Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изучения наледей на реках Восточной Сибири. Исторический обзор. Постановка задачи 11
Глава 2. Методика изучения наледных явлений 25
2.1. Дистанционные исследования 26
2.1.1. Аэровизуальные обследования 26
2.1.2. Авиадесантные наблюдения 27
2.1.3. Аэрофотосъемка 27
2.2. Наземные исследования 28
2.2.1. Маршрутные наблюдения 29
2.2.2. Стационарные наблюдения 30
2.3. Обработка полученного материала 38
Глава 3. Закономерности формирования и распространение наледей в долинах рек Восточного Саяна 43
3.1. Условия и факторы наледеобразования 43
3.1.1. Рельеф и геологическое строение 43
3.1.2. Климат 49
3.1.3. Гидрография 51
3.1.4. Мерзлотно-гидрогеологические условия 55
3.2. Типы наледей, особенности их формирования и развития 59
3.2.1. Наледи речных вод 60
3.2.2. Наледи подземных вод 65
3.2.3. Наледи талых снеговых вод 68
3.3. Закономерности распространения наледных явлений 70
Глава 4. Морфоструктурные особенности и режим наледей 76
4.1. Морфология и структура наледей 76
4.1.1. Наледи на склонах гор 78
4.1.2. Русловые наледи 80
4.2. Внутригодовой режим наледей 88
4.3. Многолетний режим наледей 103
Глава 5. Русловые запасы льда в горах Восточного Саяна 125
5.1. Современные методы оценки льдозапасов в русловой сети 126
5.2. Сущность нового методического подхода 132
5.3. Наледность и русловые запасы льда в бассейне реки Уды 137
5.4. Картографическая оценка русловых запасов льда 149
Заключение 155
Литература
- Аэровизуальные обследования
- Стационарные наблюдения
- Типы наледей, особенности их формирования и развития
- Русловые наледи
Введение к работе
Наледи — своеобразное и широко распространенное явление природы, характерное для регионов с суровыми климатическими условиями. Изучение их началось трудами российских ученых-путешественников А.Ф.Миддендорфа, Г.Л.Майделя, К.Дитмара, С.А.Подъяконова еще в середине-конце XIX в. Особенно активно исследовались наледи во второй половине XX столетия. В настоящее время совокупность знаний о наледях и наледных процессах оформилась в самостоятельное научное направление -наледеведение. В становлении и развитии его большой вклад внесли отечественные ученые и специалисты, доктора и кандидаты наук В.Е.Афанасенко, В.Р.Алексеев, А.П.Горбунов, А.В.Иванов, М.М.Корейша, В.В.Кравченко, И.А.Некрасов, В.Г.Петров, Н.Н.Романовский, Е.А.Румянцев, Н.Ф.Савко, Б.Л.Соколов, М.И.Сумгин, Н.И.Толстихин, О.Н.Толстихин, М.Ш.Фурман, А.Н.Чижов, В.В.Шепелев, А.А.Цвид и др.
Долгое время основное внимание исследователей привлекали крупные ледяные поля, формирующиеся за счет излияния и последующего намораживания подземных вод. Как правило, такие массивы льда «нанизаны» на русла рек, имеют округлую конфигурацию и распространяются на всю ширину днища долины, отделяясь, друг от друга значительными расстояниями. Изучению наледей других генетических типов (речных, талых снеговых, озерных вод) посвящено небольшое число работ. Вследствие этого сложилось мнение, что на реках Сибири и Дальнего Востока наледи, хотя и имеют большие размеры, но встречаются локально, т.е. не образуют сплошных ледяных покровов по длине водотоков. Например, в Каталогах наледей зоны БАМ (1980, 1981, 1982), отражены характеристики более 4000 наледей подземных вод, зафиксированных специальной аэрофотосъемкой на территории 260000 км. Все они демонстрируют дискретный характер распределения ледяных массивов.
4 Между тем, специальные наблюдения на сибирских реках (Алексеев,
1975; Кравченко, 1983; Соколов, 1975) показали, что наледи имеют более
широкое распространение, и что происхождение их носит гетерогенный
характер. В связи с этим возникла необходимость постановки долгосрочных
режимных наблюдений на водотоках различного порядка по всей их длине
для того, чтобы выявить фактические масштабы развития наледных
процессов (показать их «линейное» распределение), выявить структуру и
изменчивость ледяного покрова во времени и пространстве, оценить его роль
в функционировании речных систем и внутригодовом перераспределении
водных ресурсов. Исследования в данном направлении были осуществлены
сотрудниками лаборатории гляциологии Института географии СО РАН под
руководством д.г.н., проф. В.Р.Алексеева в 1980-1994 гг. Полученные
выводы и материалы приобретают важное практическое значение при
освоении новых регионов, в частности, при оценке наледной опасности на
трассах автозимников, на участках проектирования и строительства мостов,
ледовых переправ, трубопроводов, при прогнозировании весенних паводков
и ледяных заторов, при общей оценке проходимости территории и т.д.
