MORPHOLOGY AND DYNAMICS OF THE LARGE RIVER COASTS IN THE FROST GROUND ZONE (MIDDLE LENA NEAR YAKUTSK AS AN EXAMPLE)
N.I. TANANAYEV
Summary
Major features of bank erosion within the middle course of the Lena River are related to the hydrological conditions of flowing water contact with different floodplain levels, and variations in floodplain lithology. Formative discharges of the spring freshet correspond to the frozen sandy strata of the high floodplain banks, thus promoting thermal erosion of the latter. Effectiveness of the thermal erosion increases with the increase in bank height and is highest for high floodplain and terrace levels. Morphology of the banks depends not on the rate of their washing out, but on the influx of the sediments at their base. Volume of eroded bank material exceeds the annual bedload runoff due to the large extent of the eroded bank within the studied Lena River reach.
УДК 551.435.13(282.251.3)
© 2014 г. Р.С. ЧАЛОВ, О.М. КИРИК, А.К. ИЛЬЯСОВ, Д.В. БОТАВИН
ВРЕМЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СЛОЖНОРАЗВЕТВЛЕННОГО РУСЛА
КРУПНЕЙШЕЙ РЕКИ (НА ПРИМЕРЕ ПРИАЛДАНСКОГО УЧАСТКА р. ЛЕНЫ)
Введение
Разветвления русла рек относятся к наиболее сложным по морфологии, структуре и режиму переформирований. Поэтому вполне закономерен все возрастающий интерес к ним. В бывшем СССР исследования разветвленных русел начались в середине ХХ в. и, расширяясь и углубляясь со временем, были в основном сосредоточены на больших и крупнейших реках (Северной Двине, Оби, Лене, Амуре и др.). Усилиями отечественных исследователей, изучавших русловые процессы на разветвленных реках, протекающих в разных регионах страны и характеризующихся разным размером (водностью), разработана детальная морфодинамическая классификация разветвлений, определены их структура и гидравлика потока в узлах разделения и слияния рукавов, установлены закономерности деформаций каждого типа разветвленного русла, обоснованы подходы к прогнозированию переформирований при изменении водности и стока наносов, проведении на них гидротехнических мероприятий; для ряда рек дана подробная характеристика руслового режима разветвлений с конкретными рекомендациями по его учету при разработке схем и проектов регулирования русел, сформулированы основные принципы управления русловыми процессами на разветвленных реках [1-8].
За рубежом внимание на русла рек этого типа обратили позже, но уже в 2006 г. состоялась международная конференция, материалы которой опубликованы в специальном сборнике. Однако зарубежные исследователи сосредоточились на реках предгорных областей, где формируются специфические разновидности разветвлений, и на лабораторном моделировании процессов разветвления. В упомянутом сборнике, например, имеется всего две статьи по большим рекам и обе посвящены руслу р. Брахма-путры [9, 10], показаны его переформирования на двух участках реки за многолетний период; но они относятся только к участку выхода реки из гор в предгорно-равнинную область, хотя здесь Брахмапутра уже становится большой рекой.
Результаты отечественных и зарубежных исследований создали надежную основу для создания общей теории русловых разветвлений, разработке принципов управления процессами в разветвленных руслах. Тем не менее проведение изысканий на реках, накопление базы данных о русловых деформациях неизбежно выявляют новые, ранее не известные их особенности, позволяющие уточнять прогнозы, вносить коррективы в составленные на перспективу схемы регулирования русел. В первую очередь это относится к крупнейшим рекам со слабоустойчивым руслом, соответственно, наиболее сложным и морфологически, и по режиму переформирований. В частности, на Лене в пределах Центрально-Якутской низменности, на которой развиты сопряженные и параллельно-рукавные разветвления с разветвлениями второго/третьего порядков и многочисленными пойменными ответвлениями, обнаружена периодическая трансформация одного типа русла в другой как следствие их эволюции, многолетних колебаний стока, а перед слиянием с Алданом - периодического подпора со стороны крупнейшего притока или спада уровней в бесподпорных условиях. Это явление временной (обратимой) трансформации сложноразветвленного русла, смены одного морфодинамического типа другим и его восстановление в литературе пока не рассматривалось.
Характеристика реки и морфология русла на приалданском участке
Река Лена на приалданском участке протекает близ восточной границы Центрально-Якутской низменности, геоморфологические условия соответствуют свободному развитию русловых деформаций. Она имеет широкопойменное русло. Среднегодовой расход Qср (г.п. Табага) составляет 7250 м3/с, максимальный ^макс = 55000 м3/с, летней межени (проектной) Qпр = 5700 м3/с, зимней межени Qзим = 569 м3/с. Водность Алдана характеризуется следующими данными: Qср = 5200 м3/с, Qмакс = 48500 м3/с, Qзим = 117 м3/с. Сток взвешенных наносов равен 8.99 млн т, влекомых - 5.43 млн т, что составляет 37.6% от общего стока наносов [8]. Последнее является причиной того, что в межень река "тонет" среди обширных обсыхающих отмелей - побочней и осередков, благодаря которым в свободных условиях развития русловых деформаций формируется сложноразветвленное русло.
