Исследование руслового процесса реки Самбота-Яха у мостового перехода

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Исследование руслового процесса реки Самбота-Яха у мостового перехода

Докин Г.Е. 1Гольцов К.А. 1Шляховой В.Е. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа
Кунин С.А. 1
1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

 

Река Самбота-Яха наш объект исследования, согласно Государственного водного реестра России является левосторонним притоком реки Таз [2]. Это небольшая река находится на несколько возвышенной местности. Пойма реки имеет незначительную ширину, где наблюдаются изменения в основном руслового процесса. Есть необходимость проанализировать эти процессы по стандарту СТО ГУ ГГИ08.29-2009 [с], ввиду того, что мост проектировался и строился в 90-е годы прошлого столетия, когда о таянии верхнего покрова многолетней мерзлоты на нашей широте ни кто не предполагал.

Фото 1. Русло реки Самбота-Яха. Фото 2. Скрин из водного реестра.

По работам, относящимся к соседней к Тазу реке Пур и ее притокам [1,4], входящих в Надым-Пур-Тазовский нефтегазоносный район ЯНАО, с похожей ландшафтно-геологической характеристикой и гидрологической обстановкой, приведены исследования русловых процессов рек. Однако все эти работы практически не рассматривают влияния повсеместного наступившего потепления климата и значительной деградации многолетней мерзлоты на заметно изменившиеся русловые процессы рек.

Из работ воспитанников школьного научно-исследовательского центра «Перспектива» [5,6] известно, что в исследуемой пойме реки Самбота-Яха в сентябре 2021 года было обнаружена оттаявшая многолетняя мерзлота глубиной до 2 м.

Цели и задачи исследования.

Основная цель работы – исследовать русловой процесс в пойме реки Самбота-Яха у мостового перехода, в состоявшихся условиях деградации многолетней мерзлоты, в рамках возможностей школьного научно-исследовательского центра.

Задачи исследования:

  1. Исследовать эрозийные процессы и гидрологические особенности русла реки.

  2. Исследовать поверхностное геологическое и криодинамическое состояние берега и русла реки Самбота-Яха, у мостового перехода.

  3. Определить тип и динамику руслового процесса реки Самбота-Яха, с учетом растущей деградации многолетней мерзлоты

  4. Сделать выводы и возможные предложения.

Гидрологические особенности русла реки Самбота-Яха.

Измерения скорости реки во время половодья проводились 25.05.2023 года при помощи рыболовной удочки с длинной ниточной лески-плетенки 150 м с массивным поплавком и достаточным грузом весом 5 грамм. Производилось 10 замеров с фиксацией времени по полному сходу лески 150 м с центра моста. Высота от поручня моста до уровня воды во время половодья составляла 8 м. Это верхний уровень воды (ВУВ) 2023 года.

Фото 2. Река во время половодья. Фото 3. Измерение скорости течения реки.

По теореме Пифагора находим путь движения поплавка:

S2 = L2- h2 ОткудаS = = 149,7м

Где, S - путь движения поплавка, м; L - длина лески, м; h - расстояние от поручня моста до воды в метрах.

Средняя скорость на стрежне реки ṼНуны-Яха у автодорожного моста на 25.05.2023 года составила:

Ṽстр= S/t = 149, 7/ 97 = 1,54 м/сек

Где, S - путь движения поплавка, м; t – средне время движения поплавка на стрежне реки определенное по результатам 10 измерений, сек.

Нижний уровень воды НУВ) в реке определялся с помощью удочки с грузом 15.09.2023 г.. Ограждение моста выполнено стандартными поручнями длинной 2,5 метра. Отметки брались через каждые два пролета ограждения моста, что составляет 5 метров. Высота от поручня моста до нижнего уровня воды составила 11 м. По результатам весенних и осенних измерений была построена диаграмма гидрологических особенностей реки Самбота-Яха за 2023 год, по которой будем вести расчет стока воды.

Фото 4. Нижний уровень воды в реке Самбота-Яха.

Диаграмма 1. Гидрологические особенности реки в 2023 году.

