Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные факторы формирования русел рек
1.1. Краткая гидрографическая характеристика российской части бассейна амура
1.2. Климат 11
1.3. Сток воды и водный режим 18
1.4. Геолого-геоморофологическое строение 36
ГЛАВА 2. Сток наносов и руслоформирующие расходы воды
2.1. Руслообразующие наносы 41
2.2. Руслоформирующие расходы воды 56 58
2.2.1. Методика определения руслоформирующих расходов воды
2.2.2. Руслоформирующие расходы воды на реках бассейна Амура
2.3. Сток взвешенных и влекомых наносов и соотношение между ними
ГЛАВА 3. Типы русловых процессов и их распространение
3.1. Равнинные и горнбіе реки и их распространение в бассейне 111
3.2. Анализ морфодинамических распространения типов русел в бассейне
3.3. Условия формирования русел разных морфодинамических типов
3.3.1. Условия развития русловых деформаций 111
3.3.2. Методика анализа ( /-диаграмм для определения условий формирования русел рек разных типов
3.3.3. Анализ условий формирования русел рек различного типа на основе использования /-диаграмм
3.4. Гидролого-морфологический анализ 155
3.4.1. Меандрирующие (извилистые) русла 155
3.4.2. Разветвленные русла 165
3.4.3. Совместный анализ QI- диаграмм и «эпюр»
169 руслоформирующих расходов воды
ГЛАВА 4. Русловые деформации 172
4.1. Вертикальные деформации 172
4.2. Горизонтальные деформации 182
4.3. Антропогенные факторы руслоформирования в бассейне
Заключение 211
Список использованной литературы
- Сток воды и водный режим
- Руслоформирующие расходы воды
- Условия формирования русел разных морфодинамических типов
- Антропогенные факторы руслоформирования в бассейне
Введение к работе
Актуальность работы определяется слабой изученностью русловых процессов на реках бассейна и необходимостью получения сведений о них при решении различных практических задач, предотвращения опасных их проявлений, оптимизации использования водных и минеральных ресурсов рек.
Река Амур - одна из наиболее значительных рек Российской Федерации, занимающая среди них третье место по длине (4440 м от истока Аргуни до впадения в Сахалинский залив Охотского моря) и четвертое по площади бассейна (1855 тыс. км2). По водности она уступает лишь Енисею:
-э -э
среднегодовой расход Амура составляет - 10900 м 3/с, Енисея - 19800м3/с.
В связи с обширной территорией, которую охватывает площадь бассейна, здесь отмечается большое разнообразие сочетаний физико-географических условий, определяющих формирование гидрологического и руслового режимов рек. Климатические особенности формирования стока воды в пределах бассейна обусловлены его географическим положением на востоке Азии, сложным устройством его поверхности, муссонным характером циркуляции атмосферы и циклонической деятельностью, различными орографическими условиями, меняющимися с запада на восток. Все это приводит к постепенной смене резко континентального климата в западной части бассейна (верхней) муссонным в восточной (нижней), считая по течению главной реки. В геоморфологическом отношении бассейн Амура представляет собой чередование горных складчато-глыбовых хребтов и цепей, ориентированных, в основном, в северо-восточном направлении, и межгорных впадин, разделяющих эти хребты (как в Забайкалье), или являющихся самостоятельными крупными морфоструктурами (Амуро-Зейская и Зейско- Буреинская равнины, Среднеамурская низменность). Все они определяют большое разнообразие условий формирования русел рек бассейна, неоднократную смену свободных условий с преимущественным развитием широкопойменных русел ограниченными с преобладанием врезанных,
распространение горных, полугорных и равнинных рек.
На этом фоне гидрологическая изученность бассейна остается неудовлетворительной - из 571 притока Амура, имеющего длину более 50 км, наблюдения за параметрами речного стока и его характеристиками ведутся лишь на 133 (23,2 % от их общего количества). Работы, связанные с определением и анализом руслового режима рек амурского бассейна, ведутся различными научно-исследовательскими и изыскательскими организациями, но охватывают лишь отдельные части рек бассейна (наиболее изучена главная река бассейна - Амур благодаря трудам И.А. Соловьева, Л.П. Аваряскина, А.Н. Махинова, В.И. Кима, М.Н. Гусева, Р.С. Чалова, А.В. Чернова, В.В. Иванова, А.С. Завадского; есть статьи Ю.В. Зимы по Аргуни, М.Н. Гусева по Зее, В.Н. Антроповского по Амгуни).
