Формирование рек с незавершенным меандрированием

Здоровенко, Светлана Леонидовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирование рек с незавершенным меандрированием
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Формирование рек с незавершенным меандрированием"

На правах рукописи

УДК: 504.058

ЗДОРОВЕНКО СВЕТЛАНА ЛЕОНИДОВНА

ФОРМИРОВАНИЕ РЕК С НЕЗАВЕРШЕННЫМ МЕАНДРИРОВАНИЕМ: МОРФОЛОГИЯ, ГЕОДИНАМИКА И ГЕОЭКОЛОГИЯ

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

- 7 ИЮ/7 2011

Санкт-Петербург 2011

4851382

Работа выполнена на кафедре геологии и геоэкологии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А.И.

Герцена»

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Антроповский Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Догановский Аркадий Михайлович

кандидат географических наук Шелухина Ольга Андреевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет водных коммуникаций

Защита состоится «ЗЛ\» чхУСЛУЛ- 2011 года в \0> часов на заседании Совета Д 212.199.26 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 12, ауд. №21.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена, наб. р. Мойки, 48, корп. 5.

Автореферат разослан « ХЪ» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.П. Махова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Диссертационное исследование находится в русле нескольких направлений геоэкологии, связанных с геодинамикой и ее влиянием на состав, состояние и эволюцию окружающей среды; оценкой состояния, изменений и управления современными ландшафтами; динамикой, механизмами, факторами и закономерностями развития опасных природных процессов и другими.

Из отрицательно сказывающихся на геоэкологическом состоянии форм руслового рельефа на реках с незавершенным меандрированием являются возникновение и развитие спрямляющих рукавов, размывы берегов (до 10-15 м/год в вершинах излучин) и движение аллювиальных гряд. Колебания отметок дна на рассматриваемых реках могут достигать нескольких метров, а на больших реках (Волга, Амур) до 15-20 м.

Установление количественных связей между русловыми, пойменными процессами и определяющими факторами можно уже считать конечной целью теории русловых процессов (Н.Е. Кондратьев, 1959). Важным шагом является создание и обоснование типизации (классификации) речных русел, учитывающей дискретность и структурность русловых процессов, что является одним из важнейших направлений экологического русловедения. Одна из наиболее полных классификаций, разработанная Н.Е. Кондратьевым и И.В. Поповым в ГТИ, основана на анализе лоцманских и топографических карт и аэрофотоснимков. Типизация объединена принципом однонаправленного изменения транспортирующей способности реки.

Все задачи использования рек и строительства на реках решаются в настоящее время, различно для рек разных типов. Каждому типу свойственна своя схема кинематики потока, характер движения наносов, форм руслового и пойменного рельефа и развития деформаций, приводящих к экологической напряженности что имеет прогностическое значение. Типизация речных русел тем и важна, что она содержит элементы геоэкологического прогноза. Умение определить тип русловых процессов на интересующем участке реки и качественное знание направления его развития и связанного с ним экологического состояния помогает избегать многих ошибок при использовании рек.

Реки с незавершенным меандрированием характеризуются умеренно развитыми излучинами со спрямляющими их (довольно большой протяженности) протоками или рукавами. Они занимают центральное место в классификации, располагаясь между многорукавными и свободномеандрирующими реками, и поэтому привлекают особенно пристальное внимание с точки зрения условий образования, морфологии и характера деформаций.

Благодаря работам, в основном сотрудников отдела русловых процессов ГТИ и географического факультета МГУ, установлен целый ряд морфометрических и гидроморфологических связей и закономерностей,

свойственных рекам с разными типами русловых процессов. Установление и развитие имеющихся эмпирических зависимостей и закономерностей, характерных для рек с незавершенным меандрированием (реки с «прорванными» излучинами по терминологии специалистов МГУ), позволит усовершенствовать методы оценки водного и руслового режима (в основном русле и спрямляющих рукавах), характера и интенсивности деформаций, опасности их проявления и определения пропускной способности русла и других геоэкологических параметров. Полученные результаты, несомненно, найдут применение при проектировании крупных водохозяйственных мероприятий и гидротехнических сооружений и будут способствовать определению оптимального соотношения между водохозяйственным использованием рек и сохранением экологии окружающей природной среды. В силу изложенного тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования являются незавершенно меандрирующие реки, протекающие в различных природных условиях (в различных гидрологических зонах с проявлением различных азональных факторов: вечная мерзлота и наледи, карст и термокарст, растительный и лесной покров, болота и мелиоративные мероприятия и т.д.).

Предмет исследования - гидрологический и русловой режим, геоэкологические особенности долин, пойм и русел рек с незавершенным меандрированием, морфометрические и гидроморфологические характеристики, весьма важные для оценки экологического состояния и перспектив природопользования.

Цель исследования заключается в выяснении особенностей форм проявления русловых процессов (излучин и спрямляющих рукавов) приводящих к экологической напряженности на реках с незавершенным меандрированием начиная с условий их возникновения и развития, состава включаемых качественно однородных элементов и их количественных измерителей.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- рассмотреть особенности основных руслообразующих факторов (стока воды, наносов и ограничивающих условий), определяющих внешний облик и характерные черты незавершенно меандрирующих рек, выявить антропогенные факторы оказывающие наибольшее влияние на характер русловых деформаций и на создание экологической напряженности;

- проследить распространение незавершенного меандрирования на реках различной величины в разных физико-географических районах страны, с проявлением различных вторичных руслообразующих факторов;

- уточнить, выявить и получить новые морфометрические и гидроморфологические зависимости, свойственные рекам с незавершенным меандрированием и пригодные для составления фоновых прогнозов русловых переформирований и вызываемой ими опасности для жизни и хозяйственной деятельности людей и связанные с ним экологические риски;

- развить программу гидроморфологического мониторинга русловых процессов и экологического состояния мсандрирующих рек.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- особенности основных руслообразующих факторов (стока воды, наносов и ограничивающие их условия) играющих ключевую роль в появление и развитие незавершенного меандрирования с присущими ему факторами экологической напряженности;

- распространение рек с незавершенным меандрированием по территории страны. Воздействие на процессы руслоформирования и экологическое состояние вторичных руслообразующих факторов, которые имеют второстепенное значение и не ощутимы в одних районах, но могут приобретать значение в других (вид и характер растительности, эоловые процессы, делювиальные выносы со склонов долины, болотообразовательный процесс, вечная мерзлота, заторо-зажорные явления, карст, термокарст и др.);

- оценка условий формирования незавершенно меандрирующих рек и вероятности их перехода в смежные типы русловых процессов с иными свойствами экологической напряженности при ином сочетании руслообразующих факторов; эмпирические формулы (зависимости) между характеристиками потока и русел, а также шага излучин, ширины пояса меандрирования и интенсивности плановых деформаций основного русла от определяющих факторов, позволяющие рассчитать конкретные значения указанных характеристик в меняющихся условиях;

- антропогенные факторы, оказывающие наибольшее влияние на характер русловых переформирований и создание экологической напряженности на реках (механические изменения пойменно-русловых комплексов; выправительные и дноуглубительные работы в пределах основного русла и спрямляющих проток; разработка карьеров песчано-гравийной смеси; инженерные сооружения на берегах рек; переходы через реки; водозаборы и выпуски сточных вод; последствия использования основного русла и спрямляющих проток для судоходства, сплава леса, рыболовства и.т.д.).

