Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы современного русловедения 7
1.1. Учение о русловых процессах 7
1.2. Концепция антропогенного изменения русловых процессов 11
1.3. Региональные исследования русловых процессов 16
2. Объект, предмет, методика исследования 19
2.1. Обоснование выбора и общая характеристика объекта исследования 19
2.2. Изученность русловых процессов Нижнего Дона 24
2.3. Методика исследования 31
3. Общая характеристика бассейна Нижнего Дона 40
3.1. Природные условия бассейна Нижнего Дона 40
3.2. Формирование и строение долины Нижнего Дона 45
3.3. Хозяйственное использование водных ресурсов Нижнего Дона 51
4. Природные факторы формирования русла Нижнего Дона 54
4.1. Геолого-геоморфологические факторы 54
4.2. Гидрологические факторы 59
4.3. Интегральная оценка природных факторов руслоформирования 66
5. Антропогенные факторы формирования русла Нижнего Дона 71
5.1. Влияние факторов регионалыюго действия на русловые процессы Нижнего Дона 71
5.1.1. Изменение водоносности реки 72
5.1.2. Изменение гидрологического режима реки 72
5.1.3. Изменение руслоформирующей роли потока 77
5.1.4. Изменение продольного профиля, уклонов и устойчивости русла 79
5.2. Факторы локального действия и их влияние на русловые процессы Нижнего Дона 83
6. Русловые формы и рельеф русла Нижнего Дона 91
6.1. Макроформы русла Нижнего Дона 92
6.2. Морфодинамические типы русла Нижнего Дона 96
6.2.1. Меандрирующее русло 97
6.2.2. Относительно прямолинейное неразветвлешюе русло 101
6.2.3. Русло, разветвленное на рукава 102
6.3. Перекаты как грядовая форма рельефа русла Нижнего Дона 106
7. Деформации русла Нижнего Дона ПО
7.1. Общие русловые деформации 110
7.2. Современные локальные деформации русла 116
7.3. Современные деформации перекатов 126
Заключение 132
Литература 135
Приложения 145
Введение к работе
Актуальность исследования
Нижний Дон представляет собой природно-техногенную систему «поток-мероприятие-русло», в которой процессы формирования русла определяются не только природными, но и антропогенными факторами. Последние детальные исследования русловых процессов Нижнего Дона проводились после создания Цимлянского водохранилища в 1952-1960-е гг. и освещали особенности переформирования русла приплотинного участка нижнего бьефа гидроузла. В более поздних работах рассматриваются отдельные факторы и формы проявления русловых процессов либо всего Дона, либо его устьевого участка. Однако к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, позволяющий провести комплексное исследование природно-техногенной системы Нижнего Дона, особенностей ее формирования и развития в пространстве и во времени.
В силу выгодного географического положения водный путь Нижнего Дона имеет большое экономическое значение для Южного Федерального округа и России в целом. В перспективе Нижний Дон приобретет значение международного транспортного коридора. Для реализации этого проекта Федеральной Целевой Программой "Модернизация транспортной системы России" на 2002-2010 гг. предусмотрены реконструкция гидросооружений и общее углубление русла Нижнего Дона. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки исследования русловых процессов этого участка реки приобретают особую актуальность.
Цели и задачи
Цель исследования: выявление характера и особенностей трансформации русла Нижнего Дона в условиях сочетания природных и антропогенных факторов русловых процессов.
Для достижения поставленной цели были решены задачи:
• проанализировать природные факторы формирования русла Нижнего Дона,
• определить характер русловых деформаций, обусловленных природными факторами,
• проанализировать антропогенные факторы руслоформирования, степень и характер их влияния на русловые процессы Нижнего Дона,
• дать характеристику морфологического строения современного русла Нижнего Дона и особенностей проявления русловых процессов на различных структурных уровнях,
• выявить направленность и интенсивность современных общих и локальных русловых деформаций Нижнего Дона,
• определить изменения в руслоформировании Нижнего Дона, вызванные воздействием антропогенных факторов,
• дать прогноз изменений морфологического строения русла с учетом современных его деформаций.
Методика исследования
В работе применены методика исследования, терминология и классификации, разработанные в научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева Географического факультета МГУ. В основу работы были положены принципы географического анализа русловых процессов. Исследование основывалось на системном подходе к русловым процессам и заключалось в установлении причинно-следственных связей между явлениями и процессами, проявляющимися на разных структурных уровнях и изменяющимися в пространстве (по длине реки) и во времени. Результаты исследования представлены в виде графиков, таблиц и карт (ArcView GIS 3.2а).
