ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ОБРАЗОВАНИЯ ЗАТОРНЫХ ЯВЛЕНИЙ НИЖНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р. ТОМИ
|
Аннотация 2
Введение 5
1. Физико-географическое описание бассейна реки Томи 9
1.1. Географическое положение и рельеф 9
1.2. Рельеф и геология 10
1.2.1. Геологическое строение участка р. Томи 10
1.2.2. Геоморфологическое строение участка р. Томи в нижнем течении 13
1.3. Климатический режим 19
1.4. Почвы и растительность 21
1.5. Гидрологическая сеть и изученность 21
1.6. Гидрологический режим 24
1.6.1. Режим уровней воды 26
1.6.2. Режим стока воды 27
1.6.3. Ледовый режим 29
1.7. Техногенные воздействия на район исследования 30
2. Состояние изученности проблемы 34
3. Исследование ледового режима и факторов формирования заторов р. Томи у г. 42
Томска
3.1. Особенности ледового режима р. Томи в период замерзания 43
3.1.1. Зашугованность и вторичный ледостав на реке Томи 45
3.1.2. Даты начала ледовых явлений и начала ледостава 50
3.1.3. Уровни начала ледовых явлений 51
3.2. Особенности ледового режима р. Томи в период ледостава 52
3.2.1. Уровни воды начала ледостава 54
3.2.2. Толщина льда 56
3.2.3. Сумма отрицательных температур воздуха 58
3.3. Особенности ледового режима р. Томи в период вскрытия 58
3.3.1. Суммы положительных температур периода вскрытия реки Томь у г. 60 Томска
3.3.2. Уровни воды в г. Новокузнецке перед вскрытием р. Томи у г. Томска 60
3.4. Комплекс основных заторообразующих факторов 61
Заключение 63
Список использованных источников и литературы 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема гидрометеорологической изученности 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Уровни воды во время вскрытия ото льда р. Томь у г. Томска, 70 сопровождавшиеся ледовыми заторами
ПРИЛОЖЕНИЕ В Дата начала ледовых явлений и начала ледостава р. Томи у г. 71 Томск - пристань ПРИЛОЖЕНИЕ Г Уровни воды начала ледовых явлений р. Томи у г. Томска- 72 пристань ПРИЛОЖЕНИЕ Д Уровни воды начала ледостава р. Томи у г. Томск - гидроствор 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Уровни воды начала ледостава р. Томи у г. Томск - пристань 74
ПРИЛОЖЕНИЕ И Максимальная толщина льда (йл) р. Томь, г. Томск 75 ПРИЛОЖЕНИЕ К Сумма отрицательных температур за период ледостава и его 76 продолжительность
ПРИЛОЖЕНИЕ Л Толщина льда, полученная эмпирическим путем 77
ПРИЛОЖЕНИЕ М Суммы положительных температур периода вскрытия реки Томь 78 у г. Томска
ПРИЛОЖЕНИЕ Н Уровни воды в г. Новокузнецке перед вскрытием р. Томи у г. 79 Томска
ПРИЛОЖЕНИЕ П Комплекс основных заторообразующих факторов 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Р Образование заторов в г. Томске в зависимости от комплекса 81 факторов
Введение 5
1. Физико-географическое описание бассейна реки Томи 9
1.1. Географическое положение и рельеф 9
1.2. Рельеф и геология 10
1.2.1. Геологическое строение участка р. Томи 10
1.2.2. Геоморфологическое строение участка р. Томи в нижнем течении 13
1.3. Климатический режим 19
1.4. Почвы и растительность 21
1.5. Гидрологическая сеть и изученность 21
1.6. Гидрологический режим 24
1.6.1. Режим уровней воды 26
1.6.2. Режим стока воды 27
1.6.3. Ледовый режим 29
1.7. Техногенные воздействия на район исследования 30
2. Состояние изученности проблемы 34
3. Исследование ледового режима и факторов формирования заторов р. Томи у г. 42
Томска
3.1. Особенности ледового режима р. Томи в период замерзания 43
3.1.1. Зашугованность и вторичный ледостав на реке Томи 45
3.1.2. Даты начала ледовых явлений и начала ледостава 50
3.1.3. Уровни начала ледовых явлений 51
3.2. Особенности ледового режима р. Томи в период ледостава 52
