Лёд и Снег · 2020 · Т. 60 · № 4

УДК 556.5+551.32+551.4

doi: 10.31857/S2076673420040065

Прорыв озера Прогресс (Восточная Антарктида): подходы к оценке характеристик

прорывного паводка

¹Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия;

²Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия;

³Полярная морская геологоразведочная экспедиция, Санкт-Петербург, Россия

^*g65@mail.ru

Breakthrough of Lake Progress (East Antarctica): a phenomenological model and approaches

to assessing the characteristics of a flash flood

G.V. Pryakhina^1*, A.A. Chetverova^1,2, S.D. Grigorieva^2,1, A.S. Boronina¹, S.V. Popov^3,1

¹Saint Petersburg State University, St. Petersburg, Russia; ²Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russia;

³Polar Marine Geosurvey Expedition, St. Petersburg, Russia

^*g65@mail.ru

Received November 21, 2019 / Revised March 17, 2020 / Accepted September 9, 2020

Keywords: Antarctic lakes, East Antarctica, geophysics, hydrograph modeling, hydrology, outburst/breakthrough flood, Progress Station.

Summary

On January 14, 2019, a breakthrough of water masses occurred on the Lake Progress (the oasis of the Larsemann

hills, East Antarctica) with the formation of a flash flood. During the summer field seasons of the 63rd and 64th

Russian Antarctic Expeditions (2017-2019), comprehensive hydrological, GPR and geodetic surveys were con-

ducted in this area to ensure the safety of transport operations. The results of field measurements and calcula-

tions based on mathematical modeling of the breakthrough flood from the Lake are presented. The purpose of

this study was to compare field observations and model calculations of the breakthrough flood and then to verify

the existing model of Yu.B. Vinogradov on real data, since detailed observations of breakthrough floods of lakes

of the Antarctic oases have not been previously carried out. The results of complex hydrological and geophysical

investigations of LH73-Progress-Sibtorp lake system focused on areas where lake outburst are possible (snow-ice

dams) made possible to formulate phenomenological model of the outburst process. It was emphasized that the

lake water was discharged through a tunnel developed in the snow-ice dam, which subsequently evolved into a

real riverbed. The maximum water discharge was formed approximately in 7.5 h after the start of the outflow, and

it was estimated 5.4 m³s^-1 according to the in-situ measurements, and 4.94 m³s^-1 - by the model. The calculated

volume of the flood is 76 320 m³. The differences between the model and in-situ measurements are about 9% that

can be explained by the fact that the time of water retention by the snow-ice dam is not considered in the model.

Citation: Pryakhina G.V., Chetverova A.A., Grigorieva S.D., Boronina A.S., Popov S.V. Breakthrough of Lake Progress (East Antarctica): a phenomenological model and

approaches to assessing the characteristics of a flash flood. Led i Sneg. Ice and Snow. 2020. 60 (4): 613-622. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673420040065.

Поступила 21 ноября 2019 г. / После доработки 17 марта 2020 г. / Принята к печати 9 сентября 2020 г.

Ключевые слова: Антарктические озёра, Восточная Антарктида, геофизика, гидрология, моделирование гидрографа, прорывной

паводок, станция Прогресс.

При исследованиях в 2018/19 г. в районе станции Прогресс (Восточная Антарктида) авторы наблю-

дали прорыв системы озёр Прогресс-Сибторп. Приводятся феноменологическое описание этого

процесса, а также результаты наблюдений и математического моделирования.

Введение

сезоны. Как правило, эти явления случаются в

период максимального таяния ледников и снеж

Водоёмы - характерные элементы ландшаф

ников, талые воды которых служат основным ис

та антарктических оазисов. Особенность их гид-

точником питания озёр. В публикациях отече

рологического режима заключается в формиро

ственных и зарубежных исследователей, а также

вании прорывных паводков в весенне-летние

в фондовых материалах Советской антарктиче

 613 

Прикладные проблемы

ской экспедиции (САЭ) и Российской антар

Прорывные паводки, формирующиеся при

ктической экспедиции (РАЭ) приводятся мно

последовательном сбросе водных масс из озёр

гочисленные свидетельства подобных случаев.

