Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Факторы формирования русел малых рек, их типизация и морфометрические зависимости (на примере малых рек Молдовы)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Факторы формирования русел малых рек, их типизация и морфометрические зависимости (на примере малых рек Молдовы)"

р Г £ фдОДЕССКШ ПРШШШ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АРНАУТ НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

УДК 556.537

ФАКТОРЫ ФОНДИРОВАНИЯ РУСЕЛ МАЛЫХ РЕК, ИХ ТИПИЗАЦИЯ И МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАВИСШОСТИ (НА ПРИМЕРЕ МАЛЫХ РЕК МОЛДОШ)

11,00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия.

А ВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

ОДЕССА 1995

Диссертация представлена в виде рукописи. Работа выполнена в Институте Геофизики и Геологии Академии Наук Республики Молдова.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук, Никора Владимир Иванович

доктор географических наук, профессор

Гопченко Евгений Дмитриевич кандидат географических наук, доцент

Игошин Николай Иванович

Научно-исследоватольский инститз водных проблем и мелиорации Молдовы Госконцерна "Аква", г.Кишинев, Молдова.

Защита диссертации состоится 22 июня 199Ь года в 13°° чяооп нп заседании специализированного совета Д 05.02.01 при Одесском гидрометеорологическом институте, в зале заседаний по адресу: 270016 г.Одесса, ул. Львовская, 15, ОГМИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского гидрочггеорологического института.

Автореферат разослан 22 мая 1995 г.

У ч г «й с у кр ет ар ь спег.ипл ил/ронянного совета

Лоб ода II. С.

ОШ(АИ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и степень исследованности тематики диссертации В последние десятилетия все большее внимание во всех регионах уделяется исследовании проблем малых рек. Это связано не только с необходимостью проведения общей природосберегающей стратегии использования водных ресурсов, но и реальным осознанием роли этих водных объектов в функционировании средних и крупных рек, притоками которых они являются.

Кроме того, к этому вынуждает и существенно ухудшившееся в последние годы экологическое состояние малых водотоков, связанное с возросшей антропогенно!) нагрузкой на них. Наряду с этим, малые реки представляют большой научный интерес как недостаточно еще изученные объекты для гидрологических и русловых исследований . Все отмеченное в полной мере относится и к малым рекам Молдовы. Многочисленные антропогенные воздействия привели к изменениям в гидрологическом и русловом режиме этих рек - суде- . ствепно уменьшилась их водность, в ряде случаев происходит заиление русел, коренным образом изменился ре&им увлажнения пойм, произошли изменения в характере протекания русловых процессов и т.д. В этих условиях первостепенное значение приобретает разработка долговременной стратегии восстановления, рационального использования и охраны- малых рек . При решении этой проблемы важная роль принадлежит комплексным русловым исследованиям малых рек, направленным на выявление закономерностей формирования и развития русел в условиях воздействия различных антропогенных факторов.

Цель работы заключается в комплексном исследовании руслового процесса малых рек Молдовы. Для этого поставлены и решены следующие задач»:

- выполнен качественный и количественный анализ основных факторов формирования русел (жидкого, твердого стока и ограничивающих факторов);

- проведена типизация русел и руслового процесса малых рек для двух временных периодов (до массового спрямления русел и после него);

- выполнена количественная оценка морф.ометрии и динамики характерных для малых рек Молдовы руелотзе макро- и'мезеформ;-

- ляпа комплексная оценка состояния русел малых рек и рекомендации по учету выявленных закономерностей и морфометрических зависимостей при обосновании мероприятий по их восстановлению, использованию и охране.

Теоретическая и практическая ценность исследований. Теоретическая ценность диссертации заключается в выявлении специфических особенностей руслового процесса малых рек на примере территории Молдовы. Их качественное и количественное описание, приведенное в роботе, расширяет знания о формировании русел малых рек и, тем самим, представляет собой вклад в обцгую теорию руслоопго процесса.

Практическая ценность диссертации определится возможностью использования полученных результатов при разработке мероприятий по посстшюлленим малых рок, их рациональному использованию и ох ране. Полученные в работе разновременные картосхемы типов русло-шл'о процесса малых рек, обладая достаточной информативностью, могу г бить использованы кп с одно из средств контроля за их состоянием.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выполнен анализ основных факторов руслового процесса малых рек Молдовы и выявлены их качественные и количественные изменения пол, влиянием ангропогенных воздействий.

2. Выполнен анализ антропогенных факторов руслового процесса малых рек.

13. Выделены два качественно различных периода в развитии русел малых рек Молдовы - до их массового спрямления и после него, выявлены современные тенденции в развитии русел. Выполнена типизация русел и руслового процесса для двух выделенных периоде

4. Остановлены и проанализированы морфометрические зависимости характерных для малых рек макроформ (врезанных и свободных излучин) и мояоформ (псбовдэй).