Стационарные исследования наледных процессов, проводимые автором
в конце 90-х гг. в горах Восточного Саяна в связи с экономической
ситуацией в стране были прекращены, в результате чего сбор фактического
материала, его обработка и анализ не были завершены. В настоящей работе
автор проводит обобщение, систематизацию и анализ имеющихся
материалов. Основная цель работы - на примере центральной части
Восточного Саяна изучить генетическую структуру ледяного покрова в
различных звеньях гидрографической сети, выявить закономерности
распространения и морфодинамические особенности наледей,
усовершенствовать методику расчета русловых запасов льда в период их
годового максимума. Для достижения поставленной цели потребовалось
решить следующие задачи:
1) рассмотреть условия и факторы льдообразования в зависимости от
высоты местности и порядка водотоков речной системы;
2) изучить строение ледяного покрова на реках, определить
количественные показатели наледного и речного льда, оценить их
изменчивость во времени и пространстве;
рассчитать объемы воды, сконцентрированные в наледном и речном льду в руслах неизученных рек со сходными морфоструктурными и климатическими условиями;
разработать способ картографического отображения русловых запасов льда.
Решение сформулированных задач осуществлялось в верхней части бассейна реки Уды с площадью водосбора 9371 км . Эта горная территория расположена в пределах абсолютных высот 750-2500 м, охватывает три природных пояса - горно-таежный, подгольцовый и гольцовый. Для получения необходимых данных использовались дистанционные методы наблюдений с вертолетов МИ-4, МИ-8 и наземные исследования на опорных маршрутах, профилях и площадях. Основная часть материалов получена на трех специальных гляциологических полигонах, представляющих собой участки рек различных порядков или их бассейны, специально оборудованные для режимных наблюдений.
Экспериментальный наледный полигон Эден площадью 1250 км2 расположен на границе Тофаларии и Тывы (абс. вые. 1300-2300 м). Он включает в себя два противостоящих бассейна рек Эгеги и Эдена третьего и четвертого порядков и часть долины реки Уды V порядка ледниково-тектонического происхождения. Эта территория характеризуется сложно расчлененным рельефом, прерывистым и преимущественно сплошным распространением многолетнемерзлых горных пород, относительно небольшой мощностью снежного покрова. Режимные наблюдения за динамикой наледных явлений осуществлялись здесь в течение 10 лет на
протяжении 1983-1992 гг. Всего на полигоне Эден было оборудовано 140 ландшафтно-гляциологических профиля и 5 временных метеорологических постов.
Полигоны Шаманка и Синий Камень расположены в нижней части горно-таежного пояса Восточного Саяна в пределах абсолютных высот 750-1550 м. На этой территории более мягкий рельеф местности, широко представлена темнохвойная тайга, вечная мерзлота встречается небольшими островами, а высота снежного покрова в 1,5-2,0 раза больше, чем в верховьях реки Уды. Программа наблюдений на полигоне Шаманка площадью 16,7 км2 реализована В.В. Кравченко. Здесь в 1987-1991 гг. выполнен полный комплекс гляцио-гидрологических, метеорологических, мерзлотно-гидрогеологических и других работ. На полигоне оборудовано 134 ледомерных створа, где осуществлялись режимные наблюдения с октября по июнь включительно. Одновременно с изучением наледей на полигоне Шаманка проводились эпизодические измерения меженного стока и ледомерные съемки в приустьевых участках рек, впадающих в реку Уду на протяжении около 100 км.
Полигон Синий Камень представляет собой 4-х километровый отрезок реки Уды VI порядка у устья реки Нерхи. На этом участке выполнен оригинальный комплекс наблюдений за развитием наледей речных вод. Исследовались температурный режим и динамические особенности подледного водного потока, нарастание льда сверху и снизу, вода и снежный покров на льду, осенние и весенние гляцио-гидрологические явления и пр. Для решения поставленных задач применялись следующие методы: 1) ландшафтно-ключевой; 2) режимных стационарных наблюдений; 3) экспедиционный, основанный на маршрутных наземных и аэровизуальных съемках наледей; 4) многофакторного географического анализа; 5) ландшафтной индикации.
