ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2011, том 38, № 4, с. 422-438
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.54.714
ДИНАМИКА ВОД И НАНОСОВ В УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ
р. СВ. ЛАВРЕНТИЯ1
© 2011 г. Е. Н. Долгополова, М. В. Исупова
Институт водных проблем Российской академии наук 119333 Москва, ул. Губкина, 3 Поступила в редакцию 08.02.2010 г.
Рассмотрены основные особенности гидрологического режима и морфологического строения устьевой области р. Св. Лаврентия эстуарного типа. Приведены сведения о структуре водных масс, термическом и ледовом режиме зал. Св. Лаврентия, оказывающем существенное влияние на эстуарий. Основное внимание уделено процессам смешения вод, динамике вод и наносов в эстуарии под совместным влиянием стока реки и приливов, а также в зависимости от топографии дна. Оценен параметр, определяющий тип циркуляции и стратификации вод в эстуарии. Рассмотрено влияние силы Кориолиса на стратифицированный поток в эстуарии и особенности формирования геострофического течения.
Ключевые слова: эстуарий, залив, течения, взаимодействие морских и речных вод, перенос наносов.
Эстуарии — это полузамкнутые части устьевых областей (УО) рек. Основная особенность эстуариев — процессы смешения речных и морских вод в условиях больших градиентов плотности воды.
УО р. Св. Лаврентия представляет большой интерес для исследователей, так как эта крупная мак-роприливная эстуарная система обладает своеобразным продольным профилем дна, что обусловливает формирование эстуарной циркуляции вод разных типов на отдельных участках эстуария и внутренних гравитационных волн. Эстуарная циркуляция, в свою очередь, приводит к образованию в верхней части эстуария зоны с аномально высоким содержанием взвешенных наносов. Значительные размеры УО р. Св. Лаврентия также позволяют исследовать влияние силы Кориолиса на стратифицированный поток и закономерности формирования геострофического течения в эстуарии.
УО р. Св. Лаврентия подвержена значительному антропогенному воздействию. В связи с этим в последнее время большое внимание уделяется экологическим проблемам эстуария, в частности, переносу частицами взвешенных наносов загрязняющих и токсичных веществ и их накоплению в донных отложениях.
В статье рассмотрены процессы взаимодействия пресных речных и осолоненных морских вод и переноса наносов в эстуарии р. Св. Лаврентия, что может представлять научный интерес для отечественных специалистов. Так, например, в устье р. Енисей дельтово-эстуарного типа со ступенчатым профи-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 10-05-00061).
лем дна [32] процессы смешения речных и морских вод и переноса наносов происходят похожим образом, что позволяет сравнить динамику вод в этих объектах.
Цель статьи — выявить основные закономерности динамики вод и наносов в макроприливном эстуарии со своеобразной топографией дна, имеющей большой уступ.
В качестве основного фактического материала использованы опубликованные результаты исследований в эстуарии и зал. Св. Лаврентия [11—17, 19-22, 24-26, 28, 29, 33-39, 42], а в качестве теоретической основы при описании циркуляции вод под воздействием приливов использовались работы [5, 7, 18, 31, 41].
ГЕОГРАФО-ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАССЕЙНА РЕКИ И ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ОКЕАНА
Гидрография реки и ее устьевой области
Р. Св. Лаврентия, названная в честь святого Лоренса Римского, протекает на востоке Северной Америки в Канаде (в провинциях Квебек и Онтарио). В верхнем течении до г. Корнуолл река служит государственной границей между Канадой и США. Берет начало из оз. Онтарио, на протяжении всего течения следует в северо-восточном направлении и впадает в зал. Св. Лаврентия Атлантического океана, образуя эстуарий. Длина реки по разным данным 1140-1200 км (всей водной системы — от истоков р. Сент-Луис, впадающей в оз. Верхнее, - 3100— 4000 км) [2, 6, 10, 14, 37]. Площадь бассейна реки, по различным источникам, составляет 1.03-
1.60 млн. км2, из которых 40% приходится на водосбор Великих озер [2, 6, 10, 14, 37]. Река является дренирующей артерией системы Великих озер Северной Америки, сбрасывающей избыток воды в океан. Вместе с этой системой река служит важнейшим естественным путем, соединяющим внутренние части Канады и США с Атлантическим океаном. Основные притоки р. Св. Лаврентия: Осуэгат-чи, Сент-Риджис, Ришелье (соединенная выше оз. Шамплен каналом с р. Гудзон в США), Сен-Франсуа, Бекалкур (правые), Оттава (самый крупный), Сен-Морис, Батискан, Сагеней (левые).
Строение речной сети р. Св. Лаврентия асимметричное. При выходе из оз. Онтарио русло реки так широко, что его называют оз. Тысячи островов (всего 1620) [14, 25]. Далее на пути течения реки вновь находятся острова, которые образуют стремнины Лонг-Солт и Биг-Питч. Выше впадения притока Сент-Риджис русло реки расширяется до 15 км и образует озера Сен-Франсуа и Сен-Луи с водным режимом речного типа. Их основные характеристики приведены в табл. 1.