Поскольку район включает в себя часть бассейна Амура, расположенную в пределах территории России, в работе не рассматривается один из крупных притоков Амура, протекающий по территории КНР - р. Сунгари и ее бассейн, а также менее крупные реки - р. Гэньхэ, р. Хайлар и др. Таким образом, исследованная часть бассейна Амура представлена главной рекой и ее левобережными притоками, наиболее значительные из которых - реки Бурея, Зея, Амгунь и Селемджа, а также Уссури и ее правые притоки.
Подробный анализ руслового режима для Аргуни, Амура и Уссури необходим также в связи с пограничным положением реки - по линии фарватера проходит государственная граница между территориями России и Китая, вследствие чего русловые переформирования приводят к возникновению спорных территорий.
Целью данной работы является создание общей картины руслового режима рек Амурского бассейна, выявление условий и закономерностей формирования русел различных морфодинамических типов в различных природных условиях в его пределах и при разнообразных видах антропогенной нагрузки и хозяйственного освоения рек.
Достижение этой цели связано с решением следующих задач:
-
Установление основных факторов, в наибольшей степени влияющих на русловые процессы в бассейне;
-
Выявление закономерностей формирования стока взвешенных и влекомых наносов, соотношения между ними как важнейшего фактора русловых процессов;
-
Определение условий прохождения руслоформирующих расходов воды, уточнение схемы районирования бассейна по этому показателю на основе модифицированной методики Н.И. Маккавеева и учета гидрологических данных за последние 25-30 лет;
-
Установление морфодинамических типов русел рек бассейна, выявление закономерностей их распространения и разработка региональных гидролого-морфологических зависимостей;
-
Определение интенсивности и направленности вертикальных и горизонтальных русловых деформаций и влияния на них различных видов хозяйственной деятельности;
-
Оценка возможных изменений руслового режима при различных видах хозяйственной деятельности и обоснование рекомендаций по предотвращению неблагоприятных последствий русловых деформаций естественного и антропогенного происхождения.
Объекты, состав и методика исследований. Объектом изучения являются реки бассейна реки Амура (российская часть). При проведении исследований использовались литературные источники по гидрологии, геологии и геоморфологии Амурского бассейна, разнообразные картографические материалы - топографические карты масштаба 1:100000 и 1:200000; аэрофотоснимки 1960-х гг; космические снимки QuickBird из архива DigitalGlobe и снимки LandSat из архива Global Land Cover Facility, разновременные лоцманские карты, отчеты Географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова по госконтрактам с ФГУП РосНИИВХ и ОАО
«Ленгипроречтранс» по обоснованию водохозяйственных мероприятий при
решении пограничных проблем в бассейне р. Амур и рек юга Приморского края в 2007-2011 гг., в выполнении которых участвовала автор, данные наблюдений Росгидромета РФ вплоть до 2007 г.
Автор принимала участие в экспедиционных исследованиях сотрудников ИВЭП ДВО РАН на участке р. Амур от г. Хабаровск до с. Богородское в 2010 г.
Научная новизна работы.
-
-
Впервые дана полная комплексная характеристика русловых процессов и форм их проявлений для российской части бассейна Амура. Показана их специфика, связанная с особенностями рельефа и климата, выражающаяся через условия прохождения руслоформирующих расходов воды, изменения стока наносов, условия формирования русла, направленность и интенсивность русловых деформаций и закономерности их изменения в пределах бассейна с запада на восток.
-
Выявлены особенности распределения стока взвешенных и влекомых наносов, их соотношение и влияние на морфодинамику русел рек бассейна.
-
Впервые проведен детальный анализ региональных особенностей условий формирования и распространения морфодинамических типов русел в бассейне Амура (российская часть).
-
Установлены условия развития русловых деформаций, как вертикальных, так и горизонтальных, их направленность и интенсивность.
-
Дан анализ основных антропогенных факторов, оказывающих значительное влияние на руслоформирование рек бассейна.
Практическая значимость. Оценка руслового режима для бассейна реки Амур (российская часть) дает возможность установить специфику данного региона, установить местные особенности русловых процессов для дальнейшего освоения территории, обоснования возможностей гидротехнического и других видов строительства на берегах рек, предотвращения неблагоприятных воздействий русловых деформаций на
хозяйственную инфраструктуру в бассейне. Также появляется возможность
оценить обстановку с геополитической точки зрения ввиду пограничного положения Аргуни, Амура и Уссури, выявить участки рек, где под влиянием русловых деформаций могут произойти изменения положения государственной границы. Содержащиеся в работе качественные и количественные параметры русловых деформаций могут быть использованы для разработки рекомендаций по улучшению судоходной трассы на Амуре.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах молодых ученых ВУЗов, объединяемых Межвузовским научно-координационным советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (Уфа, 2010; Волгоград, 2012); на международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов», (Москва, МГУ, 2010, 2011, 2012); на молодежном научном симпозиуме «Современные научные исследования на Дальнем Востоке» (Южно-Сахалинск, 2011) и на научном семинаре кафедры гидрологии суши МГУ (2012).