7 При анализе и обобщении полученных материалов автор использовала
как свои личные наблюдения, выполненные на полигоне Эден в 1986-1992
гг., так и сведения, полученные в разные годы сотрудниками лаборатории
гляциологии Института географии СО РАН в других частях бассейна реки
Уды. При обработке данных применялись графоаналитический и
картографический методы интерпретации данных, использовался набор
компьютерных программ Microsoft Office. Порядок водотоков определялся
на основе топографических карт масштаба 1:25000 и 1:100000.
Научная новизна работы состоит в следующем:
определена генетическая структура ледяного покрова в руслах горных рек различного порядка;
получены представления о распространении и пространственно-временной изменчивости наледей и речного льда в горах Восточного Саяна;
оценена роль наледей в формировании русловых запасов льда и водных ресурсов горной территории;
предложен новый способ картографирования льдозапасов в руслах рек, учитывающий структуру гидрографической сети.
В работе представлены материалы и выводы, которые могут быть использованы: 1) при региональной оценке условий и факторов формирования водных ресурсов юга Восточной Сибири; 2) при составлении прогнозов весеннего половодья на горных реках Иркутской области; 3) при проектировании и строительстве автозимников и трасс линейных инженерных сооружений.
Основные результаты исследований докладывались и представлялись: на X и XI научных совещаниях географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 1999г., 2001 г.), на Первой Всероссийской конференции «Рекреационная география Азиатской России: современное состояние и перспективы развития» (Иркутск, 2000 г.), на VII научном совещании по прикладной географии (Иркутск, 2001 г.), на XV конференции молодых
8 географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 2003 г.), на Международной
научной конференции «Рациональное использование и охрана водных
ресурсов в изменяющейся окружающей среде» (Ереван, 2003 г.).
Основные положения защиты:
Характерной особенностью речных систем центральной части Восточного Саяна является повсеместное распространение наледей речных, подземных и талых снеговых вод. Закономерности формирования и пространственно-временное распределение наледей здесь обеспечивается сложным комплексом природных факторов и условий, в числе которых ведущее место занимает структура и планово-высотное положение гидрографической сети. Отсутствие наледных явлений на горных реках III-IV и более высоких порядков есть редкое исключение, а не правило.
Ледяной покров горных рек генетически неоднороден. Обычно он состоит из 3-4 ярусов, параметры которых определяются порядком водотоков и морфологическими особенностями долины. В руслах рек I-IV порядков преобладает лед анагенного происхождения, нарастающий снизу вверх при последовательном послойном намораживании речных, подземных и талых снеговых вод. В руслах рек более высоких порядков большую часть разреза составляет лед катагенного происхождения, образующийся в результате промерзания водных потоков сверху вниз.
3. В верхних звеньях гидрографической сети наледные процессы
определяют русловые запасы льда. Доля наледей в объеме ледяного
покрова горных рек меняется по мере удаления от их истоков: на
водотоках III-IV порядков она в 7, 10, 16 раз и более превышает объем
собственно речного льда, в руслах рек высоких порядков составляет
примерно половину. Учет наледной составляющей ледовых ресурсов
позволяет более точно рассчитывать подземный и поверхностный сток.
9 Основное содержание диссертации отражено в 6 статьях,
'X» опубликованных в материалах всероссийских и международных совещаний и
конференций.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Список литературы включает 116 наименований. Общий объем работы составляет 200 страниц, в том числе 25 таблиц, 50 рисунков. Приложение содержит 7 рисунок, 11 таблиц.
В первой главе проведен исторический обзор изучения наледей в Восточной Сибири за последние 100 лет. Анализ опыта исследований в этом направлении показал важность и необходимость проведения натурных наблюдений. В полной мере познание закономерностей распространения и динамики наледных процессов возможно только при комплексном географическом подходе с использованием данных стационарных наблюдений. Проведено обобщение, систематизация и анализ имеющихся материалов и на основе полученных результатов определены задачи
| исследований.
Во второй главе работы детально рассмотрены применяемые методы изучения наледных явлений: дистанционный (оперативный метод получения необходимой информации), который в свою очередь включает в себя аэровизуальное и авиадесантное обследование, аэрофотосъемку; наземные исследования (маршрутные и стационарные наблюдения). Эти методы позволяют осуществить непосредственный контакт исследователя с объектом изучения, и в комплексе дают возможность получить достаточно полную информацию об объекте.
