Главная » 2013 » Октябрь » 28 » Скачать Пойменные талики Северо-Востока России. Михайлов, Владимир Матвеевич бесплатно
14:38
Скачать Пойменные талики Северо-Востока России. Михайлов, Владимир Матвеевич бесплатно
Пойменные талики Северо-Востока России
Диссертация
Автор: Михайлов, Владимир Матвеевич
Название: Пойменные талики Северо-Востока России
Справка: Михайлов, Владимир Матвеевич. Пойменные талики Северо-Востока России : диссертация доктора географических наук : 25.00.08 Якутск, 2005 364 c. : 71 06-11/8
Объем: 364 стр.
Информация: Якутск, 2005
Содержание:
Введение
Глава 1 Анализ состояния проблемы и связанных с ней
разделов смежных научных дисциплин
11 Формирование пойменных таликов
12 Индикация пойменных таликов
13 Распространение пойменных таликов
14 Расчеты термического режима рек
15 Взаимосвязь поверхностных и подземных вод
Глава 2 Природные условия района исследований
21 Физико-географический очерк Северо-Востока России
22 Основные объекты исследований
221 Река Колыма в верхнем и среднем течении
222 Ручей Контактовый
223 Река Дукча
224 Река Буюнда с левобережным притоком р Герба
225 Река Омолон с правобережным притоком р Мал Авландя
226 Река Яма
227 Река Детрин в среднем и нижнем течении
Глава 3 Конвективный теплообмен пойменных таликов с реками
31 Конвективный теплообмен и термический режим рек
32 Оценки конвективного теплообмена в поймах малых водотоков
321 Методика исследований
322 Анализ результатов
33 Оценки конвективного теплообмена в поймах крупных рек
331 Материалы и методы
332 Анализ результатов
333 Сезонный ход конвективного теплообмена
34 Обобщение результатов исследований
Глава 4 Водообмен рек с пойменными таликами
41 Малые водотоки: характеристики водообмена и их связь со скоростями фильтрации
42 Крупные реки: скорости фильтрации (движения) грунтовых вод и эффективная проницаемость аллювия
43 Крупные и средние реки: водообмен с поймами и термическая стратификация в руслах
Глава 5 Строение аллювиальных отложений в пойменных таликах
51 Разрез аллювиальных отложений многорукавных рек и формирование предпочтительных путей фильтрации
52 Сосредоточенные выходы грунтовых вод в русла рек
53 Особенности термического и гидрологического режимов грунтовых вод в связи с движением по предпочтительным путям
Глава 6 Распространение пойменных таликов
61 Оценка распространения пойменных таликов в крупных речных бассейнах
62 Анализ регионального распространения пойменных таликов
63 Обилие пойменных таликов и прерывистость криолитозоны на Северо-Востоке России
Глава 7 Индикация пойменных таликов
71 Геоморфологические и ландшафтные признаки пойменных таликов
72 Индикация пойменных таликов количественными методами 289 Выводы 303 Список литературы
Введение:
Актуальность проблемы. Речные долины занимают в жизни человека особое место. С древнейших времен реки служили основными транспортными магистралями, а их берега были и остаются наиболее удобными местами для поселения. Пойменные экосистемы повсеместно выделяются резко повышенной биологической продуктивностью, по В.И. Вернадскому, это одно из «сгущений жизни». Повышенное плодородие пойменных почв и гарантированное водообеспечение благоприятствуют сельскохозяйственному освоению.
С наибольшей отчетливостью все перечисленные свойства проявляются в криолитозоне, в первую очередь там, где в днищах долин развиты обширные пойменные талики. «Сгущение жизни» здесь возрастает многократно, выражаясь в развитии высокоствольных смешанных лесов, резко контрастирующих с угнетенной растительностью прилегающих территорий. Возможность существования этих интразональных фитоценозов напрямую обусловлена особым водно-тепловым режимом пойменных таликов. Определение допустимой антропогенной нагрузки, прогноз экологических последствий реализации экономических проектов самым непосредственным образом связаны с закономерностями переноса вещества и энергии в талых зонах.
Участки талых пород среди мощных многолетнемерзлых толщ издавна привлекали внимание исследователей. Необходимость их изучения диктуется также и нуждами хозяйственной деятельности. Знание закономерностей распространения таликов и их надежная индикация необходимы при разработке россыпных месторождений, транспортном, промышленном, гидротехническом и гражданском строительстве. Поскольку большинство рек северных территорий зимой перемерзают, тогда как многие талики сохраняют водоносность, то такие знания имеют исключительно важное значение для промышленного и бытового водоснабжения. Неудивительно, что исследования условий формирования таликов в речных долинах, их гидротермического режима и инженерно-геокриологических особенностей составляют одну из крупных и традиционных проблем мерзлотоведения.