5. Выполнены стационг-чные комплексные нагурные наблюдения 31 динамикой русловых макро-, мелоформ и гидравлическими параметрами потока на участках рек Когнльник и Большая Оальча. Выявлены особенности развития этих Форм,

й. Дана комплексная оцечка состояния русел малых рек Молдов! и рекомендации по учету руслового процесса при обосновании мероприятий по их восстанорлр!1ик'5рациона!тыюму использованию и охран»

Уровень реализации, внедрение научных разработок. Диссертационная работа выполнена в рамках одной бюджетной и грех хоздого-юриш тем. Диссертант является соавтором соответствующих разпе-юб в отчетах по этим темам. Результаты исследований переданы цля использования Национальному Институту Экологии Республики Молдова, Государственному департаменту Республики Молдова по ох-зане окружавшей среды и природным ресурсам, проектному Институ-ру "МолдгипроЕодхоз", Институту географии Академии Наук Республики Молдова (имеются акты о внедрении в перечисленные-учреждения и организации), а также используются в научной работе Института геофизики и геологии Академии Наук Молдовы.

Апробация и публикации научных исследований. Основные поло-кения и отдельные вопросы диссертации докладывались на научных конференциях молодых ученых Академии Наук Молдовы (Кишинев,, . 1981-1986 гг.), на Ш съезде Географического общества Молдовы (Кишинев, 1985 г.), на научных конференциях молодых ученых и специалистов Государственного гидрологического института (Санкт-Петербург, 1986, 1988 гг.), на Всесоюзных научных конференциях "Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях" (Москва, МГУ, 1987 г.), "Динамика и термина рек, водохранилищ и окраинных морей (Москва, ИБП АН СССР, 1989 г.), на научных конференциях Одесского Гидрометеорологического института (Одесса, 1986, 1988-1990 гг.), научной кон-, ференции "Ог1цоге СоЪа1се5си " Университета А1.1.сига (Румыния, Яссы, 1991 г.),научной конференции "ЕсоЗ-о^а рго^ес^а тесИ-«1и1 ыюог^иг^ог 1п НериЪИса ЫоЫота"(Мблдова, Кишинев, 1992г.) По материалам исследований опубликовано 13 работ.

Объем й структура работы. Диссертация состоит Из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 161 наименования. Общий объем диссертаций 197 страниц, из них 127 страниц машинописного текста. Работа содержит таблиц и 41 рисунок.

Конкретный личный вклац писсертанта в разработку научных результатов, которые выносятся на защиту. Выносимые на защиту основные положения полечены непосредственно диссертантом. Они состоят в следующем.

I. Качественная и количественная опенка основных факторов руслового процесса и их изменений иод влиянием антропогенных воздействий.

2. Картосхемы типов русел и руслового процесса малых рек Молдовы для двух временных периодов - до массового спрямления ру-,с?л и после него. Характеристика выявленных русловых форм.

3. Результаты количественного описания морфометрии и динамики русловых форм, их физическая интерпретация.

4. Комплексная оценка состояния русел малых рек Молдовы и рекомендации по учету руслового процесса при обосновании мероприятий по их восстановлению, рациональному использованию и охрана.

Методология и методы исследований. При решении вышеперечис ленных задач были использованы методы гидроморфологической теории Государственного гидрологического института (ГП!) (гидромо{ фологнческий анализ, типизация руслового процесса и др.), а также классификация русел, разработанная п Московском государи венном университете (МГУ).

Для исследования современного состояния русел малых рек и динамики их форм выполнены маршрутные обследования этих рек и проведены долговременные натурные эксперименты на специально отобранных участках малых рек.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель н задачи работы, дается ее общая характеристика.

Глава 1. Обзор существующих подходов в гидроморфологических исследованиях'руслового процесса. Основные результаты диссертационной роботы получены в рамках гидроморфологического направления исследования руслового процесса, Учитывая это, в первой главе дана краткая характеристика и анализ основных концепций формирования русел и их типизация, на бале которых получило развитие указанное направление (В.М.Лохтина, М.А.Великано-ва, К.И.Российского и И.Л..Куэьмина, Н.Л.Рханицына, Н.И.Маккэве-ева, Н.Е.Кондратьева, И.В.Попова, Б.Ф.Снищеико, Р.С.Чалова, Лес польдо и Вольмана и других). Кроме того, выполнен анализ имеющихся в литературе гилромсрфологических исследований малых рек, как специфических объектов теории руслового процесса.

Практически все исследователи отмечаю*, что характер протыкания русловых процессов на малых реках различных регионов быв--яего СССР и состояние их русел в настоящее время существенно отличается от естественных. Выявленные особенности проанализирован»/ в основном, с качественных позиций и имеют региональный либо локальный характер. Приводимые в литературе немногочисленное количественные данные о русловоа процесса майых рек также не могут претендовать на универсальность ввиду их ограниченности и регио-нальности. Выполненные типизации русловых форы малых рек касаются отдельных видов макроформ либо разных макроформ отдельных рек м не-охватывают все структурные уровни. Отсутствует и комплексная оценка основных факторов руслового процесса. Отмеченное в полной мере относится и к малым рекам Молщовы» что обуславливает Необходимость их комплексных исследований для целей создания научных основ их восстановления, рационального использования и охраны.

Глава 2. Методика, использованные материалы и объекты исследования. При проведении русловых исследований малых рек Молдовы использован гндроморфологичегкнй анализ. Он включает: анализ ос-ншных факторов руслового процесса, установление типа руслового процесса на основе различных натурных и картографических материалов, количествйнну») оценку морфометрии и динамики русловых форм разных структурных уровней. Решение указанных задач предполагало проведение комплексных натурных исследований русел малых рек и привлечение для выполнения работы различных гидрологических, геологических, топографических и аэрофотосъемочных материалов, а также использование результатов по смежным областям и архивных сведений. Тип русла и руслового процесса выявлялся иля каждого участка либо реки в целом на основе анализа плановых очертаний русла на карта» в соответствии с типизацией ГГИ или МГУ.

