Роль ледников в питании и режиме рек. Практическое значение горных ледников

Роль горных ледников в питании рек в целом невелика. Как отмечалось выше, в среднем на земном шаре величина ежегодного ледникового питания рек составляет 412 км³, т.е. менее 1% общего объема речного стока, равного 41,7 тыс. км³ в областях внешнего стока и около 1,0 тыс. км³ в областях внутреннего стока. Из формирующегося ежегодно на территории СНГ речного стока объемом около 4500 км³ на долю ледникового питания приходится лишь не более 25 км³, т.е. менее 0,6%.

Однако у некоторых крупных рек, стекающих с покрытых ледниками гор, доля ледникового питания может достигать 10—15%, а у малых рек в непосредственной близости от ледников — и 40—60%.

Вклад ледникового стока в суммарный сток реки и регулирующее влияние ледников на сток тем больше, чем больше относительная площадь оледенения, равная отношению площади, занятой ледниками, к полной площади бассейна реки для данного замыкающего створа (рис. 4.5). Благодаря аккумулированным в толщах ледника большим массам воды ледники оказывают регулирующее влияние на речной сток.

Многолетнее регулирование стока ледниками заключается в том, что талая вода ледников компенсирует недостаток воды в реках в засушливые годы. Это объясняется не просто водоотдачей ледников в засушливые годы, когда снеговое и дождевое питание рексокращается, но и усилением этой водоотдачи в периоды с повышенной температурой пониженные годовые количества осадков, как правило, воздуха. Дело в том, что повышенные годовые величины температуры воздуха и наблюдаются одновременно (связь температуры и увлажненности, как показали О.А. Дроздов и А.С. Григорьева,— слабая отрицательная). Кроме того, в холодные и влажные периоды снег на поверхности ледника также сдерживает процесс таяния.

Рис. 4.5. Зависимость доли ледниковой составляющей годового стока (Q _л, %) от относительной площади оледенения бассейна (по Г.Н. Голубеву):

1 —Средняя Азия; 2 —Кавказ

Сезонное изменение стока рек с ледниковым питанием проявляется в усилении таяния ледников в теплый, засушливый период года, когда другие источники питания рек истощаются. Кроме того, сам ледник с находящимися в нем полостями, заполненными водой, а также его снежно-фирновая толща, содержащая гравитационную воду, является причиной сдвига максимального стока по отношению к максимальной температуре воздуха. Поэтому на реках с ледниковым питанием максимум стока обычно смещается на вторую половину лета (рис. 4.6, а).

Рис. 4.6. Типичные гидрографы ледниковых рек (по Т.Н. Голубеву):

а — гидрограф р. Джанкуат на Кавказе в 1969 г. (1 — суммарный сток, 2— сток с ледника); б— паводок на р. Иныльчек 19 сентября — 3 октября 1964 г., сформировавшийся в результате прорыва надледникового оз. Мерцбахера; в —суточные колебания температуры воздуха (3) и расхода воды в бассейне р. Джанкуат 31 июля — 4 августа 1970 г. (4— сток с открытого льда, 5 — сток из фирновой области, 6 —сток с неледниковой части бассейна)

Замедленный сток талой воды внутри ледника объясняется малым коэффициентом фильтрации гравитационной воды внутри снежно-фирновой толщи. Этот коэффициент для типичных горных ледников не превышает 5—6 м/сут.

Чем больше площадь ледника, тем больше запаздывание между максимумом температуры воздуха и следующими за ним максимумом таяния и временем поступления талой воды в реку. По Г.Н. Голубеву, время добегания (t, сут) талой воды с удаленных частей горного ледника к истоку вытекающей из ледника реки связано с площадью ледника (F, км²) зависимостью

t = 3,81g(F +l). (4.6)

В многолетнем регулировании и особенно сезонном изменении речного стока ледниками заключается большое практическое значение ледников.

Так, ледники Средней Азии дают повышенный сток рекам в конце июля — начале августа, когда питание рек талыми водами сезонных снегов уже окончилось, а дождевые осадки невелики. Именно в июле — августе на равнинных участках рек Средней Азии осуществляется основной забор воды на орошение. Поэтому сезонное изменение стока ледниками благоприятно сказывается на сельском хозяйстве.

