Сток взвешенных наносов и оценка эрозионной деятельности рек Казахстанской части Алтая

Тип работы: Диссертация
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 74 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени аль-Фараби

Географический факультет

Кафедра гидрологии суши

магистерская диссертация

Сток взвешенных наносов и оценка эрозионной деятельности рек Казахстанской части Алтая

Исполнитель:

магистрант 2 курса М. М. Азнабакиева

Научный руководитель,

ст. преп., к. г. н. Л. Ю. Чигринец

Нормоконтролер, А. Г. Чигринец

к. г. н.

Допущена к защите

зав. кафедрой Р. Г. Абдрахимов

Алматы, 2010

Резюме

Магистерская диссертация содержит 95 страниц компьютерного текста, 33 иллюстраций, 11 таблиц, список использованных источников, состоящий из 21 наименований и 23 рисунка приведены в приложении.

Ключевые слова : водные ресурсы, расход воды, расход взвешенных наносов, расход влекомых наносов, сток растворенных веществ, норма годового стока, коэффициент вариации, кривая обеспеченности, статистические характеристики, разностная интегральная кривая, гранулометрический состав наносов, суммарная эрозия, поверхностный смыв, денудационный метр.

Объект исследования : реки Казахстанской части Горного Алтая.

Цель работы : выявление основных факторов и закономерностей формирования стока воды, стока и гранулометрического состава наносов и мутности воды рек Казахстанской части Алтая, а также расчет их основных характеристик. Оценка эрозионной деятельности рек в исследуемых створах с использованием данных о твердом стоке.

Исходная информация:

В работе использованы материалы многолетних стационарных наблюдений на сети «Казгидромет», научные отчеты, и литературные источники.

Методика исследований:

Основана на географо-гидрологическом методе, методах интерполяции и экстраполяции, гидрологической аналогии, математической статистики и др.

Научная новизна:

-зависимости и формулы для расчета различных характеристик твердого стока неизученных рек;

-выявленные закономерности пространственно-временного изменения и многолетних колебаний стока наносов, воды и мутности рек;

-уточненные статистические характеристики стока воды, наносов и мутности воды рек, а также полученные значения этих величин для ряда ранее неизученных рек;

- выявленные закономерности пространственно-временных изменений гранулометрического состава наносов и донных отложений;

-количественная оценка эрозионной деятельности рек на основе данных о стоке взвешенных и влекомых наносов и стоке растворенных веществ.

Практическая значимость:

Результаты работы могут быть использованы при проектировании гидротехнических сооружений, в гидрологических, гидроэкологических и водохозяйственных расчетах, а также при определении мутности воды, стока, гранулометрического состава наносов и оценки интенсивности поверхностного смыва неизученных горных рек.

TҮЙІНДЕМЕ

Магистерлік диссертация 95 бет, компьютерлік мәтіннен, 33 суреттен, 11 сүлбеден, ал қолданылған әдебиеттер 21 аттан тұрады, қосымшада 23 сурет келтірілген.

Нақты сөздер : су ресурстары, су шығыны, қоқысиар шығыны, қосылған қоқыстар шығыны, еріген заттардың ағыны, жылдық ағынның нормасы, тербеліс коэффициенті, қамтамасыз ету қисығы, статикалық мәлімдеме, бірдей интегралдық қисық, қоқыстың грануметриялық құрамы, мүзілу жиынтығы, беттін жуып кету, денудациондық метр.

Зерттеу объектісі : Алтай тауларының Қазақстан бөлігіндегі өзендер.

Жұмыстың мақсаты : Алтай тауларының Қазақстан бөлігіндегі өзен суларының мөлдірездігі және олардың қоқыстарының гранулометриялық құрамы және ағыны, сонымен қатар су ағындарының қалыптасуының негізгі факторлары және заңдылықтарын анықтау және оныңсипатталарымына есептеулер жүргізу.

Шыққан бағдарламалар : жұмыста « Қазгидромет» қорабында көп жылдар бойы тұрақты түрде жүргізілген материалдар сонымен қатар ғылымиәдебиеттер көзі қолданылды.

Зерттеу әдістемесі : географиялық-гидрологиялық әдістемеге, интерполяция және экстрополяция әдістемесіне, гидрологиялық аналогтарға және математикалық статистика әдістемелеріне негізделген.