LH73-Прогресс-Сибторп, - причина разру

В качестве показательных примеров можно при

шения снежников, по которым проходит трас

вести катастрофические сбросы водных масс на

са, соединяющая станции Прогресс и Зонгшан

озёрах оазисов Ширмахера, Тала и холмов Ларсе

с взлётно-посадочной полосой. Ещё один яркий

манн (Восточная Антарктида) [1-4]. Так, оз. Глу

пример - образование обширного провала в рай

бокое, расположенное в непосредственной бли

оне полевой базы Прогресс-1 на месте внутрилед

зости от полевой базы Молодёжная (оазис Тала,

никового озера, которое существовало вплоть до

Восточная Антарктида), прорывается с перио

начала 2017 г. По мнению авторов, одна из основ

дичностью около 10 лет, что отрицательно влияет

ных причин его формирования - прорыв оз. Бол

на инфраструктуру станций [5]. Для Восточной

дер, расположенного поблизости [9]. Кроме того,

Антарктиды можно привести и другие примеры

в центральной части п-ова Брокнес, у западного

прорывоопасных водных объектов, сбрасываю

берега залива Нелла Фьорд располагается система

щих водные массы практически каждое антарк-

из относительно небольших водоёмов: озёра LH59

тическое лето [6]. В районе станции Новолаза

и Дискашн. При анализе современного картогра

ревская (оазис Ширмахера) для предотвращения

фического материала [10, 11] и рекогносцировоч

переполнения оз. Лагерное сотрудниками РАЭ

ном обследовании в полевые сезоны 63-й и 64-й

был оборудован специальный водоотводный

РАЭ (2017-2019 гг.) авторы обнаружили следы ча

канал для обеспечения постоянного оттока вод-

стых прорывов озёр через снежник [12, 13].

ных масс. На оз. Южное в один из летних се

Однако, несмотря на многочисленные сви

зонов начала 1960-х годов уровень воды повы

детельства о происходящих прорывах водных

сился на 3,5 м, что привело к его опорожнению

объектов, из-за разных причин (отсутствие во

через снежную перемычку. Озёрная вода хлы

домерной сети на водоёмах оазисов, кратковре

нула в район тогда ещё строившейся станции.

менность явления, сложность в составлении

Для её спасения от затопления было решено про

прогнозов и т.д.) редко удаётся инструменталь

рыть обводный канал, который отвёл паводко

но зафиксировать ход процесса с момента его за

вые воды оз. Южное в другой водоём [1, 7].

рождения до завершающего этапа. Исследова

Аналогичные процессы наблюдаются и на

тели часто имеют возможность наблюдать либо

озёрах п-ова Брокнес (холмы Ларсеманн). В ходе

непосредственно активное прохождение про

зимовки 48-й РАЭ, 10 ноября 2003 г., из-за раз

рывного паводка в виде потоков воды в ледяных

рушения снежно-ледовой перемычки произошёл

каналах или поверхностном слое фирна, либо

прорыв вод из оз. Прогресс в оз. Сибторп, в ре

метки высоких вод на бортах долин, к которым

зультате которого в снежнике, расположенном

приурочены озёра. Использование математиче

между водоёмами, образовались провалы глуби

ских моделей для расчётов и прогнозов прорывов

ной до 8 м и протяжённостью до 100 м (не опубли-

озёр в этом случае затруднено из-за невозмож

ковано). Подобное событие повторилось и летний

ности верификации результатов моделирования.

полевой сезон 59-й РАЭ (2013/14 г.), когда 1 ян

При полевых работах в сезон 64-й РАЭ

варя 2014 г. резко упал уровень воды в оз. Про

(2018/19 г.) авторы детально описали процесс про

гресс в результате разрушения снежно-ледовой

рыва оз. Прогресс 14 января 2019 г. через канал,

перемычки. Сброс продолжался около полутора

образовавшийся в снежнике, между озёрами Про

суток, а уровень снизился на 0,72 м [8]. В сезон

гресс и Сибторп. Это позволило впервые для про

62-й РАЭ (2016/17 г.) залповый перелив воды из

рывных озёр антарктических оазисов сопоставить

оз. Прогресс в оз. Сибторп произошёл 4 января

характеристики прорывных паводков, получен

2017 г. [8]. Согласно оперативной сводке об ос

ные по материалам наблюдений, с данными мате

новных экспедиционных событиях и операциях

матического моделирования. Таким образом, ос

РАЭ за период c 22 февраля по 1 марта 2018 г., в

новная цель настоящего исследования - оценка

конце февраля 2018 г. произошёл ещё один рез

адекватности алгоритма модели, описывающей

кий сброс вод оз. Прогресс. Поток достигал ши

процесс формирования прорывного паводка при

рины 4 м и глубины 1,5 м (не опубликовано).

менительно к озёрам антарктических оазисов.

 614 

Г.В. Пряхина и др.

Объекты исследования

снежниками [1]. Обсуждаемая система водных объ

ектов представлена тремя водоёмами, самое боль

Оазис холмы Ларсеманн (Larsemann Hills) рас

шое и глубокое из которых - оз. Прогресс (рис. 1).

полагается в Восточной Антарктиде между холма

По данным батиметрической съёмки 20 января

ми Вестфоль (Vestfold Hills) и шельфовым ледни

2019 г. его длина составила 870 м при максималь

ком Эймери (Amery Ice Shelf) на юго-восточном

ной ширине 360 м, площади водного зеркала около

берегу залива Прюдс (Prydz Bay), Земля Принцес

115 тыс. м² и максимальной измеренной глуби

сы Елизаветы (Princess Elizabeth Land). Его харак

не 42 м. К северу от него располагается оз. Сиб

терная особенность - обилие озёр, часть из ко

торп треугольной формы. Его максимальная

торых образовалась в результате подпруживания

глубина, зафиксированная во время батиметри

тектонических долинных понижений ледниками и

ческой съёмки 2019 г., - 8,3 м [13]. Как правило,

Рис. 1. Схема расположения исследуемой системы озёр с указанием состава полевых работ сезона 64-й РАЭ:

