Введение к работе
Актуальность проблемы, Амур - одна из крупнейших рек мира, в геополитическом отношении - естественная граница между Россией и Китаем. Дренируемая им территория располагается в различных природных зонах, что отображается в геодинамике его бассейна и долины. Пересекая Дальний Восток с запада на восток и связывая труднодоступные районы с промышленно освоенными, Амур играет важную роль в хозяйственном развитии территории двух государств. В пределах его долины сконцентрировано население, а плодородные земли давно и активно вовлекаются в сельскохозяйственное производство. Вместе с тем, часто случающиеся здесь наводнения приносят большой ущерб. Чтобы свести его к минимуму, необходимо учитывать естественный процесс развития реки, ее днища долины, т.е. при хозяйственной деятельности, по возможности, не нарушать ход естественного развития природных систем. Без исследования динамики, механизма развития любого природного объекта (в данном случае днища долины р. Амур, которое, в свою очередь, является системообразующим элементом всего амурского бассейна) невозможно рациональное природопользование.
Изучение строения и динамики днища долины Амура с каждым годом становится все более актуальным и в связи с расширением связей с соседними государствами, что выражается в строительстве на реке различных гидротехнических сооружении (портов, переходов), проведении мероприятий, обеспечивающих безопасное судоходство и т.д. Не исключается возможность строительства гидроузлов. Это неизбежно повлияет на естественный ход русловых процессов Амура и может привести к резко нежелательным последствиям в развитии не только рельефа, но и всей уникальной геосистемы бассейна. Следовательно, необходим научно обоснованный прогноз развития русловых процессов, который должен опираться, прежде всего, на исследования особенностей строения и современной динамшАї долины.
Динамика такой сложной многокомпонентной системы, как долина реки, элементы которой находятся в тесной взаимосвязи, испытывает на себе влияние изменений природных условий и хозяйственной деятельности. Эти изменения отражаются в особенностях морфологии русловых образований. С яругой стороны, русловые образования, их строение воздействуют на внутреннюю структуру водотока, а через нее на характер и направленность его деятельности и особенности функционирования, т.е. во многом сами определяют свою динамику; и потому данная система является самоорганизующейся. В этом плане изучение особенностей морфологии русловых образований не только дает представления об обьекте исследования, но также помогает глубже понять процесс, его динамику, а значит, его воздействие на природную среду и хозяйственную деятельность.
Таким образом, исследование современных экзогенных процессов предполагает, прежде всего, совместное изучение особенностей строения и динамики,геоморфологических объектов как целостных природных образований в условиях изменяющейся среды. В частности, понимание современной деятельности реки невозможно без исследований особенностей и закономерностей морфологии днища долины, его динамики, без исследований взаимосвязей между русловой деятельностью и различными факторами, влияющими на формирование долины. Все это определило актуальность выбранной проблемы и объекта исследований, их практическое и теоретическое значение, а также цель работы.
Цель работы состояла в выявлении типичных черт и отличительных особенностей строения и динамики геоморфосистемы днища долины р. Амур; в прослеживании режима ее развития, установлении характера влияния изменений внешних условий на формирование, как всей системы, так и отдельных ее составляющих, и, на основе полученных результатов - в разработке научных основ рационального природопользования в границах рассматриваемой системы.
Содержание цели определило постановку и решение следующих задач:
исследование изменений природных условий формирования долины;
анализ особенностей морфологического строения днища долины Амура; установление основных морфологических типов русла и анализ их распространения;
изучение особенностей строения поймы р. Амур, получение количественных характеристик ее динамики;
изучение влияния основных факторов берегоформирования на динамику береговых стхосов, получение количественных данных об интенсивности их деформаций; типизация берегов по степени устойчивости к воздействию водного потока;
исследование особенностей формирования и эволюции островов, получение количественных характеристик их деформаций;
изучение механизма формирования речных террас на основе экспериментальных и сравнительных натурных исследований;
разработка рекомендаций по рациональному использованию ресурсов днища долины на основе полученных результатов исследований в виде отчетов и карт.