Натурные исследования проводились в рамках двух методических подходов. Первый включал маршрутные обследования малых рек на участках, расположенных, как правило, через 1-4 км по длине рек от истока до устья и предусматривал качественное описание русла, поймы, долины и инструу шальные измерения ¡а створах гидравлических и морфометрических харпктеристик русла. Общее число измерительных створов на исследованных реках составляет более 400. Второй подход предусматривал проведение долговременных (1906-1990 гг.) комплексных наблюдений за динамикой русловых макро-, мсзо-форм й гидравлическими параметрами истока на двух характерных

участках рок Когильник и Большая Оальча. Выбранные участки русел расшиваются по побочнепому типу руслового процесса.

При выполнении исследования использованы топографические карты М I : 25000, выполненные по сьемкам 1949,1957-1958 гг. Дпя корректировки гидрологической и русловой ситуации на указанных сортах были использованы аэрофотоснимки различных масштабов и то погрпфическио карты М 1:10000, составленные по съемкам последних лот. Кроме того, для качественного сравнения и анализа изменения морфологии русел во времени привлекались топографические карты М 1:100000, составленные по разновременным съемкам (I670-I9I5 гг. и 1957 г.).

Основными объектами диссертационного исследования являются мялке"роки бассейнов рек Днестр, Прут' и-Дунай, расположенные в пределах территории Республики Молдова. Общее число исследованных рек составляет 4U. Площади водосборов абсолютного болыпинст-ва_ указанных водотоков составляет диапазон от 100 км^ до 4000 длины рек от 29 км до 160 км. Среднемноголетние значения расходов воды и среднегодовые величины мутности изменяются соответственно от 0,083 мэ/с до 12 м3/с и от 0^1 г/л до 5 г/л. При отом диапазон изменения средней ширины русел в бровках пойменных берегов обследованных малых рек составляет 3 м - 40 м. Наиболее крупной из расмотренных является река Реут, имеющая длину 304 км . и площадь водосбора 7760 км^.

Глава 3. Факторы формирования русел малых рек Молдовы. Б данной главе на основе собственных исследований и результатов, полученных другими авторами, выполнен качественный и количественный анализ стока воды, наносов, ограничивающих факторов и их изменений под влиянием некоторых антропогенных факторов. Сток воды. Согласно данным Гопченко Ё.Д.,Лободы H.G..Сластихи-на В.В.,Лолыкина Н.В. и некоторых других авторов малые регги Молдовы характеризуются низкой водностью и высокой изменчивостью основных характеристик стока (Q,0, Q,^ ,CV ) по территории. . Обобщение собственных результатов автора по анализу изменения во времени суммарной площади водных зеркал водоемов' и эарегули-рованности годового стока и опубликованных данных (Е.Д.Гопченко, Н.С.Лобода, Н.В.Лалыкии и дп.) позволил сделать вывод об уменьшении среднемноголетнего годового стока большинства малых рек Молдовы.в современных условиях в среднем на 30-50& относительно

начала массового строительства водоемов (к 1945 г). Однако оценить влияние изменения водности малых рек на характер, темпы русловых деформаций и параметры руслоб их форм но представляется возможным, так как в результате проведенных в 1360-[970 гг. спрямлений и обвалований рус<?л большинства малых рак качественно изменилась морфология русел и условия их развития. В настоящее время следует рассматривать влияние трансформированного стока на русловые процессы в новых условиях, связанных с ».'иссовш спрямлением русел.

Сток наносов. Формирование русел малых рек Молдовы в современных условиях происходит при увеличенных ( » в 2 раза) относительно прошлых естественных условий (до « 1&)0 г. - начала интенсивного сельскохозяйственного освоения территории Молдовы) объемах наносов и измененном гранулометрическом составе донных н взвешенных наносов. Последнее проявляется в увеличении в составе указанных наносов процентного содержания пылевато-илнетых фракций. Отмеченные качественные и количественных изменения взвешенных и донных наносов .обусловлены возросшим смывом грунтов в результате изменения характера использования сельскохозяйственных угодий и значительного роста площадей распаханных земель (с=5% в 1810 г. до«70% в 19ВД г.). Анализ современного состава взвешенных наносов по данным наблюдений УГКС и результатам обследования малых рек Молдовы выявил преобладание в нем частиц с размерами от 0,1 до 0,001 мм и менее, что соответствует пылевато-илистьм и глинистым наносам. В составе донных отложений большинства" малых рек чаще всего встречаются частицы ссЫ 0,1 V 0,01 мм. Вместе с тем на участках врезанных русел в составе донных отлочеений преобладает смесь песка, гравия и мелкой гальки. Отмеченный вше характер изменения донных и взвешенных наносов обусловил заиление русел малых рек и снижение темпов русловых деформаций. В условиях спрямленных и обвалованных русел это приводит к формированию заиленных участков русел с невыраженными русловыми формами, что не характерно для естественных условий.

