Первые исследования
После образования Усойского завала вода из Сарезского озера не вытекала. Только в апреле 1914 г. по сообщениям Г.А.Шпилько, полученным от местных жителей, «…у подножия завала впервые были обнаружены несколько ручейков чистой воды, выходившие из-под завала». В мае того же г. ручьев было уже шесть. Исходя из описаний, их суммарный расход не превышал 0,8 м³/сек. На поверхности завала также наблюдались выходы трех небольших ручьев. В течение лета и осени 1914 г. видимый в районе завала поверхностный сток постепенно увеличивался, достигнув суммарно (судя по описаниям водотоков) 2-3 м³/сек. В то же время на самом завале образовались два «озерца». Т. к. постоянных наблюдений за Сарезским озером до 1938-1939 гг. не велось, то имеются лишь сведения отдельных исследователей, эпизодически посещавших озеро. Эти сведения приведены в следующей таблице.
| Дата (мес., год) | оз. Сарезское | оз. Шадау | Превышение уровня оз. Шадау, м | Расход поверхн.стока, м³/сек | ||
| отметка уровня, м | глубина, м | отметка уровня, м | глубина, м | |||
| 09.1911 | 2970 | 172 | н/д | н/д | н/д | 0 |
| 10.1913 | 3078 | 280° | 3175 | 92 | 97 | 0 |
| 05.1914 | 3097 | 299 | н/д | н/д | н/д | 0,8 |
| 09.1914 | 3120 | 322 | н/д | н/д | н/д | 2 |
| 10.1914 | 3131 | 333 | н/д | н/д | н/д | 3 |
| 11.1914 | 3133 | 335 | н/д | н/д | н/д | 3,5 |
| 08.1915 | 3148 | 350 | н/д | н/д | н/д | н/д |
| 08.1915 | 3150 | 352 | 3183 | 100 | 33 | 2 |
| 05.1916 | 3144 | 346 (?) | н/д | н/д | н/д | 10 |
| 09.1923 | 3211 | 413 | н/д | н/д | н/д | 15-20 |
| 08.1925 | 3244 | 446 | 3263 | 180 | 19 | 25-30 |
| 09.1926 | 3275 | 477° | 3276 | 145° | 1 | 70° |
| 05.1927 | 3261 | 463 | 3261 | 178 | 0 | 67° |
| 10.1927 | 3270 | 472 | н/д | н/д | н/д | 73° |
| 09.1930 | 3278 | 480 | н/д | н/д | н/д | 60-70° |
| 08.1932 | н/д | н/д | н/д | н/д | н/д | 50° |
| 09.1934 | 3284 | 486° | 3283 | 220 | -1 | 80° |
| 1939 | 3287 | 489° | 3287 | н/д | н/д | н/д |
| 1940 | 3287 | 489° | 3287 | 204 | 0 | н/д |
| 1951 | 3295 | 497 | 3295 | 212 | 0 | н/д |
Примечания к таблице: высотные отметки – условные; «°» – имеются достоверные сведения о прямых измерениях данного значения; «н/д» – «нет данных», т. е. данные отсутствуют или, по крайней мере, не известны авторам.
Определение скорости и фильтрации воды с помощью индикаторов
Первые опыты прямого определения гидравлических взаимосвязей на Сарезском озере были выполнены в 1934 г. экспедицией В. А. Афанасьева [4] (прим. № 1). В поток, входящий в завал со стороны оз. Сарезского (место запуска на плане не зафиксировано), был введен марганцевокислый калий. Через одиннадцать с половиной минут визуально было зарегистрировано его появление в голове каньона. Таким образом экспериментально было доказана взаимосвязь зоны питания, в которую был введен индикатор, с родниками в головной части каньона. Данные этого эксперимента позволили оценить действительную скорость движения воды в теле завала, которая по расчетам авторов оказалась равной 2,68 м/сек. Тогда же была предпринята попытка подтвердить и наличие взаимосвязи оз. Шадау с нижними родниками. С этой целью вода в десятиметровой полосе призавальной части побережья оз. Шадау, как пишут авторы, «…закрашивалась флуоресцеином». Визуальные наблюдения в родниках в течение четырех суток положительного результата не дали.