Также материалы данной работы были использованы при выполнении географическим факультетом Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова госконтрактов с ФГУП РосНИИВХ по теме «Разработка рекомендаций по осуществлению водохозяйственных мероприятий, связанных с регулированием русел, дноуглубительными и руслорегулирующими работам в бассейне р. Амур и рек юга Приморского края» в 2007-2008 гг. и с ОАО «Ленгипроречтранс», посвященному анализу опасных проявлений русловых процессов на реках бассейна Амура и разработке рекомендаций по борьбе с их возможными последствиями в 20102011 гг.
Результаты исследований опубликованы в 6 научных статьях, из которых 2 в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК («География и природные ресурсы», «Геоморфология»), и 4 тезисах докладов.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 221 страница, включая 67 рисунков и 35 таблиц. Список литературы содержит 110 наименований, в том числе 10 - на иностранных языках.
Сток воды и водный режим
Общее число зимних циклонов в 2,5 раза меньше числа летних. Большинство циклонов отличается малым запасом влаги и отсутствием областей устойчивых восходящих движений воздуха, что не способствует процессам осадкообразования. Поэтому для западной части бассейна Амура зимой характерны редкие, непродолжительные и незначительные осадки - 0,1-0,5 мм за сутки; сумма их за весь зимний период не превышает 10-15 мм. Суточный максимум осадков в отдельных случаях едва достигает 2,0 мм.
В восточной части бассейна движущиеся от Забайкалья на восток зимние циклоны, проходя своими центрами над бассейном Амура, вызывают на водосборах рек Зея, Селемджа и Бурея более значительные осадки. Кроме того, нижнее течение Амура и бассейн Уссури подвержены влиянию циклонов южных районов Дальнего Востока. Они обусловливают выпадение большого количества осадков в верхних частях бассейнов. В результате количество осадков, их интенсивность и число дней с осадками увеличиваются по сравнению с западной частью бассейна. Суточные максимумы осадков в отдельные дни достигают 5 мм.
Летняя циркуляция в бассейне Амура имеет более сложный характер, чем зимой. Атмосферные процессы характеризуются ослаблением западно-восточного переноса и усилением циклонической деятельности. С этим почти непрерывно сочетается и взаимодействует муссонная циркуляция. Поэтому летняя циркуляция над бассейном имеет ясно выраженный фронтальный характер. Летом циклоны перемещаются по тем же основным путям, что и зимой, но они проходят значительно чаще и имеют более интенсивный характер [Ресурсы..., 1966, 1972; Карасев, Гарцман, 1999].
Большинство летних циклонов характеризуется значительными запасами влаги, неустойчивой стратификацией воздушных масс и областями непрерывных восходящих движений, что способствует интенсификации процессов осадкообразования. Поэтому для бассейна Амура характерны частые и нередко весьма интенсивные летние дожди.
В бассейнах рек Зея, Селемджа и Бурея происходит столкновение воздушных масс - холодного, почти полярного и теплого, субтропического, что приводит к образованию интенсивных местных фронтов и резко выраженному, начиная с июня, увеличению количества осадков.
Муссон с Японского моря, в меньшей степени насыщенный влагой по сравнению с юго-восточным муссоном, идущим с Желтого моря, встречает на своем пути преграду - горный массив Сихотэ-Алинь. В первую половину лета, когда циклоническая деятельность проявляется слабо, осадки в западной части бассейна Амура обусловливаются действием муссона. Эти осадки весьма малы в равнинных районах бассейна и более значительны (90-130 мм в июне) в горных районах (верхние части бассейнов рек Зея, Бурея, Селемджа, отрогов Малого Хингана, Уссури).
В отдельные годы, когда над акваторией Японского моря устанавливается мощный антициклон, не меняющий в течение длительного времени своего положения и состояния, в бассейне р. Амур может наступить засуха.
Во вторую половину лета осадкообразующие процессы имеют иной характер - циклоническая деятельность резко усиливается, что является причиной выпадения обильных осадков. Наибольшее число циклонов отмечается в июле и августе. Среднее суточное количество осадков за сутки составляет порядка 50 мм, в бассейне р. Шилка - до 85 мм, в бассейнах рек Зея и Бурея - до 140-160 мм, Уссури - до 150 мм.