Научная новизна работы состоит в том, что:

уточнены географические и геоэкологические особенности возникновения и распространения незавершенно меандрирующих рек на территории бывшего СССР. Показано, что незавершенно меандрирующие реки (при средних максимальных и годовых расходах воды) обладают промежуточными значениями средней скорости потока, удельной мощности и удельной работы, совершаемой водным потоком, касательной силы приведенной к единице длины реки, транспортирующей способности, морфометрических и гидрологических характеристик, а также величинами плановых деформаций;

- подтверждено, что вторичные определяющие факторы, имеющие второстепенное значение и не ощутимые в одних природных зонах и районах могут приобретать значение в других. Вследствие этого русла рек могут иметь весьма различное строение, схемы и интенсивность развития, степень опасности проявления русловых процессов. Влиянием указанных вторичных

факторов определяется наличие разновидностей пойм при конкретном типе русловых процессов. При незавершенном меандрировании рельефом поверхности пойм преимущественно определяются направление и местоположение будущих спрямляющих протоков;

- получен ряд новых зависимостей (уравнений регрессии) между характеристиками русел рек и потока при незавершенном меандрировании, которые могут быть применены для ориентировочных расчетов аналогичных характеристик при создании искусственных водотоков или изменении режима и экологической напряженности существующих;

- расширены предложения по созданию гидроморфологического мониторинга за русловыми процессами и экологическим состоянием меандрирующих рек (с акцентом на реки с незавершенным меандрированием).

Теоретическая значимость. Выявление особенностей русловых процессов незавершенно меандрирующих рек расширяет существующие представления об определяющих факторах, закономерностях формирования рек с указанным типом, о зависимости экологического состояния рассматриваемых рек от влияния природных и антропогенных факторов. Это в свою очередь является вкладом в развитие экологического русловедения и экологической геоморфологии.

Практическая значимость. Полученные результаты могут использоваться при планировании хозяйственной деятельности и осуществлении природоохранных мероприятий. Они необходимы для составления прогнозов русловых переформирований рек на ближайшие десятилетия и разработки рекомендаций и схем мероприятий по снижению негативных последствий влияния наиболее мощных видов хозяйственной деятельности. Они могут найти применение при выборе мест возведения и защиты инженерных сооружений в руслах и на берегах рек, а также при обосновании наиболее эффективных мероприятий для улучшения условий судоходства на реках с незавершенным меандрированием.

Материалы исследования могут также использоваться в учебном процессе при подготовке специалистов в области эрозионных и русловых процессов, экологии эрозионно-русловых систем, флювиальной и экологической геоморфологии, водного хозяйства и мелиорации.

Достоверность результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием и анализом обширного картографического материала и данных наблюдений на сети Госкомгидромета, а также использованием апробированных закономерностей русловых процессов и накопленным к данному времени опытом анализа русловых переформирований. В ряде случаев достоверность подтверждается и увязкой результатов с данными, полученными другими исследователями с помощью методов математической статистики.

Методика исследования и исходные материалы. Для решения поставленных задач использован гидролого-морфологический (географический) подход, позволяющий наряду с законами гидравлики учитывать и закономерности природной среды, в которой эти законы

действуют. В основе гидролого-морфологического подхода разработанного в ГГИ, находятся представления о дискретности и структурности русловых процессов, их типизация. Последняя основана на анализе лоцманских и топографических карт и аэрофотоснимков, подбираемых так, чтобы по одной той же реке имелись карты разных лет съемки. Это дает возможность, совмещая эти съемки, судить о подлинных деформациях и получить представление о полных циклах развития излучин, спрямляющих рукавов и смещения всего пояса меандрирования.

Нашли применение сравнительный географический метод, метод аналогии, морфометрические и гидроморфологические зависимости, методы множественной корреляции, теории вероятности и математической статистики. Русловой процесс характеризуется многофакторностью. Оценка влияния каждого отдельного фактора практически оказывается невозможной поскольку она осложняется случайными явлениями. Поэтому к русловому процессу вполне применимы вероятностные методы, позволяющие оценить степень риска, принимаемых проектных решений при учете русловых деформаций.

Исходными материалами для работы явились литературные источники, гидрографические описания, лоцманские и топографические карты, материалы аэрофотосъемки, «Ресурсы поверхностных вод СССР», гидрологические ежегодники.

Распространение рек с незавершенным меандрированием на территории России рассматривалось на основании карт «Типы речных русел» по разным районам страны, составленным С.И. Пиньковским, а позднее и другими сотрудниками отдела русловых процессов ГГИ, а также карт «Русловые процессы на реках СССР» сотрудников географического факультета МГУ.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на VIII Международном семинаре «Геология, геоэкология и эволюционная география» в 2008 г., на VI международной конференции «Геология в школе и вузе: Геология и цивилизация» в 2009 г., на Международной научно-практической конференции «География: проблемы науки и образования. LXIII Герценовские чтения» в апреле 2010 г, на заседании кафедры геологии и геоэкологии РГПУ им. А.И. Герцена в декабре 2010 г, на XV пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (АГУ, Астрахань, 2010).

По диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в изданиях рекомендуемых ВАКом.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Она изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 20 таблиц. Список литературы включает 158 наименований, в том числе 21 иностранных авторов.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность избранной темы исследования, определены объект, предмет и цели исследования, основные задачи работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснованы научная новизна и практическая значимость результатов исследования.