В 1968 г. группа сотрудников ВСЕГИНГЕО под руководством В. С. Гончарова [15, 17] с помощью радиоактивных изотопов проводила изучение фильтрации воды через Усойский завал. В процессе этих работ был определен расход и скорости воды в каньоне по четырем створам. Результаты этих измерений приведены ниже:
| Створ | Расстояние от головы каньона до створа | Составляющие скорости в м/сек | Расход воды, м3/сек | ||
| Максимальная | Средняя | Минимальная | |||
| I – I | 100 | 2,50 | 1,66 | 1,21 | 23,1 |
| II – II | 200 | 1,83 | 1,32 | 1,05 | 45,3 |
| III – III | 700 | 2,65 | 2,26 | 2,04 | 62,5 |
| IV – IV | 920 | 1,90 | 1,74 | 1,64 | 89,5 |
В 1968 г. общий расход воды в каньоне по результатам определений был равен 90 м3/сек. Результаты исследований 1968 г. показали, что структура фильтрационного потока «трехгорбая», т. е. имеется как минимум три пути движения индикатора от места запуска в каньон с действительными скоростями 1,5; 2,8 и 3,9 м/сек. При аналогичном эксперименте в 1976 г. с достоверностью на уровне 0,99 были получены более высокие значения скорости: от 2,5 до 5,4 м/сек. Увеличения скоростей движения воды могут быть объяснены, в первую очередь, более высоким стоянием уровня воды в озерах. Второй запуск радиоиндикатора был произведен в бухте, расположенной южнее бухты Соединения и был обнаружен в отдельных родниках в головной, средней и низовой части каньона. Скорость движения индикатора была оценена значениями, лежащими в интервале от 1,1 до 3,1 м/сек. Минимальные значения характерны для части потока, движущегося в голове, а максимальные – в низовье каньона.
этом же году Гончаровым В. С. с помощью красителей были определены скорости движения воды в озере в непосредственной близости от берега. Запуски красителя проводились на удалении 10 м от берега. В прибрежной зоне Сарезского озера выявлено большое количество мест инфлюации, общая протяженность которых составляет около 800 м. В шести случаях отмечены скорости движения воды 2-6 м/мин. В остальных – десятки сантиметров в минуту (или сотые доли метра в секунду).
Обобщая результаты экспериментов по прямому определению пространственных гидравлических взаимосвязей, авторы делают следующие выводы:
- отдельные зоны инфлюации, расположенные на верховом откосе Усойского завала, в частности, в бухте Соединения, имеют гидравлическую связь с областью разгрузки фильтрационного потока в головной части каньона;
- экспериментально определенные значения действительной скорости движения воды в теле завала лежат в интервале от 1 до 5 м/сек, что сопоставимо со скоростью течения в открытых потоках в каньоне;
- данные анализов, выполненных при индикаторных опытах, указывают на очень высокое разбавление индикатора в потоке – порядка 0,1 – 1,0 млрд., – что свидетельствует о сложности структуры потока и взаимодействия его элементов. Не исключена возможность наличия в теле завала значительных по объему полостей (промежуточных дрен фильтрационного потока), в которых происходит смешение его составляющих;
- метод индикаторов при соответствующей информационной и технологической подготовке наиболее перспективен в условиях Усойского завала для решения задач фильтрации и гидрометрии;
- по данным выполненных группой В. С. Гончарова термоанемометрических наблюдений суммарная площадь области питания составляет около 270000 м². (прим. № 2)
ГМС Ирхт
Стационарные гидрометеорологические наблюдения в районе Сарезского озера были начаты осенью 1938 г., когда была открыта гидрометеорологическая станция Ирхт. Она до настоящего времени осуществляет комплекс наблюдений: за уровнем озера, температурой воды и воздуха, скоростью ветра, влажностью воздуха, ледовыми явлениями на озере, динамикой толщины льда, испарением с водной поверхности и т. д. Однако, находясь в боковой Лянгарской долине, станция недостаточно надежно характеризует некоторые элементы метеорологического режима основной акватории озера (скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха и т. д.). Были открыты гидрологические посты: система водомерных реек на левом берегу залива Ирхт; р. Лянгар – Лянгар-Устье в 1938 г.; Вовзит-сай –кишл. Барчадив – в 1959 г.; р. Мургаб – кишл. Барчадив – в 1938 г. В начале прошлого века в райцентре Мургаб в верховьях реки Мургаб в 100 км выше Сарезского озера была организована одноименная метеостанция и гидропост. В 1980 г. была построена гидрометеорологическая станция Зап. Пшарт, расположенная в 15 км от впадения реки Мургаб в Сарезское озеро. Однако материалы наблюдений были получены лишь в 1981 г. В будущем данные этой станции позволят существенно уточнить приток воды в озеро как основной компонент приходных статей водного баланса, а также метеорологические характеристики прилегающей территории.
