Особенности русловых процессов в северном Забайкалье при современных изменениях климата

Вестник Томского государственного университета. 2013. № 374. С. 177-179

УДК 627.51

А.Г. Верхотуров

ОСОБЕННОСТИ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СЕВЕРНОМ ЗАБАЙКАЛЬЕ ПРИ СОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ КЛИМАТА

В Северном Забайкалье в межгорных впадинах и хребтах характер и интенсивность русловых процессов во многом определяются унаследованными ледниковыми и водно-ледниковыми формами рельефа. Наледи подземных вод и наледи, имеющие смешанный тип питания, здесь очень активно участвуют в формировании современной речной сети. Рельефообразующая деятельность водных потоков и наледей зависит от изменения климатических условий. На участках дренирования водотоками подпрудных ледниковых озер возможны катастрофические скорости развития руслового процесса и формирование селевых паводков.

Ключевые слова: паводок; сель; прорыв; криолитозона; наледи.

Паводки на реках Северного Забайкалья и связанные с ними русловые процессы неоднократно приводили к возникновению чрезвычайных ситуаций. Так, в июле 1983 г. в результате паводка был разрушен мост через р. Кемен на притрассовой автомобильный дороге вдоль БАМа. 27 июля 2001 г. в районе оз. Леприндо из-за продолжительных дождей в пределах хребта Кодар в результате прорыва небольшого ледникового озера сформировался водокаменный сель, который разрушил железнодорожные пути на участке БАМ 1659—1661 км (рис. 1). Это привело к остановке движения поездов на трое суток.

Рис. 1. Участок выхода селевого потока на железную дорогу

2 июля 2010 г. более 100 человек покинули свои дома в с. Чара из-за вышедшей после обильных осадков из берегов р. Чара, подтопившей 43 дома. Уровень воды резко вырос до 4,76 м при уровне выхода на пойму в 3,6 м. Паводком был размыт участок автомобильной дороги Чара - Новая Чара (рис. 2), насыпь которой представляла собой дамбу на пути паводковых вод. Прорыв насыпи произошел на участке водопропускной трубы, которая не справилась с резко возросшим расходом и была отброшена потоком на несколько метров от места установки.

Длина размытого участка составила более 50 м. Аналогичная ситуация сложилась 2 августа 2011 г., когда в результате обильных осадков уровень воды в р. Чара поднялся до 4,71 м, в результате чего подтопленными оказались 15 домов.

23 июля 2012 г. вновь произошло подтопление сел Чара, Чапо-Олого, Кюсть-Кемда. Паводковыми водами были размыты участки автомобильных дорог Чара -

Новая Чара, пострадали два моста через рр. Анарга и Апсат, а в населенном пункте Чапо-Олого упали семь опор ЛЭП.

Рис. 2. Состояние насыпи после прохождения паводка

Результаты обследования участка размыва автомобильной дороги Чара - Новая Чара показали, что основной причиной размыва дорожного полотна в 2010— 2012 гг. является низкая пропускная способность водопропускных труб на участке прорыва. Причинами разрушения моста через р. Анарга явились укладка водопропускных труб в русло реки и последующая отсыпка насыпи на трубы выше мостового перехода, что резко уменьшило возможность пропуска паводка.

Анализ фондовых материалов показал, что в северном Забайкалье среднее годовое количество атмосферных осадков, как и средняя годовая температура воздуха в многолетнем цикле, характеризуются значительными колебаниями, но тренды температур и осадков имеют тенденции к росту. Г оды повышенного увлажнения стали повторяться чаще, увеличилось и число паводков, приводящих к активизации русловых процессов.

Для оценки направленности происходящих изменений и возможности возникновения чрезвычайных ситуаций в будущем на территории бассейна верховьев р. Чары в 2010 г. было осуществлено обследование основных водотоков. Здесь ранее — в начале 80-х гг. XX в. — автором были выполнены полевые исследования на наледных участках. Кроме этого, в настоящей работе были использованы фондовые материалы с результатами полевых и экспериментальных исследований Роскомгидромета, ПГО «Читагеология», Забайкальского государственного университета.

Изучение русловых процессов представляется насущной задачей на современном этапе в связи со значительными изменениями климата, приводящими к трансфор-

мации мерзлотно-гидрогеологических условий. Известно, что в районах, где средняя годовая температура воздуха ниже минус 2,5°С, возможно существование многолетнемерзлых пород (ММП), а в районах, ограниченных средней годовой изотермой температур воздуха минус 7,5°С, они имеют сплошное распространение. Средняя годовая температура воздуха в Забайкалье за последние два десятилетия возросла на 2°С. Тренд повышения температуры, по данным Росгидромета, в среднем составляет 0,52°С/10 лет [1. С. 66]. Рост средних годовых температур воздуха в Забайкалье привел к смещению изотерм (рис. 3) к северу и северо-востоку на сотни километров. Существенно изменилась структура криолитозоны, площади распространения ММП, глубины залегания и мощности многолетнемерзлых пород.

