УДК 551.435.124
© 2015 г. Р.С. ЧАЛОВ, О.М. КИРИК
О ТРАНСГРЕССИВНОМ И РЕГРЕССИВНОМ СМЕЩЕНИИ ОСТРОВОВ
И ОСТРОВНЫХ МАССИВОВ В РАЗВЕТВЛЕННЫХ ШИРОКОПОЙМЕННЫХ РУСЛАХ1
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва; makkaveev-lab@yandex.ru
Введение. Постановка проблемы
Разветвленные русла - самый сложный по своей структуре и режиму переформирований морфодинамический тип русла. Они отличаются от других типов (меандри-рующего, относительно прямолинейного, неразветвленного) большим разнообразием форм проявления, определяемых количеством островов, проток и рукавов, положением их на реке посередине русла, в прибрежных частях, в начале или в конце крупных рукавов и их различными комбинациями; острова могут представлять собой одиночные образования на реке, располагаться цепочками вдоль реки, составлять архипелаги, в которых многочисленные небольшие острова разрезаны маловодными протоками. Попытки морфологической систематизации разветвленных русел предпринимались неоднократно как в отечественной [1-5], так и в зарубежной [6] литературе. В результате к настоящему времени создана достаточно стройная морфодинамическая классификация разветвленных русел [7], в которой формам разветвленности (многору-кавности) соответствуют вполне определенные схемы переформирований, причины и факторы, определяющие периодическое или направленное развитие рукавов, условия их отмирания. На этой основе разработаны приемы и методы регулирования разветвленных русел при решении разнообразных практических задач, связанных с воднотранспортным освоением рек, использованием водных ресурсов, проведением через реки коммуникаций, строительством на берегах и т. д. Для некоторых больших рек (Лены, Оби, Северной Двины) дан систематический анализ морфологии и динамики разветвлений на всем их протяжении, а рекомендации по регулированию русла успешно реализованы в первую очередь в связи с созданием на них водных путей [8-11].
Основное внимание обычно уделяется переформированиям рукавов в разветвлениях разного типа, в меньшей мере - форме и динамике островов (в этом отношении среди последних публикаций следует отметить статью А.М. Тарбеевой [12]), и почти совсем вне сферы исследований оказываются формы, механизмы и причины продольного смещения островов, хотя оно сопровождается изменениями со временем морфологического облика, темпов и направленности переформирований разветвлений, определяя методы и приемы регулирования русел. При этом еще Н.И. Маккавеев [1, 13] впервые рассмотрел структуру потока возле островов и показал, что она вызывает их размыв с оголовка и аккумуляцию наносов в ухвостье; в условиях же снижения транспортирующей способности потока или избыточном по отношению к ней поступлении в поток наносов острова смещаются регрессивно, т. е. перед ними происходит накопление наносов и образование отмели, которая со временем, закрепляясь растительностью, превращается в пойму. Последнее дало основание рассматривать регрессивное смещение островов как признак направленной аккумуляции наносов на реке [14]. Однако представления о продольных (трансгрессивном, регрессивном) перемещениях речных
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-05-00348) и по программе Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (проект НШ-1010.2014.15).
островов на разных реках и тем более со сложными разветвлениями дальнейшего развития не получили. Поэтому задача настоящей статьи - заострить внимание на этой проблеме и показать на конкретных примерах важную роль, которую играет смещение островов в переформированиях разветвленных русел.
Механизмы и формы смещения островов
Формирование островов связано с появлением в русле осередка - обсыхающей в межень отмели посередине реки или отделенной от берега протокой, функционирующей в маловодную фазу режима [7]. При зарастании осередок превращается в элементарный остров. Наличие растительности обусловливает принципиально иную роль вновь возникшего острова в русловом процессе по сравнению с осередком. Если осередок - обсыхающая часть гряды, представляющая собой форму транспорта наносов в половодье (паводок), то остров, даже будучи затопленным при высокой воде, вызывает благодаря растительности сопротивление движению потока, снижение над ним скорости течения, аккумуляцию на его поверхности очень мелких и тонких, взвешенных в других условиях, наносов и разделение потока во все фазы водного режима на две ветви течения, которые могут быть как равноценными по водности и режиму скоростей потока, так и различаться по этим показателям на порядок величины. В результате возле острова формируется новая структура потока, возникают присущие разделению потока скоростное поле и циркуляционные течения [15] (рис. 1А), благодаря которому происходит преобразование осередка, имеющего форму капли, направленной вниз
Рис. 1. Структура потока в разветвленном русле возле острова (А) и схема преобразования осе-редка при его зарастании в остров (Б) Направление: 1 - течения, 2 - донных струй потока, 3 - области повышения (а) и понижения (б) водной поверхности; зоны: 4 - ускорения течения и размывов берегов, 5 - замедления течения и аккумуляции наносов, а также обсыхающий в межень осередок; 6 - подвалье гряды (осередка); растительность: 7 - первичная на осередке и в ухвостье острова, 8 - на острове; 9 - размытие части осередка, острова и берегов
по течению, в остров, форма которого из-за размыва острова с оголовка и аккумуляции наносов в ухвостье острова, создающей косу, приобретает вид капли, но обращенной против течения (рис. 1Б).
