RESPONSE OF STREAMS AND SUPRAPERMAFROST WATERS OF THE ANADYR LOWLAND TO ATMOSPHERIC PRESSURE DROP

• Main Authors: Oleg D. Tregubov, Boris I. Gartsman, Vladimir V. Shamov, Ludmila S. Lebedeva, Anna M. Tarbeeva
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Для почтовых отправлений: 199155 Санкт-Петербург, а/я 136, Редакция журнала «Гидросфера. Опасные процессы и явления» / For mail: 199155 St. Petersburg, PO Box 136 Editorial Board of the «Hydrosphere. Hazardous processes and phenomena». 2021
• Subjects: permafrost zone; suprapermafrost waters; river runoff; atmospheric pressure fluctuations; baroeffect; Anadyr lowland; криолитозона; надмерзлотные воды; речной сток; колебания атмосферного давления; барический эффект; Анадырская низменность; Anadyr; Anadyr’; Waters River; Anadyr'; Chukotka; permafrost; Tundra
• Online Access: http://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/112; https://doi.org/10.34753/HS.2021.3.3.297

The article presents the results of a study of water supply sources and the daily flow regime of rivers and streams of the Anadyr lowland in the low-water period of 2019. Regarding the field materials, the problem of the impact of atmospheric pressure surges on the water-physical properties of peat soils and the runoff regime of small rivers in the cryolithozone lowlands is considered. It was found that the daily atmospheric pressure drop with an amplitude of 1.2 kPa in the Ugolnaya-Dionisiya River watershead, located within the Anadyr Lowland in Chukotka, led to a synchronous decrease and then an increase in the level of suprapermafrost and river waters by 2.5– 7.8 cm. The water-physical properties of peat soils are described, the mechanism of the influence of atmospheric pressure on the tundra soils moisture capacity and the small rivers runoff during the summer dry season is proposed. The geocryological, hydrogeological and hydrological conditions necessary for the manifestation of discovered effect are considered. The known mechanical properties of the tundra peat cover and the water-physical properties of the organogenic horizon of tundra soils made allow to propose a hypothesis of the effect of atmospheric pressure on the level of suprapermafrost waters by changing the moisture capacity of peat during its plastic-elastic deformation. The condition for a positive reaction of suprapermafrost and river runoff to fluctuations in atmospheric pressure are: the bedding of the groundwater table in contact with the peat horizon; incomplete moisture capacity of the organogenic soil horizon; predominant feeding of the river by suprapermafrost waters and the presence of an extensive drainage network. It seems promising to further study the atmospheric baric effects of baroeffects in the underground and surface waters of the lowlands of the permafrost zone, as well as in the bog landscapes of more southern latitudes, where there are conditions for their manifestation. In the landscape conditions of the Anadyr Lowland, in the absence of atmospheric precipitation, pressure jumps in the level of suprapermafrost waters can be considered as a mechanism for additional moisture replenishment of the root layer of soils during the period of active vegetation of tundra vegetation. В статье представлены результаты исследования источников питания и суточного режима стока рек и ручьев Анадырской низменности в меженный период 2019 года. На примере полевых материалов рассмотрена проблема воздействия скачков атмосферного давления на водно-физические свойства торфяных почв и режим стока малых рек низменностей криолитозоны. Установлено, что суточный перепад атмосферного давления амплитудой 1,2 кПа в районе реки Угольная-Дионисия, расположенной в границах Анадырской низменности на Чукотке, привел к синхронному понижению, а затем повышению уровня надмерзлотных подземных и поверхностных речных вод в бассейне реки на 2,5–7,8 см. Описаны водно-физические свойства торфяных почв, предложен механизм воздействия атмосферного давления на влагоемкость тундровых почв и сток малых рек в фазу летней межени. Рассмотрены геокриологические, гидрогеологические и гидрологические условия необходимые для проявления обнаруженного эффекта воздействия скачков атмосферного давления на речной сток. Известные механические свойства торфяного покрова тундр и водно-физические свойства органогенного горизонта тундровых почв позволили предложить гипотезу воздействия атмосферного давления на уровень надмерзлотных вод