Объектом исследования являются водопроводящие (по Фотиеву, 1970) или грунтово-фильтрационные (по Романовскому, 1983) пойменные талики, формирование которых непосредственно не связано с восходящим или нисходящим движением подземных вод (то либо другое могут присутствовать, но для существования талика это не имеет принципиального значения). В дальнейшем они будут называться просто «пойменными». При широком I распространении таких таликов, что характерно, в частности, для Северо
Востока России (далее для краткости «Северо-Восток») чрезвычайно велика их гидрогеологическая и гидрологическая роль, поскольку в них сосредоточена подавляющая доля подземного стока и они приобретают «.огромное значение в формировании речного стока.» (Толстихин, 1972, с. 45). Прерывистость криолитозоны здесь связана почти исключительно с такими таликами, в сумме занимающими площадь во многие тысячи квадратных километров. Наконец, развитые на них уникальные экосистемы представляют собой один из наиболее значимых возобновляемых природных ресурсов Северо-Востока.
Несмотря на более чем вековую историю исследований и большой объ-I ем накопленного фактического материала, понимание гидротермических процессов, происходящих в пойменных таликах, далеко не соответствует современному уровню развития науки. Достаточно отметить, что до сих пор не существует общепринятого представления о механизмах формирования таких таликов, а обобщения, сделанные отдельными авторами, нередко противоречат друг другу.
Цель исследования заключается в выявлении общих закономерностей формирования и распространения пойменных таликов, усовершенствовании методов их индикации. Основными задачами были: 1. Определение интенсивности конвективного теплообмена пойменных таликов с водотоками различных порядков и ее сезонного хода с приме» нением усовершенствованных методов моделирования термического режима рек.
2. Изучение характера и интенсивности водообмена рек с пойменными таликами; оценка определяющих ее скоростей фильтрации грунтовых вод и проницаемости аллювия в таликах рек различных порядков.
3. Исследование строения аллювиальных отложений и особенностей циркуляции грунтовых вод в пойменных таликах.
4. Проведение сравнительного анализа распространения пойменных таликов в речных бассейнах Верхней Колымы, а также на Северо-Востоке и сопредельных территориях криолитозоны с использованием разработанных методов, основанных на математическом моделировании термического режима рек.
5. Разработка новых методов индикации пойменных таликов с применением как ландшафтно-геоморфологического, так и количественных подходов.
Методы исследований и фактический материал. Ни одна из поставленных задач ранее не решалась. Это определило необходимость разработки оригинальных методов исследований, опирающихся как на обширный справочный материал, так и на результаты натурных наблюдений. Для последних характерны значительный территориальный охват и широкий набор использовавшихся методик. Самые подробные, разнообразные и продолжительные исследования осуществлялись на трех базовых экспериментальных участках: на руч. Контактовый, репрезентативном для бассейна Верхней Колымы, на самой р. Колыма (район пос. Верхний Сеймчан) и на р. Дукча, вблизи от побережья Охотского моря. Они включали комплексные теплобалансовые, гидрологические, гидрогеологические и гидротермические наблюдения и электроразведочные работы. Водные и автомобильные маршруты с проведением наблюдений разной продолжительности и детальности на ряде ключевых участков осуществлялись в бассейнах Верхней Колымы, Охотского моря, рр. Омолон и Индигирка. Протяженность только водных маршрутов, не считая повторные, составила более 1300 км.
С целью повышения точности получаемых результатов применялись усовершенствованные методы и технические средства измерений, а многие стандартные методики были модернизированы.
Исследования проводились по госбюджетным темам и проектам:
4.2.1 .в «Разработка методов количественной оценки теплового взаимодействия подземных вод и мерзлых пород»;
4.2.6.2. «Влияние мерзлотных процессов на формирование склонового стока и термического режима поверхностных водотоков»;
5.2.6.Г. «Динамика криолитозоны речных долин.»;
24.4.1. «Процессы формирования и разрушения криолитогенных толщ».
Они были также поддержаны грантами РФФИ:
95-05-1578 «Влияние боковой приточности на термический режим крупных водотоков .»;
97-05-65036 «Физико-географические закономерности формирования мерзлотных условий в речных долинах»;
02-05-65304 «Количественная индикация. пойменных таликов. в речных бассейнах Северо-Востока России
04-05-65316 «Общие закономерности формирования и распространения грунтово-фильтрационных таликов речных долин, их количественная и ландшафтная индикация и мониторинг»
Научная новизна. В работе впервые последовательно применялись количественные методы исследований, осуществлявшихся на стыке геокриологии с рядом других научных дисциплин геолого-географического цикла. Это позволило получить следующие принципиально новые результаты.
1. На основе теплобалансовых расчетов по усовершенствованным математическим моделям впервые получены данные об интенсивности конвективного теплообмена рек с пойменными таликами. Определены характерные значения этой величины (мало отличающиеся в долинах водотоков разных порядков), ее динамика в течение теплого сезона. Показано, что конвективный теплообмен служит основной причиной формирования пойменных таликов.
2. С применением специально разработанного метода и математического моделирования исследуемых процессов установлено, что в пойменных таликах действует «встречный» водообмен с реками: высачивание в русло грунтовых вод в каждый момент времени в той или иной степени компенсируется инфильтрацией речных вод в аллювий. Именно этот ранее не исследованный механизм, служит причиной интенсивного конвективного теплообмена рек с пойменными таликами.