Благодаря циклонической деятельности в Забайкалье поступают массы морского умеренного или морского тропического воздуха, взывающие обильные осадки почти на всей территории, исключая верховья рек Аргунь и Онон [Ресурсы..., 1966; Карасев, Гарцман, 1999].
Циклоны, обусловливающие сильные дожди в бассейне Амура, развиваются над Восточной Монголией; по мере продвижения к востоку в их передней части усиливается вынос теплых и влажных масс воздуха с юга. Дожди начинаются в Амурской области, затем распространяются на южную половину Хабаровского края и продолжаются в течение 2-4 дней. За этот период выпадает большое количество осадков - до 100 мм. Во многих случаях при развитии циклонических процессов над Охотским морем формируется область устойчивого высокого атмосферного давления, препятствующая продвижению циклонов из пределов Амурского бассейна в восточном направлении. Тогда дожди в бассейне принимают затяжной характер и продолжаются в течение нескольких суток [Ресурсы..., 1966, 1970, 1972].
Водный режим Амура и рек его бассейна формируется под воздействием особенностей климата (муссонного характера циркуляции атмосферы и циклонической деятельностью), сложным устройством рельефа,различными физико-географическими условиями, меняющимися с запада на восток. На формирование стока в пределах бассейна значительное влияние оказывает относительно высокая заболоченность территории и многолетняя мерзлота, распространенная на большей части его площади.
По условиям водного режима реки бассейна Амура относятся к дальневосточному типу, характерной чертой которого является хорошо выраженное преобладание дождевого стока [Ресурсы..., 1966, 1970, 1972].
Данные наблюдений на гидрологических постах бассейна Амура позволили построить карту модулей стока (рис. 1.4). В западной части бассейна, до слияния рек Шилки и Аргуни, модуль стока меняется от 1 до 5 л/с-км". Такие небольшие величины объясняются резкой континентальностью климата и горным рельефом. В восточной части бассейна модуль стока достигает максимальных значений - от 5 до 15 л/с-км". Это связано с муссонным характером циркуляции атмосферы и циклонической деятельностью. Существенную роль при этом играют водораздельные хребты, ограничивающие бассейн Нижнего Амура (Сихотэ-Алинь на востоке, Малый Хинган и Буреинскийхребетна западе и юго-западе) и представляющие собой мощные барьеры на пути воздушных масс; они изменяют их движение и обусловливают ряд специфических явлений, несвойственных районам с равнинным рельефом.
Существенным фактором, непосредственно определяющим режим рек, является очень неравномерное распределение осадков внутри года. В течение апреля-октября выпадает около 85-95% годового количества осадков и обычно наблюдается самая большая облачность. В северных районах - нижнее течение рек Амура и Амгуни - эта величина уменьшается до 70-75%.
Руслоформирующие расходы воды
Бассейн Амура характеризуется довольно большим разбросом величин годового стока взвешенных наносов - от 0,3 тыс т (верхний Амур, г/п Амазар-Амазар) до 14000 тыс. т (нижний Амур, г/п Комсомольск-на-Амуре).
Для создания общей картины распределения величин стока взвешенных наносов на территории бассейна Амура, для картирования данного показателя, были рассчитаны модули стока взвешенных наносов. На рисунке 2.9. представлено районирование Амурского бассейна в соответствии с вычисленными значениями модуля стока взвешенных наносов. Районы были проведены в соответствии с 4 выбранными диапазонами изменения модуля стока взвешенных наносов: 1-6 т/год км"; 6,1-10 т/год км"; 10,1-15 т/год км и более 20 т/год км\ Вследствие малого количества данных о стоке взвешенных наносов в исследуемом регионе, карта распределения этой величины дает представление лишь об общих тенденциях.
Наименьшими значениями модуля стока взвешенных наносов характеризуются высокогорные части бассейнов рек Ингода, верховьев рек Шилка и Онон. Трудноразмываемые коренные породы, которыми сложены русла этих рек, обусловливают малое поступление мелкофракционного материала, наносы большей частью представлены крупнообломочным материалом, образующим донные отложения.
