ISSN 1560-7496

· Языки: ru / en

Статья: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА НА МАЛЫХ ГОРНЫХ ВОДОСБОРАХ КРИОЛИТОЗОНЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ КОЛЫМСКОЙ ВОДНО-БАЛАНСОВОЙ СТАНЦИИ) (2020)

Читать

Читать онлайн

На основе анализа данных наблюдений за динамикой характеристик деятельного слоя, распределением снежного покрова, речным стоком и процессами испарения на малых водосборах Колымской воднобалансовой станции выделены пять основных стокоформирующих типов ландшафтов, репрезентативных для горных территорий Северо-Востока России: гольцы на водоразделах; горная тундра и заросли кедрового стланика на склонах южной экспозиции; мохово-лишайниковое редколесье на склонах северной экспозиции; лиственничный лес в долинах рек; лиственничный лес в долинах рек в условиях надмерзлотного талика. Для каждого типа ландшафта разработана схематизация почвенно-растительного покрова и оценены параметры распределенной детерминированной гидрологической модели “Гидрограф”. Проведено моделирование элементов водного баланса и гидрографов стока воды для водосбора руч. Контактовый (створ Нижний, площадь 21.3 км2) и трех входящих в него микроводосборов (ручьи Северный, Южный и Морозова), однородных по типам выделенных ландшафтов. Расчет проводился с суточным шагом за период 1951-1997 гг. На основе сравнения рассчитанных величин с данными наблюдений результаты моделирования оценены как удовлетворительные. Новизна исследования состоит в предложенном подходе априорной оценки параметров гидрологической модели без использования методов калибровки. Такой подход перспективен для анализа будущего развития процессов формирования стока и эволюции мерзлых пород в условиях изменений климата.

Based on analysis of the observation data on the active layer characteristics, the distribution of the snow cover, the streamﬂow and the evaporation processes in the small watersheds of the Kolyma water-balance station, ﬁve main types of landscapes representative of the mountainous areas of the North-East of Russia were identiﬁed: rocky talus at surface watersheds; mountain tundra and Siberian dwarf pine brushwood at south-facing slopes; moss and lichenous sparse forests at north-facing slopes; larch forest in the river valleys; larch forest in the river talik zone. For each type of the landscape, the vegetation-soil cover was developed, and the parameters of the deterministic hydrological model “Hydrograph” were estimated. Modelling of the water balance elements and of the runoff hydrographs were carried out for the Kontaktovy Creek basin (Nizhny gauge, area 21.3 km2) and three microwatersheds representing the main types of landscapes (the Morozova, Severny and Yuzhny Creeks). Calculations were carried out with the daily time interval for the period of 1951-1997. Based on comparison with the observational data, the simulation results were assessed as satisfactory. The novelty of the research consists in the proposed approach of a priori estimation of the hydrological model without using calibration methods. Such an approach is promising for assessing future changes in runoff formation processes and the evolution of frozen ground under conditions of climate change.

Ключевые фразы: колымская водно-балансовая станция, гидрологическая модель "гидрограф", сток воды, криолитозона, сезонно-талый слой, ландшафты, водный баланс, kolyma water-balance station, hydrological model "hydrograph", runoff, permafrost zone, active layer, landscapes, water balance

Автор (ы): Макарьева Ольга Михайловна, Лебедева Людмила Сергеевна, Виноградова Татьяна Александровна

Журнал: КРИОСФЕРА ЗЕМЛИ

Предпросмотр статьи

Идентификаторы и классификаторы

УДК: 551.345. Многолетние мерзлые грунты. Многолетняя мерзлота
556. Гидросфера. Вода в целом. Общая гидрология

Для цитирования:

МАКАРЬЕВА О. М., ЛЕБЕДЕВА Л. С., ВИНОГРАДОВА Т. А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА НА МАЛЫХ ГОРНЫХ ВОДОСБОРАХ КРИОЛИТОЗОНЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ КОЛЫМСКОЙ ВОДНО-БАЛАНСОВОЙ СТАНЦИИ) // КРИОСФЕРА ЗЕМЛИ. 2020. ТОМ 24, № 1

