Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе развития науки особенно актуален вопрос о вкладе антропогенного фактора в изменение окружающей среды. Для его оценки важно понять естественные тенденции изменения природных процессов, цикличность и стадийность их развития. Чтобы определить направленность и периодичность процесса следует проследить его развитие за достаточно длительный временной этап. Периодичность (цикличность) в развитии русел рек, проявляющаяся на уровне форм русла — разветвлений и излучин, в большинстве случаев имеет продолжительность от десятилетий до столетий. Поэтому ее объективная оценка возможна только при рассмотрении отрезка времени в несколько столетий. Традиционно временной интервал русловых исследований охватывает несколько десятилетий, в лучшем случае — последнее столетие, и опирается, главным образом, на результаты воднопутейских русловых съемок -лоцманские карты и планы перекатов. Границы исследований могут быть значительно расширены с помощью анализа имеющегося в архивах и библиотеках крупномасштабного картографического материала XVIII-XX вв., до настоящего времени не использованного.
Известно, что основным естественным фактором русловых процессов является водность реки, ее многолетняя и внутригодовая изменчивость. Рассматривать многолетние колебания водности, имеющие свою направленность и периодичность, и оценивать их воздействие на русловые переформирований также целесообразно за более длительный, чем обеспеченный материалом сетевых наблюдений гидрометеослужбы, период времени. Продолжительность рассматриваемых циклов колебаний водности охватывает несколько десятилетий. Поэтому оценка их влияния на состояние русел оказывается не всегда репрезентативной. Недоучет многолетних колебаний водности и реакции на них русла каждой отдельной реки (или речной системы) при введении антропогенной нагрузки может привести к ошибкам в оценке изменений русла, вызвать непредвиденные последствия при освоение ресурсов рек и прилегающих территорий, снизить точность или сделать невозможным прогноз изменений русел вследствие увеличения/уменьшения водности рек в условиях глобального изменения климата.
Для оценки реакции русел рек на более значительные, чем наблюдаемые за последние сголетия, изменения водности (как правило, не более 15-20%), уникальную возможность представляет единичный для нашей страны пример межбассейновой переброски стока верхней Волги в р. Москву. В результате сток воды ниже столицы был увеличен почти в два раза, что в естественных условиях наблюдается только в масштабах геологического времени.
Цель и задачи работы. Основной целью работы являлось выявление закономерностей развития русел рек на протяжении нескольких столетий вследствие изменения основного естественного фактора — водности рек и их трансформации при антропогенном воздействие.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи:
расширение традиционных временных рамок исследований русловых процессов до двух-трех столетий;
определение многовековых закономерностей формирования русел рек различного морфодинамического типа в разных регионах страны, отличающихся внутригодовым распределением стока, условиями прохождения руслоформирующих расходов воды и устойчивостью русел;
определение реакции русел на многолетние изменения водности рек как основного фактора их развития;
- оценка степени и характера проявления шггропогенной нагрузки на фоне
естественного развития русел, изменений направленности и периодичности природных
процессов при воздействии антропогенных факторов различного вида и масштаба;
- выявление воздействия межбассейновой переброски стока на русло р. Москвы;
прогнозная оценка его развития при современном сочетании факторов русловых
процессов.
Методика исследований. Для анализа направленности и темпов переформирований русла за исторический период времени в качестве основных использовались ретроспективный и гидролого-морфологический методы исследования. Суть ретроспективного метода заключается в сопоставлении разновременных карт и планов и современных данных дистанционного зондирования (аэро- и космических снимков), гидролого-морфологического — в установлении
связей параметров русла с гидрологическими показателями. Для рек Оби и Москвы результаты подкреплялись данными экспедиционных исследований. На р. Оби автор принимала участие в работе Русловой экспедиции научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева МГУ в 2001 и 2003 гг. На р. Москве в 2003-2005 гг. автором были организованы рекогносцировочные, гидрологические работы, установлена сеть реперов для наблюдения за интенсивностью размыва и смещения берегов. Для визуализации исследований для всего рассматриваемого участка р. Москвы создан электронный атлас русловых деформаций XVIII-XX вв., включающий в себя карты русловых переформирований за исторический период и карту современной динамики русла.
