ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 2, с. 142-163
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^ ПРОЦЕССЫ
УДК 556.54.714,282.272.4
ПЕРЕНОС НАНОСОВ И ИНТРУЗИЯ ОСОЛОНЕННЫХ ВОД В СЛАБО СТРАТИФИЦИРОВАННОМ ЭСТУАРИИ р. ДЕЛАВЭР1
© 2014 г. Е. Н. Долгополова
Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: dolgopolova@gmail.com Поступила в редакцию 16.05.2012 г.
Приведены сведения о гидрологическом режиме и морфологическом строении устьевой области р. Делавэр эстуарного типа. Рассмотрены особенности взаимодействия пресных и осолоненных вод в разных частях эстуария. Основное внимание уделено процессам смешения вод, динамике вод и наносов в эстуарии под совместным влиянием стока реки и приливов. Оценен параметр, определяющий тип циркуляции и стратификации вод в эстуарии. Рассмотрена корреляция изменений солености и мутности воды вдоль эстуария. Приведена оценка составляющих баланса наносов в эстуарии р. Делавэр.
Ключевые слова: эстуарий, залив, прилив, течения, взаимодействие морских и речных вод, перенос наносов.
DOI: 10.7868/S0321059614020060
Делавэр — крупная река на Атлантическом побережье США, одна из девятнадцати рек, входящих в Американское объединение "Великие Воды". В устье реки расположен портовый комплекс Филадельфия — Уилмингтон, второй в США после порта Нью-Йорка по интенсивности движения судов [27]. Филадельфия, расположенная на берегу приливного эстуария, — самый большой порт в мире с пресной водой. При впадении в Атлантический океан р. Делавэр образует эстуарий, южная часть которого на картах обозначена заливом Делавэр. Это самая длинная река к востоку от Миссури, основное течение которой не регулируется гидротехническими сооружениями. Р. Делавэр — основной источник пресных вод в эстуарии, существенно меньший расход воды у рек Скул-килл и Кристина, впадающих в эстуарий. В этом смысле эстуарий р. Делавэр похож на Чесапикский зал. [9].
Движение наносов мелких фракций в эстуариях на урбанизированных территориях является одной из центральных проблем из-за обмеления и заиления судоходных каналов, концентрации загрязняющих веществ на мелких частицах наносов и переноса их вдоль эстуария, что уменьшает его
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 10-05-00061).
биопродуктивность. На участке Филадельфия— Уилмингтон проводятся непрерывные работы по дночерпанию, в результате которых изымается большое количество илистых наносов и нарушается естественный перенос их в залив и осаждение на приливных осушках. Проведение дночерпа-тельных работ требует изучения процессов переноса наносов в эстуарии р. Делавэр, концентрации и скорости движения наносов, мест их осаждения, механизма повторного взмучивания наносов, а также факторов, влияющих на аккумуляцию наносов и эрозию дна и берегов эстуария.
Взаимодействие речных и морских вод в приливных эстуариях обусловливает процессы, характерные только для этих объектов. Общие закономерности динамики вод и наносов, формирования эстуарной циркуляции вод и зоны максимальной мутности рассмотрены во многих работах, например [2, 3, 6, 8, 10]. Эстуарий р. Делавэр отличается двумя особенностями: во-первых, отсутствием гидротехнических сооружений в русле реки выше эстуария, во-вторых, — характерными для климата низовьев реки частыми ураганами и штормовыми ливнями. Исследование циркуляции и стратификации вод на разных участках эстуария и переноса наносов в эстуарии с такими особенностями имеет большое значение для обобщения
закономерностей движения вод и наносов в эстуариях.
Для оценки параметров стратификации вод и расчета составляющих баланса наносов очень важен способ районирования эстуария, т.е. определение его границ. Разные авторы, исследовавшие эстуарий р. Делавэр [15, 36, 39—41], называют эстуарием разные по протяженности и площади части устьевой области реки, что делает затруднительным, а иногда невозможным сравнение полученных ими результатов. Поэтому в данной работе проводится районирование эстуария р. Делавэр по принципам, предложенным в современных работах отечественных специалистов [7, 8].
БАССЕЙН р. ДЕЛАВЭР И ЕЕ УСТЬЕВАЯ ОБЛАСТЬ
В 1609 г. голландская экспедиция под руководством Генри Хадсона впервые нанесла на карту реку под названием Южная Река (в отличие от Северной Реки) — так называлась тогда р. Гудзон. Впервые увидев эту реку, Генри Хадсон назвал ее "прозрачной" [36] из-за малого количества наносов в воде. Сейчас воду в эстуарии можно назвать прозрачной на глубине лишь 1—2 м от поверхности. Название Делавэр (в честь сэра Томаса Вест Третьего барона Де Ла Вара) было принято и нанесено на карту в 1664 г.
По р. Делавэр частично проходит граница между штатами Пенсильвания и Нью-Йорк, граница между Пенсильванией и Нью-Джерси и частично — между штатами Делавэр и Нью-Джерси (по восточному урезу воды на протяжении 12 миль в районе г. Нью-Касл; рис. 1). Большое число водопользователей создает значительную антропогенную нагрузку на реку и ее эстуарий [27].
Бассейн реки расположен в двух природных областях с разными топографическими и геологическими характеристиками: Аппалачская возвышенность и прибрежная Атлантическая равнина, причем вся устьевая область реки находится юго-западнее линии их раздела и лежит в пределах Атлантической равнины [32].