Практическое значение ледников, однако, не исчерпывается использованием ледниковых вод для орошения. Эти воды идут также на водоснабжение расположенных в горах и предгорьях городов и населенных пунктов. Использует сток ледниковых рек также гидроэнергетика.

Весьма своеобразны суточные колебания стока ледниковых рек (рис. 4.6, в). Максимальная температура воздуха в горах обычно отмечается в 13—15 ч, минимальная — в 4—5 ч. Экстремальные значения талого стока со среднегорных долинных ледников несколько сдвинуты во времени: максимум наблюдается в 14—17 ч, минимум — в 6—9 ч, на высокогорных ледниках эти сроки наступают еще позже; так, с ледника Федченко максимальный сток отмечается в 20—24 ч, минимальный — в 9—12 ч. Сдвиг между изменением в течение суток температуры воздуха и расходом талых вод увеличивается также с увеличением размера ледника.

Температура талой воды вблизи ледников около 0 °С, днем в летнее время она обычно не выше 0,4 °С. Талую воду ледников отличает малая минерализация (обычно не более 30—100 мг/л). В воде преобладают ионы HCO₃^- и Са²⁺, типичные для атмосферных осадков.

Нередко помимо благоприятного влияния на сток (сезонное и многолетнее регулирование) ледники оказывают и неблагоприятное воздействие, вызывая редкие, но иногда катастрофические паводки и сели (см. гл. 6). Паводки и сели ледникового происхождения возникают вследствие следующих причин: прорыва приледниковых озер; прорыва надледниковых озер; прорыва внутриледниковых полостей; катастрофического таяния, вызванного извержением вулкана. Наиболее изучены паводки, образующиеся в результате первых двух причин.

Приледниковые озера часто образуются среди гряд конечных морен или в результате подпруживания ледником горной реки (см. гл. 7). Переполнение таких озер водой в период активного таяния ледника может привести к их прорыву и возникновению паводка и селя. Именно такое явление произошло в бассейне р. Малая Алматинка летом 1976 г., когда прорвалось моренное озеро и в долине реки сформировался катастрофический сель, задержанный противоселевой плотиной в урочище Медео. Другим примером может служить р. Абдукагор, периодически подпруживаемая ледником Медвежий на Памире. Прорывы образующегося озера создают мощные паводки на р. Ванч (в 1963, 1973 гг.).

Надледниковые озера расположены непосредственно на ледниках. Они обычно образуются в результате подпруживания основным ледником талых вод ледника — притока. К такому типу озер относится оз. Мерцбахера в месте «впадения» ледника Северный Иныльчек в ледник Южный Иныльчек на Тянь-Шане. В озере, достигающем длины 4 и ширины 1 км, может аккумулироваться до 200 млн м³ воды. Ледяной барьер, подпруживающий озеро, может всплыть и вызвать катастрофический паводок в долине р. Иныльчек, как бывает почти ежегодно (рис. 4.6, б).

Пассивное использование ледовых ресурсов для обеспечения хозяйства водой потребует разработки долгосрочных климатических прогнозов. Активное же регулирование снежно-ледовых ресурсов — задача более сложная, и человечество пока не располагает для этого техническими и энергетическими возможностями. Однако в перспективе возможна разработка приемов регулирования таяния горных ледников, методов транспортировки айсбергов как источников пресной воды для засушливых регионов планеты и других проектов, связанных с использованием льда.

ГЛАВА 5

ГИДРОЛОГИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В земной коре находится большое количество воды — физически и химически связанной, свободной гравитационной, капиллярной, в виде водяного пара и льда. Подземными водами как объектом гидрологии будем называть лишь те содержащиеся в земной коре воды, которые находятся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами (океанами и морями, реками, озерами и болотами) и участвуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды в таком понимании представлены в основном свободной (гравитационной) и капиллярной водой, а также перемещающимся в порах грунта водяным паром.

Скопления подземных вод, участвующих в круговороте воды на планете, — это особые водные объекты, существенно отличающиеся от водотоков и водоемов (см. Введение) и важные элементы гидросферы. Вместе с тем подземные воды тесно связаны с геологическим строением земной коры и свойствами горных пород и являются, поэтому также объектом гидрогеологии как раздела геологии.