Ғылыми жетістіктері :

зертелінбеген өзендердің қатты ағындарының әр түрлі сипаттамаларына арналған формулалар және байланыстар;
уақыт - кеңістік өзгерістерінің заңдылықтарын және көп жылдық қоқыстар ағынының тербелісін, су және өзеннің лайлығын анықтау;
түбіндегі шогінділер және уақыт-кеңістік бойынша қоқыстық гранулометриялық құрамының өзгеру заңдылықтарын анықтау;
су ағынының стсистикалық сипаттамасын, қоқыстар және судың лайлығын делелдеу, соныменбұл алынған шамаларды ертеректе зерттелінбеген өзендер үшін қолдану.
Негізгі деректербойынша, қоқыстар ағындарының асуы және еріген заттар ағыны туралы өзендер қызметеінің тозу, шамасын бағалау.

Практикалық маңыздылығы : Бұл жұмыстың нәтижесі гидротехникалық құрылыстарды жобалау негізінде, гидрологиялық, гидроэкологиялық және су шаруашылығы есептерін жүргізген кезде қолданылуы мүмкін, сонымен қатар, судың түнықсыздығын, зерттеленбеген тау өзендерінің ағынын және гранулометриялық құрамын анықтау үшінде пайдаланылады.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ5

1 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА НАНОСОВ РЕК КАЗАХСТАНСКОЙ ЧАСТИ ГОРНОГО АЛТАЯ7

1. 1 Рельеф7

1. 2 Геологическое строение10

1. 3 Климат12

1. 4 Почвы17

1. 5 Растительность18

1. 6 Гидрография18

1. 7 Селевые потоки как фактор формирования твердого стока21

1. 8 Хозяйственное использование водных ресурсов Восточного Казахстана23

2 ИЗУЧЕННОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМА ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО СТОКА РЕК рассматриваемой территории27

2. 1 Изученность жидкого и твёрдого стока27

2. 2 Режим твёрдого стока рек Казахстанской части Горного Алтая31

3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК стока воды, стока и гранулометрического состава наносов45

3. 1 Средний многолетний сток взвешенных наносов, мутность воды и их изменчивость45

3. 2 Гранулометрический состав наносов71

4 ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ О ТВЕРДОМ СТОКЕ84

4. 1 Сток взвешенных, влекомых наносов и механическая эрозия84

4. 2 Ионный сток и химическая эрозия84

4. 3 Суммарная эрозия85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ93

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ94

ПРИЛОЖЕНИЯ96

ПРИЛОЖЕНИЕ А97

ПРИЛОЖЕНИЕ Б102

ПРИЛОЖЕНИЕ В117

ВВЕДЕНИЕ

Реки Казахстанской части Горного Алтая имеют большое народнохозяйственное значение, что обусловлено их многоводностью, а также соседством с крупными промышленными районами. Все они относятся к бассейну Верхнего Ертиса - одной из главных водных артерий Казахстана, активно используются для орошения, промышленного и коммунально-бытового водоснабжения, лесосплава и судоходства. По запасам гидроэнергетических ресурсов рассматриваемая территория относится к богатейшим областям СНГ, и эти ресурсы интенсивно осваиваются. На реке Ертис построены и действуют крупнейшие гидроэлектростанции Казахстана: Буктырминская, Усть-Каменогорская и Шульбинская. Высокий уровень использования водных ресурсов р. Ертис привел к значительному снижению качества воды и ухудшению экологического состояния реки.

Для активного освоения водных ресурсов Казахстанской части Алтая необходимо всестороннее изучение гидрологического режима рек, в том числе и одной из их важнейших гидрологических характеристик - твёрдого стока. Сведения о твёрдом стоке имеют большую научную и практическую ценность, используются при проектировании гидротехнических сооружений и проведении водохозяйственных и противоэрозионных мероприятий, для расчёта заиления водохранилищ и прудов, оценки качества воды и др. целей. В данной работе твёрдый сток рассмотрен как показатель развития эрозионных процессов на водосборе и интенсивности поверхностного смыва. Он позволяет количественно оценить размах этих процессов. По мнению многих ученых, метод оценки интенсивности эрозии по величинам твердого стока рек и его отдельных составляющих является наиболее объективным и точным в сравнении с другими методами /1, 2, 3 и др. /.