В первой главе рассматривается «Незавершенное меандрирование и его место в типизации русловых процессов ГГИ». Здесь приводятся опознавательные признаки, схемы деформаций, измерители руслового процесса с пояснениями определения их количественных значений. Представлено распространение (распределение) незавершенно меандрирующих рек по территории страны.

Реки с незавершенным меандрированием занимают центральное место в классификации русловых процессов, располагаясь между многорукавными и свободномеандрирующими реками и обладают промежуточными значениями удельной мощности потока и средней скорости течения воды. Незавершенное меандрирование проявляется в условиях хорошо затопляемых пойм и мелкозернистых хорошо размываемых грунтах (Кондратьев, Попов, 1959). В отличие от свободномеандрирующих рек (имеющих однорукавные русла с неравномерно развитыми асимметричными в плане излучинами) участки рек с незавершенным меандрированием представляют собой двухрукавные русла с умеренно развитыми излучинами, имеющими (довольно большой протяженности) спрямляющие протоки. Бывает даже затруднительно определить какой из двух рукавов является главным, а какой второстепенным. На этом основании реку уже можно относить к многорукавным. Спрямляющий рукав имеет значительную протяженность и развивается по своему типу. Процесс руслоформирования обычно не заканчивается отмиранием старого русла и развитием спрямляющего рукава (кстати, при свободном меандрировании, в силу малой протяженности спрямления, лучше говорить о спрямляющей протоке, а не рукаве). При раздвоении происходит перераспределение расхода донных наносов, и вновь возникший рукав меньшего размера может оказаться перегруженным донными наносами и большая часть стока опять переходит в прежнее русло (отпадение старой излучины как при свободном меандрировании не происходит). Процесс растягивается как минимум на несколько десятков лет и даже приобретает цикличность характерную для многорукавного русла. И это также дает право считать незавершенное меандрирование самостоятельным типом русловых процессов. Поэтому в дополнение к измерителям руслового процесса, свойственным свободномеандрируклцим рекам здесь появляются измерители, характеризующие сравнительные размеры и гидравлические показатели основного русла и спрямляющего протока.

Рисунок 1. Участок р. Томь с незавершенным меандрированием

Анализ распространения незавершенного меандрирования на реках страны показывает, что этот вид меандрирования свойственен 8-9% равнинных и полугорных рек с проявлением различных вторичных руслообразующих факторов. Общей отличительной закономерностью распространения | незавершенного меандрирования является формирование его на средних и крупных (по водности) реках. На малых реках незавершенное меандрирование I практически отсутствует. Это весьма важно при оценке экологического состояния рассматриваемых рек. Известно, что чем крупнее река, тем больше сопротивляемость ее русла воздействиям как естественного, так и антропогенного характера (Беркович, Чалов, Чернов, 2000). Крупные реки обладают большими возможностями саморегулирования и выдерживают более длительное воздействие.

Во второй главе представлен «Гидроморфологический анализ условий формирования и экологического состояния рек с незавершенным меандрированием». Анализируются особенности строения долин, руелоформирующие расходы воды, сток наносов, роль разнообразия природных условий. Для рек характерно чередование расширений и сужений пояса меандрирования, а часто и долины в целом (приобретающей четковидное строение). Построение зависимостей учитывающих относительную ширину дна долины (по 50 гидростворам рек с незавершенным меандрированием) показало, что отношение Во/В (В0 - ширина дна долины; В- ширина русла в бровках) изменяется от 11,8 до 40, а среднее его значение равно 25,9. У A.B. Чернова (2009) среднее значение этого отношения (до стадии приобретения излучинами петлеобразных очертаний) равно £о/В = 24,0. То есть полученные результаты довольно близки. У Б.Ф. Снищенко (1982) же данная величина составила ßo/ß = 10,39 и даже при свободном меандрировании она равна 18,30. В

последующем выяснилось, что Boy Снищенко означает не ширину дна долины, а ширину активной поймы.

Относительный уклон дна долины для незавершенно меандрирующих рек оказался равным ///о = 0,70 (/- уклон водной поверхности, /о- уклон дна долины), что подтверждает значение полученное Б.Ф. Снищенко.

Руслоформирующие расходы воды (установленные с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока), как правило наблюдаются при затопленной пойме.

Чередование по длине долины ее расширений и сужений оказывает существенное влияние на неравномерность распределения расхода наносов по длине реки. Через сужение долины идет интенсивный, сосредоточенный расход наносов. В расширении долины, где поток теряет скорость течения, появляются условия для аккумуляции наносов. Расход наносов в сужении или расширении как бы пульсирует - наносы порциями проталкиваются вниз по течению реки. Подобные явления были обнаружены, например, на р. Амударье (Твалавадзе, 1977).

На организацию транспорта наносов существенное влияние оказывает и порядок напластования размываемых потоком грунтов. Так, резкая разница в крупности русловой и пойменной фации аллювия, слагающего пойму, способствует частому появлению на пойме протоков, спрямляющих речные излучины и даже группы излучин, что свойственно незавершенному меандрированию.

Вскрывается большое влияние вторичных руслоопределяющих факторов (особенностей гидрологического и ледового режима, растительности, болотообразовательного и делювиального процессов, наличия вечной мерзлоты, карстово-суффозионых процессов и т.д.) на морфологию, гидравлику и экологическое состояние рек с незавершенным меандрированием. Особенно это касается разновидностей поймы преимущественно определяющей условия возникновения и развития спрямляющих проток.

В третьей главе рассматриваются «Критерии образования и гидроморфологические зависимости свойственные рекам с незавершенным меандрированием». При гидролого-морфологическом подходе исследований оценка условий формирования рек и возможность изменения типа руслового процесса оценивается с помощью критериальных зависимостей, характеризующих условия перехода руслового процесса из одного типа в другой. Обоснование критериальных («пороговых») значений, определяющих развитие необратимых деформаций русел рек, является одной из важнейших задач экологического русловедения (Беркович, Чалов, Чернов, 2000). В работе подтверждается, что средние по сечению скорости течения, значения удельной мощности потока и касательной силы (приведенной к единице длины реки) при переходе русловых процессов из одного типа в другой можно считать постоянными.

Результаты статистической обработки основных характеристик потока и русел свидетельствуют о близости одноименных равнообеспеченных характеристик в безразмерном виде при разных типах макроформ и о

принадлежности их к одному структурному уровню (иначе говоря - о равноправии незавершенного меандрирования среди других типов в классификации ГГИ). В то же время ряды указанных характеристик в абсолютном виде различаются по среднему значению («норме») и дисперсии, т.е. имеет место проявление так называемого «масштабного эффекта». Незавершенно мсандрирующие реки обладают промежуточными значениями характеристик (и их «нормы») по сравнению с характеристиками рек со смежными типами речных русел.

