Внутригодовой режим стока горно-ледниковых рек Алтая

Установить закономерности внутригодового распределения стока весьма важно как с практической точки зрения для определения внутригодового хода стока неизученных рек, так и с точки зрения общего изучения режима наших водных объектов. В то же время этот вопрос вследствие многообразия и сложности факторов, влияющих на внутригодовой ход стока, не доведен еще до наиболее рационального практического решения, сочетающего практическую обоснованность с простотой и точностью расчета.

Решение этого вопроса возможно двумя путями. Первый путь – генетический – базируется на использовании уравнения водного баланса за отдельные периоды года, позволяющего при известной величине осадков и испарения с различных видов подстилающей поверхности, а также изменения запасов влаги в бассейне определить величину стока.

Поэтому основным методом определения внутригодового хода стока неизученных рек в настоящее время является второй путь – метод гидрологической аналогии, основанный на перенесении статистических закономерностей распределения внутригодового стока с изученных опорных бассейнов на неизученные, расположенные в близких климатических условиях и условиях подстилающей поверхности. Для применения этого метода необходимо рассмотреть основные закономерности внутригодового хода стока и источники питания рек.

Распределение стока по видам и источникам питания зависит как от климатических условий, определяющих величину и распределение осадков и температуры воздуха, так и от условий подстилающей поверхности, определяющих вертикальное расчленение стока на поверхностный и подземный.

Ниже рассматриваются основные типы внутригодового распределения стока, зависящие от климатических условий и соответствующие основным видам режима рек России и СНГ, разработанным Б. Д. Зайковым и П. С. Кузиным [28]. В соответствии с этим можно рассматривать следующие типы внутригодового распределения стока:

1) реки с преобладающим весенним половодьем;

2) реки с весенним половодьем и летними паводками;

3) реки с преобладающими летними паводками;

4) реки субтропических районов с паводками в осенне-зимний период или в течение всего года.

Нас будут интересовать реки только второго и третьего типа. Ко второму типу относятся реки с весенним половодьем и летними паводками. Это реки предгорных районов Кавказа, Закавказья, Средней Азии и Карпат, реки с комбинированным режимом, получающие питание как от таяния сезонных снегов в апреле – июне, так и от летних дождей, реки Алтая, Саян, Восточной Сибири, а также Северо-востока России. На всех этих реках период снеготаяния, передвигаясь на май – июнь, совпадает с периодом летних дождевых паводков, вследствие чего высокий сток поддерживается в течение всего теплого полугодия. Типовые гидрографы расходов рек этого типа показаны на рис. 7 (см. Приложение 9).

Несмотря на некоторые различия, общим для всех рек этого типа, в отличие от рек первого типа, является высокий летний сток, поддерживаемый дождевыми паводками, и весенний месячный максимум стока в мае – июне вместо марта – мая на реках первого типа или июля – августа на реках третьего типа с летними паводками.

Таким образом, это распределение стока является, по существу, переходным от первого типа (реки с преобладающим весенним половодьем) к третьему (реки с летними паводками).

Реки этого типа можно разбить на три подтипа:

а) реки предгорных и среднегорных районов Кавказа с высоким зимним стоком, достигающим 0,50 – 0,70 от среднего годового, и более равномерным распределением стока в остальные месяцы;

б) реки предгорных районов Средней Азии с более низким зимним стоком, до 0,20 – 0,30 от годового;

в) реки Алтая, Саян, Восточной Сибири и Северо-востока с еще более низким зимним стоком, до 0,00 – 0,10 от годового, и соответственно с более повышенным распределением стока в весенне-летние месяцы.

К рекам этого же типа распределения стока, являющегося, как уже указывалось, по существу, переходным от рек первого типа распределения к рекам третьего типа, относятся реки, пересекающие несколько ландшафтных зон и имеющие комбинированный режим. Например, реки Кубань и Терек в низовьях получают питание как от снежников и ледников в высокогорной части бассейна, так и от таяния сезонных снегов и выпадения дождей в равнинной части.

К третьему типу режима стока относятся, с одной стороны, реки высокогорных районов с паводками в летние месяцы, обусловленными совместным действием тающих высокогорных снегов и ледников и выпадающих дождей, и, с другой стороны, реки Дальнего Востока с летними паводками, вызываемыми дождями муссонного характера.