Ниже по течению в районе впадения притока Оттава (г. Монреаль) р. Св. Лаврентия также образует большое количество островов. Далее, в месте впадения притоков Ришелье и Сен-Морис, река вновь расширяется, образуя оз. Сен-Пьер. Это — самое большое из внутренних пресноводных озер в системе р. Св. Лаврентия, окруженное широкими заливаемыми прибрежными низменностями, которые увеличивают площадь озера в многоводный период года до 600 км2 [14]. Озеро имеет небольшие глубины (табл. 1), за исключением навигационного канала, глубина в котором достигает 11 м. До впадения в оз. Сен-Пьер р. Св. Лаврентия распадается на несколько рукавов, образуя так называемую Со-рельскую дельту [14], при этом динамика вод и наносов на этом участке приобретает характер, свойственный дельтам рек. Из озера река вытекает одним руслом.
УО р. Св. Лаврентия (рис. 1) относится к эстуар-ному приливному типу. Она включает три части: устьевой участок реки, эстуарий и устьевое взморье.
Верхняя граница устьевого участка р. Св. Лаврентия, выделяемого по предельной дальности распространения в реку приливных или нагонных колебаний уровня, расположена около г. Труа-Ривьер (ниже оз. Сен-Пьер, в месте впадения в р. Св. Лаврентия левого притока Сен-Морис), а нижняя — у г. Квебек, где начинается эстуарное расширение русла. Длина устьевого участка реки ~120 км. Ширина извилистого русла на устьевом участке реки достигает 870 м (мост в г. Квебек), средняя глубина навигационного канала (фарватера) изменяется от 13 до 40 м, за исключением впадин в районе городов Труа-Ривьер (21 м) и Квебек (60 м) [14]. Устьевой участок реки подвержен воздействию приливов и
Таблица 1. Основные характеристики внутренних озер на р. Св. Лаврентия [14]
Характеристика
Озера
Сен-Франсуа Сен-Луи Сен-Пьер
Длина, км 50 23 35
Ширина, км 5.4 6.4 14.3
Площадь поверхности, 272 148 500
км2
Средняя глубина, м 6.0 3.0 3.0
Объем, км3 1.6 0.4 1.5
Средний расход воды 7500 8400 10000
на выходе, м3/с
нагонов, но вода в реке остается пресной в течение всего года.
Эстуарий — главная часть УО р. Св. Лаврентия. Он начинается от г. Квебек (вершина эстуария) и протягивается на 600 км до своего устья (устьевого створа эстуария) по линии г. Минган (северный бе-рег)—м. Уэст (западная оконечность о. Антикости)— г. Гранд-Валле (южный берег) (рис. 1). Эстуарий ограничен побережьями полуостровов Лабрадор с севера и Гаспе с юга и имеет типичную для многих эстуариев постепенно расширяющуюся воронко -образную форму. По данным, приведенным в [10, 14], площадь эстуария составляет 10800 км2. Однако авторы настоящей статьи считают более достоверной величину площади в 13290 км2, определенную В.И. Кравцовой (МГУ). Берега эстуария высокие и крутые. Южный берег эстуария — внешний край Аппалачской складчатой зоны, сложенной сланцами и окаймленной террасами, которые покрыты глинами и песками морского происхождения. Северный берег очерчен круто поднимающимися от моря на высоту 500 м архейскими породами (лав-рентидами). На своем протяжении эстуарий принимает воды многочисленных боковых притоков, наиболее крупный из которых — р. Сагеней, средне-многолетний расход воды которой в районе г. Таду-сак составляет 1470 м3/с [12].
Верхняя граница эстуария р. Св. Лаврентия выделена авторами настоящей статьи по морфологическим признакам и находится в районе г. Квебек (рис. 1). О. Орлеан, расположенный в районе верхней границы эстуария, разделяет реку на два рукава (главный из которых — правый судоходный), представляет собой останец, сложенный достаточно твердыми породами (сланец, известняк), и относится, как указано в [42], к системе Аппалачей. Ниже острова в эстуарии, ширина русла которого увеличивается до 15 км, аккумулятивной дельты выполнения не образуется вследствие малого стока наносов.
Рис. 1. Карта-схема УО р. Св. Лаврентия. Основные элементы УО: устьевой участок реки (1), эстуарий (2 а-в - верхний, средний, нижний), верхняя граница (вершина) эстуария (3). Штриховыми линиями обозначены основные направления потока: Северный и Южный проход (4, 5), Лаврентийский желоб (6). Острова: Монмани (7), Кудр (8), Льевр (9), Верт (10), Сен-Поль (11); мысы: Круа (12), Мон (13), Уэст (14), Хит (15), Уитл (16), Гаспе (17), Пик (18). Населенные пункты: Лаваль (19), Лонгёй (20), Тадусак (21), Бе-Комо (22), Матан (23), Гранд-Валле (24), Минган (25).
Эстуарий Св. Лаврентия можно разделить на верхний (от г. Квебек до места впадения р. Сагеней), средний (до условной линии м. Мон-г. Матан) и нижний эстуарий, внешняя граница которого совпадает с устьевым створом всего эстуария (рис. 1). Длина верхнего эстуария составляет ~190 км, средняя ширина - 17 км, а глубина достигает 100 м. Далее по течению ширина эстуария существенно увеличивается - до 42 км, а максимальная глубина доходит до 350 м. Резкое увеличение глубины объясняется геологическим строением среднего и нижнего эстуариев, длины которых соответственно ~210 и ~200 км. Ниже впадения р. Сагеней (верхней границы среднего эстуария) вдоль северного берега эстуария проходит глубоководный Лаврентийский желоб (рис. 2), который простирается по дуге на 1000 км через прол. Онгедо, зал. Св. Лаврентия по п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.