Текстовый фрагмент статьи

Изменения климата и деградация многолетнемерзлых пород приводят к трансформации гидрологического цикла, в том числе динамике влажности почвогрунтов [Quinton et al., 2011], интенсификации связи подземных и поверхностных вод [Walvoord, Kurylyk, 2016], сезонному перераспределению элементов водного баланса [Глотов, Глотова, 2018; Tananaev et al., 2016; Makarieva et al., 2019]. Количественные оценки влияния динамики сезонноталого слоя (СТС) мерзлых пород на формирование речного стока в будущем остаются неопределенными. Это связано с нелинейным характером взаимодействий между климатом и мерзлотными ландшафтами [Федоров, Константинов, 2009; Bring et al., 2016]. Вследствие ограниченности полевых наблюдений за характеристиками тепло- и водообмена ландшафтов на обширных территориях криолитозоны математическое моделирование является одним из методов исследования механизмов взаимодействия мерзлых пород и процессов формирования стока воды и прогноза их изменений в будущем [Макарьева и др., 2018]. Однако необходимо не только развитие моделей, которые бы учитывали условия динамики СТС и процессов формирования стока воды в различных ландшафтах, но и методов априорной (взамен калибровки) оценки параметров таких моделей [Pomeroy et al., 2007].

Список литературы

1. Агрогидрологические свойства почвы. Справочник. Чукотский национальный округ и Магаданская область. Магадан, 1974, 74 с.
2. Банцекина Т.В. Особенности гидротермического режима слоя сезонного протаивания крупнообломочных склоновых отложений в весенне-летний период (на примере Верхне-колымского нагорья): Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Якутск, 2003, 23 с. EDN: NMLMBZ

3. Бояринцев Е.Л. Азональные факторы формирования дождевого стока на территории Колымской ВБС // Тр. ДВНИГМИ, 1988, вып. 135, с. 67-93.
4. Бояринцев Е.Л., Сербов Н.Г., Попова Н.И. Формирование водного баланса весеннего половодья малых горных водосборов Верхней Колымы (по материалам Колымской водно-балансовой станции) // Вестн. Северо-Вост. науч. центра ДВО РАН, 2006, № 4, с. 12-19. EDN: KNWXQZ

5. Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование в гидрологии / Ю.Б. Виноградов, Т.А. Виноградова. М., Академия, 2010, 366 с. EDN: QKJIND

6. Виноградов Ю.Б., Семенова О.М., Виноградова Т.А. Гидрологическое моделирование: метод расчета динамики тепловой энергии в почвенном профиле (Часть 1) // Криосфера Земли, 2015, т. XIX, № 1, с. 11-21. EDN: TJWWOD

7. Глотов В.Е., Глотова Л.П. Особенности современных изменений общего и подземного водного стока на Северо-Востоке России // Вестн. Северо-Вост. науч. центра ДВО РАН, 2018, № 1, с. 39-48. EDN: YSYUUU

8. Глотова Л.П., Глотов В.Е. Роль подземных вод в общем стоке малых горных рек бассейна реки Колыма // Изв. Самар. науч. центра РАН, 2012, т. 14, № 1 (9), с. 2321-2324. EDN: PXAFXN

9. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование процессов тепло- и влагообмена суши с атмосферой в локальном масштабе для территорий с многолетней мерзлотой // Почвоведение, 2004, № 9, с. 1077-1092. EDN: OWPLKR

10. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP // Водн. ресурсы, 2006, т. 33, № 2, с. 133-145. EDN: HTFMGP

11. Королев Ю.Б. Картографирование растительного покрова в связи с оценкой его гидрологической роли (на примере Верхней Колымы): Дис. … канд. биол. наук. Магадан, 1984, 231 с. EDN: NPDVBL

12. Лебедева Л.С. Формирование речного стока в зоне многолетней мерзлоты Восточной Сибири: Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Якутск, 2018, 24 с. EDN: GUORHM