Геодезическая съемка левого, наиболее подмываемого, берега проводилась с помощью специально разработанного устройства с лазерной рулеткой, способного измерять крутой овражистый рельеф. У прибора есть возможность указывать лазерным лучем вертикальную отметку на геодезической рейке и фиксировать одновременно горизонтальное расстояние до самой рейки (см.фото 5,6). Геодезическая съемка берега реки поводилась с одной реперной точки несколько раз в течение 2022 и 2023 годов в результате имеем суммарный план, характеризующий динамику эрозии рельефа левого берега Самбота-Яха (см. диаграмму 2). По анализу двухлетних наблюдений, левый берег реки Самбота-Яха на отметке 28 метров от опоры моста, в результате воздействия водной эрозии при оттаявшей многолетней мерзлоте, просел на

162 см.

Ф ото 5,6,7. Экспериментальная установка с лазерной рулеткой.

Диаграмма 2. Деформация левого берега реки Самбота-Яха у мостового перехода.

Рис. 1. Поперечное сечение потока воды во время половодья

Для расчета стока воды в русле реки Самбота-Яха во время половодья, мы использовали геодезический план левого берега (диаграмма 2) и гидрологию реки 2023 г. (диаграмма 1), по которым строим поперечное сечение потока воды Sпот. во время половодья (см. рисунок 1).

Sпот. = Sз.п.б.+Sр.р.+Sз.л.б. =3 ,75 + 67,5 + 3.75 = 75 м2

где,Sз.п.б. – площадь залива правого берега реки по ВУВ, м2; Sр.р.– площадь прохода воды в речном русле по ВУВ, м2; Sз.л.б. - площадь залива левого берега реки по ВУВ, м2

Нам удалось измерить максимальную скорость воды на стрежне потока. Средняя скорость потока, оценочно, в 2 раза меньше максимальной. А может быть и в 5 раз меньше, если есть обширные застойные зоны. Поскольку во время половодья мы не наблюдали какие-либо обширные застойные зоны, в расчете принимаем среднюю скорость реки вдвое меньшую от ее максимального значения на стрежне реки.

Максимальный расход воды Q в русле реки по ВУВ определится как:

Q= Sпот×Ṽстр × (1/2) = 75 м2 × (1/2)×1,54 м/сек = 57,75 м3/сек

Нам трудно оценить среднегодовой расход воды, для этого нужны расчеты по нескольким створам реки. Но работам по реке Пур [1,4] известно, что среднегодовой расход воды примерно 3-4 раза меньше максимального.

Поверхностное геологическое и криодинамическое состояние берега и русла реки Самбота-Яха у мостового перехода.

Измерения деградация мерзлоты по берегу и дну реки у опоры моста проводились с помощью щупа «Непра» длиной 240 см 16.09.2022 и 26.09.2023 годов. Верхний слой многолетней мерзлоты по берегам реки оттаял более 2,5 метра. Обмелевшая река позволила провести мониторинг наличия мерзлоты по дну реки. Мы вынуждены констатировать, что дно реки протаяло более чем 2,5 метра (см. фото 8,9,10,11). К сожалению, мы не можем точно указать величину деградации мерзлоты в русле реки Самбота-Яха, измерительных приборов, которые могут измерить большие величины оттаявшей мерзлоты, у нас нет.

Фото 8,9,10,11. Мониторинг таяния мерзлоты по берегу и руслу реки Самбота-Яха.

Ежегодные наблюдения за таянием многолетней мерзлоты у мостовой опоры проявили следующие факты геологии грунта. Дело в том, что при проколе оттаявшего увлажненного песчаного грунта с помощью щупа «Нерпа», он прокалывается без особых усилий. Слой глины приходится пробивать несколькими возвратно-поступательными движениями с некоторым усилием. Мы отмечаем, что слой песка на разных горизонтах прокола составляет 50-70 см. Толщина слоя глины на всех горизонтах составляет 20-30 см. На схеме структуры грунтов у мостовой опоры мы показали примерный вертикальный срез (см. рисунок 2). Из-за стремительной эрозии берега реки в слои песка со стороны русла реки свободно проникает вода и способствует активному размораживанию мерзлоты. Поэтому эрозия берега реки способствует постепенному размораживанию грунта у мостовой опоры. На дальнейшую деградацию многолетней мерзлоты в значительной мере влияет потепление к лимата: рост среднегодовых температур и увеличение атмосферных осадков.

Рис. 2. Структура грунтов берега реки.