Анализ абсолютных кривых продолжительности суточных расходов воды показывает, что при прочих равных условиях свободное меандрирование появляется при меньшей водности, чем незавершенное меандрирование и многорукавность. Последнее подтверждает целесообразность раздельного рассмотрения незавершенного и свободного меандрирования.

Получена целая система новых (свойственных рекам с незавершенным меандрированием) зависимостей между характеристиками русла и потока, а также зависимостей характеризующих шаг излучин Л и ширину пояса меандрирования В». К сожалению, имеющиеся многочисленные зависимости такого рода (за исключением зависимостей сотрудников ОРП ГГИ и географического факультета МГУ), как правило, не учитывают тип (вид) излучин.

При построении зависимостей между характеристиками русла и потока в данной работе использована сводка данных, включающая морфометрические и гидрологические характеристики по 41 гидроствору незавершенно меандрирующих рек. Значения характеристик соответствуют средним из максимальных годовых расходов воды, близких к руслонаполняющим. Полученные в результате выполненной работы зависимости представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимости (уравнения регрессии) между характеристиками русла и потока _ при незавершенном меандрировании._

Зависимость Коэффициенты per] эессии и показатели степени

A b

h=¿Qk 0,850 -1,00

3 = AQb 3,42 -0,10

S = AI¿ 3,10 0,08

Ú> = Al0b 0,250 -1,08

9 -AIь 1,57 0,24

3,77 -0,36

К--0-= и" 3,92 -1,30

8,75 -0,30

V II -ИЗ 1,27 0,38

к= 0,38 -1,08

РГ= — = АВЬ 5,22 -0,80

о.> = АОь 0,308 1,10

Из рассмотрения рисунка 2 видно, что обеспеченность величин относительных ошибок 8а в интервале ±30% при вычислении а> равна 82%.

Для установления зависимостей характеризующих шаг излучин Я и ширину пояса меандрирования В.« использована сводка данных, содержащая характеристики по 78 гидростворам незавершенно меандрирующих рек. В итоге имеем следующие зависимости:

Л = 14.4•В0'"; Я = 36,8-е^0<56; В.« = 53,8-дср,0,62.

Рис 2. Кривая обеспеченности бп = ——— • 100% при вычислении т = 0,308-С1,10

соф

Полученные эмпирические формулы могут применяться при ориентировочных расчетах средних многолетних характеристик незавершенно меандрирующих рек на сроки, измеряемые десятилетиями, т.е. на периоды в течение которых правомерно ожидать различных по водности и стоку наносов лет. Они способствуют развитию гидролого- морфологической теории

русловых процессов и могут быть полезны при составлении фоновых прогнозов русловых переформирований и экологического состояния рек в случае изменения их гидрологического и руслового режимов.

В четвертой главе дается «Оценка развития спрямляющего протока и плановых деформаций основного русла при незавершенном меандрировании». Среди общих задач экологического русловедения важным является также определение стадий развития экологической напряженности на реках, в данном случае - стадий развития незавершенного меандрирования, включая возникновение, развитие и функционирования спрямляющих протоков.

Возникновение и развитие нового протока, и отмирание существующего русла при незавершенном меандрировании носит черты свойственные необратимым русловым деформациям, т.е. процессам представляющим наибольшую трудность для их расчета и прогноза. Приемы оценки этих деформаций, предложенные Н.Е. Кондратьевым, являются на сегодняшний день наиболее достоверными, хотя и носят приближенный характер.

Оценку плановых деформаций в вершинах излучин, как основного русла, так и развивающегося протока (за исключением первой стадии его развития) при отсутствии разновременных съемок рекомендуется производить по эмпирическим формулам, связывающим деформации с определяющими факторами. Плановые деформации рек при незавершенном меандрировании обычно происходят относительно медленно, и поэтому этот вопрос имеет меньшую остроту, чем при свободном меандрировании.

В данной работе для установления зависимости средней из максимальных скоростей (средней интенсивности) деформаций от определяющих факторов использована сводка данных, содержащая характеристики по 15 гидростворам незавершенно меандрирующих рек. В итоге имеем зависимость (уравнение регрессии) следующего вида:

С.» = 7,45-2^■/ '°'10.

Здесь См - среднее из наибольших смещение бровки вогнутого берега (обычно в вершинах излучин) за многолетний период (м/год); - средний годовой расход воды (м3/с); 1 - уклон водной поверхности (%о).

Ранее В.И. Замышляевым теоретически получено соотношение между средней и максимальной скоростями размыва берега на излучине:

аЛ = 0,64.

Си я

Соотношение же этих скоростей по участкам незавершенно меандрирующих рек оказалось равным 0,36. При этом обращает внимание довольно значительная амплитуда изменения этого соотношения, что, по-видимому, определяется степенью выраженности рассматриваемых излучин.

В пятой главе рассматриваются «Антропогенные факторы русловых переформирований и экологической напряженности, предложения по созданию гидроморфологического мониторинга». Антропогенные факторы русловых переформирований и экологической напряженности могут не только

непосредственно изменить внешний облик реки, но существенно повлиять на любой из руслоформирующих факторов. Среди указанных факторов отмечаются: регулирование стока водохранилищами, разработка карьеров песчано-гравийной смеси, дноуглубительные и выправительные работы, механическое изменение пойменно-русловых комплексов, наличие сооружений на берегах рек (в том числе водозаборов и выпусков сточных вод), переходов через реки (в том числе трубопроводов, кабелей линии связи, опор ЛЭП, мостов), последствия использования основного русла и спрямляющих рукавов для водоснабжения, обеспечения запросов гидроэнергетики, судоходства, сплава леса, рыболовства.

При очень сильных нарушениях гидрологического режима могут изменяться не только общие осредненные характеристики, но и тип русловых процессов. Возможность изменения типа русловых процессов и типов пойм оценивается посредством фонового прогнозирования деформаций рек, которое до сих пор содержит элементы исследовательской работы.

Типизация речных пойм, увязанная с типами русловых процессов, дает возможность представить характер деформаций пойменного массива (т.е. содержит элементы прогноза) и позволяет произвести обоснованный выбор оптимальных мест расположения сооружений на берегах рек и в их поймах, и предусмотреть меры по их защите.