Методы исследования. На выбор дополняющих друг друга методов исследований повлияла методология, основу которой составляет системный подход. Русло (в том числе острова), пойма и береговые откосы рассматриваются нами как взаимосвязанные элементы (парагенез) единой системы, обладающей способностью к самоорганизации и саморегулированию.
Применялся следующий комплекс методов: геоморфологическое картирование русла, островов, берегов, поймы при полевых исследованиях и дешифрировании аэрофотоснимков; сопоставление топокарт различных годов изданий (начиная с дореволюционного времени), что позволило выявить морфологические изменения данной системы и определить их интенсивность; экспериментальные исследования, в частности изучался процесс формирования террасовых уровней, их физическая модель в естественных условиях; инструментальные методы состояли в проведении нивелировочного профилирования террасовых уровней, создании планов с помощью мензульной съемки, получении количественных характеристик эрозионно-аккумулятивного процесса (интенсивность накопления паводковых отложений, деформации островов, береговых откосов); аналитические методы включали обработку результатов полевых исследований, а также большого массива данных по динамике уровня воды для вычисления руслоформируюших расходов; на этом фактическом материале были составлены карты динамики современных экзогенных процессов на отдельные ключевые участки, с целью определения перспектив их рационального использования.
- Фактический материал. Выполненная работа - итог исследований по заданию ГКНТ СССР 06. 06. Н4 и программы 0.85.01; по темам НИР: "Закономерности экзогенных процессов; разработка имитационных математических моделей их протекания", гос. регистрационный jY: 018601121716 1986 - 1990 гг., "Научные основы
комплексных региональных прогнозов изменений природной среды и их последствий в пределах Амурского региона", гос. регистрационный №01910046460 1991- 1995 гг.
Работа построена, главным образом, на собственных полевых материалах, результатах их обработки, а также данных картографических и литературных источников. В ходе исследований выполнен следующий объем работ: произведены геоморфологическое описание днища долины р. Амур общей протяженностью около 900 км, геодезическое нивелирование поверхности отдельных участков поймы (суммарная длина нивелировочных ходов около 30 км), многочисленные инструментальные замеры мощности, интенсивности накопления паводковых отложений и деформаций берегов (для этого установлено свыше 100 реперов); для вычисления руслоформирующих расходов воды обработкой охвачено около 30 тыс. значений, характеризующих многолетний ходуровенного режима р. Амур.
Научная новизна. Впервые предпринято и осуществлено наиболее полное геоморфологическое исследование днища долины верхнего Амура (от слияния Шилки и Аргуни до устья р. Зея), а в некоторых аспектах и его долины в целом. Обосновано проведение исследования современной деятельности реки в тесной взаимосвязи с крупными русловыми образованиями: руслом (включая острова), пойменными массивами, береговыми откосами, образующими вместе природную геоморфоснсгему днища долина р. Амур, как специфический геоморфологический объект.
Впервые для Амура установлены особенности строения днища долины и закономерности его динамики, а также его элементов в зависимости от изменения природных условий. Результаты исследований отражают характер и направленность современной деятельности реки.
Выявлены основные морфологические типы русла р. Амур и составлена схема их распространения, что позволяет в целом оценить современный характер русло-формирующей деятельности реки. Обосновано выделение нового подтипа врезанных излучин в рамках морфодинамнческой классификации русел МГУ (Чалов, 1997).
Доказано, что изучение строения, условий, особенностей деформаций и характера развития островов позволяет судить о транспортирующей способности реки и вертикальных деформациях потока. Получены количественные показатели развития островов и установлены особенности шменення транспортирующей способности водотока вдоль реки в зависимости от изменения внешних условий.
Предложена методика оценки устойчивости берегов, на основе которой проведена типизация береговых откосов р. Амур в пределах нижнего 400-километрового участка долины, в зависимости от интенсивности деформаций и условий их формирования. Это позволило подсчитать суммарный объем наносов, поступающих в русло в результате размыва береговых откосов в пределах долины, сформированной вдоль Амуро-Зейской равнины.
