Характер сибирских рек

В экспедиционный сезон 2023 года ученые Института географии им. Б.В. Сочавы СО РАН исследовали реки Иркут, Белая и Китой. Они провели мониторинг водных объектов, колебаний уровней воды в реках, температуры атмосферного воздуха и почв, атмосферных осадков, проследили динамику береговых деформаций в верхнем, среднем и нижнем течениях рек. Также изучили ландшафты и историю развития речных долин. Это позволит прогнозировать паводковую ситуацию на левобережных притоках Ангары, бассейны которых считаются одними из наиболее паводкоопасных в Иркутской области.

Опасность наводнений

В Иркутской области опасности затопления подвергаются более 220 населенных пунктов, в том числе города Тулун, Киренск, Нижнеудинск, Иркутск, Усть-Кут, Зима, Ангарск. Большинство из них – за исключением Киренска и Усть-Кута – расположены в бассейнах левых притоков Ангары. Там существует самая высокая опасность паводочных наводнений.

Институт географии им. Б.В. Сочавы СО РАН не первый год занимается изучением этой проблематики. Еще до катастрофического паводка 2019 года старший научный сотрудник лаборатории гидрологии и климатологии, кандидат географических наук Наталья Кичигина выпустила научную статью под названием «Опасность наводнений на реках Байкальского региона». Потом тема стала еще более актуальной.

В 2022–2023 годах институт реализовывал проект «Специфика формирования и факторы развития речных долин бассейнов левых притоков Ангары: современная морфодинамика и палеогеографические аспекты». В нем участвовали ученые нескольких лабораторий.

– Этот проект – продолжение наших предыдущих исследований в области флювиальной геоморфологии, это связано с деятельностью текучих вод. Начиная от таких малых эрозионных форм, как овраги, и заканчивая речными долинами разных порядков, от малых рек до больших, – пояснила руководитель проекта, заведующая лабораторией геоморфологии, кандидат географических наук Марина Опекунова. – Проект выполнялся тремя блоками. Первый – гидрологический, геоморфологический, где исследования были связаны со скоростями протекания экзогенных процессов и переформирования русловых форм. Также были палеографические исследования: по рыхлым отложениям мы восстанавливаем историю развития речных долин. А третий блок – ландшафтный. Динамика ландшафтов нам показывает, насколько динамично эти долины развиваются и чего нам вообще ждать от этого развития.

У каждой реки – своя специфика

В полевой сезон экспедиции побывали в бассейнах Иркута, Китоя и Белой. Работы велись от истока до устья рек. Несмотря на то что расположены они по соседству, характер водных объектов разный.

Иркут образуют две речки – Белый и Черный Иркут. В первом вода белесая, он течет со скальников, с Мунку-Сардыка. Второй действительно темнее из-за илистых отложений в истоке – озере Ильчир.

Китой рождается в горах, значительная его часть протекает по труднодоступной территории. В нижнем течении он пересекает Китойское расширение и тут уже начинает вести себя как равнинная широкопойменная река, но со своей спецификой. В этом месте русло в основном галечниковое, где присутствуют черты горной реки, хотя и течет здесь по равнине.

Белая, по словам ученых, вообще уникум, отличается высокой степенью георазнообразия. Берущая начало от Малой и Большой Белой, она несет свои воды то в узких, то в широких участках долины.

– На каждом элементе речной долины мы закладывали шурфы, вскрывали рыхлые отложения, бурили до определенной глубины, – продолжает Марина Опекунова. – Получается колонка отложений, по которой можно восстановить историю развития рельефа: когда были периоды стабилизации или поверхность размывалась. С помощью радиоуглеродного анализа мы можем восстановить периодичность и ритмику осадконакопления в речных долинах. Это очень важный аспект, потому что, зная ритмику осадконакопления предыдущих эпох, мы с определенной долей вероятности должны прийти к прогностическим функциям. Получая скорость добегания паводковой волны, мы можем их коррелировать со скоростями рельефообразования, выходить на прогнозы, экстраполировать эти данные на другие территории.

Детальное изучение ландшафтов Китоя показало его усложнение от истока к устью. На основе этих данных ученые рассчитали показатели устойчивости отдельных участков к воздействию потока.

В рамках детальных палеогеографических исследований долины Белой они сделали вывод, что в формировании ее пойм главную роль сыграл не тектонический, а климатический фактор.

Мониторинг рек совершенствуется

Наталья Кичигина тоже участвовала в экспедиции, проводила мониторинговые исследования, устанавливала приборные комплексы, которые позволяют в автоматическом режиме отслеживать параметры речного стока – уровень, минерализацию, температуру воды и пр.

Созданием сети автоматического мониторинга характеристик речного стока и атмосферных осадков институт занимается с 2013 года. А благодаря этому проекту Российского научного фонда сеть существенно расширили. Оборудование для нее – это отечественная разработка, его изготовили в Томске, в Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН. Оно уже хорошо зарекомендовало себя в предыдущих исследованиях.

– Мы пользуемся и данными Росгидромета, за что безмерно им благодарны, но метеостанции и гидропосты расположены, как правило, в средних местах водосбора. А речной сток формируется в горной части, где мониторинговой сети очень немного. Мы свои системы устанавливали как можно выше в горах, в частности, приборы, которые дают данные об атмосферных осадках. Это позволяет получить более детальную характеристику осадков, которые могут сформировать паводки на реках. Дождевые паводки, сформированные в горных районах, обладают особенно большой опасностью из-за высокой скорости их формирования, а также сложности прогнозирования осадков в горах, – говорит Наталья Кичигина.

Сейчас на водосборах функционирует 21 система мониторинга. Большинство из них передают данные измерений в непрерывном режиме по каналу GSM. Измерения уровней осадков производятся с периодичностью один раз в час, уровня воды – один раз в 15/30 минут. Такие частые измерения важны для прогнозирования наводнений, ведь в небольших водосборах пиковые значения уровня воды могут длиться и 15 минут, а раньше мониторинг просто не мог их зафиксировать.

– Мы получили некоторые результаты синхронности прохождения паводков на разных реках, – уточнила Наталья Кичигина. – Есть данные о том, спустя какое время после выпадения сильных осадков в водосборах рек происходит повышение уровня воды. Мы выделили шесть периодов водности рек и на основе космических снимков определили, насколько устойчивы реки к прохождению паводков. Оказалось, довольно устойчивы.

Ученые приводят в пример Китай. Там, на Лессовом плато породы неустойчивые и берега рек могут смещаться до 200 метров. Но и нам расслабляться не нужно. За последние 50 лет катастрофические наводнения и паводки на левобережных притоках Ангары случались пять раз. Поэтому важно не застраивать потенциально опасные территории бассейнов. Например, исследователей беспокоит, что в Баклашах засыпают протоки Иркута.