Ограничивающие факторы арактеризуют естественные и искусственные условия, определяющие степени свободы в развитии русла реки. Ограниченные условия планового развития русел характерны для малых рек северной зоны, а также отдельных участков рек центральной части региона. При этом, степень ограничения развития русел

и долинах, этик рек различна и изменяется от Во «В до Во~5В для участков с врезанными руслами и от Вэ^ Впр до Во~2Впр для участков с ограниченным меацдрированием (Во - ширина дна долины, Вир - ширина попса руслоЛормирования). Участки врезания соответ-ствумг областям пересечения долинами рек гряд рифов, сложенных преимущественно известняками. Для многих участков долин малых рек северной зоны Молдовы ограниченные условия развития русел п« ремежаются со свободными условиями. На остальных реках территории Молдовы преобладают условия для свободного развития руее?. Для таких участков установлено соотношение Во « 3,94 Q.,^ ^ --20,6, Г = 0,83,Г^ 3,Ш?связывающее ширину дна долины и максимальный расход .1% обеспеченности^ФИтерий Фишера).

Из антропогенных ограничивающих факторов наибольшее распространение и значение для условий малых рек Молдовы имеют дамбы обвалования спрямленных русел, затрудняющие их плановые деформации, а также водоемы, создающие местные базисы эрозии. Антропогенные факторы. Наиболее существенное влияние на руслово* процесс малых рек оказали спрямление и обвалование русел, выполненные в 60-70 годы и по своим масштабам, охватившие практически все тирокопоймемные малые реки южной, центральной и многих уча-сСтков рек северной частей Молдовы. В результате этих мероприятии произошла смена естественных типов руслового процесса (меацдри-рованил и пойменной многорукавности) на спрямленные русла с по-бочневым типом руслового процесса, и спрямленные, заиленные русла с невыраженными мезоформами. Влияние остальных антропогенных факторов локальное' и, как правило, проявляется в виде сложных и неоднозначных изменений руслового процесса на участках малых ре* Преобладающими среди цих являются процессы заиления. В целом еле дует подчеркнуть, что антропогенные воздействия на малые реки в современных условиях яялгются одним из основных факторов русло-формирования наряду с общепринятыми естественными факторами. Их совместное влияние создает новые условия для развития руслового процесса малых рек.

Глава 4. Типизация русел малых рек Молдовы. Смена типов рус .нового процесса и новые начальные условия развития русел, создан ные после массового спрямления и обвалования малых рек Молдовы, дали основание выделить в русловом режиме этих рек два качествен но отличных периода - до спрямления русел и после него. В работе

выполнена типизация русел и руслового процесса для обоих периодов Типизация русел палых реи до массового спрямления. Геолого-геоморфологические условия северной зоны Молдовы обусловили для малых рек этого региона разные типы русел - от относительно прямолинейных, до извилистых, вследстшш широкой распространенности вшгукдениых и врезанных излучин (по г'ипизвции кГУ), а также излучин, разьиваищихся по схеме ограниченного и свободного меандрирования "(по типизации ГГ'И). Нреобладлиишм является сочетание (перемежаемость) вынужденных и ограниченных излучин. Наряду с ниш на локальных участках расширений долин наблюдзвтся и сво-бодномеандрирующие излучины. Параметры этих излучин соизмеримы с шириной реки л колеблется в прадедах : б - (4 - Ю)В, Л. *(3 - 7)В Подобные свободные излучины встречаются и на крыльях вынужденных излучин. Вынужденные излучины, средние размеры которых составляют Б * (60 - 80)В,Л» (45 - £0)В,обусловлены, главным образом, плановой извилистостью долин, склоны которых сложены труднораз-мываемыми породами. Параметры ограниченно меандрирующих излучин лежат в пределах;Б » (6 - 12)В,Я=* (5 - 10)В, а их плановая форма близки к синусоидальной. Врезанные излучины характерны для участков долин, пересекавших грады либо отдельные скопления известняковых рифов. Параметры их изменяются в широком диапазоне, а русла имеют разнообразные плановые очертания.

Малые реки центральной и южной зон характеризуются условии-ми свободного развития русел. Для рек этих зон выявлена наибольшая распространенность меандрирующих русел, развивающихся преимущественно по схеме свободного меандрирования. В ряде случаев на отдельных участках имели место незавершенное меандрнрование и пойменная многорукавность с развитием руслового процесса отдельных рукавов по типу свободного либо незавершенного ыеацдрирова-ния. При этом необходимо отметить, что особенностью планового рисунка малых рек юга и центра Молдовы до массового спрямления было наложение разномасштабннх излуиин, сформированных, возможно, при разной водности. Средние размеры свободных излучин варьировали в пределах = (10 - 30)В, Л, и (5 - 10)В, а крупных излучин русел -Б- (40 - 1Ш)В, X =» (Ш-Юи)И. Обобщенная информация по типам руслового процосса малых рек Молдовы до их массового спрямления представлена на картосхеме (рис. I). Ее

Лтаань

Условные обозначения

А—]- Границы выделенные участков\\ "> г р^сел ' \\

сиППЛцСвободное меандрированкр, ^^Незавершенное меандрнрованне даЛ Пойменная мнсгор^кавносгь

35ИОграниченное меандрнрованне

.я»Участки с врезанными излу- Ч чинами I!