посредством изменения влагоемкости торфа при его пластично-упругой деформации. Условием положительной реакции надмерзлотного и речного стока на скачки атмосферного давления являются: контактное с торфяным горизонтом почв залегание зеркала подземных вод; неполная влагоемкость органогенного горизонта почв; преимущественное питание реки надмерзлотными водами и наличие разветвленной дренажной сети. Представляется перспективным дальнейшее изучение атмосферных барических эффектов в подземных и поверхностных водах низменностей криолитозоны, а также в болотных ландшафтах более южных широт, где имеются условия для их проявления. В ландшафтных условиях Анадырской низменности при отсутствии атмосферных осадков барические скачки уровня надмерзлотных вод могут рассматриваться как механизм дополнительной подпитки влагой корнеобитаемого слоя почв в период активной вегетации тундровой растительности. Литература: Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990. 219 с. Ермичев В.А., Лобанов В.Н., Кривченкова Г.Н., Артемов А.В. Прогнозирование осадки и плотности лесных почв после проезда гусеничных машин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2006. № 2. С. 48–51. Зырянов В.Н., Хубларян М.Г. Пампинг-эффект в теории нелинейных процессов типа уравнения теплопроводности и его приложение в геофизике // Доклады академии наук. 2006. Т.408. № 4. С. 535–538. Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с. Каменский Г.Н., Биндеман Н.Н., ВевиоровскаяМ.А., Альтовский М.Е. Режим подземных вод. М.-Л.: ГОНТИ, Главная редакция строительной литературы, 1938. 192 с. Лавров С.А., Марков М.Л. Оценка влияния атмосферного давления на уровень и сток грунтовых вод // Инженерные изыскания. 2018. Т.12. №11-12. С.44-51. DOI:10.25296/1997-8650-2018-12-11-12-44-51. Марунич С.В., Завилейский С.В., Ливанова Н.А. Влияние изменения атмосферного давления на формирование речного стока // Известия Академии наук. Серия географическая. 1998. №1. С.111–115. Соколов Б.Л., Завилейский С.В., Марунич С.В. Экспериментальные исследования процессов формирования речного стока малых водосборов// Метеорология и гидрология. 1994. № 10. С. 82–91. Трегубов О.Д., Гарцман Б.И., Лебедева Л.С., Нутевекет М.А., Тарбеева А.М., УяганскийК.К., Шекман Е.А., Шепелев В.В. Ландшафтно-мерзлотные условия и факторы формирования летнего стока малых рек приморской низменности криолитозоны // Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Юрия Борисовича Виноградова «Четвертые Виноградовские чтения. Гидрология: от познания к мировоззрению» (г.Санкт-Петербург, 23–31 октября 2020 года). СПб.: Изд-во ВВМ, 2020. С. 805–810. Трегубов О.Д., Гарцман Б.И., Тарбеева А.М., Лебедева Л.С., Шепелев В.В. Пространственная и временная динамика источников питания и водного режима рек Анадырской низменности // Водные ресурсы. 2021. Т. 48. № 4. С. 427–438. DOI:10.31857/S0321059621040180. Трегубов О.Д., Уяганский К.К., Нутевекет М.А. Мониторинг мерзлотно-климатических условий Анадырской низменности // География и природные ресурсы. 2020. № 2 (161). С. 143–152. DOI:10.21782/GiPR0206-1619-2020-2(143-152). Фомин Ю.В. Природа пампинг-эффекта в прибрежной зоне // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2016. Вып. 361. С. 203–230. Штенгелов Р.С., Филимонова Е.А., Шубин И.С. Обработка откачки из напорного водоносного горизонта при переменном дебите и атмосферном давлении // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2017. № 3. С.50–58. DOI:10.33623/0579-9406-2017-3-50-58. Hylckama T.E.A.V. Water level fluctuations in evapotranspirometers // Water Resources Research. 1968. Vol. 4. Iss. 4. Рp. 761–768. DOI:10.1029/WR004i004p00761. Lautz L.K. Estimating groundwater evapotranspiration rates using diurnal water-table fluctuations in semi-arid riparian zone // Hydrogeology Journal. 2008. Vol. 16. Iss. 3. Pp.483–497. DOI:10.1007/s10040-007-0239-0. Moraetis D., Efstathiou D., Stamati F., Tzoraki O., Nikolaidis N.P., Schnoor J.L., Vozinakis K. High-frequency monitoring for the identification of hydrological and bio-geochemical processes in a Mediterranean river basin // Journal of Hydrology. 2010. Vol. 389. Iss. 1-2. Pp. 127–136. DOI:10.1016/j.jhydrol.2010.05.037. Salama R.B., Bartle G.A., Farrington P. Water use of plantation Eucalyptus camaldulensis estimated by groundwater hydrograph separation techniques and heat pulse method // Journal of Hydrology. 1994. Vol. 156. Iss. 1–4. Pp. 163–180. DOI:10.1016/0022-1694(94)90076-0. Turk L.J. Diurnal fluctuations of water tables induced by atmospheric pressure changes // Journal of Hydrology. 