Незавершенное меандрирование легко подчиняется инженерному воздействию. Принимая меры, затрудняющие развитие вновь образующегося протока можно поддержать существование основного русла. Эти меры не представляют трудностей, если они принимаются на ранней стадии развития спрямляющего протока. Наоборот, замедлить процесс в основном русле можно путем искусственной разработки спрямления (Попов, 1969).

Государственный мониторинг водных объектов (ГМВО) включающий гидрологический (физический), гидрохимический и гидробиологический мониторинга в последние годы дополнен гидроморфологическим мониторингом.

Под мониторингом водных объектов (в том числе и рек) сначала понимали только мониторинг качества (мониторинг загрязнения) воды, что относится преимущественно к гидрохимическому и гидробиологическому мониторингу. Такой подход является односторонним, поскольку реку нельзя считать только потоком воды. Гидроморфологический мониторинг призван осуществлять наблюдения за рекой, ее долиной, поймой и руслом. Конечной целью его проведения является прогнозирование развития руслового процесса и предупреждение чрезвычайных ситуаций, при которых нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей. В данной работе использованы результаты разработки системы гидроморфологического мониторинга, проводившейся в ГГИ под руководством Б.Ф. Снищенко. Учитывались результаты исследований в области экологического русловедения, полученные специалистами географического факультета МГУ и кафедры гидрометрии РГ ГМУ. Включены так же предложения И.В. Денисовой (2006). Структура гидроморфологического мониторинга методически не

отличается от других мониторингов водных объектов (сбор и анализ информации, программа наблюдений, организация сети, производство наблюдений, банк данных, прогнозирование ситуации, использование результатов). Работы рекомендуется начинать с выделения эталонных участков рек, а также водохозяйственных систем и сооружений. При этом преследуются две основные цели:

- получить фактический материал о деформациях речных русел и пойм, необходимый для непосредственного использования его хозяйственными организациями;

- получить исходный материал необходимый для развития теории руслового процесса и основанных на ней методов расчета и прогноза русловых и пойменных деформаций.

В диссертации представлена примерная программа исследований русловых процессов, определяющих экологическое состояние рек. Согласно указанной программе полевые работы включают общие и детальные наблюдения. Общие наблюдения проводятся на морфологически однородных участках большой длины, включающих ряд излучин и спрямляющих их протоков. Они предназначены в основном, проследить плановые деформации русел с целью установления режима этих деформаций и их связей с колебаниями водности различных лет.

Кроме общих работ, производимых на меандрирующих реках, при незавершенном меандрировании необходимы дополнительные полевые работы, заключающиеся в наблюдениях за развитием спрямляющего протока. Требуется также производство систематических наблюдений за затопляемостью поймы на данном бесприточном участке и за деформациями на ее поверхности, чтобы иметь возможность оценить направление будущих спрямлений и скорость их развития. Предусматривается поэтапное построение мониторинга.

В заключении приведены основные выводы и результаты, полученные в ходе проделанной работы.

1. Ведущую роль в формировании незавершенного меандрирования и особенностей экологического состояния из природных факторов (как и других типов речных русел) играют гидрологический режим (особенно режим стока воды и наносов), и геолого-геоморфологическое строение долины.

Этому способствует чередование расширений и сужений пояса меандрирования, а часто и долины в целом (приобретающей четковидное строение). Руслоформирующие расходы воды, как правило, наблюдаются при затопленной пойме. При прохождении половодий (обычно сопровождающихся заторами льда) и паводков, происходят плановые деформации русел и изменение высотных отметок дна вследствие движения аллювиальных гряд.

Транспорт руслоформирующих (руслообразующих) наносов происходит в виде донных и частично взвешенных наносов. Последние оказывают большое влияние на русловые формы, через пойменные формирования, приводящие к размыву поверхности поймы сверху, и к образованию спрямляющих протоков.

Типы пойм крупногривисто-песчаная и проточно-островная с резкой разницей в крупности русловой и пойменной фации аллювия, способствуют появлению протоков, спрямляющих речные излучины и даже группы излучин. Поэтому излучины не достигают больших углов разворота, свойственных свободному меандрированию.

2. Наличие на критериальных графиках широкой зоны соответствующей рассматриваемым рекам подтверждает, что хотя удельная мощность потока и является определяющим фактором формирования незавершенного меандрирования, свои коррективы вносит разнообразие условий руслоформирования (вид и характер растительности, эоловые процессы, делювиальные выносы со склонов долины, болотообразовательный процесс, вечная мерзлота, заторо-зажорные явления, карст, термокарст и др.).

Одновременно соизмеримость на критериальных графиках зоны рек с незавершенным меандрированием с зонами многорукавных и свободномеандрирующих рек свидетельствует о правомерности выделения незавершенного меандрирования в качестве самостоятельного типа.

3. Анализ распространения незавершенного меандрирования на реках страны показывает, что этот вид меандрирования свойственен 8-9 % равнинных и полугорных рек с проявлением различных вторичных руслообразующих факторов. Общей отличительной закономерностью распространения незавершенного меандрирования является формирование его на средних и крупных (по водности) реках. На малых реках незавершенное меандрирование практически отсутствует.

4. При незавершенном меандрировании имеются особенности в развитии деформаций присущие только ему. Спрямляющий рукав имеет значительную протяженность и развивается по своему типу. Процесс руслоформирования обычно не заканчивается отмиранием старого русла. Новый рукав в процессе развития может оказаться перегруженным донными наносами, и большая часть стока опять переходит в прежнее русло (отпадение старой излучины, как при свободном меандрировании не происходит). Процесс растягивается как минимум на несколько десятков лет и даже приобретает цикличность характерную для многорукавного русла.

5. Результаты исследований русловых процессов являются основополагающими для установления морфологического облика и экологического состояния рек и направленности изменения этого состояния в случае нарушения динамического равновесия. Возможность изменения типа русловых процессов и типов пойм оценивается с помощью критериальных зависимостей, характеризующих условия перехода руслового процесса из одного типа в другой.

В работе подтверждается, что средние по сечению скорости течения, значения удельной мощности потока и касательной силы приведенной к единице длины реки при переходе русловых процессов из одного типа в другой можно считать постоянными.

Кривые обеспеченности одноименных характеристик, свойственные участкам с разным типом русловых процессов, построенные в относительном

виде (в виде модульных коэффициентов) близки друг другу. Это свидетельствует о близости одноименных равнообеспеченных характеристик в безразмерном виде при разных типах макроформ и о принадлежности их к одному структурному уровню (иначе говоря - о равноправии незавершенного меандрирования среди других типов в классификации ГТИ).

