Ландшафтно-гидрологический подход к обоснованию мониторинга речных бассейнов горных территорий

¹ORCID: 0000-0002-7910-5926, Кандидат географических наук, доцент, Карачаево-Черкесский государственный университет имени У.Д. Алиева, ²Генеральный директор, Институт безопасности гидротехнических сооружений, ³Научный сотрудник, Институт безопасности гидротехнических сооружений, ⁴Доктор геолого-минералогических наук, Карачаево-Черкесский государственный университет имени У.Д. Алиева

ЛАНДШАФТНО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОБОСНОВАНИЮ МОНИТОРИНГА РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ ГОРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Аннотация

В Северном Приэльбрусье Большого Кавказа субмеридиональная речная сеть рассекает субширотные горные хребты на отдельные сегменты. Такая геоморфология современного рельефа создает условия для чрезвычайно неравномерного распределения летних осадков. С целью выявления условий возникновения локальных ливневых паводков использован ландшафтно-гидрологический подход. Проведено сравнительное изучение речных бассейнов 1-4 порядка, расположенных в разных морфоструктурах. Такие факторы как геологическое строение, морфология русел и др. не влияют на формирование речного стока. Установлено, что наиболее благоприятны для выпадения ливневых осадков речные бассейны, приуроченные к северным наветренным склонам отдельных сегментов хребтов длиной 10 км и более. Локальные паводки возникали при высокой интенсивности ливней, значительно превышающей интенсивность дождя, вызвавшего региональный паводок в июне 2002 г. Потенциально паводковые бассейны следует в первую очередь оснастить автоматическими водомерными приборами.

Ключевые слова: горный рельеф, речные бассейны, ландшафтно-гидрологические исследования, мониторинг, сеть водомерных установок.

Kipkeeva P.A.¹, Volosuhin Ja.V.², Ivankova T.V.³, Potapenko Ju.Ja.⁴

¹ORCID: 0000-0002-7910-5926, PhD in Geography, Associate professor, Aliyev Karachay-Cherkessia State University, ²General Director, Institute of hydraulic structures safety, ³Research fellow,Institute of hydraulic structures safety, ⁴PhD in Geology and Mineralogy, Aliyev Karachay-Cherkessia State University

LANDSCAPE-HYDROLOGICAL APPROACH TO THE JUSTIFICATION OF MONITORING OF RIVER BASINS OF MOUNTAIN AREAS

Abstract

In the Northern Elbrus Greater Caucasus submeridional river network dissecting sublatitudinal ridges into separate segmenty. Such geomorphology modern topography creates conditions for an extremely uneven distribution of summer rainfall. For the identify the conditions of localized flash floods used landscape-hydrological approach. Comparative study of the river basins 1-4 orders are located in different morfostrukture. Such factors as geological structure, morphology and other channels do not affect the formation of river drain. It is established that are most favorable for heavy rainfall river basins, confined to the northern windward slopes of the individual segments ranges of 10 km in length and over. Local flooding occurred at high intensity rainfall, much higher than the intensity of the rain, caused by regional flooding in June 2002. Potentially flood pools should first stop the automatic water, measuring devices.

Keywords: mountainous terrain, river basins, landscape and hydrological researches, monitoring, network of water-measuring installations.

Введение

геоморфология кавказ ландшафтный речной

Ландшафтно-географическое обеспечение в СССР проводилось при разработке планов освоения крупных регионов (БАМ, Западная Сибирь) [9], в рамках особо охраняемых природных территорий (ООПТ) и административных районов [4], в границах речных бассейнов (бассейновая концепция). Существует много вариантов специализированных, целевых исследований, например, ландшафтно-гидрологическое изучение бассейнов с целью обоснования сети мониторинга и управления [8].

Цель проведенного исследования - выявление особенностей пространственного положения и структуры речных бассейнов горной зоны Северного Кавказа, влияющих на режим стока и возникновение ливневых паводков. Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи: 1) определить главные факторы формирования ливневого стока, 2) выявить внутрибассейновую геоморфологическую структуру, 3) предложить модель формирования локальных ливневых паводков.

Объекты и методы исследования

В основу работы легли результаты: 1) сравнительного анализа речных бассейнов, расположенных в разных морфоструктурах Северного Приэльбрусья; 2) многолетних наблюдений руслового режима р. Малый Ессентучек; 3) сравнительного изучения на опорных объектах последствий регионального катастрофического паводка 2002 года и ряда локальных ливневых паводков.

