НАУЧНЫЙ ОТЧЕТ
по комплексному стационару «Игарка» на базе Игарской геокриологической лаборатории Института мерзлотоведения СО РАН,получившему поддержку Сибирского отделения в 2013 г.

Комплексный стационар «Игарка», 663200, Красноярский край, Туруханский район, г. Игарка, 1-й микрорайон, д. 8А. Исследования ведутся с 1930 года.

Основные научные результаты 2013 г.

На стационаре проводятся комплексные мониторинговые исследования гидрологических процессов, а также наблюдения за геокриологическими условиями. Гидрологические наблюдения организованы на 3 гидростворах, расположенных в непосредственной близости от г. Игарка (см. Табл. 1).

Основная задача работ – исследование гидрологических процессов на рассматриваемых водосборов, составляющих водного баланса водосборов тундрово-таёжной зоны севера Средней Сибири, оценка роли сезонно- и многолетнемёрзлых грунтов в водном режиме малых рек территории.

Особое внимание в 2013 г. было уделено зимним гидрологическим процессам, для территории криолитозоны в целом существенно недоисследованным. В полевых условиях особое внимание мы уделили процессам формирования ледяного покрова на малых реках региона, а также количественной оценке сублимации (испарения с поверхности снега).

Характерной чертой зимнего режима исследованных водотоков является образование и интенсивное развитие русловых наледей. На р. Гравийка (F = 323 км²) на протяжении периода наблюдений происходило увеличение толщины льда (от 41 см до 108 см) и объёма русловой наледи (от 11,5 м³/пог.м. до 29,2 м³/пог.м). На других реках наблюдалось полное промерзание русел. Мы рассмотрели полученные данные и установили, что основным механизмом формирования ледового покрова является развитие наледей. В весенний период происходит намерзание талой воды на верхней поверхности льда, что также приводит к увеличению его толщины.

Оценка испарения с поверхности снега в весенний период производилась по данным наблюдений за 15 и 25 апреля 2013 г. В этот период  высота снега и запас воды в нем резко уменьшились, даже с учётом выпавших за это время осадков. Среднесуточная температура день ото дня увеличивалась, в это время максимальные температуры стали положительными; максимум за период пришелся на 22 апреля и достиг +10,8ᵒС. На следующий день среднесуточная температура воздуха достигла своего максимума -0,6ᵒС. Интенсивность испарения с поверхности снега за одну декаду (15.04-25.04.2013) нами оценивается: для р. Гравийка около 0.5 мм/сут, р. Медвежий Лог – 1.7 мм/сут, р. Лисий Лог – 1.9 мм/сут, руч. Малая Гравийка – 2.8 мм/сут.

В летний период основной задачей работ на стационаре стало продолжение работ по приведению мониторинговой гидрологической сети в соответствие с требованиями нормативных документов Росгидромета. На гидростворах установлены датчики уровня воды с возможностью записи (логгеры). Для периода интенсивного уменьшения водоносности на малых водосборах установлен суточный ход уровня воды с максимумом в предутренние часы (около 7-8 часов утра местного времени; см. рис. 1). В ходе уровня средней р. Гравийка суточный ход не установлен.

 
Рис. 1. Динамика уровня воды (в мм) на р. Лисий Лог за период с 20/07/2013 по 12/08/2013; детальность измерения уровня воды – 1 отсчёт в 15 мин.

Проводятся также определения базовых гидрохимических (рН, электропроводность, минерализация, содержание растворённого кислорода) и гидрофизических (температура воды, мутность) параметров. По результатам работ 2013 г. установлены индивидуальные связи для некоторых раздельно определяемых величин (например, электропроводности и минерализации; см. рис. 2). В перспективе это позволит пользоваться такими калибровочными кривыми для снижения трудоёмкости полевых работ.

 
Рис. 2. Линейная связь минерализации и электропроводности воды р. Лисий лог (по данным полевых наблюдений 2013 г.).

В течение года выполнялись также наблюдения за динамикой мутности воды, в связи с необходимостью решения задачи о количественной оценке выноса материала за пределы водосборов. Целью работы было получение количественной зависимости между оптической и весовой мутностью для малых и средних рек Енисейского Севера (район г. Игарка). Для сравнения методов мутность определялась по РД 52.08.104-2002 (осаждение на фильтры «белая лента»; фильтровальный прибор ГР-61), а также осаждением на ацетат-целлюлозные мембранные фильтры Millipore с диаметром пор 0.45 µм (вакуумная система фильтрации Millipore с ручным насосом). Оптическая мутность определялась турбидиметром WTW Turb 430 T/Set с источником света – вольфрамовой лампой накаливания.

Реки региона характеризуются в целом невысокой мутностью. Для средней р. Гравийка (F = 323 км²) средняя мутность в июле составила 3.98 г/м³ (по мембранным фильтрам) и 3.29 г/м³ (по методике РД). В начале месяца мутность составляла около 10 г/м³, и упала в течение летней межени до 0.5 г/м³. Характер связи оптической (Т) и весовой (s) мутности р. Гравийка описывает уравнение: s = 1.5478T – 2.0479

Для р. Лисий лог (F = 18.5 км²) средняя мутность в июле составила 19.1 г/м³ (по мембранным фильтрам) и 8.84 г/м³ (по методике РД). Такие различия связаны, вероятно, с различиями в характеристиках фильтров и преобладанием тонких фракций во взвеси, которые легко проникают через волокна бумажных фильтров.