3.2.1. Уровни воды начала ледостава 54
3.2.2. Толщина льда 56
3.2.3. Сумма отрицательных температур воздуха 58
3.3. Особенности ледового режима р. Томи в период вскрытия 58
3.3.1. Суммы положительных температур периода вскрытия реки Томь у г. 60 Томска
3.3.2. Уровни воды в г. Новокузнецке перед вскрытием р. Томи у г. Томска 60
3.4. Комплекс основных заторообразующих факторов 61
Заключение 63
Список использованных источников и литературы 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема гидрометеорологической изученности 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Уровни воды во время вскрытия ото льда р. Томь у г. Томска, 70 сопровождавшиеся ледовыми заторами
ПРИЛОЖЕНИЕ В Дата начала ледовых явлений и начала ледостава р. Томи у г. 71 Томск - пристань ПРИЛОЖЕНИЕ Г Уровни воды начала ледовых явлений р. Томи у г. Томска- 72 пристань ПРИЛОЖЕНИЕ Д Уровни воды начала ледостава р. Томи у г. Томск - гидроствор 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Уровни воды начала ледостава р. Томи у г. Томск - пристань 74
ПРИЛОЖЕНИЕ И Максимальная толщина льда (йл) р. Томь, г. Томск 75 ПРИЛОЖЕНИЕ К Сумма отрицательных температур за период ледостава и его 76 продолжительность
ПРИЛОЖЕНИЕ Л Толщина льда, полученная эмпирическим путем 77
ПРИЛОЖЕНИЕ М Суммы положительных температур периода вскрытия реки Томь 78 у г. Томска
ПРИЛОЖЕНИЕ Н Уровни воды в г. Новокузнецке перед вскрытием р. Томи у г. 79 Томска
ПРИЛОЖЕНИЕ П Комплекс основных заторообразующих факторов 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Р Образование заторов в г. Томске в зависимости от комплекса 81 факторов
Формирование заторов в процессах замерзания и вскрытия водотоков - опасное природное явление, характерное для большинства рек России. Скопления льда в русле представляют серьезную опасность. Главным образом связано с наводнениями, которые они вызывают. Подъем уровня воды при заторе достигает 3 - 5 м, а иногда даже 10 м. Максимальные заторные уровни воды на Северной Двине, Енисее, Лене, Амуре, Томи и других реках превышают наивысшие уровни весенних половодий и дождевых паводков.
Актуальность работы: заторы льда на реках, текущих с юга на север это распространенное явление, и следовательно, присуще для реки Томи. Таяние снегов выпавших в течение зимы начинается, в первую очередь, в южных районах. Интенсивное таяние и стекание талых вод в речную сеть начинается после устойчивого перехода температуры воздуха выше 0°С. Талая вода перемещается вниз по течению (на север). Здесь лед еще не ослаблен воздействием положительных температур, которых в этих местах еще попросту не было. Чем больше поступает теплой воды, тем больше ледового покрова разрушается и скапливается в месте, где сил потока не хватает для разрушения. За счет поступления льда здесь забивается сечение потока, вызывая значительные подъемы уровня воды выше по течению. Часто из-за заторов льда и как следствия наводнений, страдает пониженная часть г. Томска (Черемошники, район площади Ленина, Московский тракт).
Частые наводнения на реках бассейна Томи причиняют большие разрушения и приносят огромный ущерб народному хозяйству и населению. Так же заторные наводнения особенно опасны тем, что сопровождаются выходом льда на берега, который разрушает расположенные в пределах зоны затопления сооружения. Формирование затора часто приводит также к существенному снижению расхода воды ниже скопления шуги. При этом в результате обсыхания оголовков водозаборных сооружений прекращается водоснабжение промышленных предприятий и населенных пунктов, что наносит тоже определенный ущерб хозяйству страны.