Основная цель работы заключается в общей оценке эрозионной деятельности рек Казахстанской части Алтая, а главное - в выявлении закономерностей формирования, особенностей режима, уточнении основных характеристик стока взвешенных наносов, как наиболее изученной составляющей водной эрозии. Актуальность данных исследований очевидна в связи с отсутствием новых обобщающих работ по стоку наносов этих рек, так как изучению характеристик твёрдого стока в рассматриваемом районе в последние десятилетия уделялось недостаточно внимания.

Количество работ по исследованию стока взвешенных наносов рек бассейна Верхнего Ертиса весьма ограничено. Наиболее существенные сведения по этому вопросу содержатся у Г. И. Шамова /4/ и Г. В. Лопатина /5/. Однако полученные ими результаты дают лишь общее представление о мутности воды и внутригодовом распределении стока наносов, так как были использованы ограниченные к тому времени материалы наблюдений. Карта модуля стока наносов рек Верхнего Ертиса, составленная Л. С. Нурмагамбетовой (1965 г. ), также содержит ряд неточностей по той же причине. В трудах Складчиковой Г. Н. /6, 7/ обобщены сведения о стоке наносов лишь по 1965 год. Очевидно, что эти данные требуют дополнения и уточнения, что и сделано в данной работе.

В работе рассмотрен твёрдый сток как показатель развития эрозионных процессов на водосборе. Дана оценка эрозионной деятельности горных рек Казахстанской части Алтая. Рассчитан суммарный смыв с их бассейнов на основе его трех главных составляющих - стока взвешенных, влекомых наносов и стока растворенных веществ, получены данные о скорости эрозии и денудационном метре.

1 ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА НАНОСОВ РЕК КАЗАХСТАНСКОЙ ЧАСТИ ГОРНОГО АЛТАЯ

Территория Казахстанской части Горного Алтая охватывает Восточно-Казахстанскую и большую часть Семипалатинской области. Значительная протяженность территории, ее орографическая и климатическая неоднородность обусловили большое разнообразие природных условий. На исследуемой территории изменение природных условий подчинено вертикальной поясности. В данной главе характеризуются наносоопределяющие факторы: рельеф, геологическое строение, почвы, растительность, климат, водный режим и хозяйственное освоение рек.

1. 1 Рельеф

Казахстанская часть Горного Алтая имеет преимущественно горный рельеф с большим разнообразием форм поверхности и весьма сложным орографическим строением.

В орографическом отношении рассматриваемая территория представляет складчато-глыбовую горную область с абсолютными высотами от 200 до 4500 м. Для правобережья Ертиса характерно общее повышение хребтов и дна долин с северо-запада на восток и юго-восток - к главным горным узлам Алтая, а для западной, левобережной части р. Ертиса - постепенное увеличение высоты местности от холмисто-грядового мелкосопочника и низкогорий Казахской складчатой страны на севере и западе до среднегорного и высокогорного рельефа на юге. Другой характерной особенностью орографии Алтая и восточной окраины Казахской складчатой страны является господство горных хребтов западного и северо-западного простираний.

В западной части рассматриваемой территории (левобережная часть
р. Ертис) принято выделять пять геоморфологических районов: мелкосопочный район Казахской складчатой страны, хребет Чингиз-Тау, Саур-Тарбагатай, Зайсанская котловина, равнинное ПриЕртисье, Кальбинский хребет.

Мелкосопочный район находится в северо-западной части рассматриваемой территории. Поверхность Центрально-Казахстанского мелкосопочника сформировалась под воздействием процессов выветривания древних горных хребтов до стадии равнины с останцевыми горами и сопками. Невысокие (500-600 м абс. ) сопки (холмы), часто сгруппированные в гряды, чередуются с изолированными низкогорными поднятиями и с обширными долинами /8/.

На северо-востоке мелкосопочник плавно переходит в ПриЕртисскую равнину, а на юго-западе окаймляется низкогорным хребтом Чингиз- Тау.

Хребет Чингиз-Тау представляет собой складчато-горстовое поднятие Казахской складчатой страны. Он простирается с северо-запада на юго-восток более чем на 200 км и возвышается над окружающей местностью на 500-600 м (абс. высоты до 1150 м) . Строение хребта асимметричное - северо-восточные склоны его сильно расчленены и круты, а юго-западные состоят из трех полого падающих ступеней. К северу от Чингиз-Тау отходит параллельный ему хребет Канчингиз, а к югу - Акшатау (1300 м) . В целом для хребта Чингиз-Тау характерно чередование невысоких линейно-направленных гор и сопок, разделенных широкими долинами. На юго-востоке Чингиз-Тау полосой мелкосопочника соединяется с хребтом Тарбагатай.

