УДК 551.435.13.556.537(571.66)
© 2008 г. A.C. ЕРМАКОВА
ПРОДОЛЬНЫЕ ПРОФИЛИ, ВЕРТИКАЛЬНЫЕ РУСЛОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И ИХ СВЯЗЬ С ТИПАМИ РУСЕЛ НА РЕКАХ КАМЧАТКИ1
Введение
Особенности геологического строения территории, водный режим рек, сток наносов, дополнительное поступление в русловую сеть обломочного материала, а также антропогенные факторы определяют направленность и интенсивность развития вертикальных русловых деформаций. Исследования условий и темпов развития вертикальных русловых деформаций обычно охватывают большие территории и, соответственно, оказываются из-за их мелкомасштабности сильно обобщенными. Так на схеме районирования Восточной Европы и Азии полуостров Камчатка почти целиком относится к зоне средней интенсивности врезания рек, и лишь нижний участок реки Камчатки оказывается в зоне слабой аккумуляции [1]. На самом деле распространение участков преимущественного врезания или аккумуляции рек на полуострове гораздо сложнее.
Отражением особенностей проявления вертикальных деформаций являются форма продольного профиля и распределение частных уклонов по длине рек. Врезание реки на данном участке приводит к уменьшению продольного уклона, поскольку снижение отметок дна сопровождается снижением уровня водной поверхности. Аккумуляция наносов, наоборот, обусловливает повышение отметок дна русла и подъем уровня воды в реке, вследствие чего уклон ее по сравнению с нижележащими участками возрастает.
Формирование продольных профилей рек в условиях восходящего развития рельефа, сопровождающегося глубинной эрозией, характерно для большинства горных районов. В предгорьях и на равнинах скорость поднятия территории на порядок меньше или же поднятие сменяется тектоническим опусканием. Причем в горных районах русла крупнейших рек на значительном протяжении интенсивно врезаются (Срединный и Восточный хребты, вулканические районы Камчатки), тогда как для их притоков возможна, напротив, аккумуляция наносов, обусловленная подпорными явлениями главной реки, связанными с различиями в водности сливающихся рек. В предгорьях и на равнинах сложно чередуются участки врезания и систематической направленной аккумуляции наносов (Западно-Камчатская и Центрально-Камчатская равнины), что может быть связано с изменениями по длине реки транспортирующей способности потока, обусловленной пересечением реками крупных орографических структур.
Продольные профили и вертикальные русловые деформации рек Камчатки
Для определения величин частных уклонов по длине рек на основе карт м-ба 1:100000 и полевых исследований 2005-2007 гг. были построены продольные профили крупнейших рек полуострова - Камчатки, Быстрой (Большой), Авачи, Ичи, а также некоторых их притоков и небольших рек - Быстрой (Эссовской), Плотниковой, Ключевки, Кроноцкой, системы рек Китхажинец - Первая Красная.
Для оценки направленности и величины вертикальных деформаций были построены кривые связи уровней и расходов воды по гидрологическим постам, расположенным на реках в разных геоморфологических районах полуострова. Смещение кривых на графиках связи от года к году вверх или вниз позволяет судить, соответственно, о
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 06-05-64293).
3 Геоморфология, № 4
65
H, см 700
650
600
550
500
450
400
0 50 100 150 200 250 300
350 400 Q, м3/с
H, см 450 400 350 300 250 200 150 100 50 200
600
1000
1400
1800 Q, м3/с
Рис. 1. Кривые связи расходов и уровней воды, отражающие процесс: А - аккумуляции (р. Камчатка -с. Верхне-Камчатск), Б - врезания (р. Камчатка - с. Козыревск)
накоплении аллювия и повышении дна реки (рис. 1, А) или о его размыве (рис. 1, Б). По величине изменения уровня при одном и том же расходе воды можно количественно оценить интенсивность процесса аккумуляции или глубинной эрозии в данном створе (таблица). Для нижнего течения большинства рек п-ова Камчатка характерна аккумулятивная деятельность, главным образом, для притоков рек и для крупных равнинных рек. Накопление наносов происходит также на реках, протекающих в вулканических районах в условиях поступления большого количества обломочного материала в русло. Процессы врезания наиболее характерны для рек горных районов, а также для участков рек, испытывающих дефицит наносов ввиду их аккумуляции выше по течению.
Поскольку вертикальные русловые деформации отражают трансформации продольных профилей рек, то необходимо сопоставление характеристик русловых деформаций с продольными профилями исследуемых рек и сравнение последних с моделями, в которых распределение уклонов отвечает выровненной транспортирующей способности потока по длине русловой системы, наступающей благодаря постоянно происходящим процессам эрозии, транспорта и аккумуляции наносов. Выработанный продольный профиль имеет сравнительно стабильную форму, соответствующую выровненной транспортирующей способности потока и установившимся определенным соотношениям между ней и уклоном [2]. Считается, что главным фактором, влияющим на форму продольного профиля, является расход воды Q. Обобщенная зависимость для расчета выработанного продольного профиля, предложенная Н.И. Макка-веевым [2], имеет вид:
QI = const, (1)
отражая закономерное уменьшение уклона рек (I) вниз по течению в соответствии с увеличением ее водности в условиях гумидного климата, свойственного п-ову Камчатка. В связи с этим наиболее распространенной на реках Камчатки является вогнутая форма продольного профиля. Преимущественно восходящее развитие рельефа изучаемой территории также способствует образованию вогнутой формы [3].