На обеих реках за многолетний период выделяются циклы маловодных и многоводных лет (рис. 1). На Лене до 1938 г. наблюдалось заметное увеличение водности; за период с 1938 г. до середины 1950-х гг. относительно нормы стока она снижалась; с 1956 по 1962 г. - рост водности, затем до 1972 г. ее уменьшение; с 1972 по 1989 г. водность реки вновь растет, за исключением 1985-1986 г.; с 1990 по 1996 г. водность заметно уменьшается; затем до 2003 г. идут средние по водности годы, с 2004 по 2009 г. -многоводный период; с 2010 г. отмечается снижение водности. Пики водности Лены и Алдана в отдельные годы не совпадают, что выражается в преобладании влияния в узле слияния либо притока на Лену, либо главной реки на Алдан. Так, с 1993-2000 гг. водность Алдана, в отличие от Лены, увеличивалась; с 2008 по 2009 г., наоборот, повышалась водность Лены. После 2009 г. водность снижается на обеих реках.
Русло Лены представляет собой сложную систему сопряженных разветвлений,
Рис. 1. Разностная интегральная кривая модульных коэффициентов годового стока р. Лены (г.п. Табага)
д (к-1)
- СУ " ; А р.Лена \ л л
- ЧЛ V /V V J
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Годы
&
я &
с I
I
К г^
й О,
«
я '
Я I
а ?!
м Г^
¡3 сл
4 Г^
м , ^ I
05 С^
Ц 1
(Ц Г-
* я
« м
а Й е &
* 8 5
& I §
|Г« г Л О
X
О '
й 3 ^ я
^ 5=
м ч 0 о ю
о ч '
я о
й я
15 5
§ 1
я ^
о 3
о о
й м
и (Я
н о
X О
з а
0 ^ Й & & и
1 ® 1 п
-ч я
образованных тремя звеньями - Хай-тыалаахским, Омулаганским и Арбын-ским (рис. 2). В начале участка - одностороннее разветвление, образованное о-вом Баакыч длиной 9 км (общая протяженность участка - 75 км); левобережный рукав за ним в многолетнем плане забирает не более 15%, в межень - менее 10% расхода воды. В нижней части участка Арбынское разветвление сочленяется с разветвлением дельтового типа, сформировавшимся в узле слияния Лены с Алданом в раструбообразном расширении русла от 5 км (в бровках поймы) до 12 км. Весь участок попадает в зону действия подпоров от слияния с Алданом, дальность проникновения которых в зависимости от соотношения уровней и расходов колеблется от 30-40 до 100 км, чередуясь с бесподпорными условиями, когда Лена подпирает поток Алдана [11].
Хайтыалаахское звено образуют о-ва Кенели и Ниряик, разделяющие русло на три рукава: левый - Хайтыа-лаахскую протоку (ее водность в настоящее время, по измерениям 2011 г. на спаде половодья - 19%), центральной -Прямую протоку (17%) и правую - Ата-ринскую протоку (64%). Хайтыалаахс-кая протока имеет ширину от 570 м на заходе до 850 м на остальном протяжении. Она образует три сегментные излучины, из которых верхняя - крутая, две другие - пологие. Прямая и Атарин-ская протоки осложнены вторичными разветвлениями - островами второго порядка и крупными осередками.
Слияние Атаринской протоки и объединенного рукава, образованного соединением Прямой и Хаттыалаахс-кой проток, составляет узел сопряженных рукавов, в котором почти весь сток (96%) сосредоточен в едином неразвет-вленном русле (4% расхода уходит в пойменные ответвления). Ниже находится второе звено сопряженных разветвлений - Омулаганский узел, основу которого составляют о-ва Жердь и Ому-лаган. Основной расход воды сосредоточен (2011 г.) в левом рукаве (68%), правый рукав забирает 30%, по протоке
между островами часть водной массы перемещается из верхней его части в левый рукав (15%).
В следующем Арбынском разветвлении (о-ва Мунхасыт и Арбын, объединенные отмелями) большая часть расхода воды сосредоточена в правом рукаве (57%); левый рукав, хотя и сравнительно многоводный (45%), но сток в нем рассредоточен по вторичным разветвлениям и особенно по протокам в узле его слияния с правым рукавом.
В Усть-Алданском дельтовом разветвлении русло разделяется на два основных рукава, между которыми располагается архипелаг островов (его морфология, условия формирования, процессы аккумуляции в условиях взаимодействия потоков сливающихся рек и режим деформаций рассмотрены в монографии [4] и подробно проанализированы в специальной статье [11]). Эти рукава резко выделяются своей водностью: 46% - левый, протока Турий Взвоз и 49% - правый, Арбынская протока. Последняя образует "короткое" слияние с Алданом и лено-алданскую стрелку, протока Турий Взвоз - "длинное" слияние, соединяется с объединенным потоком Арбынской протоки и Алдана уже ниже по течению от его устья.
На заходе в Арбынскую протоку поток Лены огибает несколько островов, объединенных массивным побочнем, отделенными от правого берега побочневым протоком. На остальном протяжении ее русло относительно прямолинейное, ширина его 1.3 км от островов до правого пойменного берега и 0.5 км при обсыхании отмелей. При слиянии с Алданом происходит резкое расширение акватории и здесь формируется перекат типа устьевого бара - Усть-Алданский.
Закономерности переформирований русла
Приведен
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.