Результаты и их обсуждение

На Северном Кавказе расположены бассейны трех главных рек - Кубани, Кумы и Терека (табл. 1), включающие горные, предгорные и равнинные территории.

Таблица 1 _ Параметры главных рек Северного Кавказа

Равнины Предкавказья, расположенные между Азовским и Каспийским морями, относятся к степной зоне. Она интенсивно освоена, первичные фитоценозы замещены агроландшафтами. С запада на восток возрастает сухость климата и недостаток осадков компенсируется густой сетью каналов, вода в которые поступает из горных бассейнов Кубани и Терека.

Горная и предгорная территории Северного Кавказа имеют густую и сложно разветвленную эрозионную сеть. По отношению к геологическим структурам и горным хребтам речные русла разделяются на консеквентные и субсеквентные. Порядок русел и соответствующих им водосборов варьирует в пределах 1-6 [2], [3], [10]. Вследствие глубокого эрозионного вреза главных речных долин ландшафтная структура бассейнов в средне- и высокогорье характеризуется наличием высотной поясности, выраженной закономерной сменой первичной растительности. По этой причине подходы к оценке и управлению водными ресурсами гор [1], [3], [5-7]имеют существенные отличия от равнинных вариантов [8]. В горах ландшафтная составляющая бассейнов значительно сложнее, чем на равнине. В то же время не следует переоценивать роль отдельных компонентов ландшафта в формировании речного стока. Как показано [11], их роль заметно меняется в зависимости от используемой временной шкалы.

Паводки последних лет на территории Западного Кавказа (р. Адагум, районы Туапсе и Сочи) охарактеризованы достаточно подробно как в научных публикациях, так и в средствах массовой информацию. В данной статье мы ограничимся рассмотрением проблемы локальных ливневых паводков на территории Северного Приэльбрусья и Кавказских Минеральных Вод.

Поскольку ливни - кратковременное природное явление, вслед за [11], нами приняты стабильными состояния таких факторов водосборных бассейнов как: рельеф, геологическое строение, климат, морфология речной сети и склонов.

Верхняя Кубань с истоками Уллу-Кам и Учкулан и её крупные притоки в пределах Карачаево-Черкесской республики (КЧР) - типичные горные реки, большая часть которых берет начало из ледников и снежников. Сток рек имеет максимум в летний период, его хозяйственное использование незначительное, в основном для водоснабжения местного населения. Исключение составляют реки Маруха и Аксаут, на которых построены плотины с небольшими водохранилищами. Часть стока этих рек из водохранилищ по гидротехническим сооружениям сбрасывается в р. Кубань для Зеленчукской ГЭС. В долине р. Кубань близ г. Усть-Джегута с 1962 г. функционирует Усть-Джегутинский гидроузел, включающий плотину, водохранилище и головное сооружение Большого Ставропольского канала.

Катастрофический региональный паводок 2002 года был вызван дождем, продолжавшимся 20-21 июня, когда в течение 26 часов в ряде мест выпало более 150 мм осадков. Паводок принес большой материальный ущерб и выявил массу недочетов и нарушений в использовании ресурсов горных рек Северного Кавказа и рассматриваемой территории. Разрушение и затопление жилых объектов и инженерных сооружений наблюдались там, где человек сузил русло, вторгся на пойму и низкую надпойменную террасу, т.е. в природные составные части речных русел, которые обычно включаются в водоохранную зону. Так, в руслах истоков Кумы, Подкумка и Эшкакона (правый приток Подкумка) не зафиксировано существенных изменений после паводка 2002 года. Катастрофические последствия обнаруживаются сразу ниже плотины Эшкаконского водохранилища и в пределах первых поселков в долине Подкумка (Терезе и Учкекен). Далее зона разрушений мостов, размыва берегов и прибрежных построек прослеживалась по долине Подкумка через пос. Подкумок, Головка, Белый Уголь, город Ессентуки, пос. Скачки, город Пятигорск. Показательно, что сразу ниже Пятигорска, где сохранилась незастроенная пойма реки, никаких признаков катастрофы не наблюдалось - после прохождения паводка там сохранились не только деревья, но и травяной покров. Аналогичная ситуация зафиксирована и вдоль русла р. Бугунта (левый приток р. Подкумок). За пределами города Ессентуки русло и устье сохранили свою естественную допаводковую морфологию. В городской же черте, где речка зажата между заборами частных дворов, паводковый поток натворил много бед: разрушил мосты, затопил множество домов и улиц, на одной из них погиб офицер МЧС. При пересечении железной дороги из-за малого сечения водопропуска р. Бугунта размыла железнодорожную насыпь, прервав движение поездов на отрезке Ессентуки - Кисловодск.