1 - водомерные посты; 2 - пункты измерения скоростей течения потока; 3 - пункты бурения; 4 - районы георадарного

профилирования; 5 - схема глубин; 6 - полевая база. Стрелкой показано расположение георадарного маршрута

Fig. 1. Studied lakes and field work composition during the field season of 64th RAE:

1 - water level gauging points; 2 - water velocity gauging points; 3 - drilling points; 4 - areas of georadar profiling; 5 -

bathymetric schemes; 6 - field base. The arrow shows the location of the georadar route

 615 

Прикладные проблемы

за время антарктического лета водоём вскрыва

лученные натурные данные легли в основу феноме

ется ото льда лишь частично. Максимальные раз

нологического описания произошедшего прорыва

меры озера были определены только по данным

и количественной оценки его характеристик.

аэрофотосъёмки 8 января 2018 г. Они составляют

Гидрологические методы. Гидрологические ра

примерно 650×400 м при площади поверхности

боты предусматривали батиметрическую съёмку

99,58 тыс. м² [12]. В восточной части ширина озера

озёр Прогресс, Сибторп и LH73 и наблюдения за

существенно уменьшается и оно постепенно пере

уровнями воды указанных водоёмов, которые вы

ходит в ручей Каньонный, который связывает во

полняли на временных водомерных постах, а в пе

доём с бухтой Тюленьей (см. рис. 1). В юго-восточ

риод прорыва фиксировали через каждые 5 мин.

ной части водоёма находится снежник, который

Батиметрическую съёмку озёр проводили с надув-

служит плотиной, подпирающей озёрные воды.

ной вёсельной лодки Ак-Идель (Россия) с исполь

Трасса, соединяющая станции Прогресс и Зонг

зованием эхолота Echomap Plus42CV (Garmin Ltd.,

шан со взлётно-посадочной полосой, которая про

Taiwan). Измерения вели по заранее намеченным

ходит именно в этом месте по снежнику, безуслов

маршрутам и выполняли по схеме поперечных

но попадает в зону риска возможного разрушения.

галсов и двух продольных профилей в направле

Третье озеро, имеющее отношение к обсуждае

нии наибольшей протяжённости озера. Точность

мой системе водных объектов, - LH73. Оно распо

измерения глубин составила 0,1 м при минималь

ложено в овальной котловине, в непосредственной

но допустимой глубине 0,3 м. Методика и опи

близости к озёрам Прогресс и Сибторп, примерно

сание этих исследований подробно изложены в

на 50-60 м выше уровня оз. Прогресс. По данным

работе [12]. Кроме того, выполнялась тахеоме

батиметрической съёмки 15 января 2019 г. его длина

трическая съёмка прибрежных территорий озёр

составляет 230 м при максимальной ширине около

до уровня высоких вод. Для этого использовали

140 м и глубинах до 3,4 м. Площадь акватории LH73

электронный тахеометр Trimble M3 DR 5ʺ (Trimble

оценивается в 23,82 тыс. м² при объёме водной

Navigation, Ltd., USA). Методика обработки дан

массы около 39,4 тыс. м³. Прорыв оз. LH73 обыч

ных детально приводится в работе [13].

но происходит через снежно-ледовую перемычку,

Геофизические методы. Георадарные работы

подпруживающую его с южной стороны, при пере

вели на частотах 500 и 900 МГц с помощью про

полнении озёрной котловины водой. Когда напря

мышленных приборов Zond 12е-М (RadSys Ltd.,

жение, оказываемое на перемычку, возрастает, она

Латвия). Полученные данные обрабатывали в

разрушается, а поток устремляется к оз. Прогресс,

программном пакете Prism 2.60 (RadSys Ltd., Лат

выступая в качестве дополнительного триггерно

вия), которые включали в себя выполнение стан

го импульса его последующего прорыва. При по

дартных процедур. Планово-высотную привяз

левых работах сезона 64-й РАЭ (2018/19 г.) авторы

ку вели с помощью DGPS-приёмников EFT М2

стали свидетелями полного цикла прорыва системы

GNSS (ООО «Эффективные технологии, Рос

озёр Прогресс-Сибторп. При этом из оз. LH73 в

сия), а в ряде случаев - спутниковыми приёмо

оз. Прогресс наблюдался лишь временный водоток,

индикаторами Garmin GPSMap 62 и GPSMap64

режим которого не носил катастрофического харак

(Garmin Ltd., США). Георадарную съёмку (см.

тера и проходил под снежником, образуя конус вы

рис. 1) выполняли по маршрутам, субортого

носа в месте впадения в приёмный водоём.

нально пересекающим канал прорыва. Это по

зволило выявить особенности строения снеж

но-ледовой перемычки, через которую позже

Материалы и методы полевых работ

произошёл прорыв озера. Методика и описание

этих исследований приведены в работе [14].