Рис. 3. Изменение расположения изотерм средних годовых температур воздуха в Забайкальском крае с середины ХХ до начала XXI в. Средняя температура воздуха:

1 - за 1951-1960 гг.; 2 - за 1998-2007 гг.

Изменение мерзлотных условий влияет на русловые процессы, особенно в пределах впадин, где литогенная основа представлена тонкодисперсными грунтами — песками, супесями, суглинками. Северные районы Забайкалья характеризуются прерывистым и сплошным распространением многолетнемерзлых пород, которые имеют в пределах впадин температуру на глубине нулевых годовых амплитуд от минус 2 до минус 4,5°С, а в хребтах — до минус 10°С. Мощность многолетнемерзлых пород в пределах хребтов достигает 1200 м, а в межгорных впадинах — 300—500 м. Талики отмечаются под руслами крупных рек, под озерами и на участках разгрузки подземных вод глубокого стока, реже встречаются радиационно-тепловые талики на склонах южной экспозиции с отметками 800—1000 м.

В результате повышения средней годовой температуры воздуха на 0,9°С увеличилась температура пород на глубине нулевых годовых амплитуд [2. С. 23], возросла и глубина слоя сезонного оттаивания. Увеличение глубин сезонного оттаивания мерзлых пород приводит к повышению интенсивности эрозионных процессов, изменяется активность криогенных процессов. У таких процессов, как криогенное выветривание, морозное трещинообразование, пучение, инъекционное льдообразование, наледеобразование, она понижается, а активность процессов термокарста, термоэрозии, термоабразии, термосуффозии возрастает.

Особенно активно процессы термоэрозии развиваются в Верхнечарской впадине по берегам рек, сложенным песчаными и песчано-глинистыми озерными и озерноаллювиальными отложениями с прослоями пластовых льдов, которые очень быстро оттаивают на контактах с водным потоком. Вначале в берегах формируются ниши оттаивания льда, а затем, после обрушения вышележащей толщи, происходит быстрое удаление рыхлого материала водным потоком. Результаты исследований показывают, что начальная температура грунтов в интервале от 0 до минус 5°С слабо влияет на интенсивность размыва, так как основное количество тепла идет не на прогрев грунта, а на таяние льда [3. С. 70]. Последнее обстоятельство является важным для льдистых грунтов, образующих пластовые залежи в рыхлых породах по берегам рек. С повышением глубин сезонного оттаивания возрастает скорость их разрушения вглубь склонов, сопровождающегося формированием полостей и ниш в песчаных и глинистых породах. Движение воды в паводки по этим полостям приводит к значительному усилению эрозионной деятельности водотоков, обрушению нависающих частей склонов и выходу пластовых льдов или льдистых грунтов вновь на поверхность. Такие участки русла характерны для р. Чара (район урочища «Пески») и среднего течения р. Калар.

В пределах хребтов на русловые процессы значительное влияние оказывает поступление со склонов грубообломочного материала, что существенно сказывается на выполаживании продольного профиля и снижении темпов эрозии, особенно в V-образных речных долинах. Наличие в пределах хребтов в устьевых частях притоков конусов выноса также влияет на интенсивность эрозии в пределах основного русла. Значительное поступление обломочного материала на некоторых конусах выноса обеспечило поднятие кровли многолетнемерзлых пород в предшествующие периоды и обусловило снижение интенсивности водной эрозии. Понижение кровли многолетнемерзлых пород на таких участках в настоящее время в результате увеличения глубин сезонного оттаивания приводит к активизации русловых процессов.

Влияние наледей на русловые процессы в данном районе очень существенно и зависит от числа излияний наледеобразующих вод, объемов наледей, состава пород, слагающих ложе и борта наледной поляны, уклонов русла [1. С. 64]. Ранее вероятность образования наледей в бассейне верховьев р. Чары составляла 100%. В 2010 г. в районе с. Чара они практически не формировались. Повышение средних годовых температур наиболее существенно сказалось на формировании наледей речных вод и наледей, имеющих смешанный тип питания.

Значительно сократились и объемы наледей, имеющих подземное питание, в том числе и гигантских -Среднесакуканской, Нижнегамакитской, Муруринской. Это сокращение составляет от 20 до 30%, что значительно выше обычных колебаний в многолетнем цикле [1. С. 66].

