ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 6, с. 682-693
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^ ПРОЦЕССЫ
УДК 551.482.6
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА РОЛИ ДЕЛЬТ В ПРОЦЕССАХ ОТЛОЖЕНИЯ РЕЧНЫХ НАНОСОВ1
© 2007 г. М. В. Михайлова
Институт водных проблем Российской академии наук, 119333 Москва, ул. Губкина, 3 Поступила в редакцию 04.07.2006 г.
Рассмотрены теоретические основы баланса наносов в устьях рек и роль дельт в отложении речных наносов. Приведены результаты количественной оценки составляющих баланса наносов в речных дельтах. Показано влияние на наносоудерживающую роль дельт таких природных факторов, как размеры дельт, особенности их рельефа и гидрографической сети, а также ряда антропогенных факторов - обвалования рукавов, водозаборов и др.
Оценка баланса наносов в устьевых областях (УО) рек и расчет доли речного стока наносов, задерживаемой в устьях, - одна из наиболее важных проблем в устьевой гидрологии. Эту задачу приходится решать не только при изучении динамики самих устьев рек, но и при определении объема речных наносов, которые, проходя через устье реки, попадают на морской шельф и участвуют в формировании берегов и морского дна за пределами устья.
Рассматриваемая проблема сложна, так как изучение динамики и баланса наносов в любых водных объектах (реках, каналах, озерах, прибрежной зоне морей) связано с большими трудностями и прежде всего при измерении расходов наносов (особенно влекомых и переносимых в придонных слоях потока). По этой причине до сих пор точно неизвестен суммарный сток взвешенных и влекомых наносов многих рек и недостаточно изучены вопросы динамики и баланса наносов в таких сложных географических объектах, как УО рек, где помимо речных действуют и морские факторы. Поэтому баланс наносов в устьях рек изучен недостаточно и работ, посвященных этой проблеме, мало.
Теоретические вопросы баланса наносов в устьях рек рассматривались российскими учеными в [1, 5, 7, 8, 11, 12, 15, 25]. За рубежом подобных исследований практически нет. Надежных количественных оценок баланса наносов в конкретных устьях рек также мало.
То, что УО рек являются местами крупномасштабного накопления терригенных отложений, известно давно, начиная с исследований геологов Г. Крендера, Дж. Джильберта, Дж. Баррелла, У. Джонсона, Р. Расселла, Д. Мура, П. Скрютона,
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 04-05-64149).
Д.В. Наливкина, Н.М. Страхова и др. И.В. Самойлов [22] первым отметил, что в устьях рек задерживается 60-65% речных наносов. Позже некоторые количественные обобщения были сделаны в [5, 7, 8, 11, 12, 25]. Однако глубокого анализа рассматриваемой проблемы пока сделано не было.
Определение баланса наносов сразу для всего объекта (УО реки) сложно. Целесообразно сначала оценить закономерности баланса наносов в главных частях УО (в дельте и на устьевом взморье (УВ), включая устьевой конус выноса), а затем (как итог) - закономерности выноса речных наносов за пределы УО (на большие глубины или вдоль морского побережья).
В предлагаемой статье рассмотрен первый, наименее изученный вопрос - баланс наносов в дельтах и роль дельт в отложении речных наносов. Этот вопрос важен и потому, что во многих публикациях, когда речь идет об аккумуляции речных наносов в устьях рек, не делается различия между дельтой и УВ. В статье, следуя рекомендациям в [7, 8, 11], дельтой считается часть УО реки - участок суши, прорезанный сетью водотоков и водоемов, ограниченный со стороны моря морским краем дельты, т.е. берегом моря. При таком толковании в дельту не включается отмелая зона УВ, которую часто неправильно называют авандельтой или подводной дельтой (subaqueous delta в англоязычной литературе).
Статья базируется на имеющихся в научной литературе оценках баланса наносов во многих устьях рек мира (включая дельты) и результатах специальных исследований дельт Терека, Сулака, Дуная, Риони, По, Хуанхэ, Янцзы из [3, 4, 9, 10, 12-16], проведенных автором статьи или при его участии.
СОСТАВЛЯЮЩИЕ БАЛАНСА НАНОСОВ В ДЕЛЬТАХ РЕК
Теоретические основы анализа баланса наносов в речных дельтах
Основные источники поступления наносов в дельты - это сток взвешенных и влекомых наносов реки Жр и сток наносов с местного бокового водосбора самой дельты Жместн. Последняя величина обычно мала и в большинстве случаев ею можно пренебречь. Часть поступающих в дельту наносов отлагается и задерживается в пределах дельты, а часть проходит через нее транзитом и выносится на УВ.
Увеличение аккумулятивного тела дельты складывается из отложения наносов: в дельтовых рукавах АЖакк.русл в процессе их отмирания или в результате влияния подпора, вызванного повышением уровня моря; на поверхности дельты АЖпов в процессе ее заливания водами половодья; в озерах АЖоз, в том числе в озеровидных разливах во время озерно-плавневого этапа циклического развития дельты; на поверхности дельты АЖаь в процессе ее выдвижения в приемный водоем на расстояние АЬ; на поверхности дельты АЖАН при ее затоплении морскими водами в результате повышения уровня приемного водоема на величину АНм [15].
Одновременно с аккумуляцией наносов в дельте может происходить размыв дельтовых отложений или их частичное искусственное изъятие. Причиной размыва является активизация некоторых, обычно крупных, магистральных рукавов в процессе эволюции русловой сети дельты или понижение общего базиса эрозии в результате падения уровня приемного водоема. Объем размытого материала в дельтовых рукавах обозначим АЖразм. русл. Изъятие песка из рукавов дельты при карьерной добыче нерудных материалов - АЖкар.