Не останавливаясь более подробно на объяснении механизма этих процессов, поскольку они детально рассмотрены [1, 7, 13, 15, 16], отметим лишь, что структура потока, возникающая при образовании острова, обусловливает его трансгрессивное смещение: он размывается с оголовка и растет в ухвостье, приводя к общему смещению вниз по течению связанного с ним разветвления русла. Н.И. Маккавеев [13] главную роль в этом процессе отводил циркуляционным течениям, возникающим у оголовка острова и связанных поперечными уклонами, направленными от него в сторону берегов. Очевидно, не меньшее значение имеет явление набегания потока на оголовок острова (его динамическая ось прижимается к нему) и, соответственно, угол встречи берегового уступа с его стрежнем (~90о), происходящее при этом сжатие потока и местное увеличение скоростей (так называемое "сбойное течение" [1]). Набегающие на
Рис. 2. Течения, возникающие у оголовка острова, и связанный с ними его размыв
1 - течения, набегающие на оголовок под углом ~90°; 2 -вихрь с горизонтальной осью при затоплении поймы (а) и в межень (б); 3 - направление донных струй; 4 - уровень водной поверхности при затопленной пойме (а) и в межень (б); 5 - аллювиальные отложения: пойменная фация - наилок (а), русловая фация (б); 6 - размываемый берег в профиле (а) и на плане (б); 7 - место выноса размытого материала на профиле (а) и на плане (б); 8 - растительность на пойме
оголовок верхние струи потока, погружаясь вдоль уступа берега и вызывая его размыв, образуют вихрь с горизонтальной осью (рис. 2). Насыщаясь наносами, он поставляет их в придонные горизонты, где они подхватываются циркуляционными течениями и выносятся в стороны от оголовка (рис. 1А). Эти явления (циркуляционное течение, сжатие потока, резкое увеличение скорости и образование вихря с горизонтальной осью) обусловливают наибольшую интенсивность размыва (при прочих равных условиях) оголовков островов, имеющих вид вертикальных стенок. На Северной Двине, Лене, Мезени, Печоре, Оби зафиксированы экстремальные значения отступания берегов именно в оголовках островов (до 50-60 м/год) при обычных темпах даже очень сильных размывов - до 10-15 м/год.
Столь же часто на реках встречаются острова, растущие со стороны оголовка вследствие аккумуляции наносов и образования возле него отмели. На ней перед зарастающей ее частью или островом обычно прослеживается подвалье гряды, ее образовавшей. Такие острова обычно приобретают вытянутую веретенообразную форму (рис. 3А). Однако нередко отмель обрывается к оголовку подвальем, опоясывающим его с обеих сторон острова (ухвостья отмели слева и справа от острова имеют вид вытянутых кос), а между ним и островом находится глубокая, узкая (от первых метров до 10-15 м) (рис. 3Б) и изогнутая в плане протока. Направление течения в ней зависит от соотношения уровней воды в рукавах, огибающих остров, и может меняться в разные фазы водного режима. Эти течения подхватывают наносы, поступающие в подвалье гряды, обусловливая стабилизацию последнего и не давая гряде надвинуться на остров. Таким образом, отмель фактически является осередком перед островом, но отделяется от него очень узкой, несоизмеримо малой по сравнению с руслом реки и ее рукавами, протокой. Отмель при зарастании превращается в самостоятельный остров, и при повторении
Рис. 3. Формы регрессивном смещения острова А - причленение к оголовку отмели; Б - образование перед оголовком отмели, отделенной от него узкой и глубокой протокой с переменным течением; В - формирование осередка, отделенного от острова широкой протокой. Течение в протоке: 1 - переменное, 2 - направленное
процесса возникает цепочка вытянутых вверх, очень близко расположенных островов. При занесении проток наносами они сохраняются в рельефе острова в виде глубоких, с четкими бортами ложбин.
Это не исключает размыва оголовка острова и его трансгрессивного смещения. Во-первых, размыв происходит из-за течений в поперечной протоке между оголовком и подвальем отмели перед ним, так как перепад уровней между рукавами у острова может быть весьма значительным, превышающим продольный уклон свободной поверхности потока, а скорости течения в ней оказываются очень большими. Во-вторых, в половодье, когда отмель оказывается под водой и наносы активно поступают в под-валье гряды, возле оголовка острова возникают описанные выше гидравлические явления, а стеснение струй потока у оголовка усиливается наличием отмели. В результате, несмотря на формирование последней, исходный остров продолжает разм
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.