ГЕОМОРФОЛОГИЯ
< 1 январь-март 2008
Геоморфология и народное хозяйство
УДК 551.4.435.11(282.251.3)
© 2008 г. A.A. ЗАЙЦЕВ, Н.И. ТАНАНАЕВ
МНОГОЛЕТНИЕ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ СЛОЖНОРАЗВЕТВЛЕННОГО РУСЛА Р. ЛЕНЫ В РАЙОНЕ "ЯКУТСКОГО РАЗБОЯ" И ВЛИЯНИЕ НА НИХ
ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ1
Участок долины р. Лены в районе г. Якутска является одной из наиболее освоенных территорий Центральной Якутии. Однако хозяйственная деятельность на реке и прибрежных территориях не всегда согласуется с естественным развитием русловых переформирований, которые проявляются в размыве берегов и постоянном изменении положения главного течения реки. Достаточно сказать, что сам Якутск, основанный в XVII в. на берегу реки, уже в начале XX в. оказался в стороне от нее, на берегу второстепенного маловодного рукава. В настоящее время размыв берегов угрожает разрушением заречного (находящегося на правом берегу реки) пос. Нижний Вестях, а отличающееся сложной разветвленностью русло является затруднительным для судоходства на всем участке реки в районе Якутска. Это привело к необходимости проведения специальных исследований русловых переформирований на этом участке Лены в районе Якутска, известным под названием "Якутский разбой".
Первое описание русловых процессов на Лене в районе Якутска было выполнено в середине XX в. Г.Е. Чистяковым [1], обратившим влияние на их зависимость от промерзания грунтов дна в зимний период. Последующие исследования, проведенные русловой экспедицией МГУ, включали, помимо собственно русловых (промерно-съемочных и гидрологических), проведение буровых работ. Влагодаря им было установлено значительное распространение мерзлых грунтов в широкопойменном песчаном русле средней Лены и выявлены его особенности, а также дана предварительная оценка воздействия мерзлых пород на ход эрозионно-аккумулятивных процессов в русле [2, 3]. Несмотря на это, роль сезонного и многолетнего промерзания слагающих русло грунтов в направленности и интенсивности переформирований русла остается исследованной недостаточно, что сказывается на качестве прогнозов переформирований, и без того достаточно сложных из-за разветвленности русла на многочисленные рукава и протоки. Использование компьютерных технологий как при выполнении натурных работ, так и при русловом анализе (моделирование кинематики потока и русловых деформаций) позволяет существенно повысить не только уровень исследований, но и эффективность решения практических задач. В частности, интерес к их результатам обусловлен, помимо необходимости их учета при планировании и проведении дноуглубительных работ по трассе водного пути и берегоукреплении, так и перспективами строительства мостового перехода Амуро-Якутской железнодорожной магистрали через Лену в районе Якутска.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 06-05-64293).
Общая характеристика русла и условий его формирования
Русло средней Лены выше пос. Покровск (1730 км от устья, 90 км выше Якутска) является врезанным, расположено между коренными берегами в узкой долине со слаборазвитой поймой, часто подстилается скальными породами. Ниже по течению оно перестает испытывать ограничивающее влияние литологии коренных берегов, долина реки существенно расширяется, русло становится широкопойменным. Изменение формы долины и морфологии русла обусловлено выходом реки в пределы Централь-ноякутской низменности, соответствующей Вилюйской синеклизе. Прочные кембрийские породы сменяются здесь более легкоразмываемыми юрскими и неогеновыми алевролитами, меловыми слаболитофицированными песчаниками с железисто-карбонатным цементом. Большей частью эти породы довольно малоустойчивы по отношению к эрозии. Поэтому здесь преобладают условия свободного развития русловых деформаций, пойма расширяется, русло становится сложноразветвленным. Кровля скального основания постепенно понижается, ее глубина залегания в районе Якутска колеблется от 8 до 13 м при мощности валунно-галечного базального слоя аллювия до 2 м, а само русло формируется в толще песчаных аллювиальных отложений.
Расширения долины на уровне поймы чередуются с сужениями, образованными вдающимися в ее пределы выступами левого коренного берега - Табагинским утесом и Кангаласским камнем. Ширина долины составляет от 5 км в сужении у Табагинского утеса до 12.3 км у пос. Жатай, расположенного в 15 км ниже Якутска. У Кангаласско-го камня долина вновь сужается до 4.7 км, что является самым значительным сужением на всем протяжении Лены от пос. Покровск до устья Алдана. В долине реки прослеживается комплекс песчаных надпойменных террас, наиболее распространенных вдоль правого берега (например, Бестяхская - рис. 1). Террасы сложены более мелким материалом, чем прирусловые отмели, обсыхающие в межень [4].