Фактический материал
Исходными данными для выполнения работы послужили разновременные (1870-2006 гг.) картографические материалы (масштабов 1:5000, 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, космические снимки), данные сетевых гидрологических наблюдений по 11 постам (1891-2005 гг.), производственно-технические отчеты Азово-Донского Государственного бассейнового управления водных путей и судоходства (1971-2006 гг.) и Нижне-Донского района гидросооружений (1952-2005 гг.), фондовые и архивные материалы, а также литературные источники.
Научная новизна работы
В работе впервые проведено комплексное географическое исследование русловых процессов частично управляемой природно-техногенной системы Нижнего Дона:
• определена роль отдельных природных и антропогенных факторов в руслоформировании Нижнего Дона,
• впервые получены качественные и количественные характеристики современного морфологического строения и деформаций русла Нижнего Дона,
• выявлены изменения в руслоформировании реки, обусловленные действием антропогенных факторов.
Проведенное исследование восполняет существовавший пробел в изучении русловых процессов равнинных рек России, а также вносит значительный вклад в развитие представлений о влиянии регулирования стока рек плотинами гидроузлов на русловые переформирования в их нижних бьефах.
Основные защищаемые положения
1. В условиях естественного стока природные факторы обусловили сложную иерархию форм русла Нижнего Дона. Под воздействием антропогенных факторов происходит ее упрощение.
2. В результате антропогенного нарушения русловых процессов изменился механизм активных переформирований русла Нижнего Дона. В условиях естественного стока он заключался в образовании пойменных проток и переходе в них (или в староречья) основного потока реки. Современные деформации осуществляются путем горизонтальных смещений русла.
3. В условиях зарегулированного стока произошла активизация общих направленных вертикальных деформаций (врезания русла) и затухание локальных периодических горизонтальных деформаций русла Нижнего Дона.
4. Продольные деформации русла Нижнего Дона развиваются свободно, тогда как поперечные являются либо полностью антропогенно-обусловленными, либо частично контролируются посредством различных русловыправительных сооружений. Как следствие -скорость продольных деформаций русла превышает скорость поперечных.
5. Деформации Нижнего Дона в условиях антропогенного воздействия привели к повсеместному увеличению площади поперечного сечения русла, что сопровождалось увеличением ширины русла на участке реки выше г. Константиновска и его сужением ниже ст. Раздорской. Отмечается увеличение глубины русла почти на всём протяжении Нижнего Дона и ее выравнивание по длине реки.
6. Большинство перекатов Нижнего Дона приурочено к меандрированию на различных структурных уровнях его проявления. К настоящему времени в русле возобновились характерные для перекатов периодические переформирования (смещение гребней и побочней вниз по течению), регулируемые посредством русловыправительных сооружений и дноуглубления.
7. Нижний Дон представляет собой частично управляемую природно-техногенную систему, в которой мероприятия по улучшению судоходных условий реки и использованию водных ресурсов проводятся с учетом руслоформирующей деятельности речного потока.
Практическое значение работы
Полученные результаты могут применяться при проектировании работ по улучшению условий судоходства на Нижнем Дону и размещении различных инженерных сооружений на берегах и в русле реки, а также могут быть использованы для научно-обоснованного управления русловыми процессами Нижнего Дона. Выявленные закономерности развития природно-техногенной системы Нижнего Дона целесообразно использовать при планировании мероприятий по совершенствованию управления аналогичными системами на других реках.
Апробация
Основные результаты работы доложены на VI семинаре молодых ученых вузов, объединяемых советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Волгоград, апрель 2006 г.), XXI пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (г. Чебоксары, октябрь 2006 г.), научном семинаре научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева МГУ (г. Москва, февраль 2007), заседании кафедры физической географии и экологии ЮФУ (г. Ростов-на-Дону, май 2007) и представлены в 14 публикациях.
Материалы и результаты исследований частично включены в отчеты по грантам РФФИ (№№ 04-05-64754 и 07-05-00421), программу работ по Гранту Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ (проект НШ-4884.2006.5), раздел «Эстуарно-дельтовая система реки Дон» монографии «Эстуарно-дельтовые системы России и Китая: гидролого-морфологические процессы, геоморфология и прогноз развития».