3. Разнообразными натурными исследованиями, при помощи усовершенствованных методов измерений, впервые показано, что наблюдаемая интенсивность тепломассобмена пойменных таликов с реками обеспечивается наличием в аллювии систем предпочтительных путей движения грунтовых вод с резко повышенной водопропускной способностью. Продемонстрирована причинно-следственная связь такого строения отложений с ветвлением русла на рукава. Таким образом, установлен универсальный геоморфологический индикатор рассматриваемых таликов.
4. Предложены принципиально новые методы анализа территориального распространения пойменных таликов с использованием количественных характеристик (климатических и гидрологических) и гидроморфологических данных. Этот подход обладает наибольшей объективностью й делает возможными широкие территориальные обобщения. С применением разработанных методов выполнен соответствующий анализ для горных территорий востока нашей страны.
5. По результатам выполненных исследований разработаны следующие методы индикации пойменных таликов: 1) геоморфологический, обладающий наиболее широкой областью применения; 2) количественные (на основе тепло- и водобалансовых наблюдений), отличающиеся максимальной объективностью. Установлены ландшафтные признаки сквозных пойменных таликов в долинах низких порядков, уточнена индикационная роль традиционного геоботанического признака.
Ряд выводов, сделанных в работе, относится не только к территории криолитозоны, поскольку они в большой мере касаются общих гидрогеологических и геологических закономерностей.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Пойменные талики формируются вследствие конвективного теплообмена с реками, в наибольшей степени влияющего на летний прогрев горных пород. Для водотоков он в течение большей части теплого сезона является основной расходной составляющей теплового баланса и может быть определен с высокой точностью.
2. Конвективный теплообмен в системе «река - талик» осуществляется путем одновременного развития как инфильтрации речных вод в аллювий, так и поступления в русло грунтовых вод. Такой характер водообмена обусловлен высокими фильтрационными свойствами аллювиальных отложений и большими скоростями движения грунтовых вод.
3. Очень высокая эффективная проницаемость отложений в пойменных таликах (на порядок больше величин, традиционно считавшихся максимальными) обусловлена существованием в аллювии многочисленных предпочтительных путей фильтрации, в которых гравийно-галечный материал практически полностью лишен мелкозернистого заполнителя. Оптимальные условия для формирования таких путей складываются в поймах многорукавных рек горных территорий.
4. На горных территориях востока нашей страны пойменные талики наиболее многочисленны в пределах Северо-Востока России, обусловливая повышенную прерывистость криолитозоны, нередко и в долинах низких порядков. В большинстве других крупных регионов Сибири и Дальнего Востока они пользуются меньшим распространением.
5. Разработанные в результате исследований методы индикации пойменных таликов: геоморфологический (по анализу рисунка речного русла и гидрологических данных) и количественные (на основе тепло- и водобалан-совых измерений и расчетов) отличаются универсальностью и максимальной надежностью. Для выделения наиболее водообильных таликов, в принципе ие маркируемых традиционными признаками, установлены собственные наборы ландшафтно-геоморфологических индикаторов и количественные критерии.
Практическое значение. Результаты исследований важны для анализа механизмов формирования мерзлотных условий речных долин, мониторинга геокриологической обстановки и прогноза ее изменений. Они найдут применение при решении проблем водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов, рационального проведения сельскохозяйственных мероприятий, промышленного, гидротехнического и гражданского строительства, разработке месторождений полезных ископаемых и рекультивации ландшафтов речных долин. Ряд выводов, сделанных в работе, относится не только к территории криолитозоны, поскольку они в большой мере касаются общих гидрогеологических и геологических закономерностей: в частности, полученные результаты будут полезны для дистанционного дешифрирования активных тектонических нарушений, отличающихся высокой обводненностью. Хотя и «побочным», но в своем роде значимым результатом является совершенствование методов моделирования термического режима водотоков.
Личный вклад автора состоит в разработке теоретических концепций и методов исследований, включая математическое моделирование изучаемых процессов, составлении пакетов компьютерных программ по разработанным моделям, выборе и оборудовании экспериментальных участков, проведении комплексных стационарных и экспедиционных исследований, обработке, анализе и теоретическом обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-техническом совете СВ НИМС ИМЗ СО РАН, объединенном семинаре лаборатории мерзлотоведения Института геоэкологии РАН и кафедры криолитологии МГУ, объединенном семинаре кафедры русловых процессов и кафедры криолитологии МГУ, на расширенном заседании лабораторий Института мерзлотоведения СО РАН (подземных вод криолитозоны, геотеплофизики и прогноза, региональной геокриологии и криолитологии), а также публиковались в сборниках тезисов докладов научных конференций различных уровней. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и приложений. Объем ее составляет 337 е., в том числе 293 с. текста, 71 иллюстрация и 8 таблиц. Список использованной литературы содержит 231 наименование.