тттш Сочетание вынчзденных,ограниченных и СБсбадных излучи«

Населенный пункт

Рис.I Картосхема типов руслового процесса основные малых рек Молдовы до их массового спрямленид

анализ выявляет отчетливую дифференциацию типов русел и руслового процесса с севера на юг - врезанные русла сменяются сво-бодномеандрирувлцимн руслами в широких долинах. При этом характер распространения типов руслового процесса тесно коррелирует с геоморфологическим« и геологическими условиями. Типизация русел малых рок на современном этапе представлена на рис.2. Приведенные в ней типы руслового процесса наблюдаются в различных сочетаниях для разных рек. При этом наиболее распространенным сочетанием для спрямленных русел малых рек (центра- . льной и южной частей Молдовы) являемся перемежаемость побочне-вого типа и спрямленных русел со связными грунтами и невыраженными меаоформами. Последние не имеют типичных схем русловых деформаций. На таких участках вцутрирусловые формы не выражены» имеет-место безгрядопая форма транспорта наносов и наблюдается тенденция заиления по всему участку. Если перечисленные вше типы так или иначе встречаются в природе, то данный тип русла является антропогенным. В целом для современных условий характерна замена с Во бодноме андрирующих русел южной и центральной зон Молдовы спрямлеными руслами. На реках северной зоны коренных изменений в типах руслового процесса за последние десятилетия не произошло. Имеются лишь локальные спрямления участков отдельных рек и появление о долинах этих рек многочисленных русловых водоемов.

Закономерности развития свободных излучин на спрямленных участках малчх рек исследованы на примере двух слабовыраженных излучин на стационарном участке р.Когильник, с.Гура-Галбеней. Для выявления динамики этих излучин были сопоставлены топопланы русла за 1986-1990 гг. а также определены основные измерители этих излучин и их эволюция во времени. Анализ данных показывает, что величина роста параметрови Хго колеблется от 0,5% до 15% от их первоначальных значений. Более существенное увеличение (до к; 100% и более) наблюдалось в значениях , оС^» °^Ьы)С ^ыявлен также небольшой сдвиг линии наибольших глубин вниз по течению относиггльно осевой линии, величина которого составляет (0,05 - 0,11)А, и свидетельствует о смещении излучин.

Осредненныо по длине участка величины деформаций берегов за 1906-19(37, 19<37-19ск3, 1У^к>-1989 и 1989-1990 гг. были равны: намыв - II см, ИЗ см, 45 см и 01 см, размыв - 14 см, 29 см,

Условные обозначения Границы выделенных ластив см^шш Свободное меандрирование »¡т.; Ограниченное меандрирование

в^Ш® Участки о врезанными излучинами-р

ШЖ'

Спрямленные участки русел с да несвязными грунтами и побочне ьым типом руслового процесса й^а Спрямленные уастки русел со связными грунтами и не выраженными мезоформами ПШШШ Сочетание вынужденных,огра ниченны* и свободных н?лучии

Населенный пункт Бодоем

„ ш

нешть М \

К

к

Ряс.2 Картосхема современного состояния руслового процесса малых рек Молдовы

15 см и 29 см, соотертстгкнно. В относителен'« величинах скорости деформаций берегов в среднем составляют 3-5$ зишшш меженного русла в год, что хорошо согласуется с данными по средним и большим рекам. При этом преимущественны;* механизм размыва вог-, нутих берегов заключается в постепенном размыло нгегнеЯ части берегового откоса (сложенного суглинками и вдекамг) и затем обрушении либо медленном сползании 'отдельна блоков во гремя прохождения ливневых паводков.

Глава 5. Количественное описание морфомехрнк и динамики русловых ма :роформ. Морфсчетричзепи'? зависимости рпп сообщит излучин исследованы двумя способами. Первый из них заключается в выявления'общих морфоиетрнчпеяих свяэсЛ мэзду измерителями излучин по системе ГГИ и сравнении ях. с аналоппгот теорететпе-кнми и эмпирическими зависимостями для средних и крупных рок •других регионов. В соответствии со вторил способом, предложенным В.И.Замнпляевым, геометрия излучин описывается при помоги параметров вписанного треугольника, что позволяет описывать плановую форму правильных (регулярны^ излучин с использованием трех основных параметров (шага излучин и углов зходас'^н выхода с^Ьда) вместо семи, обычно используемых в гщроморфологя-ческих исследованиях. Остальные измерители излучин могут быть с достаточной точностью получены через них. Для реализации первого способа были выделены 143 выборочные излучины разных рек, развивающиеся по схема свободного мечкприровяния. Анализ результатов статистической обработки тринадцати связей ме*ду различными измерителями излучин,гпозволил выделить в качестве основных следующие: £^А.=0,0§6оС' 7 Ут/Я,= 0,19 оС ' , хт/Ут=5,ЧоС , , я/Л-^СгД),

Последние три из них ввиду отсутствия либо недостатка эчпирнчйс-ких точек на краях графиков не били яггроксимнровзнн аналитически . Графики полученных евппан сопоставлены с тепретыческти кривыми, получены^:« В.И.Зямьтляевкч, В.ЛчыгбеМном и Л.Леопольдом, а также эмпиртгчекими герипыми М.М.Агндельмзна для р.Иртж и И.В.Попова для р.Обь, Ока и Иртпя. В полом, полученные морфо-' метрические зависимости для малых рек Молдовы лучпе всего совпадают с эмпирическими форглул-яки И.М.Гонцвльмяна и теоретическими соотношениями В.М.Замюттяпп, полученным в р?мгах его математической модели свободного мсацдрирозлния. Слег.ует также

