Новые результаты моделирования гидравлических характеристик дилювиальных потоков из позднечетвертичного Чуйско-Курайского ледниково-подпрудного озера
p align="left">Для расчета неустановившегося движения потока требуется задать граничные и начальные условия. Граничные условия задаются на концах расчетного участка и, при необходимости, внутри него (внутренние граничные условия). В качестве начальных условий предварительно по схеме установившегося движения в программе HEC-RAS вычисляются расходы и уровни воды во всех заданных поперечных сечениях потока перед образованием паводка. При этом все поперечные сечения потока на расчетном участке должны быть заполнены водой.Авторами разработана модель участка длиной 235 км, включающего Чуйскую, Курайскую котловины и долину р. Чуя. В качестве топографической основы использовалась цифровая модель современного рельефа указанных котловин и долины Чуи до ее впадения в Катунь в форме SRTM-матриц, полученных с космического корабля (http://srtm.csi.cgiar.org). Эти данные позволяют адекватно представить долину Чуи с поймой, но собственно современное русло реки почти не прослеживается. Для создания исходного файла геометрии потока для HEC-RAS 4.0 использовалась программа ГИС ArcView 3.2а и специализированное приложение к ней - HEC-GeoRAS 4.0 [32].
Геометрия потока моделируется путем задания его центральной линии и поперечных сечений с расстояниями между ними. В поперечных сечениях, перпендикулярных центральной линии, задаются границы «мертвых» зон, обычно приуроченных к устьям долин впадающих в главную долину притоков, где скорости основного транзитного течения близки к нулю. Геометрия озерных котловин выше подпруживавшей их дамбы также моделируется посредством задания их поперечных сечений, чтобы расчет неустановившегося движения выполнялся как в пределах самой системы озер, так и в потоке ниже запруды, что точнее имитирует процесс опорожнения озер. Всего по причине сложного рельефа местности потребовалось задание 429 поперечных сечений. Для каждого поперечного сечения коэффициенты шероховатости Маннинга n приняты равными 0,04.
После задания геометрии потока по схеме установившегося движения воды выполняется расчет начальных условий, непосредственно предшествующих моменту возникновения прорывного паводка. Расчет производился для докритического (спокойного) режима движения воды, поэтому граничные условия заданы только для нижнего створа расчетного участка - в виде нормальной глубины при уклоне на нижнем участке Чуи. Постоянный расход во входном створе и на всем протяжении расчетного участка принят равным 5·104 м3/с, чтобы обеспечить «заводнение» долины потоком на всем ее протяжении перед тем, как перейти собственно к расчету распространения паводочной волны. Такую величину расхода можно считать допустимой, так как расходы воды в период прорывного паводка значительно превышают ее более чем на порядок. При вычислении гидравлических характеристик потока при установившемся режиме дополнительно выполнена интерполяция между заданными поперечными сечениями с шагом 200 м.
Исходя из предположения, что ледниковая запруда находилась на р. Чуя в районе с. Акташ, плотина, высотой 2200 м, «установлена» на расстоянии 112 км вверх по течению от устья Чуи (рис. 1). Наиболее неопределенными во всем процессе исследования являются характеристики прорыва дамбы: способ разрушения (в результате перелива воды через гребень или фильтрации по трещинам в теле плотины), форма и размеры прорана, необходимый для его образования период времени, уровень воды в подпрудном озере выше плотины и др. Значения параметров разрушения дамбы наиболее существенно влияют на гидрограф стока ниже дамбы. Однако вниз по течению различия между разными вариантами сглаживаются. На уровни воды заметно влияют также задаваемые значения коэффициентов шероховатости ложа потока. В результате возможна имитация весьма многочисленных вариантов возникновения и распространения прорывного паводка. Авторами имитировался ряд разных вариантов и сценариев прорыва, реалистичность которых оценивалась, исходя из соответствия рассчитанных уровней воды на приустьевом участке р. Чуя меткам высоких вод, опубликованным в [23].
Рис. 1. Трехмерное изображение моделируемого участка в программе HEC-RAS перед разрушением дамбы
В качестве одного из наиболее приемлемых вариантов оказалось разрушение плотины в течение 2 часов в результате фильтрации воды по трещинам в теле плотины при начальном уровне воды в озере 2040 м. Максимальные уровни воды на расстоянии 10 км выше по течению от устья Чуи были приняты около 1100 м, что согласуется с положением меток высоких вод. Предельная отметка разрушения дамбы принята равной 1600 м, что примерно на 200 м превышает современные средние отметки дна долины на отрезке блокирования стока.