В третьей главе рассмотрены и проанализированы причины, условия и факторы, обусловливающие образование на реках центральной части Восточного Саяна наледей различных генетических типов. По результатам режимных наблюдений на стационарных участках, маршрутным наземным и
V аэровизуальным съемкам, выявлены особенности формирования и
10 закономерности распространения и развития наледных явлений в верховьях
р. Уды от истока до устья р. Хадамы.
Четвертая глава посвящена изучению морфоструктурных особенностей
наледей в пределах экспериментальных полигонов. Определена структура
ледяного покрова и основные наледные характеристики: ширина, мощность,
площадь поперечного сечения, объем, площадь распространения наледей.
Рассчитан температурный коэффициент стаивания. Проанализирована
пространственно-временная изменчивость ледяного покрова в различных
высотных поясах и по порядкам водотоков.
В пятой главе описаны современные методы расчета русловых запасов льда, их достоинства и недостатки. Предложен новый методический подход к оценке льдозапасов в руслах неизученных рек на основе изучения порядковой системы водотоков. Проведена оценка наледности и русловых запасов льда бассейна р. Уды (до устья р. Хадамы). Продемонстрирован новый способ картографического отображения льдозапасов.
В заключении приведены основные выводы по результатам исследований.
Автор выражает глубокую благодарность за предоставленные фотоматериалы, руководство и консультации, оказанные в процессе полевых работ и подготовки диссертации, научному руководителю д.г.н., профессору В.Р.Алексееву. Искренняя признательность и благодарность за внимание, и содействие и.о. директора Института географии СО РАН д.г.н. А.Н.Антипову, зам. директора д.г.н., проф. Л.М.Корытному. Особая благодарность к.г.н. Н.И.Новицкой, А.И.Дьяконову за помощь в проведении полевых работ, к.г.н. Е.А.Ильичевой, к.г.н. О.В.Гагариновой, к.г.н. А.И.Шеховцову за помощь и поддержку при подготовке рукописи, Л.Г.Поповой, Л.Ю.Огородниковой за помощь в оформлении работы.
Аэровизуальные обследования
Данные при аэровизуальных наблюдениях получают преимущественно визуально с борта самолета или вертолета. Аэровизуальные наблюдения позволяют решить сразу несколько задач: получение сведений об обследуемом районе, его местоположении, размерах, рельефе, характере подстилающей поверхности, сбор информации об интенсивности развития наледных явлений в заданный момент времени на больших участках, выявление и картографирование основных препятствий, общая оценка проходимости территории в различные сезоны года.
Недостатком аэровизуальных работ является невысокая точность измерений плановых характеристик, поэтому материалы рекомендуют сравнивать с данными наземных измерений. Подробно с оценкой погрешностей можно познакомиться в работе В.Р.Алексеева и Б.Л.Соколова (Полевые исследования..., 1980).
Авиадесантные наблюдения производятся только с вертолета с приземлениями на будущие наледные полигоны и наледные площадки для производства рекогносцировочного обследования и уточнения деталей природной ситуации, съемки ледяного поля, бурения льда, опробования наледного и речного льда, измерения расхода воды, температуры наледеобразующих вод, гидрохимические исследования, фотографирования. С использованием дешифровочных признаков, бурения, шурфования и измерений на обнажениях уточняются плановые размеры наледей и мощности льда на дату измерений и многолетние средние и максимальные параметры ледяных массивов (Методическое пособие, 1984). Одновременно производятся зарисовки наиболее интересных наледных объектов. Время проведения авиадесантных исследований зависит от цели работ и типа изучаемых наледей. Они могут проводиться в любой период года и позволяют совмещать преимущества получения данных о наледях с земли и с воздуха.
Авиадесантные исследования имеют один существенный недостаток, это - невысокая точность измерений.
Аэрофотосъемка участков наледеобразования может производиться в течение всего года в соответствии с программой (Лавров, Стеценко, 1981; Основные положения..., 1981; Аэросъемка и ее применение, 1967). Различают мелкомасштабную (1:100 000 и мельче) и крупномасштабную съемки (1:20 000 и крупнее). Съемка обладает рядом преимуществ перед другими методами исследований: одновременное фиксирование наледей в различных районах и высотных зонах. Многократное изображение исследуемых объектов с целью выяснения особенностей их развития во времени и пространстве, получение последовательных снимков для изучения динамики наледей в теплое время года и дает возможность получения большого объема информации об условиях и факторах образования наледей. Все это дает большой эффект в соединении с наземными наблюдениями. Использование имеющихся руководств и методических пособий (Протасьева, 1967; Азбукина, 1969; Алексеев, Соколов, 1980; Методическое пособие, 1984; Прокачева и др., 1982) позволяет успешно справиться с этой задачей.