Пойма реки в основном левобережная, шириной не более 10 км. На правом берегу пойма часто отсутствует, ширина ее отдельных фрагментов не превышает 4-5 км (устье Алдана). Общее расширение поймы начинается у Покровска, но затем она местами сужается, прерывается надпойменными террасами и высокими мысами коренных склонов. Пойма реки имеет несколько выраженных ступеней, что отражает направленное многовековое медленное врезание реки [5]. Рельеф поверхности поймы преимущественно ложбинно-островной и выравнивается с увеличением высоты пойменных ступеней. Относительная ширина поймы, по сравнению с таковой русла, невелика. В половодье регулярно заливается только низкая пойма, средневысотная - по ложбинам; полностью пойма покрывается водой примерно один раз в 20-25 лет при подъемах уровней, вызванных заторными явлениями [6].
По величине коэффициента стабильности русла Н.И. Маккавеева Кс русло Лены в районе Якутска относится к слабоустойчивому или неустойчивому. По длине реки наблюдается чередование участков с большей или меньшей устойчивостью: Кс от 1.40 до 7.38. Максимальные значения показателей отмечаются в сужениях русла, где происходит местное относительное увеличение крупности наносов, что связано как с гидравлическими характеристиками потока (его стеснением), так и с активизацией об-вально-осыпных процессов на склонах коренных мысов, обусловливающих сами сужения и выходы в прибрежной части русла скальных пород. Для участков с минимальной устойчивостью русла характерно преобладание более мелких песчаных наносов, формирующих здесь обширные отмели, сложенные в основном среднезерни-стыми песками со средним диаметром частиц примерно 0.3-0.4 мм [5].
Среднегодовой расход воды в Лене в районе Якутска составляет 7140 м3/с (по данным гидрологического поста (г.п.) Табага). Большая часть стока проходит по реке в теплый период года (от 75 до 90%). По типу водного режима Лена относится к рекам с восточно-сибирским типом водного режима (по классификации Б.Д. Зайкова). По источникам питания Лена относится к рекам с преобладающим снеговым питанием, талые воды составляют 50-70% в суммарном годовом стоке. Дождевое питание играет
существенную роль в теплый период года, когда проходят дождевые паводки, формирующиеся на притоках Лены -Витиме и Олекме (реках с преимущественно дождевым питанием).
Сток реки неравномерен в течение года: в половодье расходы приближаются к 35000 м3/с (максимальный, по данным г.п. Табага, - 51700 м3/с - наблюдался 23 мая 1966 г.), а в длительную зимнюю межень (с ноября по май) они могут быть менее 800 м3/с. Зимой на реке формируется мощный ледовый покров, толщина которого местами превышает 2 м. Вскрытие реки происходит на
подъеме быстро формирующейся волны половодья. В течение несколько дней половодье распространяется вниз по течению, образуя череду ледовых заторов, которые являются причиной аномально высоких уровней. Однако в целом заторный подъем уровня воды не так высок, как на вышележащем участке реки с более узкой долиной, и редко превышает 9 м над уровнем летней межени.
Мутность в реке в период летней межени сравнительно небольшая (до 50 мг/л) и только в периоды высокой водности достигает 200-400 мг/л и более. В отдельные годы мутность воды во время летних паводков превышает мутность вод половодья. Такой режим стока взвешенных наносов характерен для рек северо-востока России и определяется тем, что паводочный период приходится на максимум летнего протаива-ния многолетнемерзлых грунтов в бассейне, в долине реки и в самом русле. Промерзание грунтов на водосборах и обширных площадях в руслах арктических рек (в том числе на средней и нижней Лене) приводит к снижению эрозионной активности в период снеготаяния и прохождения волны половодья. В летнее время происходит постепенное прогревание и протаивание мерзлых грунтов. Протаявшие грунты размываются в паводки при выпадении дождевых осадков, чему способствует их полное влаго-насыщение из-за наличия водоупора - кровли многолетнемерзлых пород. Таким образом, в теплый период года расходы наносов в паводки даже при более низких расходах воды могут значительно превышать их половодные значения [7].
Ядра многолетнемерзлых грунтов существуют в толще всех крупных песчаных отмелей в русле средней Лены. Следствием этого является малая подвижность отмелей, поскольку движение гряд по их поверхности в половодье практически не происходит из-за отсутствия оттаявшего слоя аллювия; в течение паводочного периода перемещаются только мелкие гряды (микроформы), формирующиеся транзитным потоком наносов, что ограничивает скорость смещения побочней. Следствием закрепления положения отмелей является чрезвычайная извилистость динамической оси потока, вынужденного в межень огибать отмели, являющиеся слаборазмываемыми (из-за мерзлого ядра) границами потока.
"Якутский разбой" расположен между двумя левобережными коренными мысами -Табагинским утесом и Кангаласским камнем (рис. 2). У Табагинского мыса основной поток Лены отходит от высокого коренного берега, концентрируя в основном рукаве около 90% стока (10% стока рассредоточены по правобережным пойменным протокам) и формируя плесовый участок реки длиной около 20 км. В нижней части этого плеса, откуда начинается собственно "Якутский разбой", от основного рукава отходит
Рис. 2. Общая схема долины р. Лены в районе "Якутского р
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.