Для расчёта расхода взвешенных наносов необходимы данные о расходах воды. Расходы воды в летнюю межень 2013 г. измерялись на рр. Лисий Лог и Гравийка. Значения расхода взвешенных наносов R на р. Лисий Лог составили от 1.07 мг/с до 0.14 мг/с; на р. Гравийке R = 1.62 мг/с.

В полевой сезон 2013 года отобраны пробы для определения содержания растворённого органического вещества, мутности и цветности воды, а также образцы для определения дейтериевого и кислородного эксцесса по данным изотопного анализа (всего отобрано и проанализировано более 300 образцов). Впервые получены изотопные характеристики гравитационной влаги в деятельном слое, в том числе в зимний период (отдельные шлиры и прожилки льда из грунта удалялись).

 
Рис. 3. Отбор пробы воды для определения изотопного состава на р. Лисий лог, 16/01/2013

Произведён серийный отбор проб (для последующего анализа содержания растворённого органического углерода (РОУ)) в акватории р. Енисей в период половодья, непосредственно после начала ледостава (23/05 – 25/05.2013). Пробы для определения РОУ были, кроме того, отобраны на основных водотоках площадки экспериментальных водосборов. Получены предварительные данные, указывающие на относительно высокое (14-15 мг/л) содержание РОУ в водах половодья на всех исследованных реках, включая р. Енисей. С учётом максимальных расходов воды, можно заключить, что именно весеннее половодье является фазой водного режима, в которую происходит основной вынос РОУ в арктические моря.

При стационаре организована площадка для наблюдений за мощностью слоя сезонного протаивания по методике CALM (R-40 Igarka). Наблюдения выполняются дважды в год, в середине августа и начале октября. Летний период 2013 года характеризовался небольшим количеством осадков при более высокой, чем в среднем, температурой воздуха; однако средняя мощность СТС лишь незначительно превысила среднее значение предыдущих лет (с 2008 г., когда начались наблюдения). Средняя мощность СТС в 2013 г. на площадке составила 72 см (среднемноголетнее – 71.2 см), среднеквадратичное отклонение 33 см (среднемноголетнее – 31.3 см).

Научные проекты 2013 г.

Исследования на стационаре в 2013 г. проводились в рамках базового научного проекта по программе Президиума СО РАН:

Проект VIII.77.2.1. Горные оледенения и криолитозона континентальных районов Центральной и Северо-Восточной Азии. Реакция гляциальных и криогенных формаций на современные климатические изменения (руководитель – д.г.н. А.А. Галанин)

Помимо этого, на базе стационара выполняются работы по следующим международным грантам и программам:

1) NSF ARC-1204070 Collaborative Research: Interactions Between Air Temperature, Permafrost and Hydrology in the High Latitudes of Eurasia (руководитель – А. Шикломанов, Университет Нью-Хэмпшира, США).
2) FP7 TOMCAR-Permafrost Terrestrial organic matter characterization in Arctic rivers through molecular and isotopic analysis (проект 7 Рамочной программы ЕС; руководитель – Р. Тессеренк, Франция).
3) CALM - Circumpolar Active Layer Monitoring (руководитель – Д.Стрелецкий, Университет Джорджа Вашингтона, США).

Кадры 

В работе стационара принимали участие 7 сотрудников Игарской геокриологической лаборатории ИМЗ СО РАН. Для научно-исследовательской работы привлекались студенты кафедр гидрологии суши и криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Производственную практику на базе стационара проходил студент Высшей школы электроники, электротехники, информатики, гидравлики и связи (ENSEEIHT) Национального политехнического института г. Тулуза, Франция Орельен Змелти (22/05 – 15/06/2013). Тема отчётной работы: «Discharge adjustment to moving bed conditions».

Перечень публикаций

По результатам работ на стационаре «Игарка» в 2013 г. опубликованы следующие работы:

1. Tananaev N.I., Debolskiy M.V. Turbidity observations in sediment flux studies: Examples from Russian rivers in cold environments // Geomorphology. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.09.031.

2. Tananaev N.I. Hydrological and geocryological controls on fluvial activity of rivers in cold environments // In: Cold and Mountain Region Hydrological Systems Under Climate Change: Towards Improved Projections. IAHS Publication 360, IAHS Press Ltd., Wallingford, UK, 2013. P. 161-167.

3. Бондарева Л.Г., Жук А.С., Сурсякова В.В., Рубайло А.И., Тананаев Н.И., Тананаев И.Г. Химико-экологическое состояние района г. Игарка, Красноярский край // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. 2013. Т. 6, №3. С. 313-320.

4. Debolskiy M.V., Tananaev N.I. Year of suspended sediment measurements on small watersheds in Northern Yenisey region // Earth Cryology: XXI century. Abstracts Volume. IPhChBPSS, Pushchino, Russia. P.

5. Дормаева Д.Б. Использование оптической мутности в расчётах стока взвешенных наносов (на примере рек района г. Игарка) // Первые Виноградовские чтения «Будущее гидрологии». Сборник тезисов. СПб.: СПбГУ, 2013. С. 172-173.

6. Дормаева Д.Б., Клюев А.А. Зимние гидрологические процессы на малых и средних водосборах тундрово-таёжной зоны Средней Сибири (район г. Игарка) // Первые Виноградовские чтения «Будущее гидрологии». Сборник тезисов. СПб.: СПбГУ, 2013. С. 174-175.