Эти методы широко и успешно использовались при проведении наледных наблюдений в 1978-83 гг. на 67 постах Иркутского УГКС (Кравченко, 19856), летом 1970 и 1971 гг. при обследовании наледей на 10 водотоках центральной части Восточного Саяна (Алексеев, 19736), в 1991 г. при исследовании наледных полян Верхнечарской котловины и на наледных полигонах бассейна р. Уды (Иванов, Шевченко и др., 1996). В.В.Кравченко, на основе опыта аэрофотосъемки, составил таблицу для оценки ошибок измерений и внесения соответствующих поправок (Алексеев, 1987).
Наземные исследования направлены на изучение географического распространения, строения, свойств, режима наледных явлений. Такой метод позволяет осуществить непосредственный контакт исследователя с объектом изучения и возможность получения о нем дополнительной информации. Наземные методы включают в себя исследования на опорных маршрутах, профилях и площадках и стационарные наблюдения. Маршрутные исследования включают в себя рекогносцировочные работы и наледную съемку (Методическое пособие..., 1980).
Стационарные наблюдения
Долгосрочные комплексные режимные наблюдения (стационарные), организуются для получения всесторонней информации о наледях, их происхождении, пространственно-временной изменчивости, условиях формирования и развития. Стационарные исследования ведутся с постоянно закрепленной базы (стационара), которая располагается в районе наблюдений за наледью, в течение одного года и более. Чаще всего такие наблюдения являются частью общей программы полевых исследований. До начала 70-х годов наблюдения на стационарах имели эпизодический характер (1-2 года), что недостаточно для получения достоверных результатов по выявлению закономерностей формирования и разрушения наледей.
Попытка проведения стационарных наблюдений была предпринята: в бассейне р. Китоя (Шульгин, 1964); бассейн р. Верх. Каменки центральной части Восточного Саяна (Лапердин, 1976); в бассейнах малых рек Ошкарки и Бэгэты (притоки р. Уды) (Кравченко, 1981). Впервые комплексные исследования наледей были организованы в 1979 г. на р. Уде на наледном полигоне «Синий Камень», и в 1987 г. на р. Шаманке (Кравченко, 19856, 1991). Полигоны Шаманка и Синий Камень расположены в нижней части горно-таежного пояса Восточного Саяна в пределах абсолютных высот 750 1550 м. На этой территории более мягкий рельеф местности, широко і представлена темнохвойная тайга, вечная мерзлота встречается небольшими островами, а высота снежного покрова в 1,5-2,0 раза больше, чем в верховьях реки Уды. Программа наблюдений на полигоне Шаманка площадью 16,7 км2 реализована В.В.Кравченко. Здесь в 1987-1991 гг. выполнен полный комплекс гляцио-гидрологических, метеорологических, мерзлотно гидрогеологических и других работ. На полигоне оборудовано 134 ледомерных створа, где осуществлялись режимные наблюдения с октября по июнь включительно. Одновременно с изучением наледей на полигоне Шаманка проводились эпизодические измерения меженного стока и ледомерные съемки в приустьевых участках рек, впадающих в реку Уду на протяжении около 100 км.
Полигон Синий Камень представляет собой 4-х километровый отрезок реки Уды VI порядка у устья реки Нерхи. На этом участке выполнен оригинальный комплекс наблюдений за развитием наледей речных вод.
Исследовались температурный режим и динамические особенности подледного водного потока, нарастание льда сверху и снизу, вода и снежный покров на льду, осенние и весенние гляцио-гидрологические явления и пр.
Изучение наледей в пределах какого-либо речного бассейна обычно проводится посредством постановки режимных наблюдений на постах Гидрометеорологической службы или на отдельных ледяных массивах, избранных для решения конкретных научных и практических задач. До последнего времени основной причиной отсутствия надежных данных для выяснения истинных закономерностей развития наледных явлений во времени и пространстве являлось нерегулярность проведения измерений, которые не дают оснований для суждений об особенностях развития годового наледного цикла.