Эпизодические измерения расходов воды на притоках, впадающих в озеро, проводились в 1926, 1930, 1934,1939 гг., однако полученные при этом разрозненные материалы позволяют судить лишь о порядке величин стока некоторых рек в летнее-осенний период. В период с 1978 по 1982 гг. гидрометрические работы проводились экспедицией Таджикского управления по гидрометеорологии и комплексному контролю природной среды, по единичным измерениям, выполненным в марте-апреле и июле-августе, также не позволяют оценить годовой сток в озеро по этим рекам. В то же время параллельные метеорологические наблюдения на метеостанции Ирхт и на акватории озера в период проведения промеров и экспедиционных работ 1977-1980 гг. прямо указали на расхождение в метеорологическом режиме акватории озера и района станции. По этой причине на Усойском завале планировалось построить метеорологическую станцию Союзгипроводхоза, цель которой получить характеристики метеорологического режима в призавальной части озера. К сожалению, эта станция так и не была построена. Некоторые функции метеостанции на Усойском завале в настоящее время выполняет наблюдательная станция МЧС РТ. Уже давно гидрологи считают нужным построить гидропост на реке Мургаб ниже Усойского завала, чтобы прямо, без введения поправок на боковую приточность, измерять расход воды, фильтрующейся через завал. Подходящее место для гидропоста в восьмидесятых годов прошлого века вроде бы нашли, но дальше этого дело не пошло. В створе этого гидропоста нужно пробурить пару скважин и провести геофизические исследования для определения мощности аллювиальных отложений и оценки величины подруслового потока. В целом гидрометеорологическая изученность Сарезского озера оставляет желать лучшего. Недостатки в гидрометеорологической изученности четко видны при попытках составить водный баланс озера. Несмотря на то, что уровень воды в озере повышается среднегодовое изменение запасов воды по балансу (за период с 1943 по 1980 год) равно – 18 млн.м³. Т.е. воды из озера вытекает больше, чем втекает [13].
Изучение фильтрации. Метод термометрии
Для исследования положения зон фильтрации воды через Усойский завал были проведены измерения температуры и электрического сопротивления воды в Сарезском озере. Измерение температуры воды проводилось с помощью сконструированного и изготовленного в партии электротермометра. В качестве термодатчика применялся жидкостный термистор, электрическое сопротивление которого изменялось от 10000 ом при Tв=20 °С до 16000 ом при Tв=2 °С. Чувствительность этого термистора в среднем была равна 330 ом/1 °С. По результатам градуировки средняя относительная погрешность определения температуры воды с помощью данного термистора была равна ±0,01 °С. При этом необходимо отметить, что применявшийся для определения нуля (когда датчик помещался в сосуд со льдом) родниковый термометр имел паспортную точность измерения температуры ±0,1?С. При градуировке,измерение электрического сопротивления датчика проводилось высокоточным электрическим мостом постоянного тока с погрешностью определения сопротивления не более 1 ома.
Для измерения электрического сопротивления датчика при производстве работ был изготовлен измерительный прибор, имевший оптимальную мостовую схему. В качестве переменного сопротивления в нем применялся магазин сопротивлений (от 1 до 10000 ом), а как индикатор тока – чувствительный гальванометр с усилителем постоянного тока. Точность измерений электрического сопротивления с помощью этого прибора была равна 2-3 ома. В процессе полевых работ измерения проводились компенсационным способом, как с обычным мостом для определения электрического сопротивления.
Термистор был запаян в медную трубку, которая помещалась в интенсивно перфорированную стальную трубу, являвшуюся корпусом термодатчика и одновременно грузом зонда. Датчик соединялся с измерительным прибором с помощью двух проводов ГПСМПО. Электрическое сопротивление этих проводов (30 ом) по сравнению с сопротивлением датчика было очень мало и практически не влияло на точность измерений. В процессе работ измерялось электрическое сопротивление термодатчика, а затем по градуировочному графику определялась температура воды.
Для проведения измерений на воде был сделан катамаран из двух лодок. Лодки с помощью стальных полос были прикреплены к раме из деревянного бруса. В центре этой рамы был установлен щит, на котором закреплена ручная каротажная лебедка. С помощью специальной системы тросов катамаран прикреплялся к катеру Амур-М, который и буксировал его в процессе работ. Замеры температуры в каждом пункте измерений проводились через 10 м (по вертикали). По результатам измерений были построены графики изменения температуры воды в западной части озера. Изменения температуры воды в плане практически не было отмечено. Возможно, это было обусловлено редкой сетью точек измерений.