Однако механизм образования выработанного продольного профиля реки зависит не только от ее водоносности, но и от крупности руслообразующих наносов и ее изменений по длине реки. В связи с этим для расчета выработанного продольного профиля некоторых рек Камчатки была выбрана формула Р.С. Чалова [4]:
IQ\nd (-1/2) = const, (2)
где I - продольный уклон реки, Q - расход воды, d - крупность руслообразующих наносов. Эта формула отражает закономерный рост или снижение уклонов в соответ-
Интенсивность вертикальных деформаций на реках п-ова Камчатка
Река - пост Бассейн реки (моря, океана) Скорость врезания (—)/аккумуляции (+), см/год Тип русла
Камчатка - с. Пущино Камчатка - с. Верхне-Камчатск Камчатка - с. Долиновка Камчатка - с. Козыревск Камчатка - с. Ключи Камчатка - с. Большие Щеки Тихий океан 1.02 1.93 -1.45 -1.7 0.2 -2.5 Полугорное Равнинное Равнинное Равнинное Равнинное Равнинное
Правая Камчатка - ур. Бугры Кавыча - ур. Шаромский мыс Кирганик - с. Кирганик Щапина - с. Щапино Толбачик - с. Толбачик Быстрая - с. Эссо Уксичан - с. Эссо р. Камчатка 0.2 6 2.8 -1.1 0.84 -0.7 0.44 Горное, 1* Горное, 1 Полугорное Полугорное Горное, 1 Горное, 2* Горное, 1
Быстрая - с. Малки Ключевка - с. Малки Плотникова - п. Дальний Банная - пост № 2 Начилова - с. Карымай р. Большая (Быстрая) 0.23 0.67 0.22 -0.86 0.17 Полугорное Полугорное Горное Горное Равнинное
Авача - з. Дьяконова Авача - г. Елизово Тихий океан 0.63 -2.25 Полугорное Полугорное
Туамок - 3 км от устья р. Авача 0.6 Горное, 2
Большая Воровская - с. Соболево Охотское море 2.22 Равнинное
Средняя Воровская - ур. Ашово р. Большая Воровская -1.83 Полугорное
Тигиль - с. Тигиль Охотское море 0.55 Полугорное
* Типы горного русла с аллювиальными формами: 1 - развитыми, 2 - неразвитыми.
ствии с увеличением или уменьшением крупности руслового аллювия на фоне закономерного изменения водности реки. Действительно, галечное русло р. Быстрой (Большой) сменяется галечно-валунным в среднем течении, где река пересекает Срединный хребет; уклоны русла здесь возрастают более чем в 2 раза - от 1 до 2.3%е, а продольный профиль приобретает выпуклую форму (рис. 2, А).
На крупнейших реках полуострова вогнутая форма продольного профиля прослеживается наиболее четко. Для них характерен резкий перегиб профиля при выходе из горных районов на равнину. Резкое уменьшение уклонов русла соответствует расширению дна долины, уменьшению количества и крупности поступающего со склонов материала, а следовательно, снижению затрат энергии потока на транспорт наносов. Подобный перегиб наиболее четко выражен на реках, которые стекают с гор и далее на значительном протяжении протекают по равнине, - Быстрой (Большой) (рис. 2, А), Камчатке (рис. 2, Б), Иче.
В горных районах положение кривой продольного профиля практически на всех реках совпадает с кривой выработанного профиля. В верховьях рек происходит интенсивное поступление грубообломочного материала со склонов долин в речные русла и в условиях очень больших уклонов последних - вынос его вниз по течению. При переходе от гор к равнинам резко снижаются уклоны русел при плавном увеличении водности реки, что обусловливает уменьшение транспортирующей способности потока и отложение руслообразующих наносов на таких участках. Так, на р. Камчатке имеет место аккумуляция наносов на участке 720-580 км от устья, о чем свидетельствует положение кривой рассчитанного продольного профиля выше фактического
3* 67
H, м абс.
*-Ганальский хребет
И, м абс.
Рис. 2. Продольные профили рек: А - р. Быстрой (Большой), Б - р. Камчатки Продольный профиль: 1 - фактический, 2 - выработанный; 3 - гидрологические посты
(рис. 2, Б) и оценка вертикальных деформаций по сопоставлению кривых Q = /(И) за разные годы (таблица). По данным постов Пущино и Верхне-Камчатск, темпы аккумуляции составляют 1 и 1.9 см/год, соответственно. Ниже г.п. Верхне-Камчатск, благодаря аккумулятивной деятельности реки, выше по течению объем переносимых наносов оказывается ниже транспортирующей способности потока, что вместе с общим поднятием Центрально-Камчатской равнины (порядка 500 м за новейший тектонический период) [5] приводит к врезанию реки. О наличии процессов эрозии свидетельствуют взаимное положение рассчитанного и фактического продольных профилей, а
Н, м абс.
Рис. 3. Продольный профиль р. Авачи Усл. обозначения см. рис. 2
также сопоставление кривых Q = /(Н) по постам Долиновка и Козыревск - темпы врезания русла р. Камчатки здесь составляют -1.5 и -1.7 см/год, соответственно (таблица).
В сред
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.