Большой вклад в освоение комплексных стационарных наблюдений за наледными процессами на горных реках внесли сотрудники лаборатории гляциологии Института географии СО РАН под руководством д.г.н., проф. В.Р.Алексеева в 1980-1994 гг. Опираясь на методические рекомендации и программу работ на полигонах (Кравченко, 19856), а также учитывая слабую изученность наледных процессов в многолетнем режиме, в начале 80-х годов были организованы комплексные стационарные исследования наледей в центральной части Восточного Саяна по длине всей гидрографической сети речных бассейнов различного порядка (Алексеев, Ковальчук, 1999). В верхней части бассейна р. Уды в течение ряда лет на оборудованных специальных полигонах осуществлялись комплексные наблюдения -гляциологические, гидрологические, метеорологические, мерзлотные, геоботанические, ландшафтные. Выбор полигона сделан по принципу репрезентативности на основе продолжительных авиадесантных и наземных обследований обширной территории юга Восточной Сибири.
Экспериментальный наледный полигон Эден площадью 1250 км2 расположен на границе Тофаларии и Тывы (абс. вые. 1300-2300 м). Он включает в себя два противостоящих бассейна рек Эгеги и Эдена третьего и четвертого порядков (рис. 2.1) и часть долины реки Уды V порядка ледниково-тектонического происхождения. Эта территория характеризуется сложно расчлененным рельефом, прерывистым и преимущественно сплошным распространением многолетнемерзлых горных пород, относительно небольшой мощностью снежного покрова. Режимные наблюдения за динамикой наледных явлений осуществлялись здесь в течение 10 лет на протяжении 1983-1992 гг.
Интерес к долине р. Уды вызван широким распространением здесь наледных явлений и значительными запасами льда, накапливающимися за зимний период. Наледи исследуемых бассейнов по условиям формирования типичны для верховьев р. Уды и результаты исследований за режимом могут быть распространены на другие наледи региона.
Типы наледей, особенности их формирования и развития
Комплекс геолого-географических условий территории создает предпосылки для формирования наледей различных генетических типов. Распространение наледей с учетом их генезиса рассмотрены в работах В.Р.Алексеева (19736) и В.В.Кравченко (1985). Результаты исследований показали, что описанные природные условия и факторы обеспечивают широкое распространение на реках наледей трех основных типов — речных, подземных и талых снеговых вод. Каждой долине определенного порядка соответствует свой «типовой» набор условий, причин и факторов развития наледных явлений, отличный от аналогичных комплексов, характерных для смежных речных долин.
Таким образом, зная порядковую структуру речной сети и имея набор данных, полученных в опорных экспериментальных бассейнах (рис. 3.9 3.14), можно с известной погрешностью определить характеристики наледных явлений на неизученной территории. Например, условия, причины и факторы формирования наледей в долинах рек III порядка (ширина днища и русла, уклон продольного профиля, состав отложений, глубина, ширина и скорость течения водного потока, площадь и мощность многолетнемерзлых пород, высота снежного покрова, микроклиматические характеристики и пр.) существенно отличаются от условий причин и факторов наледеобразования в долинах рек II, IV и других порядков.
В исследуемом районе повсеместно распространены наледи речных вод, они имеют небольшую мощность, которая редко достигает 1 м. Речные наледи за счет излияния речной воды формируются в руслах рек и ручьев и не выходят за пределы русла. Условиями для излияния наледных речных вод на поверхность являются: резкое увеличение расхода воды в реке, уменьшение пропускной способности русла в связи с его замерзанием, стеснении русла шугой, нарастание ледяного покрова и создание напора на отдельных участках водотока (Российский, 1960; Савко, Алексеев, 1973а; Алексеев, Савко, 1975; Чижов, 1985). Распространение и закономерности формирования наледей речных вод проанализированы В.В. Кравченко (19856) по материалам наблюдений на четырехкилометровом участке р. Уды, в районе впадения р. Нерхи. На больших и средних реках, в начальный период ледостава образуются преимущественно наледи речных вод при внешних нагрузках на ледяной покров. Средняя мощность наледей невелика и не превышает 2-3 см, формирование наледного речного льда заканчивается на первом излиянии наледных водналедь стеснения русла шугой. Чаще всего этот процесс наблюдается на средних реках, и продолжается всего около двух недель. Мощность наледей не превышает 30-50 см. В руслах малых рек (Эгега, Мал. Эден, Нерха) могут образовываться наледи речных вод (мощность 10-15 см) при нарастании ледяного покрова после ледостава. При полном перемерзании (начало декабря) образование наледей заканчивается. Наледи при увеличении водности распространены только на неперемерзающих средних реках (нижнее течение рек Уды и Няндарма) в конце февраля. Продолжительность формирования наледей зависит от температуры воздуха и сроков вскрытия рек (Кравченко, 1985а). В первой декаде июня наледи речных вод обычно полностью стаивают. В долинах рек Мал. Эден, Эгега, Дерга, Хонда, Няндарма и др. (1-ІЙ порядка), процессы наледеобразования начинаются в самом начале зимы, после ледостава (ноябрь, начало декабря) и реже, в период ледостава, до тех пор, пока осуществляется речной сток. Наледи речных вод в начальный период формирования можно наблюдать в руслах вблизи водопадов в виде набрызгов, позднее в виде заберегов. Мощность наледей речных вод обычно не превышает 10-20 см, продолжительность периода наледеобразования за счет питания речными водами всего несколько недель и отличается высокой интенсивностью.