добавить, что наилучшие совпадение кривых наблюдается при углах разворота Л до 200°. Для реализации второго способа были отобраш ИЗ правильных (регулярных) излучин свободномеандри-рующих малых рек. В основу зуого способа положено предположение о том, что между элементами вписанного ь излучину треугольника (углами и сторонами треугольника)-и соответствующими измерителями излучин должны существовать тесные корреляционные связи. Полученные таким способом морфометрические зависимости для талучнн малых рек Молдовы имеют следующий .-вид:

-0,01 , Хт/Ут= 005(0,68^1^0,68^^.-) _ 0,06 .

Исследование "морфометрических зависимостей врезанных излучин выполнено на основе 100 излучин малых рек северной и центральной частей Молдовы и р.Днестр. Учитывая существующую в литературе неоднозначность вццеления врезанных излучин и значительный разброс величины Во/В для малых рек Молдовы, статистический анализ морфометрических зависимостей выполнен при разных соотношениях Во/В, а также с учетом и без учета врезанных излучин р.Днестр. Анализ полученных статистических параметров эмпирических связей для разных групп врезанных излучин выявил, что наиболее статистически значимыми являются эмпирические зависимости для излучин с ЙО/В44. Аналитические выражения этих зависимостей следующие: Ь/Х =0,05о(/*М, Ут'Д=0,1Ы''65 ,

Хт/Ут= ^ТОоС*^ , Уто/й = 0,Ч6-0,Ы<£\

По форме и параметрам они близки к эмпирическим соотношениям для свободных.излучин малых рек Молдовы, средних и крупных рек других регионов и к теоретическим зависимостям. Для врезанных излучин исследуемого региона с Во/В 44 получена также эмпирическая связь между шагом Л,0и шириной дна долины Во, имеющая вид Д^,» 9,6В - 239. Это уравнение качественно согласуется с аналогичными для свободномеандрирующих рек Молдовы и других регионов. Примеры графиков полученных морфометрических зависимостей для малых рек Молдовы представлены на рис.3,4 На них же приведены кривые, подученные другими авторами.

Особенности развития побочней и их морфометрические зависимости исследованы на основе данных маршрутных обследований ма-

бДг^од Ц*1С0'/2/3/5 >6 ////.

1-] : | гт-т—г-гп 0 1 2 3 4 5 а. рад б) ^ 2-1 , ч У^ОДО* (8)

5,

^ И

о

г 1 г'| i i i | i i

0 1 2 3 4 5

сх. рад М в)

2

1

О

-)Д>

ь-4-

Со 2 -1 -0-

г)

фот+Кч) ¡цз^5

•-Ж*. '.

Т-р-Т-г-Т | Г \ 1"1

0 1 2 3 4 5

а. рад

5,

О

д)

1,-55 , (8)

- I I I I ■ I I. I I -1

0 1 2 3 4 5

а. рад

г-г-[ г"| I 1

0 1 2 3 4 5

а. рад

в '

О

-1,70

ХтД=3,70сС' (И)

I ' "I 1 Л ' Т-1 I

О 1 £ 3 4 5

ос. рад

Рио. 3. Связи относительных характеристик излучин (г/л , утД , Хт/Ут) с углом разворотаоС: а, б, в - свободные излучины; г, д, е - врезанные излучины; номера соответствуют кривым Лангбейна и Леопольда (I), Зпм'талпева (2,5,7,10), Попова (3), Гендельмана (6,9), зависимости ■ для малых рек Молдовы (4,8,II).

0.5 5 0.4

ч

Б

- 0.3 0.2 0.1

а)

° .л 0

о га

7

, ¡., г-г-|-1 , , 0 12 3 4 5

2.0 -

^1.0

0.0

2.0

5'1.0

0.0

0.5

-1 со 0.4

\ к ё

^ 0.3

0.2 0.1

2.0

Г-| I I I I I | -I—)

1 2 3 4 5 а. рад

ь)

—г—'—i ' 1 г"т"1 -п

О 1 2 3 4 5

5'/Л

р) . л

Уп1/й=0,Ч6-0,31о1 О')

° 0

•л'

п I 1 I 1 I 1 I 1 I

0 12 3 4 5

<

а 1.0

0.0

2.0 1.0

0.0

Т—Г—I I I I I I I I

0 1 2 3 4 5

а. рад

е)

1 I 1 I | I 1 I *1 0 1 2 3 4 5

¿•/л

Рис. 4. Связи относительных характеристик излучин ( Ут/5 Д/Л.) с углом разворота Л и относительного радиуса кривизны ( Я/Л, ) ■ относительной длиной (б/А. ): б, в - свободные излучины; г, д е врезанные излучины; номера соответствуют кривы/. Зямышляева (1,2,3,Ь), Гендельманя (4), Лангбейна и Леопольда (6), зависимостям для мал»« рек Молдовы СП

