РД 52.08.22-84 Охрана природы. Гидросфера. Методические указания. Правила ведения учета поверхностных вод. Учет вод ледников

     
     РД 52.08.22-84

Группа П69

     
     
РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

ОХРАНА ПРИРОДЫ

ГИДРОСФЕРА

Методические указания

Правила ведения учета поверхностных вод

Учет вод ледников

Настоящий раздел Методических указаний устанавливает основные правила учета водных ресурсов ледников, включая организацию системы наблюдений, методы определения запасов воды в ледниках и оценки их точности, формы учета и обобщения информации.

1. СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ ДЛЯ УЧЕТА ВОД ЛЕДНИКОВ

1.1. Наиболее полным источником сведений о ледниках Советского Союза является Каталог ледников СССР, содержащий данные о масштабах современного оледенения и используемый для ведения АИС ГВК. Это единственный вид гляциологических работ, выполненных по единой для СССР программе и методике.

1.2. Для учета водных ресурсов ледников используются результаты стандартных гидрологических, метеорологических и актинометрических наблюдений, а также специфических гляциологических наблюдений.

1.3. Гидрологические наблюдения на реках, берущих начало из ледников, выполняются в соответствии с требованиями Наставлений Госкомгидромета /47, 48/.

1.4. Специфические гляциологические работы выполняются различными организациями и различными методами, основными из которых являются геофизические и геодезические методы. К ним относятся, в первую очередь, наблюдения за аккумуляцией и абляцией по рейкам, за поверхностной скоростью движения ледников, исследование температуры в скважинах, изучение структуры снежно-фирновой толщи в шурфах и по кернам, полученным в  результате бурения.

Методика и требования к стандартным работам приведены в /71/. Значительная часть работ, выполняемых в настоящее время на ледниках, производится новыми, не регламентированными еще Наставлениями и Руководствами методами, к числу которых относятся термобурение, исследование изотопного состава снежно-фирновой толщи, палинологические исследования, изучение распределения температуры по глубине термодатчиками и др.

1.5. Метеорологические и актинометрические наблюдения на ледниках выполняются в соответствии с требованиями Наставлений Госкомгидромета /52, 70/.

2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАСОВ ВОДЫ В ЛЕДНИКАХ

2.1. Определение запасов воды в ледниках, основанное на оценке мощности ледников, может быть выполнено гравиметрическим, магнитометрическим, электрометрическим, сейсмическим, радиолокационным и расчетным методами.

2.2. Гравиметрический метод основан на изучении изменений поля силы тяжести, обусловленных геологическими объектами, которые отличаются по своей плотности от вмещающих пород /30/.

2.2.1. Для измерения изменений силы тяжести применяют гравиметры, построенные по принципу пружинных весов. Малый вес и портативность приборов позволяет проводить ускоренные (в течение 3-5 минут) измерения в труднодоступных и труднопроходимых районах.

2.2.2. Сила тяжести является равнодействующей нескольких сил: сил притяжения всей массы Земли, центробежной силы, возникающей вследствие суточного ее вращения, и сил лунно-солнечного притяжения. Она зависит, с одной стороны, от причин, обусловленных формой и вращением Земли (нормальное поле), а с другой, - от неравномерностей распределения плотности земной коры по вертикали и горизонтали (аномальное поле). За нормальное поле принимается распределение силы тяжести на поверхности теоретической Земли (эллипсоида вращения или сфероида - с учетом сжатия Земли у полюсов) в предложении, что Земля состоит из однородных по плотности концентрических слоев, не имеет структурных особенностей и по форме близка к геоиду.

2.2.3. Наблюденные значения силы тяжести и, следовательно, вычисленные по ним аномалии отражают наложенные друг на друга влияния многих масс, расположенных ниже физической поверхности наблюдений, поэтому однозначная интерпретация аномалий невозможна без предварительного разделения влияния отдельных возмущающих масс и выделения из них той составляющей аномального поля, которая связана с исследуемым объектом. Задача сводится к разделению наблюденной аномалии на локальную (остаточную) и региональную составляющие, обусловленные исследуемым геологическим объектом и другими неизвестными источниками. На практике неоднозначность интерпретации обусловлена также неточностью определения аномалий из-за ошибок измерений и редуцирования, определения аномалий в дискретных точках и т.д.

2.2.4. Благоприятной предпосылкой применения гравиметрического метода для определения толщины и подледного рельефа ледников является большая разность плотностей льда и подстилающих пород (в среднем - 1,7-1,8 г/см).

2.2.5. Интенсивные аномалии, создаваемые ледником (от нескольких до десятков миллигал), сравнительно просто могут быть обнаружены с помощью современных гравиметров, имеющих инструментальную точность до ±0,03-0,06 мгал. Кроме того, положение и конфигурация исследуемого возмущающего тела - ледника - известны с той или иной точностью из прямых измерений, а вариации средней плотности материала ледника незначительны. В силу этого неоднозначность решения задачи существенно ограничена по сравнению с другими объектами гравиметрической разведки и сводится к нахождению глубины залегания рельефа одной контактной поверхности - ложа ледника. Основная трудность заключается в правильном учете регионального фона, а также в определении поправки на рельеф в горных областях.