Несмотря на различное происхождение паводков, распределение стока на реках этого типа в летние месяцы близкое, а в зимние месяцы различное. На реках горных районов сток зимних месяцев в связи с более устойчивым грунтовым питанием колеблется, как и на крупных реках Европейской территории СССР, в пределах 0,20 – 0,30 от годового. На реках же Дальнего Востока, протекающих в областях с вечной мерзлотой и недостаточным грунтовым питанием, зимний сток становится незначительным.

Общим для рек этого типа является максимум стока в июле – августе против мая – июня на реках второго типа. Зимний сток резко различается на реках обоих подтипов, снижаясь от 0,20 – 0,30 на горных реках до 0,00 – 0,05 на реках Дальнего Востока, где в связи с недостаточным грунтовым питанием некоторые реки промерзают до дна.

Горно-снеговой подтип режима стока, наиболее хорошо выраженный на верхнем Рейне, с началом подъема в мае и максимумом стока в июне – июле соответствует второму типу рек с весенним половодьем и летними паводками, наиболее четко выраженному на реках предгорных районов Кавказа и Средней Азии, а также рекам с комбинированным режимом. Третий тип режима стока наших рек с летними паводками и максимумом в июле – августе, хорошо выраженный как на реках Дальнего Востока с муссонным климатом, так и на высокогорных реках Средней Азии, близок, с одной стороны, к тропическому дождевому режиму стока рек с муссонным климатом, таких, как Ганг, Иравади, Голубой Нил, и, с другой стороны, к режиму стока горных рек с ледниковым питанием.

Режим рек горных районов Альп с ледниковым питанием близок к режиму горных рек Средней Азии. Таким образом, несмотря на различное происхождение паводков на реках с тропическим дождевым режимом и горных реках с ледниковым питанием, они могут быть отнесены к одному типу по характеру распределения стока по месяцам.

Средний многолетний сток с территории Алтая составляет 42·109 м3, что составляет 94 % объема от годового стока р. Оби у г. Барнаула и 77 % – у г. Новосибирска. Большая удельная водоносность рек высокогорья Алтая была установлена с начала первых гидрометрических работ в период II МПГ, когда ЗСУГМС и ЛЕНГИДЕПом были организованы гидрометеорологические станции на р. Катунь – у г. Белухи и на р. Аккем – гмс. Аккем. Последняя действует до сих пор. Материалы стационарных круглогодичных наблюдений стали накапливаться и по бассейну Актру, где в 1971 г. была открыта метеостанция и пост ЗСУГМС. Но практически основные характеристики стока рек высокогорья были получены в результате экспедиционных исследований в бассейне Актру лабораторией гидрологии СибНИИЭ с июля 1959 г. по май 1960 г. и экспедициями Томского университета в последующие годы. Эти данные представляются совершенно необходимыми с позиции всесторонней характеристики стока в наиболее водной части Алтая [24].

Годовой сток, по данным поста Аккем, характеризуется небольшой изменчивостью, коэффициент его вариации не превышает 0,16. Основной период стока в ГЛБ отличается значительными колебаниями его характеристик в течение суток и внутри сезона. Появление стока в реках начинается с наступлением положительных температур воздуха и интенсивного таяния снега.

Весенний сезон характеризуется быстрым нарастанием температур и интенсивным таянием снега. Однако весеннее половодье выражено сравнительно слабо в связи с тем, что идет интенсивное заполнение обезвоженных в зимнюю межень почвогрунтов и многочисленных пор в каменных россыпях. При безоблачной погоде к концу мая, и особенно в июне, четко обнаруживается связь между средней температурой воздуха и стоком, запаздывающим на два-три дня.

Средний годовой сток в высокогорных бассейнах отражает общее распределение влаги по территории Алтая. Максимальных значений (60 – 65 л/с км2) модули стока достигают в районах Западного Алтая и запада Катунского хребта. Анализ наблюдений в летнее время показывает, что в ГЛБ наблюдается четкое высотное распределение модуля стока. Если на высотах 2050 – 2150 м годовой модуль стока составляет в Аккеме 27,5, в Актру – 29 л/с км2, то на ледниковых языках он увеличивается до 70 – 80 л/с км2. С приближением к фирновой линии сток увеличивается. Сток с фирновых полей оценивается в 13 л/с км2. Отметим, что сезонные модули стока могут достигать на ледниковых языках значительных величин – 250 – 280 л/с км2 на северных склонах и 280 – 310 л/с км2 на южных