лых рек и натурных наблюдений на ст иг-то парных участках р. Когить-ник и Большая Цэльча, Величина шага побочней оценивалась по точкам перегиба линии наибольших глубин. В основу анапизг» геометрии побочней положено соотношение А^^СВ^) . Используя анализ размерностей и метод подобия указанное выражение преобразовано к без! г»змерному виду В) . На основе предположения о полной и неполной автомоделыюсти по параметру подобия К/В получена зависимостьЛ^я 6,5В - 12, 3 м<В<40 м, соответствующая случаю полной автомоделъностиА^В поИ/В» и зависимость = 13,65 для случая неполной автомодяльности. Остановленные зависимости выражают частные случаи, обшей зависимости шага побочней Яп5 от параметров К/В и В, каждый из которых в свою очередь является сложной функцией расходы воды. При К«В шар побочней обусловлен масштабом реки и определяется шириной русла В, в то время как при достаточно больших НуЬ размеры побочней существенно определяются этим показателем. В диссертации представлены также количественные данные по гидравлике потока при различной степени затопления побочной.

Глава б. Комплексная оценка состояния русел малых рек Молдовы и рекомендации по учету руслового процесса при обосновании мероприятий по их восстановлению, рациональному использованию и охране. В этой главе на основе обобщения пгтученных результатов выполнена качественная и количественная'оценка современного состояния русел и руслового процесса малых рек Молдовы с позиций условий и закономерностей развития, количестврнных характеристик выявленных русловых форм, оценки русловых деформаций и их влияния на гидротехнические сооружения, общей тенденции развития русел. В кратком виде комплексная характеристика русел сводится к следующему. В настоящее время развитие русел и руслового процесса малых рек Молдовы происходит при повышенном относительно прошлого периода ЩХ) г.) стоке.наносов с водосборов, измененном гранулометрическом составе донных наносов (на учя»:т-ках с илистыми отложениями), существенно уменьшенной водности малых рек и измененной в результате спрямления морфологии русел. •Эти изменения были обусловлены различными видами хозяйственной деятельности. В результате сформировались новые'типы русел и руслового процесса, в том числе и заиленные русла с невыраженными мезоформами, не характерные для естественных условий. При этом выявленные региональные особенности проявления руслового

процесса связаны с вшеперечисленными новыми условиями развития и геоморфологическими особенностями территории. Пределы изменения сродшис значений параметров современных русловых форм (по-бочней, излучин) обусловлены изменчивостью ыорфомегрическн/ характеристик русел (виршш и глубины) и согласуются с аналогичны ми данными по другим регионам. Величина плановых деформаций ье превышает в средний по водности год 6% от ширшш ыл-.енного русла, а размеры деформаций дна соизмеримы с высотой побочной либо других видов •мезоформ. Оценочные расчеты,выполненные на основе полученных в натурных условиях средних значений угловой 4гРаь/год) и линейной (к 0,2 м/год) скоростей развития отдельных излучин гоказали, что полное развитие излучин на спрямленных участках малых рек наиболее вероятно в течении примерло 150-200 лет. Время же восстановления полностью меандрирующего русла.(6у^гЦ> 1,6) • с момента его спрямления составит не менее 300 лет. Данное обстоя тельство, а также крайне неблагоприятное экологическое состояние малых рек дают основание рекомендовать восстановление меавдри-рующей формы малых рек Молдовы путем расчета и строительства искусственных излучин. Для этого могут быть использованы полученные результаты морфометрических исследований излучин малых рек, а также расчетная схема, разработанная в Институте геофизики и геологии АН Молдовы В.И.Никорой. В качестве одного из факторов при оптимизации использования малых рек могут быть использованы . полученные в данной работе картосхемы типов руслового процесса. Предложен также ряд организационно-технических мероприятий (облесение берегов и прибрежных зон, периодическая механическая очкстка заиленных русел, гидравлическая промывка и т.д.) направ-■ ленных на улучшение состояния русел.

В заключении приведены основные выводы и положения работы. I. Выявлены качественные и количественные изменения основных факторов руслового процесса под влиянием антропогенных воздействий. Эти изменения выражаются в уменьшении общей водности малых рек за последние 40-50 лет примерно на 30-50% вследствии зарегулиро-ваннссти стока искусственными водоемами и интенсивного испарения с их поверхностей, в увеличении стока налогов с водосборов относительно прошлых периодов (»¡Ш)0 г.) приблизительно в 2 раза, увеличении (к; на и более) в составе донных наносов процент-лого содержания пылеввто-клистых фракций, появлении искусственных локальных ограничивающих фактсцпп. Отмеченные пронесем соз- ■

дали нотч;е условия для распития современных русел и руслового » процесса. ,

2. Из антропогенных факторов наиболее существенное рлиянге на русловой процесс окоряли спрямления и обвалования русол, привод-пие к смене типов руслового процесса.

3. По'условиям развития руслового процесса в русловом.режиме милых рек Молдовы выделены два качественно отличных периода _ до спрямления и обвалования русел и поело него. Выполнена типизация руслового процесса для обоих периодов.

4. Получены и проанализированы морфометрические зависимости для свободных, врезанных излучин и побочней. Выявлена полная аналогия их,с теоретическими и эмпирическими зависимостями других авторов для средних и крупных рек, что может свидетельствовать об универсальности некоторых морфометрических соотношений излучин .независимо от масштаба излучин, условий возникновения, видов и географического положения. Для побочней установлена эмпирическая зависимость между их шагом и шириной реки, которая аппроксимируется выражением6,6В - 12 и соответствует условию Ь.«Б. При достаточно больших значениях h/B размеры побочней определяются показателем h/ß и определяются зависимостью

5. Установлены качественные и количественные особенности развития излучин на спрямленных участках малых рек. Они касаются условий зарождения, количественных параметров и их изменений во времени, морфологии излучин, характера и величины плановых и донных деформаций, определяющих факторов. В целом, эти особенности имеют региональный характер.