Ежегодные температуры с 2010 по 2019 были взяты по показаниям метеостанции Росгидромета п. Тазовский и центра rp.5. С 2020 года показания берутся по школьной автоматической метеостанции.

М ы отмечем, что среднегодовые температуры в 2019, 2020 и 2022 годах, перешли в зону положительных температур.

Количество выпавших летних осадков увеличивают расход воды в реке и способствуют усилению водной эрозии оттаявшего берега реки. Увеличившиеся зимние осадки снижают промораживание грунта и повышают уровень паводковых вод.

Определение типа и анализ руслового процесса реки Самбота-Яха в районе мостового перехода по стандарту СТО ГУ ГГИ08.29-2009.

Река Самбота-Яха у мостового перехода по автодороге п. Коротчаево – п. Тазовский находится на некоторой возвышенности и практически не имеет поймы. Поэтому, нам предстоит определить тип руслового процесса по стандарту СТО ГУ ГГИ08.29-2009 и проанализировать развитие руслового процесса в условиях стремительной деградации многолетней мерзлоты.

По месту мостового перехода русло реки имеет свободное меандрирование с минимальным расходом русловых наносов согласно рис. 5.1 СТО ГУ ГГИ08.29-2009. Этот вывод подтверждается нашими наблюдениями, при определении верхнего уровня воды, когда река не выходит из обозначенного берега и пространство до опор моста не подтопляется во время паводка. В настоящее время мы не видим каких-либо особых опасностей, грозящих потери устойчивости мостового сооружения. Но успокаиваться не стоит. Активная деградация мерзлоты ведет к ежегодной деформации берега, подмыву дна и расширению русла реки. Процесс негативных воздействий от таяния мерзлоты на слабые песчаные и суглинистые грунты проявляется на всем объекте исследования.

По нашим наблюдениям 2022-2023 годов идет активная деформация берега реки у мостового перехода. Мы видим солифлюкцию по левому берегу реки, обозначенной красной линией на фото спутниковой карты. Обширный участок берега у левой мостовой опоры постепенно смещается в сторону реки (сползание с возвышенности). Наблюдаются оползневые процессы рядом с мостом.

Фото 12,13. Деформация левого берега реки у мостового перехода.

Основные выводы по исследовательской работе.

  1. Река Самбота-Яха у мостового перехода по автодороге п. Коротчаево – п. Тазовский находится на некоторой возвышенности и практически не имеет поймы.

  2. Согласно СТО ГУ ГГИ08.29-2009 русло реки имеет свободное меандрирование с минимальным расходом русловых наносов.

  3. Максимальный расход воды во время половодья Q57,75 м3/сек.

  4. Активная деградация мерзлоты ведет к ежегодной деформации берега, подмыву дна и расширению русла реки.

  5. Процесс негативных воздействий от таяния мерзлоты на слабые песчаные и суглинистые грунты проявляется на всем объекте исследования в виде активных оползневых и солифлюкционных процессов.

ЛИТЕРАТУРА.

  1. Баяркина Е.П. Ландшафтные условия формирования стока земли в речном бассейне реки Пурhttps://www.openrepository.ru/article?id=313163

  2. Государственный водный реестр России // Федеральное агентство водных ресурсов Российской Федерации (Росводресурсы). 6 сентября 2021. https://verum.wiki/

  3. Учет руслового процесса на участках подводных переходов трубопроводов через реки СТО ГУ ГГИ08.29-2009https://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293817/4293817706.htm

  4. Чистый А.Б. Русловой процесс реки Пурhttp://elib.rshu.ru/files_books/pdf/rid_54ca0bbba9d64cf6b2c8c8156cb4efdd.pdf

  5. Шестерикова В.С., Ковалевский А.О. «Процесс адаптации карьерных водоемов в общую тундровую и лесотундровую экосистемы в условиях севера Западной Сибири» 2022 г. Балтийский научно-инженерный конкурс. https://baltkonkurs.ru/features/po-godam/2022-2/

  6. Щербатюк C.А., Менглибаев М.Р. «Изучение условий  формирования плодородного слоя грунта в арктической зоне Пур-Тазовского водораздела». Балтийский научно-инженерный конкурс.2023 г. https://baltkonkurs.ru/features/po-godam/2023-2/

Просмотров работы: 19