13. Лебедева Л.С., Семенова О.М., Виноградова Т.А. Расчет глубины сезонноталого слоя в условиях различных ландшафтов Колымской водно-балансовой станции на основе гидрологической модели “Гидрограф” (Часть 2) // Криосфера Земли, 2015, т. XIX, № 2, с. 35-44. EDN: TWMXLH

14. Лебедева Л.С., Макарьева О.М., Виноградова Т.А. Пространственная неоднородность элементов водного баланса в горных водосборах Северо-Востока России (на примере Колымской водно-балансовой станции) // Метеорология и гидрология, 2017, № 4, с. 90-101. EDN: YJWLCV

15. Макарьева О.М., Нестерова Н.В., Бельдиман И.Н., Лебедева Л.С. Актуальные проблемы гидрологических расчетов в арктической зоне Российской Федерации и сопредельных территориях распространения многолетней мерзлоты // Пробл. Арктики и Антарктики, 2018, т. 64, № 1 (115), с. 101-118. EDN: USDFQQ

16. Макарьева О.М., Нестерова Н.В., Лебедева Л.С., Виноградова Т.А. Моделирование процессов формирования стока рек высокогорной криолитозоны Восточной Сибири (на примере хребта Сунтар-Хаята) // География и природ. ресурсы, 2019а, № 1, с. 178-186. EDN: YYTTRJ

17. Макарьева О.М., Нестерова Н.В., Ямпольский Г.П. и др. Оценка максимальных расходов воды различной обеспеченности неизученной горной реки Хемчик (Республика Тыва) на основе методов математического моделирования // Инж. изыскания, 2019б, № 2, с. 36-51. EDN: SYCYDA

18. Михайлов В.М. Пойменные талики Северо-Востока России. Новосибирск, Акад. изд-во “Гео”, 2013, 176 с.
19. Насыбулин П.С. Репрезентативность характеристик стока Колымской водно-балансовой станции для территории верхней Колымы // Природные ресурсы Северо-Востока СССР. Владивосток, АН ДВИС ИБПС, 1976, с. 32-41.
20. Нестерова Н.В., Макарьева О.М., Виноградова Т.А., Лебедева Л.С. Моделирование процессов формирования стока зоны Байкало-Амурской магистрали на основе данных полигона “Могот” // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление, 2018, № 1, с. 18-36. EDN: YUVQHP

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018619084 “Комплексная программа распределенной гидрологической модели “Гидрограф”; правообладатель О.М. Макарьева; дата регистрации 30.07.2018.
22. Сущанский С.И. История создания, методы, объекты и некоторые результаты исследований Колымской водно-балансовой станции // Факторы формирования общего стока малых горных рек в Субарктике (по материалам Колымской водно-балансовой станции). Магадан, СВКНИИ ДВО РАН, 2002, с. 18-35.
23. Федоров А.Н., Константинов П.Я. Реакция мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии на современные изменения климата и антропогенные воздействия // География и природ. ресурсы, 2009, № 2, с. 56-62. EDN: KTVGXZ

24. Bring A., Fedorova I., Dibike Y. et al. Arctic terrestrial hydro logy: A synthesis of processes, regional effects, and research challenges // J. Geophys. Research: Biogeosciences, 2016, vol. 121, No. 3, p. 621-649.
25. Makarieva O., Nesterova N., Lebedeva L., Sushansky S. Water-balance and hydrology database for a mountainous permafrost watershed in the up-streams of the Kolyma River, Russia - the Kolyma Water-Balance Station, 1948-1997. PANGAEA, 2017,. DOI: 10.1594/PANGAEA.881731

26. Makarieva O., Nesterova N., Lebedeva L., Sushansky S. Water balance and hydrology research in a mountainous permafrost watershed in upland streams of the Kolyma River, Russia: a database from the Kolyma Water-Balance Station, 1948-1997 // Earth Syst. Sci. Data, 2018, vol. 10, p. 689-710. EDN: UYBVMO