Процесс образования скопления льда пока не поддается эффективному управлению. Поэтому на территории Сибири важное значение приобретают вопросы расчета и прогноза заторного явления. Для решения этих вопросов необходимо хорошо знать механизм и причины его порождающие. Опасные заторы на р. Томи складываются из определенных заторообразующих факторов, которые входят в прогнозирование и методы борьбы с заторами льда.
Состояние проблемы: заторы стали изучаться в начале XX века. К настоящему времени накоплено много данных о причинах и условиях их образования. Вместе с тем, точность расчета и прогноза заторных уровней воды пока невысока, что объясняется сложностью исследования процесса, протекающего в условиях переменного водного, теплового и ледового режима реки. Существующие расчетные и прогностические решения не систематизированы. Многие различаются только по форме, а некоторые противоречат друг другу.
Цель диссертационной работы: решение актуальной с научной и практической точек зрения проблемы прогноза затора в нижнем течении реки Томи по его образующим гидрометеорологическим факторам.
При этом основные задачи работы сводились к следующему:
1. Собрать исходные гидрологические данные и на основе этой базы сформировать факторы формирования ледового режима р. Томь;
2. Обобщить и систематизировать накопленные знания в области гидрологии заторных явлений;
3. Ознакомиться с геоморфологическими особенностями строения русла;
4. Выделить участки русла с наиболее частым образованием заторов;
5. Выявить антропогенное воздействие на р. Томь в г. Томске, приводящее к образованию заторов;
6. Рассмотреть гидрометеорологические условия, как основной фактор формирования заторов на р. Томи;
7. Проанализировать изменение гидрометеорологических характеристик во времени и пространстве. Это такие характеристики, как интенсивность весеннего половодья, распределение толщины льда, прочность льда, уровенный и ледовый режим, предшествующие осеннему паводку и зимней межени;
8. Изучить условия и связи, предопределяющих развитие заторных явлений в процессе замерзания и вскрытия реки;
9. Построить комплекс графиков характеристик ледовых явлений и
метеорологических показателей, выявить пространственно-временные
закономерности процессов замерзания и вскрытия реки;
10. Оценить возможности прогноза характеристик ледового режима.
Объектом исследования является река Томь - река на юго-востоке Западной Сибири, является правым притоком реки Оби. Самая большая и полноводная река Кемеровской области.
Предмет исследования: гидрометеорологические факторы формирования затора, основные характеристики ледового режима реки Томи.
Методика исследования: при изучении сложных многофакторных природных процессов, какими является процесс заторообразования, возникает необходимость сведения всего разнообразия явления к немногим простым схемам, выявления общего и исключения деталей не имеющих существенного значения. Именно такой методический подход использован при решении задач поставленных в диссертации. Его особенность состояла в комплексности выполненных разработок, включавших рассмотрение факторов, под воздействием которых происходят процессы заторообразования. Диссертация опирается в основном на результаты и выводы исследований, выполненных ранее С.Н.Булатовым, В.А. Бузиным, Р.В.Донченко, И.Я.Лисером, Я.И.Марусенко, Р.А.Нежиховским, Л.Г. Шуляковским, С.А.Агафоновой, Н.Л.Фроловой и Д.А.Бураковым. Методика исследования была построена по принципу вероятностных графиков, которые представлены в Руководстве по гидрологическим прогнозам выпуск 4.
Исходные материалы: выполненные исследования проводились на основе данных наблюдений сети станций и постов Росгидромета, содержащихся в материалах Государственного водного кадастра, метеорологических ежемесячниках и климатических справочниках. Материалы наблюдения за температурой взятые с официального сайта Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - мировой центр данных из архивов Государственного фонда данных о состоянии природной среды по технологии Аисори (автоматизированная информационная система обработки режимной информации). К решению поставленных задач привлекались также результаты теоретических разработок, имеющихся в отечественной литературе, материалы экспедиционных исследований и данные моделирования заторов. Обработка проводилась с помощью программы Excel.