В вертикальном разрезе на бортах, ограничивающих наледную поляну, разрушение горных пород наледями проявляется на разных уровнях и в основном приурочено к верхней части наледи. Это обусловлено более жесткими колебаниями температур воздуха в начальный период таяния наледи, что приводит к формированию характерных нивационных «забоев» на бортах наледных полян (рис. 4, 5).

Рис. 4. Эрозионная деятельность водотока на наледном участке

Рис. 5. Воздействие наледи на коренной склон

Изменение морфометрических параметров наледей в многолетнем цикле приводит к смещению высотного положения нивационных «забоев». Тонкодисперсный материал, который образуется при выветривании, сразу удаляется талыми наледными водами, обеспечивая возможность непрерывности процесса. Ориентировочный объем выветрелого материала, удаляемого ежегодно с наледной поляны среднего размера, в северном Забайкалье составляет 250—600 м3. Процесс проявляется по всей поверхности наледной поляны или той ее части, где формируется наледь, в виде десквамации и шелушения валунов, дезинтеграции обломков и формирования наледного аллювия.

Ложе наледной поляны при значительной мощности наледи подвергается менее интенсивному криогенному выветриванию, чем склоны. Этот процесс приводит к тому, что продольный уклон наледных полян значительно меньше, чем на прилегающих участках выше и ниже по течению.

Весной наледи создают подпору движению поверхностных вод, что приводит к выходу потока за её пределы.

Это приводит, с одной стороны, к размыву периферийных частей наледных полян, с другой стороны - к аккумуляции наносов в результате резкого снижения скоростей течения речных вод из-за уменьшения уклонов продольного профиля.

Значительное влияние на руслоформирующие процессы в северном Забайкалье оказала деятельность ледников, особенно на участках выхода водотоков из хребтов во впадины, где аккумулированы валы конечных морен. Такие же препятствия отмечаются там, где соединяются ледниковые долины разных порядков. В пределах конечно-моренных валов, сложенных крупнообломочным материалом, иногда с большим содержанием ледяных включений и пластовых льдов, водотоки характеризуются значительными уклонами, и поэтому преобладает глубинная эрозия. В ряде случаев выше конечно-моренных валов сохранились подпруд-ные ледниковые озера. Повышение средних годовых температур воздуха и деградация ММП на участках подпрудных ледниковых озер в Северном Забайкалье могут носить катастрофический характер, например, как на участке Леприндо или на оз. Маашей в Горном Алтае, где прорыв произошел в 2012 г. Причинами прорыва подпрудных ледниковых озер в этих случаях явились высокие скорости развития термоэрозионных процессов на участках моренных валов, сложенных мерзлыми высокольдистыми грунтами, и формирование селевых паводков. До настоящего времени верховья рек, где и сосредоточены подпрудные ледниковые озера, остаются слабо изученными.

Таким образом, современные изменения климата в Северном Забайкалье, сопровождающиеся деградацией криолитозоны и ростом паводковых расходов, обусловливают активизацию русловых процессов. Поэтому требуется анализ ранее принятых проектных решений строительства водопропускных сооружений и мостов. В частности, на участке дороги Чара - Новая Чара необходимо строительство моста с пролетным строением, обеспечивающим пропуск максимальных расходов.

Ежегодные обследования с вертолета полосы, прилегающей к Читинскому участку БАМ, полученные фото- и видеозаписи позволяют специалистам службы пути Восточно-Сибирской железной дороги своевременно проводить противоаварийные работы. Но этого явно недостаточно, так как большая часть Вернечар-ского и Муйско-Куандинского речных бассейнов, особенно их верховья, где и сосредоточены подпрудные ледниковые озера, остается вне поля зрения. Выявление потенциально опасных участков прорыва, с учетом высокой сейсмичности района, представляет на современном этапе одну из важнейших задач, ведь убытки от возможного схода селевых паводков, размыва полотна могут составить десятки миллионов рублей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Верхотуров А.Г. Наледи Забайкалья и их влияние на рельеф в условиях современных изменений климата // Рельеф и экзогенные процессы

гор. Иркутск, 2011. Т. 2. С. 63-66.

2. Сергеев Д.О., Ухова Ю.А., Станиловская Ю.В., Романовский В.Е. Температурный режим многолетнемерзлых толщ и сезонноталого слоя в

горах Северного Забайкалья (возобновление стационарных наблюдений) // Криосфера Земли. 2007. Т. XI, № 2. С. 19-26.

3. Крапачев А.В., Салагаев В.Б., Косенков В.Л. Расчет параметров термоэрозионного размыва грунтов Чарской впадины // Криогенные процес-

сы и явления в Сибири. Якутск, 1984. С. 65-70.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 13 февраля 2013 г.