Согласно расчетам, наблюдается постепенное распластывание паводочной волны вниз по течению со снижением максимальных расходов от 3,5·106 у плотины до 2,5·106 м3/с (рис. 2). Дилювиальный поток прошел по расчетному участку реки приблизительно за 3 суток. При этом произошло практически полное опорожнение озер, динамика которого также хорошо прослеживается по результатам моделирования. Изменение продольного профиля водной поверхности в процессе опорожнения Чуйской и Курайской депрессий хорошо видно на рис. 3, 4 - максимальный подъем уровня воды практически на всем участке р. Чуя ниже плотины достигается примерно через 5 - 6 часов после начала ее разрушения.
Рис. 2. Рассчитанные расходы (пунктирная линия) и уровни воды (сплошная линия) во время паводка на р. Чуя на расстоянии соответственно 10, 50 и 100 км ниже места прорыва
Рис. 3. Рассчитанные профили водной поверхности на участке моделирования через 5 и 10 часов после начала разрушения плотины. По оси абсцисс показано расстояние от места слияния рек Чуя и Катунь, по оси ординат - высотные отметки
Рис. 4. Рассчитанные профили водной поверхности на участке моделирования через 1 и 2 суток после начала разрушения плотины.
По оси абсцисс показано расстояние от места слияния рек Чуя и Катунь, по оси ординат - высотные отметки
Возможная геохронология
Летом 2004 года нами были отобраны образцы на 10Ве-датировки по дилювиальным отложениям Центрального и Юго-Восточного Алтая. Результаты первых анализов по поверхности дилювиальных берм и глыб на «высоких террасах» Катуни показали хорошую сходимость дилювиального события, произошедшего около 15 тыс. л.н. Образцы отбирались с поверхности мусковит-биотитовых гранитоидов. Результаты представлены в табл. 1
Таблица 1. Результаты 10Ве-датирования дилювиальных отложений Центрального Алтая [12]
Индекс | Адрес | Местонахождение | Абс.отм., м | Абс. возраст, лет | |
KBBS1.1 | Яломанская котловина 50?28'719'' 86?37'681'' | Гигантская валунная берма (самый крупный валун) | 783 | 15270±1050 | |
KBBB1.2 | Яломанская котловина 50?28'563'' 86?37'681'' | Гигантская валунная берма (второй по величине валун) | 782 | 15900±930 | |
KBBS2.1 | Яломанская котловина 50?28'620'' 86?37'403'' | Валун на дилювиальной террасе | 828 | 14970±850 | |
KBBS2.2 | Яломанская котловина 50?28'670'' 86?37'403'' | Валун на дилювиальной террасе | 831 | 15260±830 |
Независимо и одновременно другая международная группа проанализировала этим же методом дропстоуны на днищах Чуйского и Курайского ледниково-подпрудных озер, а также на отмеченных участках Яломанской котловины [26]. Среднее значение по семи датировкам равно 15800±1800 лет. Как видим, наши датировки совпадают с только что приведенной. Однако указанные исследователи делают вывод о том, что Чуйско-Курайcкая система ледниково-подпрудных озер испытала лишь один прорыв около 15 тыс. лет назад, причем вся вода от этого прорыва катастрофически поступала в Карское море и вызвала его опреснение и изменение температурных характеристик.
В последние 25 лет для абсолютного датирования из дилювиальных отложений Алтая отбирались и другие образцы, результаты анализа которых в аспекте возраста дилювиальных событий приведены в табл. 2.
Теория дилювиального морфолитогенеза доказывает то, что гляциогидрологическая ситуация в ледниковом плейстоцене гор Южной Сибири определяла множественные и систематические катастрофические прорывы котловинных ледниково-подпрудных озер времени поздневюрмского оледенения и по долинам Чуи и Катуни, и по долине Бии.
Эта теория в общих чертах подтверждается массивом абсолютных датировок (TL, 14C, 10Be), полученных в других районах Алтая (табл. 2). Предварительный анализ этих дат с учетом последних публикаций [10-12] позволяет наметить хронологию водноледниковых потопов на Алтае: около 7 тыс. л.н.; около 12 тыс. л.н.; около 15 тыс. л.н.; около 17 тыс. л.н.; после 22 тыс. л.н. и после 23 тыс. л.н. В действительности, паводков с расходами более 1 млн. м3/с было гораздо больше, поскольку каждый прорыв котловинного ледниково-подпрудного озера мог следовать сразу же за подпруживанием котловин и блокированием стока. Ошибки же определения абсолютного возраста паводковых событий на несколько порядков превышают длительность водноледниковых катастроф [10], которая составляла от нескольких минут и дней ([22, 28], (а также - настоящая работа) до нескольких недель [18].
