Наледные образования в пределах русел малых рек бассейна реки Иркут
О.В. Безгодова
В статье рассмотрены наледные образования малых рек верховьев бассейна р. Иркут. На основе данных полевых исследований за 2021-2022 гг., анализа картографического материала и космических снимков получены морфометрические и морфологические характеристики наледей, создана и проанализирована карта-схема наледных образований, выявлены особенности наледных процессов и их влияние на рельеф малых рек. Установлено, что наиболее протяженные и пологие по углам наклона наледи приурочены к району массива Мунку-Сардык, наиболее крутые наледи - к горному узлу Нуху-Дабан и Тункинским Гольцам, коэффициенты наледности рек варьируют от низких до средних значений. Основная роль наледных образований состоит в преобразовании рельефа днищ и склонов долин малых рек через эрозионно-аккумулятивные (глубинная, боковая эрозия и формирование аллювиально-наледных террас) и криогенные процессы (подготовка рыхлого материала).
Ключевые слова: бассейн р. Иркут, малые реки, морфометрический анализ, наледные образования.
0. V. Bezgodova
ICE FORMATIONS WITHIN THE COURSES OF SMALL RIVERS OF THE IRKUT RIVER BASIN
The article discusses the ice formations of small rivers in the upper reaches of the Irkut river basin. Morphometric and morphological characteristics of icings were obtained, the map-scheme of ice formations was created and analyzed, features of icing processes and their influence on the relief of small rivers were identified using data of field research for 2021-2022, analysis of cartographic material and satellite images. It has been established that the longest and gentlest icings are confined to the area of the Munku-Sardyk massif, the steepest icings - to the Nuhu-Daban and Tunkinsky Goltsy mountains, the icing coefficients of the rivers vary from low to medium values. The main role of ice formations is to transform the relief of the bottoms and slopes of small river valleys through erosive-accumulative (deep, lateral erosion and the formation of alluvial-iced terraces) and cryogenic processes (preparation of loose material).
Keywords: ice formations, Irkut river basin, morphometric analysis, small rivers.
Наледные образования на малых реках способны оказывать влияние на подземный и речной сток, аккумулируя объемы подземных и поверхностных вод в виде льда, что является дополнительным источником питания рек в теплый период года. Гидрологическая и гидрогеологическая роль наледей проявляется в виде изменения стока воды и наносов, расходов и уровня воды в продольном сечении, а также в изменении морфологии днища и склонов долин малых рек, которые являются наиболее чувствительным звеном во всей речной сети. Деятельность наледей способствует изменению состава и строению рыхлых горных пород, воздействует на микроклимат и растительный покров речных долин [1]. Изучение наледных образований необходимо в целях мониторинга экологического состояния русел и долин малых рек, установки динамики мерзлотно-гидрогеологических, геоморфологических и тектонических процессов.
В настоящее время исследования наледных образований бассейна р. Иркут проводятся исключительно в районе массива Мунку-Сардык [2; 3], тогда как на других территориях подобные изыскания не проводились. Цель данного исследования - анализ морфометрических особенностей наледных образований в пределах малых рек верховья р. Иркут. Автором решены следующие задачи: 1) получить морфометрические и морфологические характеристики наледных образований; 2) создать и проанализировать карту-схему наледных образований; 3) выявить особенности наледных процессов и оценить их влияние на рельеф малых рек.
Бассейны малых рек верховья р. Иркут (кроме района массива Мунку-Сардык), выступающие в качестве объекта исследования, характеризуются низкой изученностью геоморфологических и морфометрических параметров. Специфика геолого-геоморфологического, тектонического и морфологического строения, а также амплитуда абсолютных высот речных бассейнов повышают интерес к исследованию данной территории (разнообразие геодинамических обстановок в пределах небольшой площади).
Объект и методы исследований
наледное образование малая река иркут
Изучаемые малые водотоки и их наледные образования расположены в пределах горного узла Нуху-Дабан (южная часть Окинского плоскогорья), массива Мунку-Сардык и Тункинских Гольцов, общая площадь территории 80 км2 (рис. 1). Абсолютные высоты земной поверхности варьируют от 1550 м в районе наледи Антонова до 2950 м в пределах наиболее высокогорной части (массив Мунку-Сардык). Крупнейший бассейн - р. Белый Иркут площадью 57 км2, протяженностью 10 км с притоками Мугувек (5 км) и Средний Иркут (12 км). Автором рассмотрена только та часть бассейна, для которой характерны наледные образования. Далее идет бассейн р. Бугувек (8,4 км2), протяженность реки 7 км.