В процессе работ, проводимых по обеспечению

безопасности транспортного сообщения между

базой Прогресс и аэродромом, в сезоны 63-й и 64-й

Результаты полевых работ

РАЭ (2017-2019 гг.) на системе озёр LH73-Про

гресс-Сибторп был выполнен комплекс гидромет-

Натурные наблюдения показывают, что про

рических работ и проведена геофизическая съёмка

рыв оз. Прогресс проходил следующим образом.

участков возможных прорывов (см. рис. 1). Все по

В 11 ч утра 14 января 2019 г. уровень воды в нём

 616 

Г.В. Пряхина и др.

Рис. 2. Ход уровня водной поверхности озёр Прогресс (а) и Сибторп (б) во время прохождения прорывного

паводка в 2019 г.

Fig. 2. Water level of Progress (a) and Sibthorpe (б) lakes during the outburst flood in 2019

начал стремительно падать и за 36 ч понизился

наиболее показательных временных георадар

на 0,50 м (рис. 2, а). Повышение уровня связан

ных разрезов по профилю PR_1401_02 показан

ного с ним оз. Сибторп (см. рис. 2, б) происхо

на рис. 6. Его положение приведено на рис. 1.

дило примерно в течение 7 часов. Через полтора

На разрезе (рис. 3) прямая волна, соответ

часа от начала наиболее интенсивной фазы про

ствующая дневной поверхности, отсутствует,

рыва оз. Прогресс уровень воды в оз. Сибторп

так как для улучшения его восприятия была про

достиг так называемого критического значения,

ведена горизонтальная фильтрация, позволив

после которого произошёл сброс озёрных вод по

шая устранить многочисленные помехи. Однако,

ручью Каньонный (см. рис. 1). Таким образом,

поскольку имелись исходные данные, её поло

период наблюдений за уровнем воды оз. Сиб

жение было известно и совмещено с нулём вер

торп охватил фазы наполнения водоёма и сра

тикальной оси. Ниже имеется интенсивное отра

ботки части его объёма в результате прорыва,

жение 1. Оно сформировано от границы раздела

при этом амплитуда колебания уровня составила

между снегом и льдом. Последний непроница

0,22 м (см. рис. 2, б). Как отмечалось ранее, ма

ем для талой воды, проникающей главным обра

териалы георадарной съёмки позволяют судить

зом сквозь снег и скапливающейся на границе со

о строении снежно-ледовой плотины, через ко

льдом. Это увеличивает коэффициент отражения

торую произошёл прорыв оз. Прогресс. Один из

и, как следствие, усиливает контрастность грани

Рис. 3. Временнóй георадарный разрез по маршруту, выполненному на снежнике, где образовался проран.

Отражение, сформированное границей раздела: 1 - снег-лёд; 2 - снег-фирн; 3 - фирн-лёд; 4 - фирн-каменное осно

вание; 5 - лёд-каменное основание

Fig. 3. GPR time-section along a route made on a snowfield where a channel was formed

Reflections formed by: 1 - snow-ice interface; 2 - snow-firn interface; 3 - firn-ice interface; 4 - firn-bedrock interface; 5 -

ice-bedrock interface

 617 

Прикладные проблемы

цы на временнóм разрезе. Слой льда, вероятно,

живал водную массу. На справедливость этого

мог сформироваться в результате перекристалли

утверждения указывают натурные наблюдения.

зации мелкозернистого снега в крупнокристалли

При дальнейшем поступлении талой воды уро

ческий фирн и глетчерный лёд, быть «инфильтра

вень в озере постепенно повышался. Достигнув

ционным», т.е. образованным за счёт повторного

снежно-фирновой толщи, вода начала медлен

замерзания талой воды, поступающей с поверх

но проникать в приповерхностный слой снеж

ности, или иметь смешанное происхождение.

ника, значительно увеличивая его влажность и

В центральной части разреза отражение 1

расширяя зону фильтрации. Температура снега

переходит в 2. Сверху - по-прежнему снег, но

повысилась до температуры фазового перехода,

внизу вместо льда, видимо, метаморфизован

после чего начали образовываться постепенно

ный снег, т.е. фирн. Он заполнил тоннель, вы

расширяющиеся микроканалы для стока воды.

работанный в леднике озёрной водой за многие

Самым благоприятным для прорыва участком

годы и заметённый в своё время снегом, кото

оказался унаследованный канал стока, заполнен

рый с течением времени претерпел трансформа

ный снежно-фирновым материалом, который хо

цию. Отражение 3 образовано границей между

рошо прослеживается на георадарном профиле.

ним и льдом. В правой части оно менее кон

Именно здесь происходили наиболее интенсив

трастно. Это связано с тем, что талая вода, про

ная фильтрация и накопление воды из-за тон

сочившись сквозь снег и фирн, стекла по на

ких ледяных корок, играющих на первом этапе

клонной ледяной стенке вниз, скопившись на

роль водоупора. Этот процесс длился до момен

нижней поверхности 4, увеличив её диэлектри

та разрушения корок и быстрого сброса воды в

ческую контрастность. Диэлектрическая прони

канал. Затем поток устремился по уклону, про

цаемость между плотным фирном, претерпев

мывая снежник до каменного основания (рис. 4).