1975. Vol. 26. Iss. 1–2. Pp. 1–16. DOI:10.1016/0022-1694(75)90121-3. Zhuravin S.A., Markov M.L. Development of studies in small research basins in Russia and the most recent tasks // Proceedings of the Workshop «Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins» (Goslar-Hahnenklee, Germany, 30 March–2 April 2009). IAHS Publ., 2010. No. 336. Р. 219–224 Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра, 1990. 219 с. Ермичев В.А., Лобанов В.Н., Кривченкова Г.Н., Артемов А.В. Прогнозирование осадки и плотности лесных почв после проезда гусеничных машин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2006. № 2. С. 48–51. Зырянов В.Н., Хубларян М.Г. Пампинг-эффект в теории нелинейных процессов типа уравнения теплопроводности и его приложение в геофизике // Доклады академии наук. 2006. Т.408. № 4. С. 535–538. Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с. Каменский Г.Н., Биндеман Н.Н., ВевиоровскаяМ.А., Альтовский М.Е. Режим подземных вод. М.-Л.: ГОНТИ, Главная редакция строительной литературы, 1938. 192 с. Лавров С.А., Марков М.Л. Оценка влияния атмосферного давления на уровень и сток грунтовых вод // Инженерные изыскания. 2018. Т.12. №11-12. С.44-51. DOI:10.25296/1997-8650-2018-12-11-12-44-51. Марунич С.В., Завилейский С.В., Ливанова Н.А. Влияние изменения атмосферного давления на формирование речного стока // Известия Академии наук. Серия географическая. 1998. №1. С.111–115. Соколов Б.Л., Завилейский С.В., Марунич С.В. Экспериментальные исследования процессов формирования речного стока малых водосборов// Метеорология и гидрология. 1994. № 10. С. 82–91. Трегубов О.Д., Гарцман Б.И., Лебедева Л.С., Нутевекет М.А., Тарбеева А.М., УяганскийК.К., Шекман Е.А., Шепелев В.В. Ландшафтно-мерзлотные условия и факторы формирования летнего стока малых рек приморской низменности криолитозоны // Сборник докладов международной научной конференции памяти выдающегося русского ученого Юрия Борисовича Виноградова «Четвертые Виноградовские чтения. Гидрология: от познания к мировоззрению» (г.Санкт-Петербург, 23–31 октября 2020 года). СПб.: Изд-во ВВМ, 2020. С. 805–810. Трегубов О.Д., Гарцман Б.И., Тарбеева А.М., Лебедева Л.С., Шепелев В.В. Пространственная и временная динамика источников питания и водного режима рек Анадырской низменности // Водные ресурсы. 2021. Т. 48. № 4. С. 427–438. DOI:10.31857/S0321059621040180. Трегубов О.Д., Уяганский К.К., Нутевекет М.А. Мониторинг мерзлотно-климатических условий Анадырской низменности // География и природные ресурсы. 2020. № 2 (161). С. 143–152. DOI:10.21782/GiPR0206-1619-2020-2(143-152). Фомин Ю.В. Природа пампинг-эффекта в прибрежной зоне // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2016. Вып. 361. С. 203–230. Штенгелов Р.С., Филимонова Е.А., Шубин И.С. Обработка откачки из напорного водоносного горизонта при переменном дебите и атмосферном давлении // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2017. № 3. С.50–58. DOI:10.33623/0579-9406-2017-3-50-58. Hylckama T.E.A.V. Water level fluctuations in evapotranspirometers // Water Resources Research. 1968. Vol. 4. Iss. 4. Рp. 761–768. DOI:10.1029/WR004i004p00761. Lautz L.K. Estimating groundwater evapotranspiration rates using diurnal water-table fluctuations in semi-arid riparian zone // Hydrogeology Journal. 2008. Vol. 16. Iss. 3. Pp.483–497. DOI:10.1007/s10040-007-0239-0. Moraetis D., Efstathiou D., Stamati F., Tzoraki O., Nikolaidis N.P., Schnoor J.L., Vozinakis K. High-frequency monitoring for the identification of hydrological and bio-geochemical processes in a Mediterranean river basin // Journal of Hydrology. 2010. Vol. 389. Iss. 1-2. Pp. 127–136. DOI:10.1016/j.jhydrol.2010.05.037. Salama R.B., Bartle G.A., Farrington P. Water use of plantation Eucalyptus camaldulensis estimated by groundwater hydrograph separation techniques and heat pulse method // Journal of Hydrology. 1994. Vol. 156. Iss. 1–4. Pp. 163–180. DOI:10.1016/0022-1694(94)90076-0. Turk L.J. Diurnal fluctuations of water tables induced by atmospheric pressure changes // Journal of Hydrology. 1975. Vol. 26. Iss. 1–2. Pp. 1–16. DOI:10.1016/0022-1694(75)90121-3. Zhuravin S.A., Markov M.L. Development of studies in small research basins in Russia and the most recent tasks // Proceedings of the Workshop «Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins» (Goslar-Hahnenklee, Germany, 30 March–2 April 2009). IAHS Publ., 2010. No. 336. Р. 219–224.