ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 2, с. 175-185
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 556.54,556.535.6
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОД И НАНОСОВ В УСТЬЕ РЕКИ ЭСТУАРНО-ДЕЛЬТОВОГО ТИПА НА ПРИМЕРЕ р. ЕНИСЕЙ1
© 2015 г. Е. Н. Долгополова
Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: dolgopolova@gmail.com Поступила в редакцию 01.12.2013 г.
Дано описание основных закономерностей движения вод и наносов в устьях разного типа. Приведены примеры устьев рек, относящихся к этим типам. С помощью принципов современной классификации устьев, учитывающей гидрологические процессы в устьях, проведено районирование устьевой области р. Енисей. Рассмотрены основные закономерности взаимодействия морских и речных вод и переноса наносов, характерные для эстуарно-дельтового типа устья. Оценены параметры, определяющие тип циркуляции и стратификации вод в эстуарии. Основное внимание уделено смешению речных и морских вод в эстуарно-дельтовом устье р. Енисей и выяснению механизма движения наносов в устье при наличии дельты под совместным влиянием стока реки и приливов.
Ключевые слова: эстуарий, залив, дельта, течения, взаимодействие морских и речных вод, перенос наносов.
DOI: 10.7868/S0321059615020054
Интерес к исследованию движения наносов в устьях рек не угасает и связан, в основном, с высокой заселенностью и большой изменчивостью устьевых областей. Во время весеннего половодья, как правило, проходит максимальный расход наносов и часто происходят значительные переформирования русел потоков в устьях рек. Например, в 1981 г. после прохождения половодья на р. Лене ширина Сардахской протоки сократилась более чем в 3 раза, а средняя в сечении глубина у о. Сардах увеличилась в 3.5 раза [31]. Урбанизация устьевых областей рек приводит к увеличению в русле доли наносов мелких фракций за счет возвратных вод производств, очищенных сточных вод и поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий. В устьях происходит сорбция загрязняющих примесей на частицах наносов, что приводит к ухудшению качества воды. В зоне взаимодействия речных и морских вод возникает область осолоненных вод, где происходит интенсивная флоккуляция частиц и их осаждение, что приводит к загрязнению донных отложений и вторичному загрязнению потока. Часть загрязненных наносов в половодье выносится в океан.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 13-05-00141).
Вторичное загрязнение потока в устье негативно сказывается на условиях формирования специфической экосистемы, существующей в осоло-ненных водах устья. Активный перенос наносов в приливных устьях способствует занесению трасс судовых ходов. Переформирование рукавов дельт приводит к изменению их роли в жизни дельты вплоть до смены рукава, по которому осуществляется судоходство. В настоящей работе рассматриваются закономерности движения воды и наносов в устье эстуарно-дельтового типа на примере устья р. Енисей. Эстуарно-дельтовый тип устья — один из наиболее сложных для исследования, так как в нем движение воды и наносов имеет черты, характерные и для дельт, и для эстуариев. Исследуется формирование эстуарной циркуляции вод в устье Енисея и проводится районирование устьевой области с учетом особенностей гидрологических процессов, происходящих в устье.
ДВИЖЕНИЕ НАНОСОВ В УСТЬЯХ РЕК
Перенос наносов в устьях рек определяется противодействующими факторами: с одной стороны, значительным замедлением речного потока, вызывающим отложение наносов, а с другой — взаимодействием пресных и соленых вод, препятствую-
Площадь бассейна реки F и среднемноголетние величины стока воды WQ и наносов WS в устьях рек разных типов
Тип устья Источник Река F, км2 WQ, км3/год WS х 106 т/год
Дельтовый [25] Северная Двина 357 108 4.4
- Печора 322 130 8.5
- Пур 112 32.3 0.6
- Таз 150 43.4 0.9
- Оленек 219 36.1 1.2
- Лена 2490 528 20.0
- Яна 238 31.9 4.2
- Индигирка 360 54.0 11.9
- Колыма 647 118 12.3
[29] Маккензи 1800 350 130
Эстуарно-дельто- [25] Обь 2990 402 13.0
вый [25] Енисей 2580 597 4.9
[38] Конго 3700 1350 55
[36] Парана, (зал. Ла Плата) 2800 670 57
[15] Сенегал 400 20 2.2
[28] Эльба 173 26.8 7.8
[16] Луара 115 24.8 0.8
Дельтово-эстуар- [23] Амазонка 6500 7280 900
ный [27] Янцзы 1808 888 471
[26] Ганг и Брахмапутра 1621 388 479
Эстуарный [25] Мезень 78 24.4 0.8
[7] Цяньтан 56 31.5 2.0
[10] Св. Лаврентия 1300 379 5.5
[9] Делавэр 34 10.6 1.7
щим осаждению наносов. Исследованию особенностей движения наносов в устьях рек, зависящих от типа устьевой области, посвящены многие работы, в частности [10, 16, 21, 24, 27]. Сравнение гидрологического режима устьев разных рек и обобщение данных о характерных чертах движения воды и наносов в устьях требует их классификации [13]. Для выяснения закономерностей переноса наносов в разных устьях рек воспользуемся современной классификацией типов устьев, учитывающей гидрологические процессы в устьях рек [22]. По этой классификации все устья делятся на 5 типов: простые, эстуарные, эстуарно-дельтовые, дельтово-эстуарные и дельтовые. В табл. 1 приведены примеры рек с устьями последних четырех типов и их основные характеристики: площадь бассейна реки F, средний сток воды WQ и сток наносов WS. Так как движение наносов, переход их во взвешенное состояние и осаждение зависят от скорости течения и динамики вод в устье реки, рассмотрим кратко особенности динамики вод в устьях разных типов.
