных долин. В этих условиях гидрогеологический фактор (мощность и водоо-бпльность таликовых зон речных долин) и фактор предшествующего увлажнения водосбора (общие запасы воды в речном бассейне) формируют зимнюю водность рек и определяют длительность периода истощения зимнего стока, а также условия промерзания рек. В качестве показателя, косвенна отражающего мощность и водоо-бильность таликоЕых зон, принят линейный параметр - длина реки. Количественным показателем обшдх запасов воды, накопленных в летне-осенний период к началу зимней межени, принят расход годы, при котором река переходит на подземное питание.

3. Разработаны методы расчета ЕРВ в период истощения зимнего стока, объема и продолжительности истощения, а также продолжительности отсутствия стека на реках, базирующиеся на их зависимости от основных расчетных параметров. Полученные зависимости представлены б виде расчетных формул. Средние отклонения эмпирических точек от линий регрессии характеризуются приемлемой для практики точностью и не превышают £6Х. Одним из условий объективности и обоснованности разработанных методов является максимальное использование гидрометеорологической информации, а также учет, особенностей формирования и распределения подземного стока в районах сплошного распространения мно-голетнемерзлых пород. В атом состоит главное отличие разработанных методик от существующих в настоящее время методов оценки зимнего стока рек региона.

4. В' результате анализа- данных гидрометеорологических наблюдений установлено, что антропогенные изменения характеристик стока в зимний период отмечены не только на малых, но и на средних реках, и связаны с разработкой полезных ископаемых,

созданием водохранилищ и эксплуатацией подземных вод. Подученные выводы по влиянию антропогенных Факторов носят предварительный характер из-за ограниченности сетевых данных-за режимом рек, подверженных влиянию хозяйственной деятельности. Однако, результаты исследований по оценке и учету влияния рассмотренных видов хозяйственной деятельности могут быть учтены при решении практических задач рационального использования и охраны водных ресурсов региона.

Вопросы изучения условий и закономерностей формирования зимнего стока являются весьма, сложными, поэтому выполненные разработки по количественной оценке зимнего стока и промерзания рек Якутии еш.е ке могут претендовЕ1ть на очень высокую точность, хотя базируются на современных методах гидрологического анализа. Для дальнейшего развития и уточнения методов расчета зимнего стока рек Якутии необходимы, прежде есэго, расширение сети гидрологических станций и постов и улучшение гидрогеологической изученности территории, а главное, развитие полевых экспериментальных гидролого-гидрогеологических исследований на базе организации воднобалансовых станций на малых и средних реках в пределах изучаемой территории типа ст. Шгот в зоне БАМ.

0° теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Родные ресурсы •Южно-Якутского ТПК и их использование. -В кн.: ■ Географические исследования в Якутии. Якутск: ИМ СО АН СССР, 1383, с, 25-29 (соавтор А. ф. Константинов).

2. О промерзании рек в зоне сплошной многолетней мерзлоты. - В кн.: Антропогенное воздействие на водные ресурс;: Якутии. - Якутск: Я! СО АН СССР, 193-1, с. 55-65.

3. О классификации рек Якутии. - Е кн.: Еодные ресурсы Сибири: изучение, использование, охрана. - Красноярск, 1938, с. 37-40.

С. К. АРЖАКОВА

РАСЧЕТЫ ЗИМНЕГО СТОКА МАЛЫХ И СРЕДНИХ РЕК ЯКУТИИ В УСЛОВИЯХ СПЛОШНОЙ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Подписано в печать 19.04.93. Печать офсетная. Формат 60x84/16. Бум. тип. № 2. Печ.л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 25 .

Издательство ЯГУ. 677891 г. Якутск, ул. Белинского,58.