27. Makarieva O., Nesterova N., Post D.A. et al. Warming temperatures are impacting the hydrometeorological regime of Russian rivers in the zone of continuous permafrost // The Cryosphere, 2019, vol. 13, p. 1635-1659. EDN: ZTENBD

28. McCartney S.E., Carey S.K., Pomeroy J.W. Intra-basin variability of snowmelt water balance calculations in a subarctic catchment // Hydrol. Processes, 2006, vol. 20, No. 4, p. 1001-1016.
29. Nash J.E., Sutcliff e J.V. River ﬂow forecasting through conceptual models part I - A discussion of principles // J. Hydrology, 1970, vol. 10, No. 3, p. 282-290.
30. Pomeroy J., Gray D., Brown T. et al. The cold regions hydrological model: a platform for basing process representation and model structure on physical evidence // Hydrol. Processes, 2007, vol. 21, p. 2650-2667. EDN: LZSARN

31. Pomeroy J.W., Essery R.H., Toth B. Implications of spatial distributions of snow mass and melt rate for snow-cover depletion: observations in a subarctic mountain catchment // Ann. Glaciol., 2004, No. 38, p. 195-201.
32. Quinton W.L., Hayashi M., Chasmer L.E. Permafrost-thawinduced land-cover change in the Canadian subarctic: implications for water resources // Hydrol. Processes, 2011, vol. 25, No. 1, p. 152-158. EDN: OLXBBT

33. Semenova O., Lebedeva L., Vinogradov Yu. Simulation of subsurface heat and water dynamics, and runoff generation in mountainous permafrost conditions, in the Upper Kolyma River basin, Russia // Hydrogeol. J., 2013, vol. 21, No. 1, p. 107-119. EDN: RFCQZJ

34. Tananaev N.I., Makarieva О.М., Lebedeva L.S. Trends in annual and extreme ﬂows in the Lena River basin, Northern Eurasia // Geophys. Res. Lett., 2016, vol. 43, p. 10,764-10,772. Vinogradov Yu.B., Semenova O.M., Vinogradova T.A. Anapproach to the scaling problem in hydrological modelling: the deterministic modelling hydrological system // Hydrol. Processes, 2011, vol. 25, p. 1055-1073. EDN: XFMYUP

35. Walvoord M.A., Kurylyk B.L. Hydrologic impacts of thawing permafrost - a review // Vadose Zone J., 2016, vol. 15, 20 p.,. DOI: 10.2136/vzj2016.01.0010 EDN: WUXFVN

Выпуск

Том 24, № 1 (2020)

Кол-во страниц: 70 страниц

Другие статьи выпуска

СНЕЖНО-ЛЕДОВО-КАМЕННАЯ ЛАВИНА НА ЛЕДНИКЕ БАШКАРА В УЩЕЛЬЕ АДЫЛ-СУ (ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КАВКАЗ) 24 АПРЕЛЯ 2019 ГОДА (2020)

Авторы: Докукин Михаил Дмитриевич, Калов Руслан Хажбарович, Черноморец Сергей Семенович, ГЯУРГИЕВ А. В., Хаджиев Мухтар Махмутович

На основе сравнительного дешифрирования космических снимков Sentinel 2A 23 и 25 апреля 2019 г. выявлен факт обвала с горы Башкара (4162 м), расположенной в верховьях долины р. Адыл-Су (бассейн р. Баксан, Центральный Кавказ). Зона зарождения обвала находится на границе России и Грузии, зона аккумуляции - в России. По измерениям на космоснимке и карте определены параметры обвала. Ширина зоны отложений составила более 500 м, дальность выброса обломков - 3160 м (в проекции), площадь поражения 0.9 км2, приблизительный объем отложений 1.2-1.5 млн м3. По свидетельству очевидцев была уточнена дата обвала - 24 апреля 2019 г. По данным обследования и сравнения с материалами предыдущих экспедиций определено место отрыва скального блока на вершине горы Башкара и выявлено обрушение части висячего ледника со снежным покровом на площади около 40 000 м2, что превратило скальный обвал в снежно-ледово-каменную лавину. Основная зона отложения обвальных масс расположена на участке ледника в высотной зоне 2660-2800 м. Космический мониторинг обвальных процессов на Кавказе показал возросшую их активность в XXI в. Выявлены факты обвалов в высокогорной зоне северного и южного склонов Кавказа: в 2012 г. в цирке Белалакайского ледника в долине р. Аманауз, в 2013, 2015 и 2016 гг. в цирке ледника Джаловчат в долине р. Аксаут, в 2017 г. в долине р. Твибери, в 2018 г. в долинах рек Клыч и Ненскра. В будущем подобные обвалы могут произойти на других участках высокогорной зоны и представлять угрозу для населения, рекреационного и хозяйственного освоения горных районов.