Малыми значениями модуля стока взвешенных наносов характеризуются реки бассейнов Зейского водохранилища, рек Селемджа и Бурея, участка Амура от места впадения р. Гильчин до г. Хабаровск, устье р. Уссури. Особое место занимает бассейн р. Бикин, правого притока р. Уссури. Модуль стока взвешенных наносов для него варьируются от 1,2 до 2,2 т/год км". Для рек остальной части бассейна р. Уссури модуль стока взвешенных наносов в среднем больше в 5 раз. По-видимому, данная особенность связана, главным образом, с геолого-геоморфологическими факторами - р. Бикин и ее притоки берут свое начало в наиболее высокогорной части хребта Сихотэ-Алинь, долины в среднем и нижнем течении также сложена трудноразмываемыми породами.
Модуль стока взвешенных наносов, равный 6,1-10 т/год кв.км отмечается на большей части рек бассейна верхнего Амура (Шилка, Онон, Газимур, Нерча, Чита, Аргунь), на участке Амура от слияния рек Шилка и Аргунь до места впадения р. Ольдой. Рис.2.9. Районирование бассейна Амура (российская часть) по модулю стока взвешенных наносов
Для рек бассейна Уссури, Приханкайской низменности, участков Амура от места впадения р. Ольдой до устья р. Зея и от г/п Хабаровск до с. Богородское, а также среднего течения р. Зея характерными значениями модуля стока взвешенных наносов являются - 10,1-15 т/год кв.км. Самое большое количество взвешенных наносов отмечается на р. Амур ниже г/п Богородское (более 30 т/год км ) и в нижнем течении р. Зея (порядка 28 т/год км ). Это обусловлено обильным поступлением взвешенных частиц с многочисленных притоков. На р. Зея большое количество наносов также связано с расположением близ с. Белогорье Белогорской возвышенности, являющейся источником значительного поступления очень мелкого материала. Сток влекомых наносов
В настоящее время нет единого мнения о величине стока наносов, транспортируемых во влекомой форме и о доле его в общем стоке наносов. По видимому, в зависимости от физико-географических и геолого-геоморфологических условий бассейна и долины реки, грунтов, которыми сложена речная долина и бассейн реки, сток влекомых наносов и его доля в общем стоке речных наносов может значительно варьировать.До недавнего времени считалось, что расход влекомых наносов составляет не более 1% расхода взвешенных (при диаметре частиц 0,25 мм), а при более крупных частицах (галечные и галечно-валунные отложения) в активном слое русла и d/h 0,0l (d-диаметр частиц, /г-глубина потока) отношение і?/Сгвозрастает до 5-10% [Карасев, 1975].
Согласно новейшим данным [Русловые процессы..., 1996; Алабян, Алексеевский и др., 1992; Алексеевский, Зайцев и др., 1996], доля влекомых наносов на равнинных реках может изменяться в значительно более широких пределах. К подобным выводам также пришел 3. Бабиньский [Babinski, 1982] в ходе исследований русловых процессов на Висле (Польша).
В настоящее время сетевых и вообще регулярных измерений в нашей стране (за редкими исключениями) не производится. Подобная ситуация сложилась в связи с неточностью использовавшихся на сетевых постах приборов и несовершенством применявшихся методик.
На равнинных реках с грядовой формой рельефа дна определение расхода влекомых наносов можно производить по данным измерения параметров гряд. Предложения по методике таких измерений высказывались Г.В. Лопатиным, В.Е. Любимовым, В.Н. Гончаровым, Д.Н. Ратковичем, А.В. Караушевым [Лопатин, 1952; Великанов, 1958]. Строго говоря, расход влекомых наносов и расход наносов, участвующих в донногрядовом перемещении, различны, поскольку отдельные частицы крупных наносов могут перебрасываться течением через одну - две гряды и даже более. Однако, поскольку таких частиц сравнительно мало, практически допустимо принимать равенство указанных двух расходов. Тем не менее, К.И. Российский В.К Дебольский [Российский, Дебольский, 1980] считают, что сток наносов, перемещаемых в форме гряд, составляет 70% от стока влекомых наносов, т.е. оценка его только по движению гряд является занижением.
Элементарный расход gr определяется по данным измерения высоты гряды hr, ее длины /Г5 скорости перемещения Сг, и периода тг. Учитывается также плотность смеси наносов грунта, составляющая активный слой русла. Выражение для вычисления элементарного расхода влекомых наносов gr может быть записано двумя способами: где к - коэффициент формы гряды, при отсутствии данных принимаемый равным 0,5-0,6.
Однако проведение измерений параметров донных гряд трудоемко и сложно и требует больших затрат времени, поэтому данные по грядовому движению наносов на большинстве рек отсутствуют. В связи с этим были предложены методы расчета этих параметров. Наиболее разработанными и пригодными для практического применения являются методики Б.Ф. Снищенко и З.В. Копалиани [Кондратьев, Снищенко и др., 1982] и Н.И. Алексеевкого [1998].