На реках Бол. Эден, Нерха, Хадама, Уда (IV-V порядка) речные наледи, формируются в течение всего зимнего периода, что объясняется наличием зимой подледного потока. На глубоких плесах излияние речных вод может происходить и ранней весной (р. Уда ниже пос. Алыгджер, р. Хадама). Здесь мощность наледей речных вод может достигать от 40 см до 80 см. Выходы подземных вод определяют стабильный прирост наледей в течение всей зимы. Образование наледей постоянно действующих источников, выход которых обусловлен трещиноватостью пород в зоне тектонических нарушений, происходит в два этапа:
1 этап характеризуется сравнительно медленным нарастанием льда, начинается с момента установления ледяного покрова на реках и заканчивается в декабре-январе. Продолжительность его, а также «продуктивность» наледеобразующего процесса определяются размерами подрусловых или надмерзлотных таликов и скоростью промерзания русла;
2 этап характеризуется усилением наледеобразования, деформациями ледяного тела пучением. Этап начинается с момента максимального сужения подруслового талика. В это время прирост объема наледей обычно соответствует дебиту наледеобразующего источника, что обусловлено возрастанием гидравлического напора в результате промерзания, происходит вытеснение части подземных вод, которые при отсутствии наледного процесса не вышли бы на поверхность и израсходовались в виде подруслового стока (Алексеев, 1973). Таким образом, наледеобразование несколько увеличивает водность рек в годовом цикле по сравнению с бассейнами, где наледи отсутствуют. Так, в бассейне р. Уды (площадь водосбора 7100 км ) такое увеличение подземной составляющей равно 80 млн. м3, или 4 % годового объема речного стока (Кравченко, 1983).
Наледи подземных вод Восточного Саяна можно разделить на подтипы: наледи подмерзлотных и надмерзлотных вод.
Наледи надмерзлотных вод встречаются редко. Их можно наблюдать в осенний период (конец ноября - начало декабря) у подножий склонов, на болотах и по мелким ручьям. Внешне они представляют собой небольшие наплывы, нашлепки или сосульки. Эти наледи не играют особой роли в водообмене и нами в деталях не изучались.
Русловые наледи
В исследуемом районе нами выделены наледные массивы, имеющие формы: «лепешек» (реки Бол. и Мал. Эдена, Эгега), каскадов, которые фиксируются обычно у водопадов (реки Бол. Эден, Уда в 8 км, выше пос. Алыгджера) и относительно плоские наледные поляны (верховья рек Бол. и Мал. Эдена). Длина таких наледных полей может быть в 10, и даже в 100 раз больше их средней ширины. Соотношение ширины наледи в максимальный период развития к ширине русла практически всегда больше 1, в редких случаях оно составляет 0,9. Ширина наледной поймы превышает ширину речной поймы в десятки раз. Сравнив основные средние многолетние наледные характеристики на реках Бол. Эден, Мал. Эден и Эгега по порядкам водотоков (табл. 4.2) мы пришли к выводу, что значения толщины, ширины наледного и речного льда в истоке имеют одинаковые значения, и только кое-где наледныи лед превышает речной. На водотоках III порядка толщина наледного льда, по сравнению с речным, больше в 5, ширина - в 4 6 раз. Площади поперечного сечения речного льда на водотоках I порядка, превосходят значения площадей наледного льда в 1-1.5 раза, на реках II порядка они выравниваются, и значительно уменьшаются (в 16-32 раза) на водотоках III порядка. Аналогичная ситуация происходит при рассмотрении величин объемов. Для рек I и II порядка объем речного льда превосходит наледныи в 3-5 раз, на реках III порядка объем наледного превалирует над речным в 15-27 раз. С повышением порядка водотока (IV) хотя значения наледей и превосходят речные, происходит постепенное снижение значений наледных характеристик, соответственно снижаются и значения превышения до 3 раз для мощности и ширины, до 10 раз для площадей и до 8 раз для объемов. Такие скачки то в одну сторону, то в другую происходят за счет увеличения протяженности участков покрытых только речным льдом для водотоков I и II порядков, увеличения мощности и ширины наледи для рек III порядка (сплошного покрытия русел рек наледным льдом) и снижении этих значений для рек IV порядка.
