Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Условия формирования и расчет зимнего стока рек в районах распространения многолетней мерзлоты (на примере зоны БАМ)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Любимов, Григорий Абрамович

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СУЩЕСТВУЮЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ИЗУЧЕНИИ ЗИМНЕГО

СТОКА РЕК.

1.1. Развитие и состояние исследований зимнего стока.

1.2. Изученность зимнего стока в зоне БАМ и характеристика исходных материалов наблюдений.

Глава 2. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗИМНЕГО СТОКА.

2.1, Краткая физико- географическая характеристика района исследований.

2.1 Л. Рельеф.

2.1.2. Климатические условия

2.1.3. Мерзлотно- гидрогеологические условия.

2.2. Районирование территории по условиям форми- . рования зимнего стока

Глава 3. ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТОКА ЗИМНЕГО ПЕРИОДА

3.1. Начало и конец зимнего периода.Продолжительность межени.

3.2. Закономерности перемерзания рек

3.2.1. Зависимость перемерзания рек от природных условий.

3.2.2. Временные характеристики ежегодно перемерзающих рек.

3.2.3. Продолжительность отсутствия стока на периодически перемерзающих реках.

Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗИМНЕГО МЕ1ЕН

НОГО СТОКА.

4.1. Точность исходных данных

4.2. Выбор расчетного периода и определение зимнего стока при наличии данных наблюдений

4.3. Расчет зимнего стока при отсутствии данных наблюдений.

Определение зимней водности на основе метода гидрологической аналогии

Глава 5. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ЗИМНЕГО СТОКА НА ЛЕДООБРАЗОВАНИЕ 5.Г. Методика расчета потерь стока на ледообразование. III

5.2. Территориальное распределение потерь стока на ледообразование.Изменение зимнего стока.

5.3. Оценка точности вычисленных потерь стока на ледообразование

Глава б. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСТОМИН ЗИМНЕГО СТОКА И ПОД

РУСЭЮКЙ СТОК ПЕРЕМЕРЗАЮЩИХ РЕК.

6.1. Типы кривых истощения и расчет внутрисезонного распределения зимнего стока.

6.2. Зимний подрусловой сток на перемерзающих реках

6.2.1. Изученность подруслоеого стока

6.2.2. Определение подруслового стока гидрологическим способом.

6.2.3. Экспериментальная оценка величины стока под руслом реки.

Введение Диссертация по географии, на тему "Условия формирования и расчет зимнего стока рек в районах распространения многолетней мерзлоты (на примере зоны БАМ)"

Среди важнейших строек десятой и текущей пятилеток особое место занимает строительство Байкало-Амурской магистрали. Хорошо известно, что пути сообщения строятся не только для решения транспортных проблем, но и для вовлечения в народо-хозяйственный оборот тех огромных сырьевых ресурсов, которые разведаны или прогнозируются в зоне, тяготеющей к будущей транспортной артерии. Подсчитано, что,когда БАМ вступит в строй, население непосредственно лишь в полосе дороги достигнет I миллиона человек. Сфера воздействия магистрали, ее будущая промышленная, хозяйственная зона - это территория, превышающая 1,5 млн.кв.км. В настоящее время уже очерчены ее перспективные границы (рис.1), которые составят основу хозяйственной зоны БАМ и в которых предполагается разместить свыше 10 территориально-производственных комплексов (ТПК) и промышленных узлов. Создание одного из них - Южно-Якутского ТПК (центральная часть зоны БАМ), идет полным ходом и уже к концу восьмидесятых годов Якутия должна стать одним из важнейших промышленных центров Советского Союза. Помимо строительства железной дороги, в зоне первой очереди освоения создается около 60 городов и поселков, сотни промышленных предприятий и сельско-хозяйственных комплексов. В настоящее время эта большая по объему работа начинает разворачиваться. Для ее осуществления понадобятся огромные количества как качественной питьевой, так и воды на хозяйственно-бытовые нужды.

Водное хозяйство оказывает большое влияние на темпы развития и размещение производительных сил; велика его роль в обеспечении социальных и гигиенических условий жизни населения.

Благодаря своей относительной доступности, речные воды ши

Якутск;

41 >

•Л СНА/. Г г<6 и ит 1 г

ВАМ У г й!. щ Л

Ч.

Чита

•

РисЛ. Зона хозяйственного освоения БАМ. г». « « граница зоны, .граница промрайонов,— трасса

Г.Верхне-Ленский. 2.Витимский. З.Северд-Бурятский. 4.7докан-| свд. 5. Южно-Якутский. 6. Тыкдинским. ?.3еи ско-Бож нак- | ским. о.Верхне-Селемджинскин. 9.У*гальски1. ГО.Верхне-Буреинский. Ц. Советско-Гаванский. 12. Нижне- Амурский. 13.тугуринский.

0Ч°

NN

56

52 роко используются в народном хозяйстве. По данным уточненных карт среднегодового стока ¿ J средний показатель водообес

Я 2 печенности в Южной Якутии - 350 тыс.м на I км площади и о

285 тыс.м на душу населения (на 1.01.80), что выше общесоюзных показателей. Однако, внутригодовое распределение стока характеризуется чрезвычайно резкой неравномерностью. На средних по величине реках в весенне-летний период проходит от 85 до 94 % годового объема стока, а на некоторых малых реках эта доля доходит до 97 % (р.Тимптон - п.Нагорный). С учетом внутригодовой неравномерности речного стока водообеспеченность за зимний сезон в год 95 % обеспеченности составляет в среднем менее 10 тыс.м3 на I км2 площади, а на душу населения - около о

8 тыс.м , т.е. снижается почти в 35 раз. При этом следует учесть, что в расчетах использовалась и водность больших рек, обеспеченность же речными водами многих населенных пунктов, расположенных вблизи небольших рек, в зимний период может практически отсутствовать вследствии прекращения стока из-за истощения водоносных горизонтов или их полного перемерзания.