Фактический материал. Основным фактическим материалом, привлеченным для решения поставленных задач, являлись крупномасштабные картографические источники, отобранные в основных архивах страны: Государственном Историческом музее, Российском государственном архиве древних актов, Библиотеке Российской Академии наук, Военно-историческом архиве и Российской государственной библиотеке. Основным материалом за последние десятилетия являлись лоцманские и топографические карты, экспедиционные отчеты научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева. Значительная часть материалов по р. Москве была предоставлена ГП «Канал им. Москвы», а также Московским районом гидросооружений, Управлениями Западного и Южного речных портов, порта «Коломна». Космические снимки, главным образом «Landsat-7», предоставлены ИТЦ СканЭкс.
Научная новизна работы
-
В работе впервые проведен ретроспективный анализ русловых деформаций за несколько столетий для рек России в разных природных условиях. Для русел рек различного морфодинамического типа выявлены направленность и периодичность их эволюции.
-
Установлена стадийность и продолжительность циклов в развитии основных форм русел — разветвлений и излучин: время перераспределения стока между рукавами, продолжительность «жизни» излучины от возникновения до спрямления.
-
Дтя р. Москвы создан электронный атлас русловых переформирований ХУШ-ХХ вв.
-
Впервые на примере р. Москвы рассмотрено влияние увеличения водности при межбассейновой переброске стока на трансформацию русла.
-
На основе гидролого-морфологического анализа выполнена прогнозная оценка дальнейшего развития русла р. Москвы в условиях увеличенной водности.
-
На примере р. Вычегды решена обратная задача - восстановление водности реки в историческом прошлом.
Практическая значимость результатов работы. Учет динамики русел рек за историческое время позволяет оценить влияние активных русловых переформирований на хозяйственную деятельность. Размывы берегов создают опасность для жилых строений, коммуникаций, инженерных сооружений. Вне населенных пунктов их интенсификация приводит к сокращению земельных ресурсов. Перемещение основного русла в пределах широкой поймы или «посадка» уровней, обусловленные сочетанием природных и антропогенных факторов, часто оставляют «не у воды» водозаборы и другие хозяйственные объекты, а нередко и сами населенные пункты. Особенного внимания требуют реки, на которых антропогенное воздействие способно изменить многовековую направленность развития русел. Выявление региональных закономерностей в развитии русловых деформаций и их прогнозные оценки дают возможность более объективно оценить вероятность тех или иных переформирований и предотвратить разного рода неблагоприятные последствия их проявления. Результаты исследований могут использоваться при долгосрочных прогнозах изменений руслового режима рек в условиях глобальных изменений природной среды и климата, а также при разработке проектов регулирования речных русел для различных отраслей хозяйства.
Глубокую благодарность за предоставление материала и консультации автор выражает сотрудникам научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева МГУ к. г. н. В.В. Иванову, В.В. Суркову, и С.Н. Рулевой, кафедры гидрологии суши профессорам Н.И. Алексеевскому, Р.К. Клиге и В.М. Евстигнееву, доцентам В.А. Жуку и Н.Л. Фроловой, ГП «Канал им. Москвы» О.С. Цвиринько, А.П. Макрушину и Л.А. Халявиной, ИТЦ СканЭкс к.г.н. Алейникову А.А., а также сотрудникам Московского района гидросооружений, РГАДА и отдела картографии ГИМ. Особую, самую теплую благодарность за
поддержку и консультации автор выражает сотруднику лаборатории эрозии почв и русловых процессов к. г. н. А.С. Завадскому.
Публикации и апробация работы. Основные результаты работы доложены на V семинаре молодых ученых вузов, объединяемых советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (апрель 2004 г., г. Брянск), на VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (апрель 2004 г., г. Москва), на научном семинаре научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева (декабрь 2004 г., г. Москва) и представлены в 11 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация представлена на 233 страницах и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и архивных материалов из 85 наименований. Текст сопровождается 99 рисунками и 21 таблицей.