Практическая значимость работы: является решение важной для
гидрометеорологического обеспечения хозяйства страны проблемы прогноза опасных ледовых явлений, а именно заторов. Работа заключается в анализе современной гидрометеорологической информации об опасном гидрологическом процессе, оценке влияния климата на ледовый режим реки. Полученные графики могут быть использованы для характеристики ледового режима р. Томи. Собранные и проанализированные данные в дальнейшем могут пойти в прогноз максимальных заторных уровней.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 49 наименований и 13 приложений на 13 страницах. Работа изложена на 81 страницах текста, включает 25 рисунков и 6 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность кандидату географических наук, доценту кафедры гидрологии Вершинину Дмитрию Александровичу за руководство и помощь при выполнении данного исследования. Также, автор считает своим долгом выразить глубокую признательность сотрудникам кафедры гидрологии Томского государственного университета за ряд ценных замечаний в ходе выполнения работы.
Актуальность работы: заторы льда на реках, текущих с юга на север это распространенное явление, и следовательно, присуще для реки Томи. Таяние снегов выпавших в течение зимы начинается, в первую очередь, в южных районах. Интенсивное таяние и стекание талых вод в речную сеть начинается после устойчивого перехода температуры воздуха выше 0°С. Талая вода перемещается вниз по течению (на север). Здесь лед еще не ослаблен воздействием положительных температур, которых в этих местах еще попросту не было. Чем больше поступает теплой воды, тем больше ледового покрова разрушается и скапливается в месте, где сил потока не хватает для разрушения. За счет поступления льда здесь забивается сечение потока, вызывая значительные подъемы уровня воды выше по течению. Часто из-за заторов льда и как следствия наводнений, страдает пониженная часть г. Томска (Черемошники, район площади Ленина, Московский тракт).
Частые наводнения на реках бассейна Томи причиняют большие разрушения и приносят огромный ущерб народному хозяйству и населению. Так же заторные наводнения особенно опасны тем, что сопровождаются выходом льда на берега, который разрушает расположенные в пределах зоны затопления сооружения. Формирование затора часто приводит также к существенному снижению расхода воды ниже скопления шуги. При этом в результате обсыхания оголовков водозаборных сооружений прекращается водоснабжение промышленных предприятий и населенных пунктов, что наносит тоже определенный ущерб хозяйству страны.
Процесс образования скопления льда пока не поддается эффективному управлению. Поэтому на территории Сибири важное значение приобретают вопросы расчета и прогноза заторного явления. Для решения этих вопросов необходимо хорошо знать механизм и причины его порождающие. Опасные заторы на р. Томи складываются из определенных заторообразующих факторов, которые входят в прогнозирование и методы борьбы с заторами льда.
Состояние проблемы: заторы стали изучаться в начале XX века. К настоящему времени накоплено много данных о причинах и условиях их образования. Вместе с тем, точность расчета и прогноза заторных уровней воды пока невысока, что объясняется сложностью исследования процесса, протекающего в условиях переменного водного, теплового и ледового режима реки. Существующие расчетные и прогностические решения не систематизированы. Многие различаются только по форме, а некоторые противоречат друг другу.
Цель диссертационной работы: решение актуальной с научной и практической точек зрения проблемы прогноза затора в нижнем течении реки Томи по его образующим гидрометеорологическим факторам.
При этом основные задачи работы сводились к следующему:
1. Собрать исходные гидрологические данные и на основе этой базы сформировать факторы формирования ледового режима р. Томь;
2. Обобщить и систематизировать накопленные знания в области гидрологии заторных явлений;
3. Ознакомиться с геоморфологическими особенностями строения русла;
4. Выделить участки русла с наиболее частым образованием заторов;
5. Выявить антропогенное воздействие на р. Томь в г. Томске, приводящее к образованию заторов;
6. Рассмотреть гидрометеорологические условия, как основной фактор формирования заторов на р. Томи;
7. Проанализировать изменение гидрометеорологических характеристик во времени и пространстве. Это такие характеристики, как интенсивность весеннего половодья, распределение толщины льда, прочность льда, уровенный и ледовый режим, предшествующие осеннему паводку и зимней межени;
8. Изучить условия и связи, предопределяющих развитие заторных явлений в процессе замерзания и вскрытия реки;
9. Построить комплекс графиков характеристик ледовых явлений и
метеорологических показателей, выявить пространственно-временные
закономерности процессов замерзания и вскрытия реки;
10. Оценить возможности прогноза характеристик ледового режима.
