ГЕОМОРФОЛОГИЯ
№ 1 январь-март 2013
НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 551.435.1:551.438.5(470.341)
© 2013 г. А.Л. ВАРЁНОВ
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РУСЕЛ МАЛЫХ РЕК ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ (БАССЕЙН Р. КУДЬМЫ)
Введение
Направленные вертикальные русловые деформации заключаются в размыве дна русла или накоплении на дне наносов и обуславливают постоянную трансформацию продольных профилей рек. В первом случае происходит понижение отметок дна, общее уменьшение уклонов русла, его сужение, во втором - повышение отметок дна, продольное увеличение уклонов и в то же время на малых реках при избыточном поступлении наносов - заиление рек, заболачивание дна долин. Тектонический режим равнинно-платформенных, приморских территорий и горных стран, различия в стоке наносов, климатических условиях разных регионов и водности рек, неодинаковая освоенность склоновых земель и, как следствие, поступление продуктов смыва почв в реки, наличие гидроузлов, разработка русловых карьеров стройматериалов и другие виды техногенных воздействий определяют широкий спектр развития направленных вертикальных деформаций русел рек [1].
Однако направленным вертикальным деформациям (врезанию, систематической аккумуляции наносов) рек из-за малых скоростей их проявления в естественных условиях, как правило, не уделяется должного внимания, особенно на фоне горизонтальных деформаций русел, почти всегда превышающих по интенсивности вертикальные на порядки величин.
На малых реках вертикальные русловые деформации оцениваются очень редко и, в основном, с точки зрения их заиления из-за избыточного по отношению к транспортирующей способности потока поступления в русла малых рек материала, снесенного со склонов в результате антропогенной эрозии почв при их распашке и сведении лесов. Интерес к заилению малых рек, связанному с развитием аккумулятивных процессов, появился в 70-80-е гг. XX в. Были выявлены механизмы заиления [2], установлены формы аккумуляции наносов, причины локализации участков заиления или сплошного распространения в русле [3], различия в разных природных условиях, определяемые геолого-геоморфологическим строением территорий, по которым протекают реки, формой их продольных профилей, особенностями водного режима [4-6]. В результате проведено районирование территории России по степени и характеру заиления малых рек [6]. Отмечено влияние других видов антропогенного воздействия на развитие вертикальных русловых деформаций на малых реках. В частности, своеобразен эффект мелиоративных мероприятий [6]: спрямление излучин малых рек
вызывает врезание русел, но после волны эрозии увеличивается поступление наносов в реку с осушенных полей по регулирующей и приводящей сети, что приводит к обмелению рек. Описана также положительная роль мельничных плотин, которые в наиболее опасный для заиления рек период летне-осенних дождей создавали ниже по течению попусковый режим, благодаря которому осуществлялась промывка русел [7]. Наоборот, строительство глухих земляных плотин, полностью прекращающих сток, а также их разрушение с последующим отложением наносов ниже по течению усиливают процессы аккумуляции и заиления русел малых рек.
Эти наблюдения и заключения, однако, носят эпизодический характер, либо, с одной стороны, территориально ограничены и носят местный характер, а с другой, представляют собой широкие обобщения, основывающиеся на рекогносцировочных обследованиях, анализе картографических материалов и космических снимков. Бассейновый подход, позволяющий проследить формы проявления эрозион-но-аккумулятивных процессов на малой реке и ее притоках, вплоть до водотоков 1-2 порядков, в различных ландшафтных и геолого-геоморфологических условиях и хозяйственном освоении в разных частях бассейна практически не применялся. Поэтому комплексная оценка вертикальных русловых деформаций на реках севера Приволжской возвышенности (бассейн р. Кудьмы), русловые процессы и гидрологический режим которых вообще практически до сих пор не изучались, представляет собой как закрытие "белого пятна" в географии русловых процессов, так и по существу впервые выполненную характеристику русловых процессов в бассейне малой реки.
Природные условия бассейна р. Кудьмы
Бассейн р. Кудьмы расположен в северной части Приволжской возвышенности -возвышенной равнине, полого наклоненной с юго-востока на северо-запад (рис. 1). Площадь бассейна 3220 км2. Главной рекой бассейна является Кудьма, которая до впадения в нее основного притока р. Озерки (27 км от устья) представляет собой малую реку, общая ее длина 144 км, средний годовой расход воды 5.57 м3/с. Среднегодовой модуль стока взвешенных наносов (г.п. Кстово) составляет 4.6 т/км2-год. Основные притоки р. Кудьмы справа - Сетчуга, Ункор, Чижково, Шелокшонка, Шава, Озерка с притоками Шемлей, Печеть, Пукстерь; слева - Шилокша, Березовка, Великая. Все они по своим характеристикам относятся к категории "малых рек". Их водный режим характеризуется прохождением 60-80% стока во время весеннего половодья, остальная часть - в летне-осеннюю и зимнюю межень.