Река Делавэр берет начало в горах Катскилл при слиянии рек Западный Делавэр и Восточный Делавэр на юге штата Нью-Йорк у г. Хэнкок. Течет в основном на юг, пересекая осевую часть Аппалачей и плато Пидмонт. В 2006 г. в 100 км от г. Хэнкок в национальном парке Делавэр-Уотер-Гэп на левом берегу реки обнаружена полоса карстового рельефа шириной ~1.5 и длиной ~16 км [46], характеризующаяся множеством карров, карстовых воронок, уходящих под землю ручьев,
ключей и небольших пещер. Карстовые территории обеспечивают 40% питьевой воды горных районов штата Нью-Джерси.
На участке от г. Порт Джервис до г. Истон река течет в погребенной долине ледникового происхождения, заполненной размытыми за период последнего оледенения обломками коренной породы. Берега реки до г. Трентон покрыты высокими холмами, перемежающимися отвесными скалами. Выше г. Трентон русло р. Делавэр образует водопад высотой ~2 м [20, 21], ниже река течет на юго-запад по Приатлантической низменности и впадает в одноименный залив Атлантического океана, образуя эстуарий.
Берега залива представляют собой так называемые ватты, или осушки — аккумулятивные формы, образующиеся путем накопления мелкопесчанистых и илистых наносов. Для поверхности ваттов характерна разветвленная сеть часто изменяющих свое положение желобов стока приливных и речных вод. В России подобные большие поверхности осушек можно наблюдать на берегах устьев Онеги, Мезени [5]. Ватты нарастают в ширину и высоту до тех пор, пока не превратятся в поверхность, заливаемую лишь во время сизигийных приливов (марши). Аналоги маршей — лайды в России, распространенные в устьях рек на побережьях морей Северного Ледовитого океана.
Эстуарий р. Делавэр, расположенный на При-атлантической низменности, так же как и Чесапикский зал., образовался в результате затопления древнего речного русла при постледниковом подъеме уровня океана [20, 33]. Древняя долина р. Делавэр с глубинами от 21 до 46 м тянется на юго-восток на ~40 км от устья одноименного залива к континентальному шельфу, расширяясь в виде раструба [33]. По ее бокам расположены отмели со средней глубиной 10—12 м.
Максимальная длина реки и эстуария от истока длиннейшего (Западного) притока до выхода в море из зал. Делавэр между мысами Кейп-Мей (Нью-Джерси) и Хенлопен (Делавэр) составляет 674 км [20]. По разным источникам, площадь водосбора реки, находящегося на территории пяти штатов (Делавэр, Пенсильвания, Нью-Джерси, Нью-Йорк и небольшой части Мэриленда), составляет от 33.1 [32] до 35.1 тыс. км2 [27]. Реку питает всего 216 притоков, самые крупные — правые притоки в шт. Пенсильвания — реки Лихай, Скул-килл и Кристина. Крупные города на реке: Трентон, Камден (Нью-Джерси), Истон, порты Филадельфия (Пенсильвания) и Уилмингтон (Делавэр).
Рис. 1. Устьевая область р. Делавэр: устьевой участок реки (1), верхний (2) и нижний (зал. Делавэр) (3) эстуарии и устьевое взморье (4); судоходный канал (5); I и II — притоки Скулкилл и Кристина. На врезке: границы штатов (6) Нью-Йорк (Н), Пенсильвания (П), Нью-Джерси (НД), Делавэр (Д); 7 — граница бассейна реки, 8 — Чесапикский зал.; города: Хэнкок (9), Порт Джервис (10), Истон (11), Трентон (12), Бристол (13); каналы Делавэр-Раритан (14) и Делавэр-Чесапикский зал. (15); кружки — водохранилища на притоках р. Делавэр.
Устьевая область реки
Районирование устьевой области (УО) реки и выделение в ее составе эстуария важно при рассмотрении гидродинамических процессов в эстуарии, так как при определении типа перемешивания пресных и осолоненных вод в эстуарии ис-
пользуется в ряде параметров площадь эстуария [2, 6]. Устьевая область р. Делавэр относится к микроприливному эстуарному типу (средняя величина прилива Н < 2 м) и состоит из устьевого участка реки, эстуария и открытого устьевого взморья — по схеме районирования, предложенной в [7]. При этом верхнюю границу приливного
устьевого участка реки и всей УО предлагается определять по предельной дальности распространения приливных колебаний уровня воды в сизигию и межень, а верхнюю границу эстуария — по пределу проникновения осолоненных вод в эстуарий при тех же условиях.
Благодаря резкому повышению дна реки выше г. Трентон (из-за наличия здесь водопада) приливные колебания уровня воды распространяются лишь немного выше гидрологического поста (г/п) Трентон [15, 19—21, 41]. Водопад выше г. Трентон — и есть верхняя граница УО (рис. 1). Нижняя граница эстуария (его устьевой створ) проходит по линии между мысами Кейп-Мей и Хенлопен. Расстояние от г/п г. Трентон до устьевого створа эстуария составляет 216 км [14, 15], а от водопада до выхода в море ~218 км. По данным Национального управления США по изучению океанов и атмосферы, "линия солености" (0.25%о) в редких случаях доходит до г/п г. Филадельфия при совпадении засушливого периода года с сизигийным приливом [21, 27], и Фил
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.