Первая методика расчета параметров донных гряд, более распространенная и вошедшая в нормативные документы [ВСН 163-83] позволяет рассчитывать высоту гряд hr по двум аппроксимирующим линейным зависимостям, полученным Б.Ф. Снищенко на-основе обобщения большого количества лабораторных и натурных данных [Кондратьев и др., 1982; Барышников, 1988]:
Условия формирования русел разных морфодинамических типов
Бассейн Амура характеризуется довольно большим разбросом величин годового стока взвешенных наносов - от 0,3 тыс т (верхний Амур, г/п Амазар-Амазар) до 14000 тыс. т (нижний Амур, г/п Комсомольск-на-Амуре).
Для создания общей картины распределения величин стока взвешенных наносов на территории бассейна Амура, для картирования данного показателя, были рассчитаны модули стока взвешенных наносов. На рисунке 2.9. представлено районирование Амурского бассейна в соответствии с вычисленными значениями модуля стока взвешенных наносов. Районы были проведены в соответствии с 4 выбранными диапазонами изменения модуля стока взвешенных наносов: 1-6 т/год км"; 6,1-10 т/год км"; 10,1-15 т/год км и более 20 т/год км\ Вследствие малого количества данных о стоке взвешенных наносов в исследуемом регионе, карта распределения этой величины дает представление лишь об общих тенденциях.
Наименьшими значениями модуля стока взвешенных наносов характеризуются высокогорные части бассейнов рек Ингода, верховьев рек Шилка и Онон. Трудноразмываемые коренные породы, которыми сложены русла этих рек, обусловливают малое поступление мелкофракционного материала, наносы большей частью представлены крупнообломочным материалом, образующим донные отложения.
Малыми значениями модуля стока взвешенных наносов характеризуются реки бассейнов Зейского водохранилища, рек Селемджа и Бурея, участка Амура от места впадения р. Гильчин до г. Хабаровск, устье р. Уссури. Особое место занимает бассейн р. Бикин, правого притока р. Уссури. Модуль стока взвешенных наносов для него варьируются от 1,2 до 2,2 т/год км". Для рек остальной части бассейна р. Уссури модуль стока взвешенных наносов в среднем больше в 5 раз. По-видимому, данная особенность связана, главным образом, с геолого-геоморфологическими факторами - р. Бикин и ее притоки берут свое начало в наиболее высокогорной части хребта Сихотэ-Алинь, долины в среднем и нижнем течении также сложена трудноразмываемыми породами.
Модуль стока взвешенных наносов, равный 6,1-10 т/год кв.км отмечается на большей части рек бассейна верхнего Амура (Шилка, Онон, Газимур, Нерча, Чита, Аргунь), на участке Амура от слияния рек Шилка и Аргунь до места впадения р. Ольдой. Рис.2.9. Районирование бассейна Амура (российская часть) по модулю стока взвешенных наносов
Для рек бассейна Уссури, Приханкайской низменности, участков Амура от места впадения р. Ольдой до устья р. Зея и от г/п Хабаровск до с. Богородское, а также среднего течения р. Зея характерными значениями модуля стока взвешенных наносов являются - 10,1-15 т/год кв.км. Самое большое количество взвешенных наносов отмечается на р. Амур ниже г/п Богородское (более 30 т/год км ) и в нижнем течении р. Зея (порядка 28 т/год км ). Это обусловлено обильным поступлением взвешенных частиц с многочисленных притоков. На р. Зея большое количество наносов также связано с расположением близ с. Белогорье Белогорской возвышенности, являющейся источником значительного поступления очень мелкого материала. Сток влекомых наносов
В настоящее время нет единого мнения о величине стока наносов, транспортируемых во влекомой форме и о доле его в общем стоке наносов. По видимому, в зависимости от физико-географических и геолого-геоморфологических условий бассейна и долины реки, грунтов, которыми сложена речная долина и бассейн реки, сток влекомых наносов и его доля в общем стоке речных наносов может значительно варьировать.До недавнего времени считалось, что расход влекомых наносов составляет не более 1% расхода взвешенных (при диаметре частиц 0,25 мм), а при более крупных частицах (галечные и галечно-валунные отложения) в активном слое русла и d/h 0,0l (d-диаметр частиц, /г-глубина потока) отношение і?/Сгвозрастает до 5-10% [Карасев, 1975].