Анализ абсолютных кривых продолжительности суточных расходов воды показывает, что при прочих равных условиях, свободное меандрирование появляется при меньшей водности, чем незавершенное меандрирование и многорукавность. Последнее опять же подтверждает целесообразность раздельного рассмотрения незавершенного и свободного меандрирования.

6. Получена система новых (свойственных рекам с незавершенным меандрированием) зависимостей между характеристиками русла и потока, которые включают такие известные характеристики как модуль расхода (или расходная характеристика), модуль скорости (или скоростная характеристика), волновая скорость, число Фруда.

Получены зависимости характеризующие шаг излучин Л и ширину пояса меандрирования Д*.

Указанные зависимости могут быть полезны при составлении фоновых прогнозов русловых переформирований и экологического состояния рек в случае изменения их гидрологического и руслового режимов.

7. Наиболее существенное влияние хозяйственной деятельности на процессы руслоформирования и создание экологической напряженности связано с механическим изменением пойменно-русловых комплексов, с регулированием стока водохранилищами, разработкой карьеров песчано-гравийной смеси, дноуглубительными и выправительными работами, наличием сооружений на берегах рек, переходов через реки и др.

Для контроля экологического состояния рек необходимо проводить гидроморфологический мониторинг, включающий наблюдения за рекой, ее долиной, поймой и руслом. В диссертации представлена примерная программа исследований русловых процессов, определяющих экологическое состояние рек.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. Оценка условий формирований незавершенно меандрирующих рек // Известия Русского географического общества. - Сентябрь-октябрь. - 2010. -Т. 142. - Вып. 5. - С. 49-53 (0,5/0,4).

2. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. Русловые деформации как фактор геоэкологической напряженности на реках с незавершенным меандрированием // Ж. Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). - Т.15. - №5. - 2011 (январь). - С.69-73 (0,6/0,5).

3. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. О создании гидроморфологического мониторинга за русловыми процессами и геоэкологическим состоянием рек // Ж. Вестник Международной

академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). - Т.15. - №5. - 2011 (январь). - С.99-102 (0,5/0,4).

4. Здоровенко C.JL, Антроповский В.И. Незавершенное меандрирование -тип русловых процессов // Геология, геоэкология, эволюционная география: Коллективная монография - СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2008, с. 200-202 (0,3/0,2).

5. Здоровенко C.JL, Антроповский В.И. О деформациях речных русел при незавершенном меандрировании // Геология в школе и вузе. Геология и цивилизация. Материалы конференции. Том 1 / Под ред. Е.М. Нестерова,- СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. 2009. - С. 256-262 (0,4/0,3).

6. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. Зависимости между характеристиками русла и потока рек с незавершенным меандрированием // 24 пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Доклады и сообщения. - Барнаул, 2009. - С. 49-51 (0,2/0,1).

7. Здоровенко С.Л. О географической распространенности русел рек с незавершенным меандрированием // География: проблемы науки и образования. LXIII Герценовские чтения. Материалы ежегодной Международной научно-практической конференции (22-24 апреля 2010 г., Санкт-Петербург) / Отв. ред. В.П. Соломин, Д.А. Субетго, Н.В. Ловелиус. - СПб.: «Полиграф - Ресурс», 2010. - С. 252-255 (0,3).

8. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. Критериальные характеристики рек с незавершенным меандрированием // Вестник факультета географии. Выпуск 8. Сборник научных трудов - СПб. Эпиграф, 2010. -С. 69-74 (0,3/0,2).

9. Здоровенко С.Л., Антроповский В.И. О критериях незавершенно меандрирующих рек // Двадцать пятое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Доклады и краткие сообщения. - Астрахань: Астраханский государственный университет. 2010. - С. 76-77 (0,2/0,1).

Подписано в печать 17.05.2011. Формат 60/84V]6-Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,2.

Тираж 100 экз. Заказ № 047. Отпечатано в тнпографш! ООО «Копи-Р групп». Санкт-Петербург, пер. Гривцова, 1/64.

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Здоровенко, Светлана Леонидовна

Введение.

Глава 1. Незавершенное меандрирование и его место в типизации русловых процессов ГГИ.

1.1 .Опозновательные признаки, схемы деформаций, измерители руслового процесса и определение их количественных значений.

1.2. Распространение незавершенно меандрирующих рек по территории страны.

Глава 2. Гидроморфологический анализ условий формирования и экологического состояния рек с незавершенным меандрированием. 32 - 2.1. Особенности строения долин.

2.2. Руслоформирующие расходы воды.

2.3.Сток наносов.

2.4.Роль разнообразия природных условий.

Глава 3. Критерии образования и гидролого-морфологические зависимости свойственные рекам с незавершенным меандрированием.

3.1. Критериальные характеристики незавершенно меандрирующих рек.

3.1.1. Оценка условий формирования незавершенно меандрирующих рек с помощью кривых обеспеченности их характеристик.

3.2. Зависимости между характеристиками потока и русел рек при незавершенном меандрировании.

3.3. Зависимости шага излучины Я и ширины пояса меандрирования Вм от определяющих факторов.

Глава 4. Оценка развития спрямляющего протока и плановых деформаций основного русла при незавершенном меандрировании.

4.1. Условия возникновения спрямляющего протока.

4.2. Развитие спрямляющего протока.

4.3. Определение интенсивности деформаций основного русла.

Глава 5. Антропогенные факторы русловых переформирований и экологической напряженности на реках. Предложения по созданию гидроморфологического мониторинга.

5.1. Антропогенные факторы русловых переформирований и экологической напряженности.

5.2. Предложения по созданию гидроморфологического мониторинга за русловыми процессами и экологическим состоянием рек.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование рек с незавершенным меандрированием"

Актуальность исследования.

Диссертационное исследование находится в* русле нескольких направлений геоэкологии, связанных с геодинамикой и ееч влиянием на состав, состояние и- эволюцию окружающей среды; оценкой1 состояния, изменений и управления современными ландшафтами; динамикой, механизмами, факторами и закономерностями развития опасных природных процессов и другими.