Объектом исследования является река Томь - река на юго-востоке Западной Сибири, является правым притоком реки Оби. Самая большая и полноводная река Кемеровской области.
Предмет исследования: гидрометеорологические факторы формирования затора, основные характеристики ледового режима реки Томи.
Методика исследования: при изучении сложных многофакторных природных процессов, какими является процесс заторообразования, возникает необходимость сведения всего разнообразия явления к немногим простым схемам, выявления общего и исключения деталей не имеющих существенного значения. Именно такой методический подход использован при решении задач поставленных в диссертации. Его особенность состояла в комплексности выполненных разработок, включавших рассмотрение факторов, под воздействием которых происходят процессы заторообразования. Диссертация опирается в основном на результаты и выводы исследований, выполненных ранее С.Н.Булатовым, В.А. Бузиным, Р.В.Донченко, И.Я.Лисером, Я.И.Марусенко, Р.А.Нежиховским, Л.Г. Шуляковским, С.А.Агафоновой, Н.Л.Фроловой и Д.А.Бураковым. Методика исследования была построена по принципу вероятностных графиков, которые представлены в Руководстве по гидрологическим прогнозам выпуск 4.
Исходные материалы: выполненные исследования проводились на основе данных наблюдений сети станций и постов Росгидромета, содержащихся в материалах Государственного водного кадастра, метеорологических ежемесячниках и климатических справочниках. Материалы наблюдения за температурой взятые с официального сайта Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации - мировой центр данных из архивов Государственного фонда данных о состоянии природной среды по технологии Аисори (автоматизированная информационная система обработки режимной информации). К решению поставленных задач привлекались также результаты теоретических разработок, имеющихся в отечественной литературе, материалы экспедиционных исследований и данные моделирования заторов. Обработка проводилась с помощью программы Excel.
Практическая значимость работы: является решение важной для
гидрометеорологического обеспечения хозяйства страны проблемы прогноза опасных ледовых явлений, а именно заторов. Работа заключается в анализе современной гидрометеорологической информации об опасном гидрологическом процессе, оценке влияния климата на ледовый режим реки. Полученные графики могут быть использованы для характеристики ледового режима р. Томи. Собранные и проанализированные данные в дальнейшем могут пойти в прогноз максимальных заторных уровней.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 49 наименований и 13 приложений на 13 страницах. Работа изложена на 81 страницах текста, включает 25 рисунков и 6 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность кандидату географических наук, доценту кафедры гидрологии Вершинину Дмитрию Александровичу за руководство и помощь при выполнении данного исследования. Также, автор считает своим долгом выразить глубокую признательность сотрудникам кафедры гидрологии Томского государственного университета за ряд ценных замечаний в ходе выполнения работы.
Совокупность природных и техногенных условий, присущих району расположения г. Томска, определяет причины и масштабы существующих и потенциальных рисков для населения и хозяйства в условиях формирования заторов льда и экстремально высоких уровней воды р. Томь. При оптимальном сочетании гидрометеорологических условий, как это было, например, в 2010 г., необходимым фактором формирования заторов являются морфологические особенности русла и дна долины в целом. Максимальная аккумуляция льда и шуги происходит на участках с наименьшей пропускной способностью русла, обусловленной естественными и антропогенными условиями. В работе рассмотрены как естественные факторы, способствующие формированию заторов на Томи - перегибы продольного профиля, крутые излучины, сужения русла скальными выступами, разветвления, так и последствия антропогенных нарушений. Анализ факторов заторообразования на р. Томь у г. Томска в их многолетней динамике показал, что изменение и гидрометеорологических, и геоморфологических условий при возросшей роли антропогенных факторов привело к определённому обострению ситуации с заторными наводнениями в последние 15 лет по сравнению с предшествующим 40-летним периодом, хотя высота подъёма уровней воды в черте города не достигла отметок, характерных для заторов первой половины ХХ в.