Согласно новейшим данным [Русловые процессы..., 1996; Алабян, Алексеевский и др., 1992; Алексеевский, Зайцев и др., 1996], доля влекомых наносов на равнинных реках может изменяться в значительно более широких пределах. К подобным выводам также пришел 3. Бабиньский [Babinski, 1982] в ходе исследований русловых процессов на Висле (Польша).
В настоящее время сетевых и вообще регулярных измерений в нашей стране (за редкими исключениями) не производится. Подобная ситуация сложилась в связи с неточностью использовавшихся на сетевых постах приборов и несовершенством применявшихся методик.
На равнинных реках с грядовой формой рельефа дна определение расхода влекомых наносов можно производить по данным измерения параметров гряд. Предложения по методике таких измерений высказывались Г.В. Лопатиным, В.Е. Любимовым, В.Н. Гончаровым, Д.Н. Ратковичем, А.В. Караушевым [Лопатин, 1952; Великанов, 1958]. Строго говоря, расход влекомых наносов и расход наносов, участвующих в донногрядовом перемещении, различны, поскольку отдельные частицы крупных наносов могут перебрасываться течением через одну - две гряды и даже более. Однако, поскольку таких частиц сравнительно мало, практически допустимо принимать равенство указанных двух расходов. Тем не менее, К.И. Российский В.К Дебольский [Российский, Дебольский, 1980] считают, что сток наносов, перемещаемых в форме гряд, составляет 70% от стока влекомых наносов, т.е. оценка его только по движению гряд является занижением.
Элементарный расход gr определяется по данным измерения высоты гряды hr, ее длины /Г5 скорости перемещения Сг, и периода тг. Учитывается также плотность смеси наносов грунта, составляющая активный слой русла. Выражение для вычисления элементарного расхода влекомых наносов gr может быть записано двумя способами: где к - коэффициент формы гряды, при отсутствии данных принимаемый равным 0,5-0,6.
Однако проведение измерений параметров донных гряд трудоемко и сложно и требует больших затрат времени, поэтому данные по грядовому движению наносов на большинстве рек отсутствуют. В связи с этим были предложены методы расчета этих параметров. Наиболее разработанными и пригодными для практического применения являются методики Б.Ф. Снищенко и З.В. Копалиани [Кондратьев, Снищенко и др., 1982] и Н.И. Алексеевкого [1998].
Первая методика расчета параметров донных гряд, более распространенная и вошедшая в нормативные документы [ВСН 163-83] позволяет рассчитывать высоту гряд hr по двум аппроксимирующим линейным зависимостям, полученным Б.Ф. Снищенко на-основе обобщения большого количества лабораторных и натурных данных [Кондратьев и др., 1982; Барышников, 1988]:
Антропогенные факторы руслоформирования в бассейне
В рамках договора с ФГУП РосНИИВХ по теме «Разработка рекомендаций по осуществлению водохозяйственных мероприятий, связанных с регулированием русел, дноуглубительными и руслорегулирующими работам в бассейне р. Амур и рек юга Приморского края» в 2007-2008 гг географическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова была выполнена научно-исследовательская работа, в которой автор принимал участие, результаты этой работы использованы при написании данной главы.
Оценка горизонтальных деформаций на реках бассейна Амура проводилось на основе сопоставления разновременного картографического материала. При этом использовались лоцманские карты разных лет издания и материалы космической съемки, проведенной в 2000 г.
В верхнем течении, от слияния рек Шилки и Аргуни и до г. Благовещенска, Амур протекает преимущественно в условиях ограниченного развития русловых деформаций. Сопоставление разновременного картографического материала и космических снимков не выявило в этом районе изменений в плановом положении берегов. Согласно литературным данным, наибольшие темпы русловых деформаций отмечаются на врезанных излучинах, продольное смещение которых составляет 4-7 см/год, поперечное от 3 до 4 см/год [Русловой режим..., 1994]. Темпы деформаций на верхнем Амуре возрастают на широкопойменных участках, где русло формируется в озерно-аллювиальных отложениях. На таких участках максимальные скорости размыва берега достигают 11 м/год при средних значениях 3-5 м/год [Гусев, 2002].
В среднем течении Амура от г. Благовещенска до г. Хабаровска основные различия в морфологии русла и в характере и интенсивности горизонтальных русловых деформаций обусловливаются его расположением в различных геолого-геоморфологических районах.
В пределах Зейско-Буреинской равнины долина Амура горизонтальные деформации развиваются свободно. Русло Амура здесь широкопойменное, смещенное в результате асимметричных неотектонических движений к правому борту долины.
