ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2011, том 38, № 6, с. 661-671
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.535.6
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТОКА НАНОСОВ В НИЗОВЬЯХ
и дельте р. Кубани в xx-xxI ВВ.1
© 2011 г. Д. В. Магрицкий
Московский государственный университет 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы Поступила в редакцию 10.09.2010 г.
По материалам сетевых и экспедиционных измерений и сведениям о водохозяйственных мероприятиях детально исследованы особенности вдольрусловых и многолетних изменений основных характеристик стока взвешенных наносов в нижнем течении и дельте р. Кубани. Для характерных периодов выполнена оценка годовых величин фактического и восстановленного стока наносов, вклада в его изменения хозяйственной деятельности, дан прогноз возможных изменений характеристик стока наносов в XXI в. Рассмотрены особенности, величины и причины трансформации стока наносов в пределах дельты Кубани в прошлом и в современный период; рассчитан баланс наносов в дельте.
Ключевые слова: река, дельта, сток наносов, водохозяйственные и гидротехнические мероприятия, русловые деформации.
Многие процессы в бассейнах и устьях рек, а также на морском побережье тесно связаны с формированием и перемещением взвешенных и влекомых наносов. Сток речных наносов определяет характер русловых процессов, существование неустойчивых русел и катастрофические изменения русловой сети, формирование и строение дельты, динамику ее гидрографической сети и морского края, вероятность наводнений. Влияют речные наносы и на использование водных ресурсов, вызывая занесение водозаборов и судовых ходов, определяя стоимость водоподготовки, затраты на очистку гидротехнических объектов и др. Часть загрязняющих веществ перемещается с речными наносами.
Несмотря на очевидное влияние речных наносов на гидролого-морфологические процессы в нижнем течении и дельте р. Кубани, а также на то, что это влияние могло существенно измениться после осуществления в бассейне реки ряда крупномасштабных водохозяйственных мероприятий, изучению режима стока наносов Нижней Кубани и водотоков дельты до настоящего времени уделялось недостаточное внимание. К числу немногих исследований, в которых затрагивались вопросы, связанные с режимом наносов, можно отнести работы [3, 4, 12, 14, 18, 19]. Однако проблема исследования стока наносов в низовьях Кубани и его изменчивости по-прежнему остается среди наименее разработанных. Поэтому в настоящей статье многие вопросы поставлены и решены впервые.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-00199) и договора 11.G34.31.0007 между Минобрнауки РФ и МГУ.
Статья основана на материалах, собранных автором во время экспедиций в низовьях и дельте р. Кубани в 2001—2008 гг. и любезно предоставленных Кубанской устьевой гидрометеостанцией (КУС, г. Темрюк).
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Регулярные стационарные наблюдения за стоком наносов на нижнем участке Кубани проводились на его границах — у Краснодара (с 1932 г.) и в 0.5 км выше вершины дельты (ВД) — на гидрологическом посту (г/п) Тиховский (с 1931 г.). Перерыв в наблюдениях пришелся на годы войны; окончательно наблюдения прекратились в 1987 г. на г/п Краснодар и в 2005 г. на г/п Тиховский. Прекращение наблюдений на г/п Тиховский было связано с вводом в строй в 2005 г. Тиховского вододелитель-ного гидроузла [15], изменившего строение и режим Раздерского узла разветвления, к которому относится и ВД.
Данные, позволяющие исследовать трансформацию стока наносов в дельте Кубани, получены во время стационарных и экспедиционных измерений мутности и расходов воды в реке, рукавах и гирлах (водотоках, соединяющих водоемы дельты с морем). Больше всего постов (10) с наблюдениями за стоком взвешенных наносов действовало в дельте в 30-х гг. XX в. Многие из них функционировали преимущественно в течение 5—10 лет. Следующим этапом наблюдений за стоком наносов в дельте были 60-70-е гг. XX в. — период строительства в нижнем течении и дельте Кубани крупных гидротехнических объектов. В это время наблюдения велись на
Я, кг/с
(а)
1
500 - /
400 - 2 2
300 200 - ° / ф*' о Jr* °
100 - 3 г"""^ 1 ^ а jfr ~ i 1
0
R, кг/с
600 500 400 300 200 100
0
100 200 300 400 500 600
Q, м3/с
(б)
100 200 300 400 500 600
Q, м3/с
Рис. 1. Связи средних годовых расходов взвешенных наносов Я с расходами воды О р. Кубани у г. Краснодара (а) и хутора Тиховского (б) в 1931—1941 (1), 1942-1972 (2) и 1973-2004 гг. (3).
девяти постах. В настоящее время мониторинг стока взвешенных наносов в дельте осуществляют только пять постов — Зайцево Колено и Темрюк (рук. Кубань), Славянск-на-Кубани и Слободка (рук. Протока), Дубовый Рынок (рук. Казачий Ерик). Они расположены довольно равномерно в пределах дельты. Эти же посты, а также закрытый г/п Демин Ерик (рук. Протока), имеют наиболее длительные ряды наблюдений за мутностью я и расходами взвешенных наносов Я основных дельтовых рукавов.
Поскольку данные о расходах взвешенных наносов на некоторых постах за отдельные месяцы и годы отсутствовали, они восстановлены автором с использованием зависимостей вида Я = /(О) и Я = = ф(Яу) (рис. 1), где I иу обозначают принадлежность данных к одному или разным постам.