2.2.6. При условии достаточно тщательных измерений, редуцирования и учета регионального фона может быть получена приемлемая точность гравиметрических определений мощности ледников - около 10-15 м.

2.3. Применение магнитометрического метода, основанного на изучении изменений магнитного поля Земли, обусловленных неодинаковой намагниченностью различных пород /2/, не рекомендуется из-за малой его эффективности.

2.4. Электрометрические методы разведки, основанные на изучении электрических полей, существующих в Земле в силу различных естественных процессов или создаваемых искусственно /2/, среди которых для измерения мощности ледников наибольшее распространение получил метод сопротивлений, в частности, метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) /3/, являются малоэффективными.

Из-за значительных недостатков метода, связанного с ненадежностью гальванического контакта электродов с изучаемой средой, низкой производительностью, сравнительно большим весом и громоздкостью оборудования, зависимостью результатов измерений от погодных условий, а также ограниченностью зондирования по глубине, применение метода электрозондирования для измерения толщины ледников и ледниковых покровов не рекомендуется.

2.5. Сейсмический метод разведки основан на изучении распространения в исследуемой среде упругих волн, возбуждаемых искусственным путем с помощью взрывов или ударов /2, 3, 31/.

2.5.1. Упругие волны распространяются во всех направлениях от источника возбуждения. Падающая волна претерпевает отражение и преломление на границах сред с различными упругими свойствами и возвращается к поверхности, где создает колебания почвы, которые регистрируются с помощью сейсмоприемников. Определяя по сейсмограммам время пробега отраженных и преломленных волн от пункта взрыва к сейсмоприемникам, установленным вдоль профиля измерений, и исследуя характер колебаний (амплитуду, фазу, частоту) по годографам и записям волн можно установить глубину залегания, угол наклона и форму сейсмогеологических границ, скорости распространения волн в покрывающей и подстилающей средах, а также геологическую природу выявленных границ и свойства зондируемой среды.

2.5.2. Различают два основных метода сейсмозондирования: метод отраженных волн (MOB) и метод преломленных волн (МПВ):

MOB основан на изучении волн, возникающих при отражении от границы раздела двух сред с различными волновыми сопротивлениями. Падающий луч отражается по законам геометрической оптики: угол падения равен углу отражения. Вследствие этого отраженные волны наблюдаются вблизи пункта взрыва.

МПВ основан на изучении головных преломленных волн, возникающих при движении вдоль границы раздела двух сред скользящей преломленной волны. Эта волна образуется тогда, когда угол падения равен критическому углу и скорость распространения волн в подстилающей среде больше, чем в покрывающей. Головные преломленные волны наблюдаются вдали от пункта взрыва на расстояниях, соизмеримых с глубиной залегания преломляющей границы. Поэтому измерения МПВ более трудоемки при изучении глубокозалегающих горизонтов, чем измерения MOB. К тому жe интерпретация данных МПВ возможна лишь тогда, когда имеются два (встречных или нагоняющих) годографа, полученных из разных пунктов взрыва.

2.5.3. На горных ледниках для определения толщины льда используются либо MOB, либо МПВ, либо комбинированный метод отраженных и преломленных волн. Выбор метода зависит от толщины ледника и от характера подстилающих пород. На ледниках с небольшой мощностью льда (до 50-100 м) МПВ дает лучшие результаты (при условии, что скорость распространения волн в подстилающих породах больше, чем во льду).

До недавнего времени сейсмический метод являлся единственным физическим методом, позволяющим получать достоверные данные о толщине ледников.

2.6. Радиолокационный метод измерения толщины ледников основан на свойстве радиоволн распространяться в диэлектрических средах и отражаться на границах раздела сред с различными диэлектрическими свойствами /2, 28/.

2.6.1. Благоприятными предпосылками являются: сравнительно малые потери на поглощение радиоволн во льду, значительное различие диэлектрических характеристик льда и подстилающих пород, незначительные потери при отражении электромагнитной энергии от верхней границы ледника. Последнее обстоятельство позволяет осуществлять зондирование ледников дистанционно, с воздушного транспорта, с использованием импульсного метода радиолокации.

2.6.2. Основные параметры распространения радиоволн в ледниках (скорость, поглощение, коэффициент отражения от поверхности и ложа, преломление) определяются диэлектрическими свойствами льда, приводящими к важным следствиям для техники радиозондирования:

1. Учитывая, что поглощение растет с повышением частоты, частоты радиозондирования холодных ледниковых покровов обычно выбираются не выше 440 МГц. Частоты 60-300 МГц предпочтительней, т.к. на более высоких частотах рассеяние от неровностей ложа может уменьшить коэффициент отражения и, следовательно, возможность обнаружения отраженного от ложа сигнала.