Региональный паводок 2002 г. относится к весьма редким природным явлениям, но практически ежегодно в горах происходят паводки локального масштаба, вызываемые выпадением интенсивных летних ливней в пределах отдельных речных бассейнов.

На изученной территории расположены (с юга на север): высокогорные Главный и Передовой хребты, среднегорная Северо-Юрская депрессия, куэсты Скалистого и Пастбищного хребтов.

В качестве примеров приведем сведения о трех бассейнах, принадлежащих к хребтам, различающимся высотой и составом литогенной основы.

Бассейн р. Кол-Тебе, левого притока р. Кубань, расположен в двух морфоструктурах - его южная часть охватывает северный склон высокогорного Передового хребта с максимальной высотой гребня 3411 м, а северная часть - фрагмент морфоструктуры Северо-Юрской депрессии. Площадь водосбора 218 км², отметка устья 1040 м. До 70% площади бассейна покрывают лиственные и хвойные леса, выше расположены субальпийские и альпийские луга, используемые в качестве летних пастбищ. Летом 1978 г. водный поток р. Кол-Тебе, впадающий в р. Кубань под прямым углом, после интенсивного дождя на некоторое время буквально остановил течение р. Кубань. Произошло затопление автомобильной дороги Карачаевск-Учкулан.

Р. Корсунка является левым самым верхним притоком р. Подкумок. Её водосборный бассейн находится на северном склоне Скалистого хребта в пределах горно-лугового пояса. Площадь бассейна 61 км² , максимальная высота гребня хребта 2313 м, отметка устья 1250 м. Паводок (лето 1980 г.) вызвал подъем воды в устье на 2,5 м, вследствие чего был разрушен дом лесника, погибли два человека, а долине р. Подкумок был смыт пойменный лес на протяжении 2 км.

Р. Малый Ессентучек (правый приток р. Большой Ессентучек) вследствие малой водности следует относить к категории ручьев. Водосборный бассейн площадью 33 км²расположен на пологом северном склоне Боргустанского хребта (сегмент Пастбищного хребта) в зоне лесо-степной растительности. Помимо преобладающих естественных фитоценозов имеются лесопосадки и участок пашни площадью около 2 км². Максимальная отметка гребня хребта 1202,7 м, отметка устья ручья 670 м. Ливневый паводок июля 2011 г. привел в нижнем течении к подъему воды на 1.6 м (во время регионального катастрофического паводка 2002 г. максимальный подъем не превышал здесь 0,8 м). Судя по размерам сечения водного потока, водность ручья в паводок превысила межень в 300 раз. Ручей размыл насыпь асфальтированной автомобильной дороги, отрывал от дна русла и передвигал плиты известняков весом до 500 кг [1].

Анализ пространственного положения охарактеризованных паводковых бассейнов показал, что они расположены на северных наветренных склонах субширотных хребтов. Как указывалось выше, эти хребты разделены на отдельные сегменты крупными субмеридиональными долинами. Протяженность сегментов варьирует в пределах 10-30 км, в единичных случаях сужается до 2 км (например, сегмент Скалистого хребта между реками Подкумок и Эшкакон).

Во время выпадения локальных ливней Северный Кавказ не находился во власти крупных атмосферных фронтов, подобных июньскому 2002 года. Главную роль в формировании интенсивных осадков выполнял орографический фактор: там, где сегменты субширотных хребтов имели протяженность10 км и более, влажные массы воздуха поднимались вдоль северных склонов. При достижении уровня конденсации влаги образовывались типичные кучевые облака Cumulus и их разновидности Fractocumulus, Altocumulus castellatus и др. Дожди были локальными и кратковременными, но интенсивность их превышала интенсивность дождя 20-21 июня 2002г. в несколько раз.

Заключение

Главными факторами формирования локальных ливневых паводков в Приэльбрусье являются рельеф (орографический фактор) и активная атмосферная циркуляция влажных воздушных масс. Интенсивное выпадение осадков происходит там, где дождевые тучи встречают препятствие в виде наветренного склона хребта.

Горная территория Северного Кавказа, являющаяся «донором» водных ресурсов для предкавказских равнин, характеризуется чрезвычайно неравномерным распределением атмосферных осадков. В горных бассейнах необходимо создание сети автоматических стоковых, воднобалансовых и инфильтрационных установок. Они должны быть размещены в первую очередь в паводково-опасных бассейнах 2-4 порядка, расположенных на северных склонах субширотных хребтов.