Все малые реки принадлежат бассейну Иркута, общими факторами формирования долин и наледных образований являются: тектоническое и геологическое строение территории - наличиекрупного (Мондинского) и средней активности тектонических разломов [4], сильно тектонизирован- ных пород субширотного и северо-западного простирания разломов, региональных несогласий залегания пород (терригенно-карбонатно-вулканогенный комплекс) [5]; следы ледниковой деятельности (аккумулятивные и эрозионные формы); преобладание атмосферных осадков в питании малых рек (максимум осадков на теплый период - до 70 %); наличие сплошной многолетней мерзлоты.
Рис. 1. Географическое положение территории исследования. Снимок MaxarTechnologies2021
По данным метеостанции Ильчир, расположенной на высоте 2083 м над уровнем моря, в пределах горного узла Нуху-Дабан и соседней территории Тункинских Гольцов температуры отличаются значительными суточными и годовыми колебаниями, средняя температура зимой -23,8 °С (минимум в январе -20,9 °С), летом +11,8 °С (максимум в июле - +10,1 °С), среднегодовая температура -6,1°С [6]. За год выпадает 467 мм осадков, на теплый период приходится 85-90 % от общей суммы. Максимум приходится на июль - 122 мм, минимум на январь - 5 мм [6].
Наиболее высокие средние температуры для массива Мунку-Сардык наблюдаются в июле (+9 °С на вершине г. Мунку-Сардык до +11 °С к стрелке Иркута), самые низкие температуры отмечаются в январе -17-18 °С [7]. Безморозный период на высотах более 2000 м отмечается в июле, на более низких высотах поздние заморозки бывают в июне, а самые ранние - в августе. Наибольшее количество осадков выпадает в июле - 80-120 мм, а за все летние месяцы (июнь-август) сумма осадков может составлять 100-300 мм (60-70 % годовой суммы) [7].
На изучаемой территории населенные пункты отсутствуют, но район является центром притяжения туристов и спортсменов в целях рекреации, в том числе используя наледи для ледолазания, туристических троп и забросок (реки Белый Иркут, Бугувек, Мугувек, Средний Иркут).
Рельефообразующая и геологическая роль наледей отражена в работах В.Р. Алексеева [8], Н.Н. Романовского [9; 10], А.П. Горбунова [11; 12], М.Л. Маркова и др. [1]. При описании особенностей геоморфологического, тектонического и геологического строения южной части Окинского плоскогорья и массива Мунку-Сардык использовались труды С.Н. Коваленко, Э.В. Мункоевой [2] и В.Б. Выркина [13].
В основе работы лежат полевые исследования наледных образований, проведенные автором в 2021-2022 гг. Проведены рекогносцировочные маршруты от истоков до устьев рек Белый Иркут, Мугувек, Грот, Сальвадор, Неописуемая и др., с помощью дальномерной съемки собраны морфометрические показатели наледных образований и долинных форм рельефа малых рек, зафиксированынаиболее динамичные участки проявления геоморфологических процессов. Дополнительные данные получены с помощью картографического материала в программе SASPlanetи дешифрирования космических снимков MaxarTechnologiesза 2021 г. (длина, площади бассейнов, порядки водотоков, абсолютные высоты и т. д.) (табл. 1). Кодирование водотоков выполнено методом Стралера-Философова, где за временный или постоянный водоток 1-го порядка принимается долина, в которую не впадает другой водоток. При слиянии двух водотоков 1-гопорядка образуется водоток 2-го порядка и т. д. Оформление данных проводилось в программе ArcGIS10 (ESRIInc.).
Согласно классификации наледей по источникам питания Н.Н. Романовского [10] наледные образования изучаемой территории относятся к гетерогенному типу (смешанных поверхностных и подземных вод), где ведущими в формировании наледей являются грунтовые воды.
Результаты и их обсуждение
Образование наледей связано с отставанием скоростей разгрузки грунтовых вод, накопленных в теплый период года, от скорости промерзания подземных и поверхностных водотоков. Эрозионный характер рельефа южной части Окинского плоскогорья, западной части Тункинских Гольцов и высокогорного массива Мунку-Сардык способствует возникновению наледей типа грунтовых вод сезонно-талого слоя, дренируемых местной эрозионной сетью. Образование таких наледей связано с разгрузкой грунтовых вод экзогенной трещиноватостью и аэрацией коренных горных пород в пределах сезонного талого слоя на склонах и днищах малых рек. С.Н. Коваленко установил [2], что в пределах массива Мунку-Сардык развитие наледных образований связано с достижением врезами эрозионных долин цоколя ледниковых отложений древних оледенений и почти окончательным стаиванием на этой стадии развития рельефа подземного льда погребенных ледников. В тех же долинах рек, где глубинная эрозия не достигает цоколя моренных отложений, наледи не образуются (долины рек Жохой, Контрастов).