Помимо этих данных, были использованы результаты исследований других авторов, а также новые материалы совместных полевых работ географического факультета МГУ и КУС. Экспедиционные измерения Я и я выполнялись, главным образом, в узлах дельтовых разветвлений (около 300 серий синхронных измерений). Кроме того, летом 2004 г. были выполнены многочисленные измерения мутности воды по длине р. Кубани и ее одно-
R, кг/с
400 300 200 100 0
Q, м /с
600 500 400 300 200 100 0
AR, кг/с
100
0
-100
(а)
Краснодарский ГУ
(в)
01940 1950 1950 1970ЧМ~1990 2000 2010 i Годы
Рис. 2. Многолетние изменения средних годовых расходов взвешенных наносов (а) и расходов воды (б) р. Кубани на г/п Тиховский; разницы между расходами наносов на г/п Краснодар и Тиховский (в).
именного дельтового рукава, а также изучалось движение донных гряд в русле реки (на участке г/п Тиховский) как одной из форм перемещения влекомых наносов.
ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ СВОДНОГО РЯДА НАБЛЮДЕНИЙ НА ПЕРИОДЫ
К началу стационарных наблюдений за речными наносами в нижнем течении и дельте Кубани уже действовал ряд факторов, искажающих естественный режим стока наносов реки и рукавов. Это — обвалование русел и забор воды на орошение. В дальнейшем, с расширением хозяйственной деятельности в бассейне р. Кубани, нарушение режима наносов стало еще более значительным.
Подразделение ряда наблюдений на характерные периоды и поиск причин происшедших изменений проводились автором с привлечением материалов по истории развития водохозяйственного комплекса бассейна р. Кубани в XX в. [12], на основе результатов анализа зависимостей вида ЯТ = /(ОТ), *т= ф(ОТ), Ят = ^(0, АЯ = у(0, Ят = С(Якр) и др. (рис. 1, 2). Здесь АЯ = ЯКр—ЯТ; О — расходы воды,
Таблица 1. Средние характеристики стока взвешенных р. Кубани у г. Краснодара (I) и в ВД (II) за разные периоды (здесь и в табл. 2 прочерк — отсутствие данных; в скобках — приближенные значения)
Характеристика Створ Годы
1931-1941 1942-1972 1973-1986 1987-2004 1973-2004
Фактические средний годовой расход I 299 247 14.0 - -
наносов Яф, кг/с II 279 226 28.6 58.0 45.1
Годовой сток наносов, млн. т/год I 9.44 7.79 0.44 - -
II 8.80 7.13 0.90 1.83 1.42
Коэффициент вариации II 0.38 0.27 - - 0.80
Восстановленный средний годовой I - 315 316 - -
расход наносов ЯУЕ, кг/с II - 300 315 465 399
Годовой сток наносов, млн. т/год I - 9.94 9.97 - -
II - 9.47 9.94 14.7 12.6
Антропогенное изменение среднего го- I - 17 + 51 = 68 173 + 129 = 302 - -
дового расхода взвешенных наносов* АЯ= АЯтс + АЯд , кг/с II - 9 + 65 = 74 94 + 192 = 286 221 + 186 = 407 166 + 188 = 354
Средний многолетний максимальный I (1510) 2040 150 - -
годовой расход взвешенных наносов Ямакс, кг/с II (980) 1880 310 380 345
Средняя мутность воды 5, г/м3 I 697 616 41 - -
II 674 595 98 140 125
* — изменение средних годовых расходов взвешенных наносов вследствие прямого воздействия на транзит наносов гидротехнических сооружений и карьерной добычи песка ДЯгтс и антропогенного снижения расходов воды АЯд.
м3/с; 5 - мутность воды, г/м3; ? — год; Т и Кр обозначают принадлежность данных к г/п Тиховский и Краснодар соответственно. Дополнительно при выделении периодов были учтены результаты исследований К.М. Зубковой [7].
В итоге оказалось, что на режим стока взвешенных наносов на нижнем участке и в дельте Кубани в наибольшей степени повлияли следующие мероприятия: сооружение Тщикского (1939—1940 гг.) и Шапсугского (1952 г.) водохранилищ, полностью задержавших сток наносов соответственно рек Белой и Афипс; добыча песка из русла Кубани, которая стала интенсивно осуществляться с начала 1960-х гг.; строительство низконапорного Федоровского гидроузла (1967 г.) и увеличение заборов воды в Прикубанский и Федоровский каналы; сооружение Краснодарского водохранилища (1973 г.). В то же время, влияние на сток наносов водозаборов Не-винномысского (1948 г.) и Большого Ставропольского (1967 г.) каналов оказалось незначительным. Таким образом, в многолетних изменениях расходов наносов Кубани на г/п Тиховский необходимо выделять три характерных периода: с условно-естественным режимом стока наносов реки (1930— 1941 гг.), характеризующийся незначительным влиянием хозяйственной деятельности; с заметным и нарастающим влиянием хозяйственной деятельности (1942—1972 гг.), разбитый на три подпериода (1942-1951, 1952-1963 и 1964-1972 гг.); с зарегули-
рованным Краснодарским водохранилищем стоком воды и наносов (1973-2005 гг.), условно разбитый на два подпериода (1973-1986 гг. - маловодный, с максимальной антропогенной нагрузкой; 1987-2004 гг. - многоводный, в условиях снижения масштабов хозяйственной деятельности). Каждому из выделенных периодов присуща разная направленность эрозионно-аккумулятивных процессов на участке Краснодар - ВД, величины и режим стока наносов, зависимости характеристик стока наносов от определяющих факторов.
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
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.