Установлены особенности прохождения, определены величины и обеспеченность руслоформирующих расходов воды, которые оказывают наибольшее механическое воздействие на отдельные элементы днища долины, во многом определяя морфологический облик русловых форм. Эти количественные показатели позволили раскрыть некоторые особенности динамики днища долины в зависимости от водного режима реки.
На основе изучения строения пойменных массивов выявлены основные типы пойм. Инструментально определена интенсивность накопления паводковых
отложений, установлены их мехсостав и мощность. С помощью экспериментальных исследований, на фактических натурных данных подтверждена принципиальная модель формирования речных террас. Она объясняет причину образования ступенчатого поперечного профиля пойменных массивов.
Системный подход позволил проанализировать многообразие связей, оказывающих определяющее влияние на днище долины, его составляющих, и установить ведущие ш них. В результате составлена принципиальная схема развития днищ речных долин. На ее основе произведена оценка хозяйствования, намечены перспективы его развития с учетом рационального использования ресурсов днища долины в условиях периодически повторяющихся здесь наводнений и высоких скоростей размыва берегов, дается прогноз его развития в условиях регулирования стока крупными и малыми ГЭС.
Практическая ценность работы. Выполнена морфологическая типизация русла протяженностью около 900 км. Охарактеризованы особенности динамики каждого выделенного типа русла. Определены участки русла, характеризующиеся качественно различной интенсивностью транспорта обломочного материала - активного выноса наносов и временной задержки наносов.
Типизация береговых откосов по степени устойчивости их размыву позволила наметить те участки берегов, которые подлежат укрепленшо в первую очередь. Это важно не только в хозяйственном отношении, но и в геополитическом. Предлагаются мероприятия по стабилизации берегов с учетом рационального природопользования.
Установлены основные типы пойм, характеризующиеся своеобразием формирования и режима затопления, что важно с точки зрения хозяйствования. Данные результаты легли в основу схемы рационального использования ресурсов днища долины, составленной для наиболее осваиваемых в сельскохозяйственном отношении территорий.
На основе анализа влияния регулирования стока на динамику днища долины предлагается альтернативный способ получения гидроэнергии в бассейне Амура в соответствии с главным принципом рационального природопользования.
Результаты исследований вошли в отчеты по хоздоговорным работам с Лен-гидропроектом, Союзинтерводом, Зейской ГЭС. Они могут быть востребованы различными производственными, проектными и научными организациями, занимающимися вопросами использования природных (водных, земельных) ресурсов, охраны природы, строительства, ликвидации последствий стихийных явлений.
Апробация работы. Основные положения работы представлялись на конференциях: Всесоюзных ("Динамика и термнка рек, водохранилищ и окраинных морей", Москва, 19S9; "Экзогенный морфогенез в различных типах природной среды', Москва, 1990), региональных и областных ("Прикладная геоморфология и не-отектоннка юга Восточной Сибири", Иркутск, 1988, "Проблемы изучения и сохранения культурно-исторического її природного наследия Дальнего Востока", Благовещенск, 1996; "Дальний Восток РФ на рубеже веков; региональный аспект возрождения России", Благовещенск, 1998), на совещании "Прикладные и экологические проблемы эрозии и русловых процессов" (Уфа, 1999), на III Советско - Китайском ("Геология и экология бассейна р. Амур", Благовещенск, 1989) и IV Международном ("Человеческое измерение в региональном развитии", Биробиджан, 1998) симпозиумах. В наиболее полном виде они изложены в подготовленной к изданию
коллективной монографии "Самоорганизация системы "русло - поток" (Итд-во СО РАН). По результатам исследований опубликовано 15 работ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (223 названия), приложения. Обьем текста (без рисунков и таблиц) составляет 176 страниц, в нем 54 рисунка, 32 таблицы.