Особенности динамики вод и наносов в устьяхразнъх типов
Дельты характеризуются малым уклоном дельтовой равнины, слабой интрузией морских вод в рукава, образованием песчаных баров и частыми обратными течениями, связанными с ветровыми нагонами. Многие исследователи делят дельтовый тип устья на дельты выполнения (формируются в заливах и эстуариях) и дельты выдвижения (на открытом побережье). Устьевая область с дельтой выполнения, формирующейся в эстуарии, в соответствии с классификацией [22] относится к эстуарно-дельтовому типу (например, устье р. Енисей).
Основной механизм переноса наносов в дельтах обусловлен замедлением течения в рукавах при впадении их в океан. Кроме того, существенное влияние оказывает вертикальная неоднородность плотности воды у морской границы дельты, обусловленная взаимодействием речных и морских вод. Постепенное уменьшение скорости при движении потока к океану приводит к сортировке
наносов вдоль русел рукавов: ближе к вершине дельты осаждаются крупные наносы (гравий, галька), затем - крупный и мелкий песок и у морского края дельты - глины и ил. Таким образом, дельта "фильтрует" речные наносы, и к границе дельты выдвижения с океаном поступают мелкий песок и ил, которые могут перемешиваться с морскими наносами. В эстуарно-дельтовом устье часть "отфильтрованных" дельтой выполнения наносов поступает в эстуарий и переносится в соответствии с законами эстуарной циркуляции. Дельтово-эстуарное устье представляет собой дельту, некоторые рукава которой имеют воронкообразные расширения русла, в которых движение вод и наносов происходит по законам эстуарного типа устья. Устья такого типа имеют реки Янцзы [7, 27], Амазонка [23], Сенегал [15] и рук. Хугли, входящий в устьевую область рек Ганга и Брахма-путры [7, 26].
Движение наносов в эстуариях происходит под влиянием эстуарной циркуляции вод, зависящей в основном от расхода речной воды, приливов и ветра. Движение взвешенных наносов имеет ряд особенностей, одна из которых - накопление наносов на некотором участке эстуария [9, 10, 21, 22]. Динамика наносов в эстуариях характеризуется формированием зоны максимальной мутности (ММ) воды с концентрацией взвешенных наносов С (в десятки раз превосходящей С в речных и морских водах), образующейся вблизи створа предельного распространения у дна осолоненных вод, в котором скорость придонного потока равна нулю ("нулевая" точка). "Нулевая" точка и вместе с ней зона ММ мигрируют вверх и вниз по руслу в зависимости от изменений стока реки, фазы прилива и цикла сизигия-квадратура. При этом изменяются протяженность зоны ММ и величина С в этой зоне, возникают области эрозии и накопления наносов и происходит сортировка наносов по размеру в местах их осаждения.
Циркуляция вод в эстуарии определяет механизм формирования зоны ММ. Во время прилива поток пресной воды движется у поверхности эстуария в сторону моря, а поток осолоненных вод вблизи дна - в обратном направлении. Речной поток, замедляясь при подходе к морю, теряет наносы, часть которых подхватывается придонным потоком вод с большей плотностью. Это - первый способ поступления наносов в придонный поток. Приливные течения - основной генератор турбулентности потоков в эстуарии, которая способствует периодическому взмучиванию наносов в приливном эстуарии. В момент смены направления приливных течений наиболее тяжелые частицы оседают на дно. Часть из них взмучивается в
отливную фазу при увеличении скорости течения в сторону моря. Это - второй способ попадания частиц наносов в придонное течение. Во время приливной фазы придонный поток осолоненных вод с большой транспортирующей способностью (по сравнению с потоком пресных вод) несет попавшие в него наносы к вершине эстуария. Придонный поток также теряет наносы при замедлении, и они накапливаются ниже границы проникновения придонного потока осолоненных вод. Именно здесь отлагаются наносы наиболее мелких фракций из зоны ММ, достигающие в приливную фазу нулевой точки [9, 10, 24]. Во время отлива поток в эстуарии превращается в однонаправленный и взвешенные наносы движутся вниз по течению, постепенно осаждаясь по мере замедления потока.
Степень стратификации и перемешивание пресных и осолоненных вод в приливном эстуарии зависят от соотношения объемов речной воды W, поступающей в эстуарий в течение приливного цикла, и приливной призмы Р [8]. Критерий Симмонса а = W/P, с помощью которого определяют тип вертикального перемешивания речных и морских вод в эстуарии, позволяет судить об осредненной для всего эстуария вертикальной стратификации вод.
ДИНАМИКА ВОД И ПЕРЕНОС НАНОСОВ В УСТЬЕ р. ЕНИСЕЙ
Районирование устьевой области р. Енисей
Унифицирование названий отдельных часте
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.