шим неоднократный фазовый переход, и льдом

При этом расширение канала к концу участка об

несущественна, поэтому и граница 3 в правой

условлено уклоном, увеличивающим скорость

части разреза слабоконтрастная. В левой части

потока и, следовательно, его энергию.

граница 3 более контрастна. Это связано, веро

ятно, с наличием талой воды, небольшое коли

чество которой есть на поверхности льда. Гра

Расчёт гидрографа прорыва по данным

ницей 5 служит каменное основание, возможно

полевых наблюдений и с помощью

перекрытое маломощными рыхлыми порода

математической модели

ми, например песком. На это указывают общая

окружающая ситуация и отсутствие нижележа

Характеристики прорывного паводка из

щих границ. Чем является граница 4 - до конца

оз. Прогресс (гидрограф стока, максимальный

не ясно. Авторы склоняются к тому, что её ни

расход воды и продолжительность паводка) оце

жележащая часть сложена отдельными, возмож

нивали на основе данных натурных наблюде

но, смёрзшимися каменными блоками. Можно

ний и с использованием математического моде

также предположить, что канал прорыва пред

лирования. При исследовании на основе данных

ставляет собой так называемый «унаследован

натурных наблюдений для построения гидро

ный» канал, который сформировался в пони

графа стока расходы определяли по разности

жении рельефа благодаря тому, что в этом месте

объёмов, рассчитанных на основе данных об из

происходит концентрация талой воды, стекаю

меренных уровнях вытекающей из озера воды,

щей внутри снежника. Накапливаясь, вода соз

отнесённой ко времени истечения (каждые

даёт зону, наиболее уязвимую для прорыва.

пять минут). Для этого по материалам полевых

Данные наблюдений, полученные в полевых

работ была составлена батиметрическая кри

условиях, позволили сформулировать феномено

вая (рис. 5). Сложность её построения заклю

логическую модель прорыва оз. Прогресс следу

чалась в том, что глубины озера были измерены

ющим образом. До начала активного снеготаяния

уже после его прорыва, когда уровень воды стал

уровень воды в водоёме располагался достаточ

значительно ниже. Для восстановления данных

но низко и непроницаемый для воды лёд, рас

съёмку глубин пришлось дополнить материала

положенный в нижней части снежника, сдер

ми о рельефе прибрежной территории. Цифро

 618 

Г.В. Пряхина и др.

Рис. 4. Этапы развития канала прорыва из оз. Прогресс

Fig. 4. Stages of development of outburst channel from Lake Progress

вая модель (грид высот каменного основания)

предложенной Ю.Б. Виноградовым [16] и адапти

осушившейся придонной части была заимство

рованной для водоёмов, перекрытых ледниковым

вана из результатов Международного проек

покровом [17]. Модель основана на численном

та The Reference Elevation Model of Antarctica

решении системы уравнений, главное из которых

(REMA) [15]. Затем, в пределах озера, она была

описывает преобразование потенциальной энер

заменена постоянным значением, равным аб

гии воды, обусловленной разностью уровней, в

солютной высоте поверхности акватории после

кинетическую энергию движущегося потока и теп-

прорыва. После этого из последнего вычитался

ловую. Последняя вызвана трением воды о стен

грид глубин оз. Прогресс. Так удалось построить

ки канала, что приводит к таянию и его постепен

схему его глубин до прорыва и определить его

ному расширению. Модель достаточно подробно

морфометрические характеристики.

изложена в работе [17]. Основное преимущество

Анализ полученного графика (рис. 6, а) пока

этой модели среди прочих имеющихся расчётных

зал, что примерно в течение 7 часов расход воды

способов [18-21] состоит в том, что входные дан

из озера был незначительным, что, вероятно, со

ные для моделирования можно получить в поле

ответствует фазе начала активной фильтрации

вых условиях при выполнении стандартных по

в снежно-фирновую толщу. В этот момент вода

удерживалась снежно-фирновой толщей и на

капливалась на ледяных прослойках, выполня

ющих роль водоупора. Затем расход воды резко

увеличился, что можно интерпретировать как

начало образования сквозного канала. Соглас

но данным наблюдений, максимальный расход

сформировался через 7 ч 30 мин после начала

истечения и достиг величины 5,4 м³/с. Оценить

полный объём паводка не удалось, поскольку

через 9 часов после его начала, на фазе спада, де

тальные наблюдения за уровнем пришлось пре

рвать по организационным причинам и возоб

новить их лишь спустя 11 часов. На этот момент

(через 20 часов после начала прорыва) основ

ной объём воды был уже сброшен через вырабо

танный в снежнике тоннель, которой в после

дующем развился до полноценного русла (см.

рис. 4), и наступила стабилизация уровня.

Гидрограф прорывного паводка рассчитывал

Рис. 5. Батиметрическая кривая оз. Прогресс

ся также с применением математической модели,

Fig.