Хребет Саур - Тарбагатай простирается почти в широтном направлении на крайнем юге рассматриваемой территории и входит в нее только северными склонами. Этот среднегорный массив обширной Чиликтинской долиной (1000 - 1400 м) разделяется на хребты Тарбагатай и Саур. Преобладающие высоты монолитного хребта Тарбагатай 2000 - 2500 м и только в центральной части высота его возрастает до 3000 м.

Высшей точкой хребта Саур является гора Мустау (3816 м), находящаяся в его восточной части. В центре высоты составляют
2200 - 3000 м, а к западу уменьшаются до 1800 - 2000 м. На северо - западе от Саура долиной р. Уйдене отделяется низкогорный хр. Манрак. Водораздельная линия хр. Манрак возвышается над прилегающей к нему с севера Зайсанской котловиной на 1500 - 1800 м /8/.

Кальбинский хребет является левобережным продолжением горных массивов Алтая. На востоке он кулисообразно заходит за Нарымский хребет, обусловливая этим глубокий изгиб долины Ертиса. Далее хребет простирается в широтном направлении до долины р. Чар, где отклоняется к северо-западу и заканчивается серией гряд в 40 - 60 км от Ертиса.

Восточная часть хребта (район Каиндинского бора) наиболее высока
(г. Сары-Шоку, 1958 м) и имеет горный рельеф с сильно расчлененными, часто скалистыми склонами, круто спускающимися к Ертису. Характерным элементом рельефа являются отдельные, резко выдающиеся скалистые массивы, сложенные гранитами (горы Кок - Тау, Кара - Барга и др. ) . К западу хребет понижается до 800 - 1200 м, постепенно приобретая характер мелкосопочника. Южный склон хребта короче и круче северного и имеет более резкие очертания; многочисленные реки образуют глубокие ущелья со скалистыми бортами.

К востоку и югу от Кальбы расположены многочисленные горные цепи Алтая.

Горы Алтая образовались в результате поднятия, разломов и неравномерного вертикального перемещения отдельных блоков древнего пенеплена складчатого палеозойского основания. По характеру рельефа и совокупности других природных особенностей на территории Алтая четко выделяется пять типов геоморфологических ландшафтов:

1) высокогорный альпийский ландшафт с преобладающим развитием форм ледникового рельефа;

2) древний пенеплен или древние поверхности выравнивания,

3) среднегорный эрозионный рельеф;

4) низкогорный эрозионный рельеф;

5) межгорные впадины и предгорья с преобладанием аккумулятивных форм рельефа.

Для первого типа, распространенного в высокогорных районах, свойственна наибольшая расчлененность рельефа. Низкогорный рельеф характерен и предгорьям. В связи с понижением абсолютных высот с юго-востока к северо-западу на Алтае наблюдается довольно четкая смена преобладающих форм рельефа и других природных особенностей, по совокупности которых территория Алтая делится на пять географических районов.

Северный Алтай охватывает северные предгорья Алтая, низкогорья, систему хребтов северо-западного Алтая. Для Северного Алтая характерно сочетание сравнительно невысоких горных хребтов, расходящихся веером с юга на север и северо-восток в восточной части и на северо-запад - в западной, и находящихся между ними речных долин.

Характерной особенностью рельефа среднегорий Северного Алтая является наличие округлых и плоских вершин со скалистой или покрытой щебенкой поверхностью и многочисленными карами, хорошо развитыми долинами рек, ограниченными склонами различной крутизны и узкими гребнями водоразделов. Благодаря небольшой высоте основных хребтов ледниковые формы рельефа почти не выражены.

Низкогорные предгорья Северного Алтая представляют переход от предгорных равнин к горам. Рельеф предгорий (350 - 500 м)
увалисто-холмистый со значительными уклонами и сильно расчленен сетью долин и балок. Примыкающая к низкогорному предгорью в виде неширокой полосы равнина характеризуется небольшими высотами (200 - 350 м абс. ), слабоволнистой поверхностью, слегка наклоненной к северу /8/.