Однако, в данной работе, гидрометеорологический фактор поставили на первое место по значимости, в отличие от морфологического и антропогенного. Так как морфологический фактор постоянен во времени и мало изменяется от года к году. Лишь значительное антропогенное вмешательство способно изменить влияние этих факторов или сместить в пространстве (по длине реки) очаги возникновения заторов.
В целом на основании проведенного исследования можно сделать предварительный вывод о том, что наиболее значимыми гидрометеорологическими факторами формирования ледовых заторов на реке Томи у г. Томска являются условия формирования ледового покрова осенью - высокие уровни воды при замерзании, в зимний период характерна сумма отрицательных температур воздуха, а в весенний сезон мощность первой волны половодья, при которой происходит вскрытие рек ото льда.
Когда осенью господствует сухая и холодная погода, ледяной покров устанавливается на низких уровнях, объем льда невелик, и при отсутствии подо льдом шуги заторы не формируются. В годы, когда сухая и морозная воздушная масса резко сменяется теплой и влажной, несущей обильный осадки в виде дождя и снега, начавшийся осенний ледоход прерывается. Шуга, сало и снежница забивают живое сечение и остаются подо льдом до
весны. Образующиеся зажоры вызывают подъем уровня воды ледостав устанавливается при средних и высоких уровнях воды. Поверхность льда при таком типе замерзания торосистая, вскрытие реки сопровождается заторами. В годы с теплой и влажной осенью ледостав устанавливается на высоких уровнях воды после неоднократного ледохода в поздние сроки. Большой объем льда и сформировавшиеся осенью зажоры предопределяют заторообразование в период весеннего вскрытия, а так же мощность первой волны половодья связывают все это в катастрофические наводнения.
Однако, в данной работе, гидрометеорологический фактор поставили на первое место по значимости, в отличие от морфологического и антропогенного. Так как морфологический фактор постоянен во времени и мало изменяется от года к году. Лишь значительное антропогенное вмешательство способно изменить влияние этих факторов или сместить в пространстве (по длине реки) очаги возникновения заторов.
В целом на основании проведенного исследования можно сделать предварительный вывод о том, что наиболее значимыми гидрометеорологическими факторами формирования ледовых заторов на реке Томи у г. Томска являются условия формирования ледового покрова осенью - высокие уровни воды при замерзании, в зимний период характерна сумма отрицательных температур воздуха, а в весенний сезон мощность первой волны половодья, при которой происходит вскрытие рек ото льда.
Когда осенью господствует сухая и холодная погода, ледяной покров устанавливается на низких уровнях, объем льда невелик, и при отсутствии подо льдом шуги заторы не формируются. В годы, когда сухая и морозная воздушная масса резко сменяется теплой и влажной, несущей обильный осадки в виде дождя и снега, начавшийся осенний ледоход прерывается. Шуга, сало и снежница забивают живое сечение и остаются подо льдом до
весны. Образующиеся зажоры вызывают подъем уровня воды ледостав устанавливается при средних и высоких уровнях воды. Поверхность льда при таком типе замерзания торосистая, вскрытие реки сопровождается заторами. В годы с теплой и влажной осенью ледостав устанавливается на высоких уровнях воды после неоднократного ледохода в поздние сроки. Большой объем льда и сформировавшиеся осенью зажоры предопределяют заторообразование в период весеннего вскрытия, а так же мощность первой волны половодья связывают все это в катастрофические наводнения.
Подобные работы
- Оценка оправдываемости прогнозов ледовых явлений
Бакалаврская работа, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4600 р. Год сдачи: 2024 - СВОЙСТВА УГОЛОВНОГО НАКАЗАНИЯ В СВЕТЕ ТЕОРИИ ПЕНАЛИЗАЦИИ
Диссертация , . Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2005 - СВОЙСТВА УГОЛОВНОГО НАКАЗАНИЯ В СВЕТЕ ТЕОРИИ ПЕНАЛИЗАЦИИ
Диссертация , . Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2005