5. The bathymetric curve of Lake Progress

 619 

Прикладные проблемы

Рис. 6. Гидрографы прорывного паводка, построенные на основании наблюдений за уровнем воды (пунк-

тирная линия) и математической модели (сплошная линия) (а); изменение диаметра канала во времени (б)

Fig. 6. Hydrographs of outburst flood based on water level in-situ measurements (dotted line) and hydrological model

(solid line) (а); changing the diameter of the channel over time (б)

левых работ. В качестве исходной информации

По результатам сравнения модельных и по

использованы: батиметрическая схема озера до

лученных по наблюдённым данным гидрогра

прорыва, синтезированная в грид; разность от

фов напрашивается вывод, что предложенную

меток между точками входа в тоннель и выхода из

модель можно использовать для оценочных рас

него; длина тоннеля; температура воды в озере к

чётов характеристик прорывных паводков через

моменту формирования прорыва, а также плот

снежно-фирновые перемычки. Усовершенство

ность и удельная теплоёмкость материала плоти

вание методики расчёта авторы видят в учёте

ны. Результаты моделирования представлены в

при моделировании фильтрации озёрной воды в

виде гидрографа прорывного паводка.

снежно-фирновую толщу. Полученные резуль

При анализе смоделированного гидрографа

таты, по нашему мнению, представляют собой

можно заметить, что он характеризуется плав

первый шаг к разработке методики прогнозов

ной, но асимметричной формой, без резких из

прорывных явлений и рекомендаций для прове

менений расхода воды (см. рис. 6, а). Макси

дения и организации полевых работ в подобных

мальный расход воды составил 4,94 м³/с и был

условиях. Принимая во внимание внезапность

достигнут через 7 ч 25 мин после начала истече

самого процесса прорыва и нередко опасность

ния. Диаметр канала достиг своего максималь

измерения непосредственных расходов воды, на

ного значения к моменту окончания прорыва и

первое место выходят методы моделирования и

составил 2,9 м, что хорошо согласуется с наб-

мониторинга уровенных режимов прорывоопас

людениями (см. рис. 6, б). Рассчитанный объём

ных озёр оазисов на стационарных постах.

паводка - 76 320 м³. Видно, что время прохожде

ния максимального расхода воды в случае смо

делированного гидрографа и натурного согла

Заключение

суются между собой. Максимальные величины

расходов отличаются друг от друга не более чем

Выполненное исследование позволило впер

на 9%. Различия в объёмах стока и форме гидро

вые инструментально зафиксировать все этапы

графов могут быть объяснены тем, что в моде

формирования прорывного паводка - от нача

ли не учитываются время и объём аккумуляции

ла образования прорывного канала до заверше

озёрной воды в снежно-фирновой толще в ре

ния течения по нему. На основе измеренных

зультате процесса фильтрации. По этой причине

уровней и расходов воды оценены максималь

на рассчитанном гидрографе наблюдается более

ные расходы и время протекания процесса. Гео

быстрое и плавное нарастание значений.

физические работы дали возможность судить о

 620 

Г.В. Пряхина и др.

структуре канала и высказать предположение о

тосъёмки; сотрудникам Института наук о Земле

причинах и месте его формирования. Авторы на

СПбГУ М.П. Кашкевич и ООО «ГеофизПоиск»

стоящей работы получили редкую возможность

В.И. Кашкевич за предоставленную геофизиче

сравнить данные модельных расчётов с результа

скую и геодезическую аппаратуру. Работа выпол

тами наблюдений за прохождением прорывного

нена при финансовой поддержке РФФИ в рамках

паводка в условиях Антарктиды. Сопоставление

научного проекта № 18-05-00421.

результатов показало, что, несмотря на недо

учёт в математической модели процесса перво

Acknowledgments. The authors would like to thank

начального задержания воды снежно-фирновой

our colleagues G. Deshevykh, E. Ryzhova, A. Sukha

толщей, она может быть использована для оце

nova, the chief of the Progress station A. Voevodin

ночных расчётов.

and other involved people who supported our field

work during the field season; A. Mirakin for air survey

Благодарности. Авторы выражают благодарность

of the study area; M. Kashkevich and our colleagues

своим коллегам Г.А. Дешевых, Е.В. Рыжовой,

from «GeophysPoisk» and Institute of Earth science

А.А. Сухановой за помощь в проведении полевых

SPSU who provided us with hydrological, geophysical

работ; начальнику станции Прогресс А.В. Вое-

and geodetic equipment. The work was supported by

водину за помощь в организации полевых иссле

the Russian Foundation for Basic Research in the

дований; А.В. Миракину за выполнение аэрофо

framework of the scientific project № 18-05-00421.

Литература

References

1. Симонов И.М. Оазисы Восточной Антарктиды. Л.:

1. Simonov I.M. Oazisy Vostochnoy Antarktidy. Oases of

Гидрометеоиздат, 1971. 176 с.

East Antarctica. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1971:

176 p. [In Russian].

2. Александров М.В. Ландшафтная структура и кар

2. Aleksandrov M.V. Landshaftnaya struktura i kartirovanie

тирование оазисов Земли Эндерби / Под ред.

oazisov Zemli Enderbi. The landscape structure and

Е.С. Короткевича. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

mapping of oases of the Earth Enderby. Ed. E.S. Ko

152 с.

rotkevich. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1985: 152 p.