Юго - Восточный Алтай включает хребты Табын-Богдо-Ола, Сайлюгем, Курайский, Айгулакский, часть хребтов Чихачёва и Шапшальского, разделяющих Алтай и Саяны, Чулышманское нагорье, высокогорные котловины («степи») Чуйскую и Курайскую. Массив Табын-Богдо-Ола (4356 м), расположенный в широтном направлении, является горным узлом, от которого в северо-восточном направлении отходит хребет Сайлюгем, входящий в рассматриваемую территорию северными склонами. От хребта Сайлюгем почти в меридианальном направлении отходят хребты Чихачёва и Шашпальский, которые входят в рассматриваемую территорию западными склонами. В северо-восточном направлении от хребта Чихачёва расположены хребты Курайский и Айгулакский. Вся юго-восточная часть Алтая представляет собой наиболее высокогорную область Алтайской горной системы. Высоты изменяются от 1000 до 4000 м.

Рельеф в пределах межгорных котловин усложняется русловыми и долинными отложениями притоков, выходящих из гор в долину главной реки. Частично такие горные речки используются для орошения и сеть разводящих каналов переплетается с естественными рукавами, образуя довольно беспорядочное сочетание прирусловых валов, галечных островов и отложений реки.

Образование бугристого микрорельефа в котловинах и долинах рек происходит под влиянием сезонной и многолетней мерзлоты грунта и наледей. Крупные бугры-курганы своим появлением обязаны человеку. Чуйская котловина имеет форму овала длиной около 70 км и шириной 35 км. Своеобразный «залив» образует северная часть котловины, известная под названием Сайлюгемская степь, расположенная на высоте 1750 - 2000м. Ниже по течению р. Чуй на высоте 1500 - 1600 м располагается меньшая по размеру Курайская степь.

Плоскогорье Укок, расположенное на высотах 2300 - 2500 м, со всех сторон замкнуто горными хребтами высотой более 3000 м. Поверхность плоскогорья неровная, с преобладанием мелкохолмистого рельефа, возникшего в результате отложения материала основной морены на месте бывшего здесь ледника. Беспорядочно расположенные холмы и гряды чередуются с замкнутыми и полузамкнутыми озерными понижениями.

Южный Алтай является областью интенсивного поднятия и тектонических разломов в третичный период, когда, в частности, образовался гигантский грабен, вмещающий ныне долины рек Нарым и верхнюю часть Буктырма и представляющий морфологическую границу Западного и Южного Алтая.

Горы понижаются к юго-западу и заканчиваются резким уступом в
30 - 40 км от Черного Ертиса. Хребты Сарымсакты, Тарбагатай, Нарымский входят в рассматриваемую территорию южными склонами. Основой современного рельефа Южного Алтая явилось неравномерное глыбовое поднятие по разломам широтного простирания, что обусловило массивную форму хребтов с уплощенными гребнями, крутыми, слабо расчлененными, ступенчатыми северными склонами и более пологими южными. В наиболее высоких массивах над уплощенными хребтами возвышаются узкие скалистые гребни и пики, сильно изрезанные и выщербленные многочисленными карами.

1. 2 Геологическое строение

Рассматриваемая территория имеет сложное геологическое строение. Горные породы, слагающие хребты Алтая, Тарбагатая и низкогорий Казахского мелкосопочника, разнообразны по возрасту, литологическому составу. Наиболее характерной структурной особенностью является преобладающая северо-западная ориентировка осей складок и разломов.

Казахский мелкосопочник - это сильно разрушенная и сглаженная горная страна.

В восточной части, расположенной на рассматриваемой территории, сложен преимущественно древними геологическими образованиями. Особенно широко распространены отложения палеозоя (главным образом силура, девона и карбона), представленные кварцитами, известняками, песчаниками и сланцами. Докембрийские породы, слагающие низкогорные поднятия, представлены метаморфизованными осадочными породами, эффузивами и интрузиями гранитов и гранодиоритов. Древние породы на склонах низкогорных поднятий и холмов мелкосопочника прикрыты четвертичными (делювиальными) отложениями (суглинки, супеси) . Аллювиальные накопления речных долин представлены галечниками, песчано-глинистыми образованиями, а озерные отложения - илами, песком, суглинками.

Чингиз-Тау в центральной части сложен наиболее древними допалеозойскими и кембрийскими породами (граниты, тонкослоистые глинистые песчаные известняки, конгломераты), которые у подножья гор сменяются более молодыми отложениями ордовика, силура, девона (кварциты, туфы, глинисто-известковые сланцы) . Разновозрастный комплекс пород на пологих склонах гор и в межгорных понижениях покрыт маломощным чехлом четвертичных отложений (песчаноглинистые образования, галечники) .

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.