6. Выявлены гидравлические особенности потока и некоторые законо мерности формирования и развития побочней на спрямленных малых реках. Установлено, что в формировании их средних размеров и морфологии определяющую роль играет расход воды.

7. Выполнена комплексная оценка состояния русел малых рок, включающая краткую характеристику условий, закономерностей, параметров выявленных русловых форм, оценку русловых деформаций и общей тенденции развития русел. Даны рекомендации по постановлению »плановой формы, охране русел спрямленных малых рек на основе полученных в данной работе количественных'и качественнья результатов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ 110 ТёМВ ДИССДОАЦИИ :

1. Оценка стокорегулирующих возможностей искусстьешшх водиьмив Молдавии (на примере бассейнов'р.Ялпуг,Когильник,Ботиа,Икель и Нырнова) //Природные ресурсы Молдавии и их рациональное использование. Кишинев: Штиинца, 1965. С.73-86. •

2. О расчете зарегулированности стока наливными водоемами (на примере бассейна р.Когильник) //Географические аспекты исследования АПК Молдавии. Кишинев: Штиинца, 1986. С.132-141.

3. Особенности руслового процесса и гидравлического режима ос»-новных малых р;:к Молдавии //Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. М. : Издательство МГУ. .1987. С.275-276. (в соавторстве).

4. Морфометрические зависимости излучин малых рек Молдовы //Гидрология малых рек. Кишинев: Штиинца, 1991. С. 62-74. (в соавторстве) .

5. Факторы формирования русел малых рек Молдовы и их типизация. Препринт Института геофизики и геологии АН ССРЫ. Кишинев, 1991. 51 с. (в соавторстве).

6. Некоторые результаты стационарных исследований руслового процесса на малых реках Молдавии //Гидрология малых Кишинев: . Штиинца, 1991. С.44-61. (в соавторстве).

7. Морфометрические зависимости для излучин малых рек. //Динамика и термина рек, водохранилищ и окраинных морей. Ы.: АН ССОР, Институт водных проблем, 1989. С.213-215. (в соавторстве). .

Примечание. Условные обозначение (измерители излучин по системе Г'ГИ), использованные в работе.

^ - шаг излучины о, 5-£>о+5, - длина излучины )' Угол разворо-

Уд, - высота излучины Хл- основание излучины

~ средний радиус кривиз

ни

та излучины

Л и Hto т а ц и я .Арнаут Николай Алексеевич

Факторы формирования русел малых рек, их типизация и морфометри-чсские зависимости (на примере малых рек Молдовы). Диссертация в : виде рукописи ча соискание ученой степени кандидата географических наук. Специальность 11.00.07 - гидрология сути, йодные ресурсы, гидрохимия. Одесский гидрометеорологический институт, Одесса, 1995.

На примере территории Молдовы исследованы фактсры и особенное! проявления руслового процесса малых рек.Выполнена типизация русе для двух временных периодов - до их массового спрямления и после него.'Установлены морфометрические зависимости для русловых макро- и мезоформ. Дана комплексная опенка состояния русел малых рек Молдовы и сформулированы рекомендации по учету руслового процесса при обосновании мероприятий по их восстановлению, рациональному использованию и охране.

Abstract

Arrmufc Н.А. Factors of small rivers' channels formation, their typification ard morphometric dependences (cn the example of fiol-dova's snail rivers).

The desertation is presented in the form of mamiscriptto claiai the academic degree of a candidate of geographical sciences.

Speciality 11.00.07 - land hydrology, water resources, hydroch mistry. Odessa Hydronieteorological institute, Odessa, 1995.

On the example of the territory of Moldova we have investigate the factors and peculiarities of the manifestation of small rivet channel process. Typification of channel process for two time periods - before their mass straightening and after it, has Veen carried cu't. Morpboftefcrie dependences for channel наего— end meza forms have been established. Complex evaluation of the condition of b'oldova's small rivers* channels is given and recommendations for their rehabilitation.rational utilization and protection have 'been formulated.

КлючоЫ слова: русла мстих рЬчок, руслоЬс процеса, пгапЦаЩя рисел пга руслоЬого протесу, ^ссрормацЫ русел, -MopcpoMempla рнслоЬих. Форгл , ^а.Ьорот (^акрчгп) русла,- побочШь. \ЛСП

Николай Алекснэвяч АРНАУТ

ФАКТОРЫ $ОРШРСВАНИЯ РУСЕЛ (,1АШХ РЕК, ИХ ТИООДДО И МОРФ(ЖГРЛЧЕСКИЕ ЗАШКЖ.ЮСТП •

(На примере малых рек Моадовы) Автореферат

Подписано в печать 18.05.1995. Формат 60x64 1/16.Ротапринт. Печ. л. 1,0. Заказ 77. Тираж 100. Бесплатно.

Отдел оперативной полиграфии Госуниверситета Молдовы. 277009. Кишинев, ул. М.Когэлничану, 65.