3. Сократова И.Н. Антарктические оазисы. Санкт-

[In Russian].

Петербург: ААНИИ, 2010. 274 с.

3. Sokratova I.N. Antarkticheskie oazisy. Antarctic oases.

4. Боронина А.С., Четверова А.А., Попов С.В., Пря-

St. Petersburg: AANII, 2010: 274 p. [In Russian].

хина Г.В. Обзор потенциально прорывоопасных

4. Boronina A.S., Chetverova A.A., Popov S.V., Pryakhi-

озёр и последствия прохождения их паводков в

na G.V. Overview of potentially outburst lakes and the

районах холмов Тала и Ларсеманн (Восточная Ан

consequences of floods in the Hills of Tala and Larse

mann (East Antarctica). II Vserossiyskaya nauchno-

тарктида) // II Всерос. науч.-практ. конф. «Со

prakticheskaya konferentsiya «Sovremennye tendentsii i

временные тенденции и перспективы развития

perspektivy razvitiya gidrometeorologii v Rossii», 5-7 iyu-

гидрометеорологии в России», 5-7 июня 2019 г.

nya 2019 g. Proc. of the II All-Russian Scientific and

Иркутск, 2019. C. 307-318.

Practical Conference «Modern Trends and Prospects for

5. Александров М.В., Козловский А.М. К исследова

the Development of Hydrometeorology in Russia», June

нию озёр в окрестностях станции Молодёжной //

5-7, 2019. Irkutsk, 2019: 307-318. [In Russian].

Информ. бюл. САЭ. 1969. № 72. C. 34-40.

5. Aleksandrov M.V., Kozlovskiy A.M. On the study of lakes

6. Вайгачев А.З. Прорыв ледяной «плотины» озера

in the vicinity of Molodezhnaya station. Inform. byul.

Лагерного // Информ. бюл. САЭ. 1965. № 54.

Sovetskoy antarkticheskoy ekspeditsii. Inform. bull. So

C. 58-59.

viet Antarctic expedition. 1969, 72: 34-40. [In Russian].

7. Аверьянов В. Наводнение на станции Новола

6. Vaigachev A.Z. Outburst of the ice «dam» of Lake La

gernoye. Inform. byull. Sovetskoy antarkticheskoy

заревской // Информ. бюл. САЭ. 1965. № 52.

ekspeditsii. Inform. bull. Soviet Antarctic expedition.

C. 53-74.

1965, 54: 58-59. [In Russian].

8. Дворников Ю.А., Евдокимов А.А. Научно-техниче

7. Averyanov V. Flood at Novolazarevskaya station. Inform.

ский отчёт по программе гидроэкологических ис

byull. Sovetskoy antarkticheskoy ekspeditsii. Inform. bull.

следований на станции Прогресс в сезонный пе

Soviet Antarctic expedition. 1965, 52: 53-74. [In Russian].

риод 62-й РАЭ. СПб.: Фонды ААНИИ, 2017. 50 с.

8. Dvornikov Yu.A., Evdokimov A.A. Nauchno-tekhniches-

9. Popov S.V., Pryakhin S.S., Bliakharskii D.P., Pryakhi-

kiy otchyot po programme gidroekologicheskih issledo-

na G.V., Tyurin S.V. Vast ice depression in Dålk Gla

vaniy na stantsii Progress v sezonnyi period 62 RAE. Sci

 621 

Прикладные проблемы

cier, East Antarctica // Ice and Snow. 2017. V. 57. № 3.

entific and technical report on the program of hydro

P. 427-432. doi: 10.15356/2076-6734-2017-3-427-432.

ecological research at Progress station in the seasonal

10. Antarctic Xiehe Peninsula orthophoto. Scale 1:4000.

period of the 62nd RAE. St. Petersburg: AARI Funds,

Heilongjiang Polar Engineering Center of Surveying &

2017: 50 p. [In Russian].

9. Popov S.V., Pryakhin S.S., Bliakharskii D.P., Pryakhi-

Mapping and Heilongjiang Institute of Geomatics En

na G.V., Tyurin S.V. Vast ice depression in Dålk Gla

gineering. China, 2006.

cier, East Antarctica. Ice and Snow. 2017, 57 (3): 427-

11. Larsemann Hills. Princess Elizabeth Land. Antarctica.

432. doi: 10.15356/2076-6734-2017-3-427-432.

Satellite image map. Edition 3. Map number 14241,

10. Antarctic Xiehe Peninsula orthophoto. Scale 1:4000.

Scale 1:25 000. Australian Antarctic Division, 2015.

Heilongjiang Polar Engineering Center of Surveying &

12. Боронина А.С., Попов С.В., Пряхина Г.В. Гидроло

Mapping and Heilongjiang Institute of Geomatics En

гическая характеристика озёр восточной части по

gineering. China, 2006.

луострова Брокнес, холмы Ларсеманн, Восточная

11. Larsemann Hills. Princess Elizabeth Land. Antarctica.

Антарктида // Лёд и Снег. 2019. Т. 59. № 1. С. 39-

Satellite image map. Edition 3. Map number 14241,

48. doi: 10.15356/2076-6734-2019-1-39-48.