В некоторых случаях на изменения объема отложений в дельте влияют морские факторы: дополнительное поступление морских наносов из-за пределов дельты с вдольбереговым потоком Жм и волновой размыв морского края самой дельты Жв. По сравнению с другими компонентами баланса наносов в дельтах величины Жм и Жв невелики. Обычно Жв > Жм, поскольку дельты (особенно крупные) служат не местом перехвата вдольберегового потока наносов, а источником его пополнения.
Суммарное изменение объема отложений в дельте обозначим АЖд. Отложение наносов на дне УВ (или в теле устьевого конуса выноса) обозначим АЖвзм. За пределы УО, помимо Жв, представляющего собой объем крупных влекомых наносов, на большие морские глубины уходит больший по величине объем мелких взвешенных наносов Жгл. Обычно объем наносов Жв + Жгл, уходящих за пределы УО реки, трудно разделить
и их определяют совместно (часто как остаточный член полного уравнения баланса наносов в устье реки).
Таким образом, уравнение баланса наносов для всей УО реки за некоторый достаточно большой интервал времени можно представить в виде
Ж + Ж + Ж - Ж - Ж = АЖ + АЖ
'' р ^ " местн ^ " м "в " гл ^" д ^ ^" взм>
где АЖд и АЖвзм - изменения объемов аккумулятивного тела дельты и взморья за тот же интервал времени.
Уравнение баланса крупных наносов только для дельты имеет вид
Ж + Ж + Ж - Ж = АЖ
р местн м в д
где АЖд = АЖакк.русл + АЖПоВ + АЖо3 + АЖаь + АЖШ -- АЖ - АЖ
разм.русл ^'' кар-
Если АЖд > 0, то это означает, что аккумуляция наносов в дельте превышает ее размыв и дельта задерживает часть речных наносов. В этом случае объем наносов, поступающих на УВ, составит Жр + Жместн - АЖд. Если АЖд < 0, то это будет означать, что в море поступит дополнительный объем наносов и общий их вынос на УВ составит Жр + Жместн + АЖд.
Как следует из большинства публикаций, посвященных оценке баланса наносов в устьях рек, и из материала, представленного в настоящей статье, практически все дельты в современную геологическую эпоху являются местом скопления речных наносов (АЖд > 0).
Наносоудерживающая роль речных дельт (при Жместн ~ 0, Жм ~ 0, Жв ~ 0) может быть оценена путем расчета:
АЖд, что даст абсолютную величину отложения наносов в дельте;
разности Жр - АЖд, что позволит оценить, насколько отложение наносов в дельте уменьшает поступление речных наносов в море;
величины АЖд/Жр (это отношение будет характеризовать долю стока речных наносов, задерживающуюся в дельтах, и может быть выражено в долях единицы или %).
Рассматриваемые величины Жр, АЖд и др. могут быть выражены либо в единицах объема (тыс. м3, км3), либо в единицах массы (тыс. т, млн. т). Пересчет одних единиц в другие ведется с учетом плотности отложений [15]. Составляющие баланса наносов в дельтах обычно представляют либо за какой-либо многолетний период времени, либо (что более предпочтительно) в среднем за весь период (например, млн. т/год, тыс. м3/год).
Исходные данные для расчета
В научной литературе практически нет подробных сведений о результатах оценки отдельных составляющих баланса наносов в дельтах.
Таблица 1. Результаты детального расчета баланса наносов в устьях некоторых рек (числитель - млн. м3/год для Дуная и Сулака, млн. т/год для Меконга и Красной, знаменатель - % Жр. Здесь и в табл. 2 прочерк - отсутствие данных)
Приход Расход Источ-
Река Годы AW AW^ W, W гл ник ин-форма-
W р W уу мест W м AW L-^vv русл AW^ AW^ + AW Ah AW ah ции
Дунай (Килий-ский рук.) 1830- 37. 70 0 0. 1 2 0. 2 2 0 0. 3 6 0. 5 29. 6 5 0. 5 7 6. 4 5 Расчет
2002 100. 0 0 0 .3 0 .6 0 1 .0 1. 5 7 8 .6 1 .5 17. 1 автора
Сулак 19281978 14. 40 100. 0 0 0 0 0 -0.11 -0.8 0 0 0 0 0 0 14. 0 97. 2 0. 5 1 3 .6 То же
Меконг - 96. 09 100. 0 1. 02 1 .1 15. 2 5 1 5 .7 3. 0 1 3 .1 0. 3 9 0 .4 15. 7 5 1 6 .2 0 0 79. 4 8 8 1 .9 13. 7 3 1 4 .1 [17]
Красная 114. 3 6 5. 24 6. 9 8 40. 6 3 1. 9 1 2. 6 2 0 71. 7 4 9.66 То же
1 00 .0 4 .4 5 .8 3 4 .0 1 .6 2 .2 0 6 0 .0 8 .0
Только в редких случаях удается рассчитать компоненты баланса наносов в устьях рек, включая дельты.
В табл. 1. приведены результаты немногих детальных оценок составляющих баланса наносов в устьях рек. Обычно удается сделать лишь грубые оценки баланса наносов, приближенно определив величины АЖд и AWB3M. Объем наносов, уносимых за пределы УО реки, часто определяют как остаточный член уравнения баланса наносов: W, + Wra = = - АЖд - AWB3M. Результаты ряда таких расчетов приведены в табл. 2.
ВЛИЯНИЕ СТАДИЙНОСТИ
И ЦИКЛИЧНОСТИ РАЗВИТИЯ ДЕЛЬТ
НА ОТЛОЖЕНИЕ РЕЧНЫХ НАНОС
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.