ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 5, с. 471-487
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.54:551.468.6(282.247.4:282.255.3:262.81)
ГИДРОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В УСТЬЯХ РЕК КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА КАК ВОЗМОЖНЫЕ АНАЛОГИ ОЖИДАЕМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УСТЬЕВ ДРУГИХ РЕК РОССИИ И МИРА1 © 2014 г. В. Н. Михайлов*, М. В. Михайлова**, М. В. Исупова**
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва ГСП-2, Ленинские горы **Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: vn.mikhailov@mail.ru Поступила в редакцию 02.08.2013 г.
Рассмотрены современные изменения режима и строения устьев рек, впадающих в Каспийское море. Выявлены сходства и различия этих процессов в устьях разных рек Каспийского региона. Оценено влияние на рассматриваемые процессы изменений стока воды и наносов рек и уровня Каспия, а также рельефа устьевого взморья и местных гидротехнических мероприятий. Установлены и объяснены аномальные особенности процессов в устьях Волги и Терека. Установлены характерные для современных устьев Урала, Сулака и Куры гидролого-морфологические процессы, которые могут быть признаны универсальными и возможными аналогами при оценке ожидаемых изменений в устьях других рек России и мира в XXI в.
Ключевые слова: река, устье, дельта, Каспийское море, сток воды и наносов, уровень воды.
Б01: 10.7868/8032105961405006Х
Устьевые области (устья) рек как специфические географические объекты, занимающие промежуточное положение между речными бассейнами и приемными водоемами (океанами, морями, озерами), обычно чутко реагируют на естественные и антропогенные изменения речных и морских (озерных) факторов. Наиболее уязвимы к изменению этих факторов речные дельты — низменные и часто плотно населенные части устьевых областей рек. Дельты, подверженные воздействию одновременно изменений стока воды и наносов рек, колебаниям уровня, течениям, волнению в приемном водоеме, могут служить эффективными индикаторами не только изменений режима рек и морей (или озер), но и природной среды в целом в региональном или даже глобальном масштабе [20]. Эти изменения природной среды могут быть обусловлены как климатическими причинами, так и крупномасштабной хозяйственной деятельностью в речных бассейнах.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-05-00141).
В настоящее время во многих научных исследованиях обсуждаются проблемы, связанные как с глобальным потеплением климата, так и с расширением использования водных ресурсов рек. Согласно современным прогнозам, важными следствиями потепления климата в XXI в. могут стать существенное повышение уровня Мирового океана и связанных с ним морей, а также увеличение водного стока одних рек (в зонах достаточного и избыточного увлажнения) и уменьшения других (в основном в зоне недостаточного увлажнения и сухой зоне) [7, 21, 34]. В то же время сток воды и наносов многих рек заметно уменьшается под влиянием хозяйственной деятельности (изъятия воды на орошение, регулирования стока водохранилищами и др.) [2, 7—10, 25, 26, 32].
Очевидно, что наибольшие отрицательные последствия упомянутых изменений режима рек и морей, включающие затопление земель, волновой размыв берегов, деградацию ландшафта, осо-лонение почв, поверхностных и подземных вод, нарушение социально-экономического комплекса, — произойдут в речных дельтах [20, 21, 33, 34]. Такие крайне неблагоприятные изменения при-
родного и социально-экономического комплекса речных дельт уже произошли в устьях ряда рек мира [26]. Несомненно, что в будущем аналогичные изменения могут затронуть и устья тех рек в России и в мире, в которых такие изменения еще не проявлялись.
В связи с необходимостью оценки возможных в недалеком будущем существенных изменений строения, режима и экосистем речных дельт становится актуальной пока недостаточно изученная научная и практическая проблема — прогноз ожидаемых процессов изменения речных дельт и разработка комплекса мер по предотвращению возможных ущербов или их минимизации. Опыта подобных исследований и разработок в мире пока мало.
В последние десятилетия в России совместно географическим факультетом МГУ, Институтом водных проблем РАН, Государственным океанографическим институтом в содружестве с местными учреждениями Росгидромета, научными и водохозяйственными организациями проведены широкомасштабные исследования реакции устьев рек, впадающих в Каспийское море, на значительные колебания уровня этого водоема и естественные и антропогенные изменения стока воды и наносов рек региона [1, 8, 11-19, 21-25, 30-33, 35]. Полученные результаты позволяют сделать ряд обобщений, применимых при изучении изменений устьев рек в других регионах планеты. Таким обобщениям и посвящена настоящая статья. Ее основные задачи следующие: путем сравнения современных гидролого-морфологических процессов в устьях пяти главных рек, впадающих в Каспийское море (Волги, Урала, Терека, Сулака и Куры), во-первых, установить наиболее общие закономерности этих процессов, которые можно признать универсальными и характерными для неприливных устьев многих рек мира; во-вторых, выявить различия в гидролого-морфологических процессах в устьях разных рек Каспийского региона. Решение этих задач позволит ответить на важный вопрос: какие гидролого-морфологические процессы, в устьях каких конкретно рек Каспийского региона и в какие периоды их развития можно рассматривать в качестве возможных аналогов сходных процессов, ожидаемых в ближайшее время в неприливных устьях рек России и мира.