Установление количественных связей между русловыми, пойменными процессами и определяющими факторами можно уже считать конечной целью теории? русловых процессов. Однако, вследствие многообразия руслообразующих факторов и проявлений русловых процессов достижение этой цели, пока еще, является довольно сложным. Временным выходом из этого положения является существенная схематизация процесса и упрощение его связей с определяющими факторами. Важным шагом к схематизации процесса является его типизация (классификация). Одна из наиболее полных классификаций, разработанная Н.Е. Кондратьевым и И.В. Поповым в ГГИ основана на анализе лоцманских и топографических карт и аэрофотоснимков, подбираемых так, чтобы по одной и той же реке имелись карты разных лет съемки. Это дает возможность, совмещая эти съемки, судить о подлинных деформациях и получить представление о полных циклах развития излучин и смещения всего пояса меандрирования.

Анализ картографических и аэрофотосъемочных материалов, проведенный для типизации- русловых процессов показал, что все его разнообразие может быть сведено к семи основным типам. Типизация^ объединена принципом1 однонаправленного изменения транспортирующей способности реки, которое является результатом проявления в каждом новом типе качественно новых форм транспорта наносов: Разным типам русловых, процессов свойственны свои особенности происхождения, состава включаемых ими качественно однородных элементов и свойственных им-измерителей:

Реки, с: незавершенным меандрированием занимают центральное место» в указанной- классификации, располагаясь, между, м но гор у к ав н ыми • и свободномеандрирующими;рекамиш обладают промежуточными значениями удельной мощности-; потока и средней - скорости течения воды. Незавершенное меандрирование; проявляется^ в условиях5 хорошо затопляемых пойм и мелкозернистых хорошо размываемых грунтах: Процесс изначально развивающегося свободного» меандрирования; оказывается прерванным в результате образования спрямляющих излучины протоков. Спрямляющие протоки развиваются постепенно путем размыва поймы сверху. При свободном же меандрировании излучины; развиваясь, достигают овальных, а иногда сильно вытянутых пальцеобразных форм и затем перешеек между сблизившимися участками русла прорывается в результате подмыва берегов. В итоге свободно меандрирующие реки имеют однорукавные русла с неравномерно; развитыми асимметричными, в плане излучинами, расположенными в широких поймах со; старицами. Участки же рек: с незавершенным меандрированием представляют собой двухрукавные русла с умеренно- развитыми излучинами, имеющими: (довольно большой протяженности) спрямляющие протоки. Бывает даже затруднительно определить какой из двух рукавов является главным, а. какой второстепенным. На этом основании реку уже можно относить к многорукавным.

Все задачи использования рек и; строительства на реках решаются; в настоящее время, различно для рек различных типов. Каждому типу свойственны, своя схема кинематики потока, характер движения: наносов и развитие деформаций, что имеет прогностическое значение. Типизация речных русел именно тем и важна, что она содержит элемент прогноза. Даже одно умение определить; тип. руслового^ процесса на интересующем участке реки: и качественное знание направления его развития помогает избегать многих ошибок при использовании рек. Действительно зная начальные, промежуточные и конечные стадии развития процесса, сравнивая их с наблюдающейся на данный момент стадией развития, можно предвидеть конечный и промежуточные результаты развития процесса.

Благодаря работам, в основном сотрудников отдела русловых процессов ГГИ и географического факультета МГУ уже установлен целый ряд морфометрических и гидроморфологических связей и закономерностей свойственных меандрирующим рекам, которые применяются при использовании рек и проектировании на них гидротехнических сооружений, крупных водохозяйственных мероприятий. При гидролого-морфологическом (географическом) подходе исследований русловых процессов понятие транспортирующей способности заменяется более широким понятием динамического равновесия, под которым понимается такое состояние русла, при котором все деформации его соответствуют заданному расходу наносов. Реки в их естественном виде практически на всей своей длине находятся в состоянии динамического равновесия [38, 81]. При рассмотрении незавершенного и свободного меандрирования следует иметь в виду, что состояние динамического равновесия при этих типах русловых процессов имеет место как итог полного цикла деформаций речного русла'. Внутри этих циклов оно может нарушаться при прорывах петель русла, при-образовании спрямляющих протоков, при перераспределении стока в.рукавах русла.

Известно, что при значительных изменениях гидрологического режима (как под воздействием естественных, так и антропогенных факторов) динамическое состояние рек нарушается. В результате возникающих^ однонаправленных необратимых деформаций могут изменяться не только общие осредненные их характеристики, но даже и тип русловых процессов.

Установление новых и уточнение уже имеющихся эмпирических зависимостей и закономерностей свойственных рекам с незавершенным меандрированием позволит усовершенствовать методы оценки водного и руслового режима (в основном русле и спрямляющих протоках), характера и интенсивности деформаций, параметров русел определяющих их пропускную способность. Полученные результаты несомненно найдут применение при проектировании крупных водохозяйственных мероприятий и гидротехнических сооружений и будут способствовать определению 1 оптимального соотношения между водохозяйственным использованием,рек и, сохранением окружающей природной среды.

В силу изложенного тема диссертации является актуальной. Объектом исследования являются незавершенно меандрирующие реки, протекающие в различных природных условиях (в различных гидрологических зонах с проявлением различных азональных факторов: вечная мерзлота и наледи, карст и термокарст, растительный и лесной покров, болота и мелиоративные мероприятия и т.д.).

Цель работы заключается в .выяснении особенностей форм проявления русловых процессов (излучин и спрямляющих рукавов) приводящих к экологической напряженности на реках с незавершенным меандрированием начиная^ с условий их возникновения и развития, состава включаемых качественно однородных элементов и их количественных измерителей:

В данной работе, в соответствии с поставленной целью, потребовалось решить следующие задачи:

- уточнить, выявить и получить, новые морфометрические и гидроморфологические зависимости, свойственные рекам с незавершенным меандрированием и пригодные для: составления* фоновых прогнозов русловых переформирований и вызываемой ими опасности- для жизни и хозяйственной деятельности людей и связанные с ним экологические риски;

- развить программу гидроморфологического мониторинга русловых процессов и экологического состояния меандрирующих рек.

Методика исследования и исходные материалы.

Для- решения поставленных задач использован гидролого-морфологический'(географический) подход, позволяющий наряду с законами* гидравлики учитывать и закономерности природной среды, в которой > эти законы действуют. В основе гидролого-морфологического* подхода разработанного в ГХИ [79-81], находятся представления о дискретности и структурности русловых процессов, их типизация. Нашли применение сравнительный географический метод, метод аналогии, морфометрические и гидроморфологические зависимости, методы теории вероятности и математической статистики, множественной корреляции.