В пределах северных отрогов Малого Хинганского хребта, ориентированных, в отличие от основного хребта, на северо-восток, поперек направления Амура, а также параллельных ему Сутарского и Помпеевского хребтов (в дальнейшем, для краткости, называемых просто Малым Хинганом), трудноразмываемые известняки и изверженные породы почти полностью ограничивают горизонтальные деформации, поэтому здесь сформировалось врезанное беспойменное русло.
Среднеамурская низменность характеризуется свободными условиями развития горизонтальных деформаций. Лишь иногда справа к нему подходят останцовые низкогорные массивы, еще не полностью погребенные рыхлыми наносами, продолжающими накапливаться в пределах низменности из-за ее погружения.
В пределах этих крупных районов имеются внутренние различия в морфологии и динамике русла Амура, которые связаны с локальным изменением некоторых условий руслоформирования (направленности и скорости современных тектонических движений, крупности аллювия) и проявляются в характере и интенсивности протекающих здесь горизонтальных русловых деформаций, и, соответственно, преобладании разных морфодинамических типов русла. На среднем Амуре можно встретить почти весь спектр морфодинамических типов русел равнинных рек: меандрирующее, разветвленное на рукава и относительно прямолинейное неразветвленное, как врезанное, так и широкопойменное.
Показателем горизонтальных деформаций в русле каждого типа является наличие или отсутствие размываемых берегов, протяженность последних и их дифференциация по степени интенсивности размыва. В извилистом русле размываются преимущественно вогнутые берега излучин, в разветвлениях -оголовки или ухвостья островов, вогнутые берега рукавов; относительно прямолинейное русло наиболее консервативно, поэтому размывы в нем развиваются локально и не имеют четко выраженной привязанности к элементам формы русла.
Всего на участке от Благовещенска до Хабаровска можно выделить 5 участков, различающихся по характеру и интенсивности горизонтальных русловых деформаций и соответственно преобладанию русла того или иного морфологического типа.
Первый участок, протянувшийся от впадения р. Зеи до впадения р. Бурей, приуроченный к Зейско-Буреинской равнине, характеризуется и свободными условиями развития горизонтальных деформаций. Ограничения отмечаются только на немногочисленных участках подхода к руслу уступов первой надпойменной террасы.
Для верхней половины участка характерна относительно низкая интенсивность размывов берегов, что обусловливается достаточно высокой устойчивостью русла. При этом наиболее интенсивно размывается левый берег. Ниже по течению до впадения левого притока - р. Бурей происходит усложнение морфологии русла - оно становится меандрирующим, а затем и разветвленным. Встречаются поименно-русловые разветвления, образованные крупными пойменными островами. Одно из них приурочено к устью р. Бурей. Интенсивность горизонтальных деформаций на этом участке существенно возрастает по сравнению с вышележащим. В основном преобладает размыв левого (российского) берега, на котором протяженность берегозащитных сооружений значительно уступает протяженности сооружений на правом (китайском) берегу.
На втором участке от впадения р. Бурей до с. Пашково вначале происходит дальнейшее усложнение морфологии русла. Здесь наряду с русловой, появляется и пойменная многорукавность. В рукавах находится большее количество осередков и молодых, совсем недавно образовавшихся, пойменных островов, возле оголовков молодых и более зрелых островов формируются обширные песчаные отмели. Интенсивность размыва берегов достаточно высока.
В нижней части участка, по мере приближения к Малому Хинганскому хребту, морфология русла вновь изменяется. Русло здесь прямолинейное в пойменных берегах, чередуется с пологими свободными и адаптированными излучинами, часто встречаются одиночные и прибрежные разветвления. Ряд излучин опираются своими вершинами на коренные неразмываемые берега. В целом интенсивность горизонтальных деформаций на участке резко снижается.
На третьем участке от с. Пашково до д. Союзное сначала к руслу Амура справа подходят отроги Малого Хинганского хребта, а затем река пересекает северо-восточные его отроги. В начале участка от д. Пашково до д. Помпеевки русло врезанное с излучинами и прямолинейными отрезками. В устьях некоторых притоков Амура образовались приустьевые озера, что свидетельствует об аккумуляции наносов в русле. Размывы коренных берегов в историческом масштабе времени не проявляются.
На нижележащем участке - от д. Помпеевки до д. Союзное пойма полностью исчезает; уступы коренных берегов оползневые, осыпные и обвальные, обрываются непосредственно к руслу, имеющему здесь слабоизвилистую форму, обусловленную трещиноватостью пород, слагающих горные хребты. Берега здесь не размываются.
Похожие диссертации на Морфодинамика русел рек бассейна Амура (российская часть) и ее трансформация под влиянием естественных и антропогенных факторов
-