Часто точка образования наледи представляет собой источник (ключ, родник) в эрозионном врезе, морене или коллювиальном шлейфе (открытая разгрузка). По ступенчатому профилю днища реки происходит намерзание вышедших на поверхность грунтовых вод, которые затем намерзают в виде ступеней (некоторые до высоты 30 м) и достигают своего пика к началу марта, когда дневные и ночные температуры еще позволяют намерзать новому слою льда. Далее под воздействием солнечных лучей и при увеличении суточных температур происходит деградация наледи. На склонах южной экспозиции наледи исчезают уже в начале-середине мая, на склонах северной экспозиции наледь может пережить теплый сезон и просуществовать вплоть до холодного.
При этом наледь, образуясь год за годом, изменяет морфологию днища и склонов долин малых рек через криогенные и эрозионно-аккумулятивные процессы [8], влияя на русловые процессы и транспорт наносов. Эрозионно-аккумулятивные процессы проявляются в виде боковой и глубинной эрозии. В долине р. Белый Иркут отмечено воздействие наледи на процесс боковой и глубинной эрозии, которое заключается в отклонении водного потока в сторону берега без наледного покрова, где в результате происходит поперечное расширение долины, а на участке с выходом коренных пород - глубинный врез (до 38 см). Выше по течению от устья р. Ледяной на р. Белый Иркут отмечен участок наледной многорукавности, который имеет вид расширенной долины. Здесь уменьшаются средние глубины и снижается продольный уклон водотока, происходит дробление основного русла на 3-5 рукавов. Такое явление отмечено только в районе массива Мунку-Сардык, тогда как в пределах склонов Тункинских Гольцов и горного узла Нуху-Дабан встречаются только ящикообразные долины со ступенчатым продольным профилем.
Криогенные процессы вызваны фазовыми переходами воды (вода-водяной пар-лёд), что вызывает усиление физического и химического выветривания прилегающих пород из-за снижения температуры (наледь имеет высокое альбедо, а также поглощает и рассеивает солнечную радиацию в верхнем слое) и увеличение их влажности. Это, в свою очередь, приводит к возникновению криогенных процессов (просадки, пучение и т. д.), которые способствуют разрыхлению, перемещению и выравниванию поверхности наледного участка [8]. Интенсивный вынос рыхлого материала характерен для всех изучаемых водотоков с наледями, при этом наиболее мелкая фракция отложений выносится наледями горного узла Нуху-Дабан и Тункинских Гольцов с крутыми продольными профилями. Если долина сложена известковой породой, то мелкодисперсные взвешенные частицы встречаются внутри и на поверхности наледи в виде бежеватых и коричневатых натеков (наледи Сальвадор, Грот, Дембель).Для удобства классификации изучаемые наледи разделены по геоморфологическим районам и крутизне углов наклона в пиковое развитие наледной поверхности (февраль-март). Выделено 10 небольших по протяженности (30-590 м) наледных образований в пределах резко-расчлененного денудационного рельефа горно-складчатого поднятия Тункинских Гольцов и средних эрозионно-денудационных гор южной части Окинского плоскогорья. В пределах массива Мунку-Сардык наледи образуют почти сплошной покров по рекам Средний и Белый Иркут, по рекам Бугувек и Мугувек имеют прерывистый характер. Полученные данные по углам наклона наледной поверхности позволили разделить наледи на группы (рис. 2).
Рис. 2. Карта-схема наледных образований малых рек бассейна р. Иркут.
Цифрами обозначены наледи: 1 - Дембель, 2 - Грот, 3 - Разминочная, 4 - Неописуемая, 5 - Палец, 6 - Заречная, 7 - Поворот, 8 - Сальвадор, 9 - Малый Сальвадор, 10 - Антонова
В целом наледи с крутизной поверхности 0-10° выявлены в долинах малых рек с развитием широкопойменных участков (реки Белый Иркут, Средний Иркут, Бугувек, Мугувек), при глубинном усилении вреза с V-образными долинами углы наклона возрастают до 20°. Далее выделяются реки района горного узла Нуху-Дабан, где средняя крутизна поверхности участков наледей варьирует от 21 до 90°. Наиболее протяженные и крутые участки (вертикальные и даже с отрицательным углом наклона) расположены в пределах Тункинских Гольцов (наледь Сальвадор). Общая протяженность наледей изучаемой территории - 15,7 км (на момент наблюдения за 2021-2022 гг.), в разные годы эта цифра меняется в зависимости от температурных условий и количества осадков за предшествующий теплый период. Максимальный размах абсолютных высот формирования наледей 1558-2230 м. Рассмотрим наледи согласно геоморфологическим районам.