Scale 1:25 000,. Australian Antarctic Division, 2015.

13. Попов С.В., Боронина А.С. Программное обеспе

12. Boronina A.S., Popov S.V., Pryakhina G.V. Hydrologi

чение для обработки данных тахеометрической

cal characteristics of lakes in the eastern part of the

съёмки // Геодезия, картография, геоинформа

Broknes Peninsula, Larsemann Hills, East Antarctica.

Led i Sneg. Ice and Snow. 2019, 59 (1): 39-48. [In

тика и кадастры. Наука и образование. Сб. мате

Russian]. doi: 10.15356/2076-6734-2019-1-39-48.

риалов III Всерос. науч.-практ. конф. 6-8 ноября

13. Popov S., Boronina A. Software for processing data of

2019 г. СПб., 2019. С. 258-263.

tachometric survey. Geodeziya, kartografiya, geoinforma-

14. Григорьева С.Д., Четверова А.А., Рыжова Е.В., Де-

tika i kadastry. Nauka i obrazovanie. Sb. materialov III

шевых Г.А., Попов С.В. Гидрологические и геофи

Vseros. nauch.-praktich. konf. 6-8 noyabrya 2019 g. Soft

зические инженерные изыскания в районе стан

ware for processing data of tachometric survey. Geod

ции Прогресс (оазис холмы Ларсеманн, Восточная

esy, cartography, geoinformatics and cadastre. Abstracts

Антарктида) в сезон 64-й РАЭ // Российские по

of the III Russian conf. on applied science. November

лярные исследования. 2019. № 2. С. 23-28.

6-8, 2019. St. Petersburg, 2019. P. 258-263.

15. Howat I.M., Porter C., Smith B.E., Noh M.-J., Morin P.

14. Grigoryeva S.D., Chetverova A.A., Ryzhova E.V., De-

The reference elevation model of Antarctica // Cryo

shevy G.A., Popov S.V. Hydrological and geophysical en

sphere. 2019. № 13. P. 665-674. doi: 10.5194/tc-13-

gineering surveys in the vicinity of Progress Station (an

oasis on the Larsemann Hills, East Antarctica) in the sea

665-2019.

son of the 64^th RAE. Rossiyskie polyarnye issledovaniya.

16. Виноградов Ю.Б. Метод расчета гидрографа павод

Russian Polar Research. 2019, 2: 23-28. [In Russian].

ка при прорыве подпруженного ледником озера //

15. Howat I.M., Porter C., Smit B.E., Noh M.-J., Morin P.

Селевые потоки. 1976. Сб. 1. С. 138-153.

The Reference Elevation Model of Antarctica. Cryo

17. Попов С.В., Пряхина Г.В., Боронина А.С. Оценка

sphere. 2019, 13: 665-674.

расхода воды в процессе развития прорывного па

16. Vinogradov Yu.B. The method for calculating the flood

водка ледниковых и подледниковых водоёмов //

hydrograph during the break of a lake dammed with

Криосфера Земли. 2019. Т. XXIII. № 3. С. 25-32.

glacier. Selevye Potoki. Mudflows. 1976, 1: 138-153.

doi: 10.21782/KZ1560-7496-2019-3(25-32).

[In Russian].

18. Nye J.F. Water flow in glaciers: jökulhlaups, tunnels,

17. Popov S.V. Pryakhina G.V., Boronina A.S. Estimation of

and veins // Journ. of Glaciology. 1976. V. 17. № 76.

water discharge during development of glacial and sub

P. 181-207.

glacial outburst floods. Earth’s Cryosphere. 2019, XXIII

19. Björnsson H. Jökulhlaups in Iceland: prediction, char

(3): 20-26. doi: 10.21782/EC2541-9994-2019-3(20-26).

18. Nye J.F. Water flow in glaciers: jökulhlaups, tunnels, and

acteristics and simulation // Annals of Glaciology.

veins. Journ. of Glaciology. 1976, 17 (76): 181-207.

1992. V. 16. P. 95-106. doi: 10.3198/1992AoG16-1-

19. Björnsson H. Jökulhlaups in Iceland: prediction, char

95-106.

acteristics and simulation. Annals of Glaciology. 1992,

20. Clarke G.K.C. Hydraulics of subglacial outburst floods:

16: 95-106.

New insights from the Spring-Hutter formulation //

20. Clarke G.K.C. Hydraulics of subglacial outburst floods:

Journ. of Glaciology. 2003. V. 49. № 165. P. 299-314.

New insights from the Spring-Hutter formulation.

doi: 10.3189/172756503781830728.

Journ. of Glaciology. 2003, 49 (165): 299-314.

21. Fowler A.C. Dynamics of subglacial floods // Proc.

21. Fowler A.C. Dynamics of subglacial floods. Proc. Royal

Royal Society. A. Mathematical Physics. Engineering

Society. A. Mathematical Physics. Engineering Scienc

Sciences. 2009. V. 465. № 2106. P. 1809-1828.

es. 2009, 465 (2106): 1809-1828.

 622 