Годовой сток наносов малых рек бассейна Кудьмы незначителен. Измерение стока взвешенных наносов производится только на главной реке (г.п. Кстово). Среднегодовой сток взвешенных наносов составляет 8062 т/год. Отсутствие достаточного количества стационарных пунктов постоянного наблюдения за стоком наносов на всей территории бассейна не позволяет дать количественную оценку его влияния на формирования русел рек бассейна, и установить его роль в направленных вертикальных русловых деформациях можно только по морфологическим признакам.
Геолого-геоморфологические условия изучаемого бассейна в известной степени определяются блоковым строением кристаллического фундамента и различиями в генезисе равнин. Первое проявляется в валообразных поднятиях, разделенных между собой системой прогибов, которой соответствует гидрографическая сеть территории [8]. Благодаря этому реки имеют широкие долины. Ширина их дна (русло+пойма) колеблется от 80-100 м до 1.5-2.0 км (при ширине русел от менее 1 м до 30-40 м). Границы тектонических блоков отражаются на форме продольных профилей рек, обусловливая их перегибы на фоне общей вогнутости.
Коренные отложения представлены преимущественно глинами и мергелем татарского яруса пермской системы, перекрытыми толщей четвертичных отложений различ-
Чернуха^ 1 Лхдша, 2 3
Рис. 1. Схема бассейна Кудьмы
1 - населенные пункты, 2 - реки, 3 - пруды, 4 - гидрологические посты (1 - Чернуха, 2 - Хвощевка, 3 -Новая, 4 - Кстово)
ного генезиса и механического состава. Бассейн Кудьмы находится в пределах двух различающихся по происхождению равнин: зандровой, расположенной в юго-западной части бассейна и сложенной песками и супесями, и эрозионно-аккумулятивной, занимающей остальную территорию и характеризующуюся суглинистым составом осадочных пород [9]. Такое геолого-геоморфологическое строение определило преобладание широкопойменных русел рек, свойственных свободным условиям развития русловых деформаций.
В западной части бассейна Кудьмы в состав геологической основы входят также известняки, ангидриты и доломиты казанского и сакмарского возрастов, с чем связано развитие карста.
Общая лесистость бассейна Кудьмы составляет 27.3%. Наиболее залесена его юго-западная часть, куда входит юг бассейна собственно Кудьмы (без Озерки) и бассейн ее самого крупного притока Сетчуги. На остальной части территории леса сведены, это в основном сельскохозяйственные или заброшенные земли.
Хозяйственное освоение бассейна и рек и его отражение в вертикальных деформациях
Формы воздействия хозяйственной деятельности в бассейне реки разнообразны и изменялись на разных исторических этапах. Первоначально освоение заключалось в строительстве мельничных плотин во второй половине XVIII в. К середине XIX в. их количество в бассейне Кудьмы было более тридцати; на некоторых реках располагалось несколько таких плотин. Некоторые из них действовали вплоть до 60-70-х гг. XX в., особенно на р. Озерке и ее притоках (например, мельница у с. Староселье).
Спуск мельничных прудов за последние 100-150 лет привел к врезанию русла р. Озерки на всем протяжении ее среднего течения. В летний период в нижних бьефах мельничных плотин происходило врезание, распространявшееся трансгрессив-
Н, м
1937
бм3/с
50 100 150 200 250
0м3/с
50 100 150 200 250 300 350 400
Рис. 3. Кривые связи расходов воды и уровней Q = /(И) для гидрологических постов: А - Чернуха на р. Озерке, Б - Хвощевка, В - Новая и Г - Кстово на р. Кудьме
но до зоны подпора следующей мельничной плотины, расположенной ниже по течению. Выше плотины шла аккумуляция наносов. Во время прохождения весеннего половодья плотины разрушались, река начинала врезаться в накопленные наносы до нового уровня отметок дна русла, образовавшегося вследствие врезания ниже плотины; эрозия приобретала регрессивный характер. Такие особенности функционирования мельницы, действующей на р. Озерке восточнее с. Лазазей, привело
к врезанию на всем протяжении прилегающего к ней участка русла. Здесь некогда заболоченная пойма превратилась в незатапливаемую террасу высотой до 5-6 м, а шпоры врезавшихся излучин имеют ярко выраженную ступенчатость (рис. 2). Вслед за врезанием русла р. Озерки врезались ее притоки в нижних участках своего течения.
Развитие вертикальных русловых деформаций на р. Озерке носит волнообразный характер: врезание периодически сменяется накоплением наносов, что сказывается в смещении вниз-вверх кривой связи уровней Н и расходов воды Q на соответствующих графиках. На графике Q = /(Н) для г.п. Чернуха (рис. 3А) расположенного в нижнем течении Озерки, за период 1964-1978 гг. можно выделить несколько "волн" вертикальных деформаций: первая волна (1964-1973 гг.) - аккумуляция (повышение отметок уровней воды) до 1968 г. и последующее врезание (повышение отметок) до 1973 г., связанные с деятельностью мельничных плотин; вторая волна началась в 1973 г. (аккумуляция) и в последующем трансформировалась в дальнейшее смещение кривой Q = /(Н) вверх в связи с подпором от Чебоксарского водохранилища
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.