СХОДСТВА И РАЗЛИЧИЯ ФОРМ СОПРЯЖЕНИЯ РЕКИ И МОРЯ В УСТЬЯХ РЕК КАСПИЙСКОГО РЕГИОНА
На внешних границах всех современных устьевых областей рек, впадающих в Каспийское море (на мористом крае их устьевых взморьев), много-
летние изменения уровней воды практически одинаковы и соответствуют колебаниям среднегодовых уровней моря (у.м.).
По данным инструментальных наблюдений на опорном морском гидрологическом посту (г/п) Махачкала, начиная с 1900 г. можно выделить следующие характерные периоды изменения у.м. [17, 18, 33, 35]: 1900-1929 гг. (медленное снижение среднегодовых уровней на 0.31 м с -25.57 до -25.88 м БС); 1929-1941 гг. (резкое снижение у.м. на 1.96 м до отметки -27.84 м БС); 1941-1977 гг. (дальнейшее понижение уровня на 1.17 м до отметки -29.01 мБС); 1977-1995 гг. (быстрый и значительный подъем у.м. на 2.35 м до отметки -26.66 м БС); 1995-2013 гг. (новое понижение у.м. на 1.03 м до отметки -27.69 м БС). Таким образом, за последние 114 лет уровень Каспийского моря сначала значительно понижался, а потом повышался в диапазоне от -25.57 до -29.01 м БС, т.е. в пределах 3.44 м. Такие крупномасштабные изменения у.м. не могли не сказаться на режиме, строении и ландшафтах устьев впадающих в Каспий больших, средних и малых рек с самыми разными величинами стока воды и наносов.
Согласно теоретическим положениям речной гидравлики и флювиальной геоморфологии, изменения среднего (фонового) уровня приемного водоема должны распространяться вверх по течению впадающего в этот водоем руслового водотока и сопровождаться специфическими необратимыми (направленными) русловыми деформациями. При повышении уровня водоема в русло водотока проникает кривая гидравлического подпора, сопровождающаяся распространением в том же направлении волны попятной аккумуляции наносов. В случае понижения уровня водоема вверх по руслу проникает кривая гидравлического спада, сопровождающаяся распространением вверх по течению волны попятной эрозии. В последнем случае отложение продуктов эрозии в устье водотока (в месте его впадения в приемный водоем) в некоторой степени компенсирует размыв русла и сдерживает его. Упомянутая схема гидравлико-мор-фологических процессов свойственна и большинству естественных водотоков и в основном подтверждается данными исследований устьев рек, впадающих в неприливные моря или озера с переменным средним (фоновым) уровнем [15, 21-23, 25], в том числе впадающих в Каспийское море [15, 19, 25, 33, 35].
Однако приведенная выше схема соответствует реальным гидролого-морфологическим процессам в устьях не всех рек Каспийского региона и не во все периоды формирования их дельт.
Для установления сходства и различия гидролого-морфологических процессов в устьях разных рек Каспийского региона и выявления особенностей реакции устьев рек на многолетние колебания стока воды рек, особенно уровня Каспия, наиболее эффективным методом может стать исследование многолетних изменений формы сопряжения реки и моря в разных объектах. Для этой цели использован анализ изменений среднегодовых уровней воды на г/п в рукавах дельт, на устьевом взморье в устьях пяти главных рек региона и на морском г/п Махачкала (рис. 1). Анализ соответствующих графиков показал следующее.
1. В устьях Урала (рис. 1б), Сулака (рис. 1г) и Куры (рис. 1д) гидравлико-гидрологические и эрозионно-аккумулятивные процессы развивались в целом в соответствии с рассмотренной выше "классической" схемой. Среднегодовые уровни воды на г/п в дельтах упомянутых рек и на морском г/п Махачкала изменялись практически синхронно как во время падения у.м., так и в период его подъема. В устьях Урала, Сулака и Куры в период падения у.м. одновременно со снижением уровней воды в дельтах наблюдалось выдвижение дельт в море, причем в основном пассивное, связанное с обнажением прибрежной зоны моря. В период подъема у.м. в 1978—1995 гг., помимо повышения уровней воды на г/п в водотоках дельт, произошло затопление приморских частей дельт, чему способствовал небольшой сток наносов упомянутых рек в рассматриваемый период. В это время площади дельт из-за затопления уменьшились: Урала с 522 до 350 км2 (на 33.0%), Сулака с 70.6 до 45.1 км2 (на 36.1%), Куры с 189 до 111 км2 (на 41.3%) [17, 18, 33, 35]. Некоторое несовпадение характеров изменения уровней воды в дельтах и в море может объясняться рядом причин: инерцией эрозионно-аккумулятивных процессов, влиянием быстрого выдвижения (устьевого удлинения) русла в устьях Сулака в 1920-1950-х гг. (рис. 1г) и Куры в 1970-1980-х гг. (рис. 1д), межгодовыми колебаниями водного стока рек.
Общая черта
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.