Сохранить в закладках

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОНАСЫЩЕННОГО ПЕСЧАНОГО ГРУНТА В МЕРЗЛОМ И ТАЛОМ СОСТОЯНИЯХ (2020)

Авторы: Чувилин Дмитрий Юрьевич, Давлетшина Динара Анваровна, Буханов Борис Александрович, Гребенкин Сергей Игоревич, ОГИЕНКО М. В., БАДЕЦ К., СТАНИЛОВСКАЯ Юлия Викторовна

Представлены результаты экспериментального изучения влияния газового давления на теплопроводность и теплоемкость мерзлого и талого песчаного грунта, насыщенного различными газами: азотом, метаном, диоксидом углерода, a также смесью газов (50 % CH4 + 50 % CO2). В экспериментах максимальное давление газа в грунтовых средах задавалось ниже давления образования газовых гидратов. Эксперименты проводились на специальной установке - в барокамере, позволяющей измерять теплопроводность и теплоемкость грунта под давлением газа при положительных и отрицательных температурах. Впервые получены экспериментальные данные по влиянию газового давления на теплопроводность и теплоемкость в промерзающей песчаной породе, насыщенной различными газами. В ходе экспериментов выявлено, что теплофизические характеристики газонасыщенного песчаного образца в талом состоянии практически не зависят от состава и давления газа. Установлено, что в мерзлом песчаном образце с повышением давления газа в ряду: N2, CH4, смесь газов CH4 + CO2 и CO2 - теплопроводность снижается, а теплоемкость увеличивается. Наибольшее влияние на изменение теплофизических параметров оказывает диоксид углерода, что связано с достаточно высокой растворимостью данного газа в поровой воде и его влиянием на содержание незамерзшей воды в мерзлых породах.

Сохранить в закладках

СДВИГОВЫЙ МЕХАНИЗМ РОСТА МНОГОЛЕТНИХ ИНЪЕКЦИОННЫХ БУГРОВ ПУЧЕНИЯ (2020)

Авторы: Марахтанов Вадим Петрович

С позиций механики мерзлых грунтов предложено строгое физическое объяснение условий формирования и морфологии многолетних инъекционных бугров пучения (булгунняхов, пинго). В рамках гипотезы сдвигового механизма разработано математическое описание условий зарождения и роста инъекционных бугров. Предложены формулы расчета диаметра вершинной поверхности и крутизны склонов бугров в зависимости от состава и температуры слагающих их грунтов. Приведены фактические данные, подтверждающие гипотезу сдвигового механизма формирования инъекционных бугров пучения.

Сохранить в закладках

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЧВОГРУНТОВ НА УЧАСТКЕ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ БУГРИСТОГО ТОРФЯНИКА АВТОДОРОГОЙ НА ЮГЕ БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЫ (2020)

Авторы: Каверин Дмитрий Александрович, Пастухов Александр Валерьевич, Новаковский Александр Борисович