При анализе размеров наледей нами была использована с учетом площадей классификация В.Г.Петрова (1930) и по объемам - А.С.Симакова (1959). Так как, на исследуемых водотоках в образовании наледей принимают участие преимущественно подземные подмерзлотные и речные воды (см. 3 гл.), то на всей территории встречаются и очень маленькие и большие ледяные массивы, т.е. наледи с I по IV категории. Изменение размеров наледных массивов зависят от интенсивности наледных процессов и морфологии их ложа. Многолетнее формирование наледей подземных вод значительной мощности в пределах одних и тех же речных участков приводит к образованию наледных «полян». Наледные «поляны» представляют собой расширенные выровненные участки днища долин с лугово-кустарниковой растительностью среди леса, где происходит ежегодное формирование относительно крупных наледных массивов. Обычно в верхней части наледной «поляны» находятся наледеобразующие источники подземных вод. Специфическое строение поверхности, русловой сети, аллювиальных отложений и почвенно-растительного покрова хорошо видны на аэрофотоснимках. Наледные «поляны» по данным аэрофотоснимков достаточно четко выделяются на общем фоне горной тайги в долинах рек Эгега, Бол. и Мал. Эден, Чело-Монго, Няндерма, Хонда, Хайлама и др. Наледеобразующие воды, разливаясь зимой в пределах наледной «поляны», формируют слабовыпуклое наледное тело, в некоторых местах которого формируются ледяные бугры. Так в устьевой части р. Эгега, в мае 1986 г. были обнаружены и описаны два наледных бугра, свидетельствующих о выходе наледеобразующих вод. Первый бугор располагался в 100 м от устья, диаметр бугра составил 6 м, превышение над окружающей поверхностью около 0,7 м. Бугор прорезан насквозь каналом шириной 1 м, который уходит вправо к периферии наледного массива. Во вскрытом разрезе хорошо видна слоистая структура наледного льда и радиальная - в строении бугра. Кровля инъекционного льда образует воздушную полость около 0,5 м высотой. Под центром бугра - полынья, в которой находится огромный валун, приблизительно 0,6 м в диаметре. Размер полыньи составил около 1,5 м. Второй наледный бугор наблюдался в 350 м от устья. Диаметр его составил около 10 м, превышение - 0,8 м. Вершина бугра разбита радиальными трещинами, цвет льда голубой, что свидетельствует о наличие воздушной прослойки. Подобные бугры были отмечены и в среднем течении реки Бол. Эден.
Площади наледей за весь период наблюдений в бассейнах рек Бол. Эден, Мал. Эден и Эгега в среднем составляют 984 тыс. м2, 456 тыс. м2 и 497 тыс. м соответственно. Максимальная мощность наледи зафиксирована на профиле в бассейне р. Бол. Эден 3,5 м, у водопадов она достигала 7 м.
Строение толщи наледного льда в основном зависит от периодичности поступления наледеобразующих вод и снежного покрова. Русловые наледи в основном состоят из слоев белого кристаллического и мутного льда с включениями линз воды, прослоев снега, минеральных и органических частиц и их толщина может достигать несколько десятков сантиметров. Иногда встречаются воздушные полости, образующиеся в процессе наледеобразования, за счет промерзания и осушения водоносных каналов в ледяном покрове. Они обычно имеют небольшую высоту (до 10 см), но могут занимать по площади большие пространства. В незначительных количествах в наледных слоях можно наблюдать включения снежно-наледного льда, которые представляют собой беловато-зернистый лед. Известно, что количество таких прослоев соответствует числу сроков выпадения снежного покрова. Высота снежно - наледного льда зависит от мощности выпавшего снега. По исследованиям В.В.Алексеева (1987) снежно-наледный лед может составлять до 40 % от общего объема льда.