Таким образом, кроме расчета водных ресурсов в целом за год, важное значение при водохозяйственном использовании рек имеет правильное представление о характере распределения этих ресурсов по отдельным сезонам и, особенно, оценка водности наименее обеспеченного лимитирующего сезона, которым в районах Восточной Сибири и Дальнего Востока является зима.

Зимний период в зоне Байкало-Амурской магистрали составляет от 39 до 57 % общей продолжительности года (142-219 суток). В течение всего этого периода питание рек осуществляется лишь за счет запасов влаги, аккумулированной в их бассейнах в предшествующий период и дополнительной криогенной разгрузки из водоносных пород при промерзании. В различных условиях увлажнения и естест

• венной регулирующей способности речных бассейнов на долю зимнего стока приходится от 0,2 до 24,5 % его годового стока (табл.1).

Таблица I

Зимний сток рек зоны БАМ

Отношение зимнего ' Районы по рис.2 слоя стока к средне- ----------------------годовому, % I П III 1У У У1

Среднее 13,5 11,4 1,8 3,4 3,1 3,3

Наименьшее 6,2 3,2 0,2 1,8 1,3 1,5

Наибольшее 24,5 20,1 5,6 6,8 11,1 6,2

Абсолютные значения зимнего стока изменяются в среднем от 98 во П-ом до 0,3 мм в Ш-ем районах, расположенных в непосредственной близости друг от друга, однако имеющих значительный контраст в гидрогеологических условиях, играющих главную роль в формировании режима и величины стока в холодный период года.

Решение задачи исследования стока за генетически однородный ной зимний сезон, поставлен в таком аспекте впервые для зоны БАМ, представляет значительную сложность и требует разработки целого ряда методических вопросов и выполнения большого объема вычислений гидрологических и в отдельных случаях метеорологических величин. Применительно к зимнему сезону решение этой задачи осложняется тем, что в гидрологическом отношении он наименее изучен и фактические данные по стоку отличаются часто недостаточной точностью. В конкретных условиях Дальнего Востока это усугубляется также обширностью и в большинстве случаев слабой общегеографической изученностью территории, большим разнообразием природных условий, определяющих различие гидрологического режима рек.

Рис.?- Схема районов с однородным характером формирования зимнего стока. I

- - граница и номер района.

Таким образом уточнение ресурсов речного стока зимнего сезона, исследование условий и особенностей его формирования и разработка на этой основе методики расчетов зимнего стока по неизученным или слабоизученным рекам, представляют важную задачу, имеющую как теоретическое, так и большое практическое значение.

Анализ имеющейся литературы по зимнему стоку, гидрологической изученности территории и материалов наблюдений на стационарной сети Госкомгидромета и Байкало-Амурской экспедиции ГГИ позволил наметить основные направления исследований:

1. Для обеспечения необходимого качества и генетической однородности исходных материалов наблюдений определить гидрологические критерии для выделения зимнего периода стока с точностью до суток и на их основе создать фоцц данных, использовав гидрометрические наблюдения стационарной и временной сети.

2. Учитывая, что как величина, так и пространственно-временная изменчивость стока воды в холодный период года определяются главным образом особенностями мерзлотногвдрогеологической обстановки, произвести районирование исследуемой территории по геокриологическим и гидрогеологическим условиям. При этом должны быть учтены принципы географического выделения однородных регионов, а также гидрологическое районирование территории, выполненное предшествующими исследователями.

3. Речной сток зимнего периода является составной частью естественных ресурсов подземных вод, на которые в зоне ВАМ производится расчет водоснабжения объектов народного хозяйства. Поэтому главным направлением исследований должна быть разработка методики определения величины зимнего стока при наличии, недостаточности и отсутствии на реках систематических наблюдений. Для достижения поставленной цели необходимо оценить точность зимних гидрометрических измерений и подсчета ежедневного стока, произвести анализ исходной информации по более чем 3000 годцунк

4 там, восстановив по аналогам или иными способами пропуски от' дельных лет и обосновав выЬор репрезентативного периода наблюдений для расчета нормы стока и коэффициента вариации с допустимой погрешностью. В однородных районах необходимо установить зависимость зимней водности от основных стокоформирующих факторов.

4. В связи с самостоятельным практическим значением временных характеристик стока зимнего периода необходимо разработать методику расчета его продолжительности, сроков начала и окончания. При этом особое внимание должно быть сосредоточено на получении методов расчета генетических составляющих зимнего сезона - частоты, длительности, дат наступления и окончания периода отсутствия стока (перемерзания) для неизученных водотоков.

5. Одним из важных факторов формирования стока рек в районах с суровыми климатическими условиями является процесс ледообразования. Разработка методов расчета и установление пространственного распределения потерь зимнего стока на образование речного льда и речных наледей является самостоятельной задачей исследования. Решение ее выполняется на основе анализа региональных связей потерь стока в пунктах наблюдений с гидрографическими характеристиками русловой сети.

6. Изучить закономерности истощения зимнего стока и разработать практические рекомендации для расчета его внутрисезонного распределения на основе анализа спадовых кривых.

7. В зоне распространения многолетней мерзлоты в период отсутствия стока воды подо льдом талые аллювиальные отложения под руслами рек часто обуславливают благоприятные условия для существования подруслового потока. На основе полевых экспериментальных работ необходимо разработать способ определения дебита подруслового стока.

Таким образом, главным направлением диссертационной работы является изучение условий формирования и разработка методов расчета практически всех характеристик зимнего гидрографа стока.