Исследованы особенности современного температурного режима антропогенно-трансформированных и ненарушенных многолетнемерзлых почвогрунтов на участке пересечения бугристого болота автодорогой Усинск-Харьяга с частично разрушенным цементно-бетонным покрытием. Для оценки характера температурного режима почвогрунтов исследования проводили на южном пределе криолитозоны в Большеземельской тундре в период относительно высоких температур воздуха (2015-2018 гг.). Для измерений температуры почвогрунтов бугристого болота и придорожного понижения пробурили две 10-метровые термоскважины. При исследовании температурной динамики тела дорожной насыпи в качестве ее модели использовали сходную по основным характеристикам насыпную песчаную площадку высотой 5 м. Исследования показали, что строительство насыпной автодороги на южном пределе европейского Северо-Востока России способствует существенной дифференциации температурных условий антропогенно-трансформированных почвогрунтов. Нарушение условий строительства и дальнейшая эксплуатация автодороги в условиях продолжающегося климатического потепления привели к значительному повышению температуры почвогрунтов и частичному разрушению дорожного полотна.

Сохранить в закладках

СТАБИЛЬНЫЕ ИЗОТОПЫ 18O И D В ПЕЩЕРНЫХ ЛЬДАХ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА "ЛЕНСКИЕ СТОЛБЫ" (ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ) (2020)

Авторы: Галанин Алексей Александрович

Исследованы особенности строения, оледенения и температурного режима пещер Сказка и Скалолазов, расположенных в пределах Национального природного парка “Ленские столбы” в бассейне среднего течения р. Лены (Якутия, Восточная Сибирь). Обсуждаются особенности геометрии “теплых” и “холодных” пещер, оказывающих влияние на характер воздушной циркуляции, тепловой режим и пещерное оледенение в разные сезоны года. Впервые приводятся данные об изотопном составе (18О и D) разных типов десублимационных льдов, позволяющие достаточно уверенно их отличить от других типов наземных и подземных льдов региона. Установлено, что источниками питания пещерных льдов являются осадки теплого времени года. Выявлена горизонтальная зональность в распределении десублимационных кристаллов льда и их изотопного состава. Установлено, что во внутренних зонах с температурой около -8 °С формируются столбчатые кристаллы крайне тяжелого состава (δ18О = -(12.2 ± 0.7) ‰, δD = -(99.2 ± 4.7) ‰, dexc = -2.0 ± 0.8). В транзитной зоне формируются пластинки со спиралевидной структурой следующего состава: δ18О = -(14.9 ± 1.6) ‰, δD = -(118.3 ± 12.0) ‰, dexc = 1.0 ± 0.9. Наиболее легкими (δ18О = = -(21.2 ± 0.8) ‰, δD = -(178.0 ± 4.7) ‰, dexc = -8.2 ± 1.5) являются десублимационные льды, формирующие пояс мелкокристаллической изморози вблизи входа в пещеру.

Сохранить в закладках

Издательство

Издательство: СО РАН
Регион: Россия, Новосибирск
Почтовый адрес: 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
Юр. адрес: 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
ФИО: Пармон Валентин Николаевич (ПРЕДСЕДАТЕЛЬ СО РАН)
E-mail адрес: sbras@sb-ras.ru
Контактный телефон: +7 (495) 9381848
Сайт: https://www.sbras.ru/

Все права на тексты и товарные знаки принадлежат их законным владельцам. Подробнее...

Сайт https://scinetwork.ru (далее – сайт) работает по принципу агрегатора – собирает и структурирует информацию из публичных источников в сети Интернет, то есть передает полнотекстовую информацию о товарных знаках в том виде, в котором она содержится в открытом доступе.

Сайт и администрация сайта не используют отображаемые на сайте товарные знаки в коммерческих и рекламных целях, не декларируют своего участия в процессе их государственной регистрации, не заявляют о своих исключительных правах на товарные знаки, а также не гарантируют точность, полноту и достоверность информации.

Все права на товарные знаки принадлежат их законным владельцам!

Сайт носит исключительно информационный характер, и предоставляемые им сведения являются открытыми публичными данными.

Администрация сайта не несет ответственность за какие бы то ни было убытки, возникающие в результате доступа и использования сайта.

Спасибо, понятно.