Сравнительно-географический метод, применяющийся уже достаточно давно позволяет делать выводы, о развитии речных форм рельефа« на основании сопоставления аналогичных объектов, находящихся в момент наблюдения на разных стадиях развития.

Благодаря представлениям о дискретности и структурности русловых форм, значительно возрастают возможности использования, морфометрических и гидроморфологических зависимостей и метода аналогии.

При использовании зависимостей для каждого типа русловых процессов в отдельности; точность определения характеристик повышается.

На основе типизации получены критериальные зависимости, необходимые для прогноза типа русловых процессов в проектных условиях.

Выбор- аналогов производится, прежде всего, по- типу руслового! процесса. И лишь после этого обращается внимание на значения каждого из. основных руслоформирующих факторов в отдельности. При- близких значениях указанных факторов допускается непосредственное перенесение характеристик с реки-аналога на рассматриваемый участок. При большом же различии переход от характеристик участка реки-аналога к характеристикам рассматриваемого участка осуществляется» с помощью' зависимостей, свойственных данному типу руслового процесса.

Применение метода множественной корреляции дает возможность оценить степень влияния каждого из основных определяющих факторов на тип речных излучин и их размеры.

Русловой процесс характеризуется многофакторностью. Оценка влияния каждого отдельного фактора практически оказывается невозможной, поскольку она осложняется случайными явлениями. Поэтому к русловому процессу вполне применимы вероятностные методы, позволяющие оценить степень риска, принимаемых проектных решений при учете русловых деформаций. Гарантирующим успех, при данном подходе исследований, является типизация, русел. Она объединяет качественно однородные элементы и вносит упорядочение-в применение статистики при обработке натурных материалов. Учет географической обстановки и режимных факторов при получении эмпирических зависимостей позволяет- с их помощью составлять долгосрочные прогнозы переформирования русел рек, что является сравнительно новым как в отечественной, так и в* зарубежной практике инженерных русловых расчетов.

Гидролого-морфологические и вероятностные методы обычно не требуют знания составляющих Баланса наносов, расхода наносов и выяснения! механизма переформирований. Их использование базируется на? результатах обработки натурных данных по рекам в естественных грунтах и позволяет получить конечный результат, минуя рассмотрение промежуточных этапов переформирования русел.

Исходными материалами для работы явились литературные источники, гидрографические описания, лоцманские- и топографические карты, материалы аэрофотосъемки, «Ресурсы поверхностных вод СССР», гидрологические ежегодники. Камеральное изучение и сопоставление (совмещение) топографических и лоцманских карт, съемок русел через определенные промежутки времени позволило получить данные о морфологическом строении русел, их динамике, условиях переформирования.

Распространение рек с незавершенным меандрированием на территории России рассматривалось на основании карт «Типы речных русл» по разным районам страны, составленным С.И. Пиньковским, а позднее и другими- сотрудниками отдела русловых процессов ГГИ, а также карт «Русловые процессы на реках СССР» сотрудников географического факультета МГУ.

Научная новизна исследования состоит в том, что: уточнены географические и геоэкологические особенности возникновения и распространения незавершенно меандрирующих рек на территории бывшего СССР. Показано, что незавершенно меандрирующие реки (при средних максимальных и годовых расходах воды) обладают промежуточными значениями средней скорости1 потока:, удельной мощности1 и удельной работы, совершаемой водным потоком, касательной силы приведенной к единице длины реки, транспортирующей способности, морфометрических и гидрологических характеристик, а также величинами плановых деформаций;

- подтверждено, что вторичные определяющие, факторы, имеющие второстепенное значение и не ощутимые в одних природных зонах и районах могут приобретать значение в других. Вследствие этого русла рек могут иметь весьма различное строение, схемы и интенсивность развития, степень опасности проявления русловых процессов. Влиянием указанных вторичных факторов определяется наличие разновидностей пойм при конкретном типе русловых процессов. При незавершенном меандрировании рельефом поверхности пойм преимущественно определяются направление и местоположение будущих спрямляющих протоков;

Теоретическая значимость.

Важность исследования типов речных русел (русловых процессов) в условиях, когда в основе гидроморфологической теории русловых процессов находится их типизация, бесспорна. Макроформы речного русла (определяющие тип русловых процессов) представляют собой комплексы морфологических образований включающие и элементы поймы. Это такие речные образования; в которых отражается полностью весь русловой процесс, охватывающий и русло и пойму, и которые являются внешним проявлением всего твердого стока. Примером таких макроформ могут служить речные излучины (в данном случае излучины со спрямляющими протоками - «прорванные излучины» по терминологии специалистов МГУ). Макроформы определяют внешний вид речного русла и их изучение представляет наибольший практический интерес. Цепочка однотипных макроформ образует морфологически однородный участок. Морфологически однородные участки находятся на высшем- структурном уровне руслового процесса.

Для объяснения особенностей строениям макроформ, их размеров и деформаций приходится привлекать данные о водном- режиме реки, стоке наносов и о так называемых ограничиваемых факторах (особенностях геологического строения речных долин, препятствующих развитию плановых и высотных деформаций русла или-искусственных мероприятий вызывающих подобный эффект).

Незавершенное меандрирование занимает центральное место в типизации русловых процессов ГГИ и поэтому привлекает особенно пристальное внимание с точки зрения условий образования, морфологии и характера деформаций.

Выявление особенностей русловых процессов незавершенно меандрирующих рек (в т.ч. особенностей морфологии долин, стока воды и наносов, типов пойм, распределения по территории морфологически однородных участков рек, величин деформаций, характеристик русел и потока) расширяет существующие представления об определяющих факторах и закономерностях формирования рек с указанным типом.

Выявление факторов экологической напряженности (природные факторы: размыв берегов, движение форм руслового рельефа; антропогенные факторы: вырубка лесов, разработка русловых карьеров, дноуглубление, мостовые переходы и переходы трубопроводов) и их количественная;оценка на реках с незавершенным меандрированием расширяют существующие представления о зависимости экологического состояния рассматриваемых рек от влияния природных и антропогенных факторов. Это в свою очередь является вкладом в развитие экологического русловедения и экологической геоморфологии.

Практическая значимость.

Полученные результаты могут использоваться при планировании хозяйственной деятельности и осуществлении природоохранных мероприятий. Они необходимы для составления прогнозов русловых переформирований рею на ближайшие десятилетия и разработки рекомендаций и схем мероприятий по снижению негативных; последствий влияния наиболее мощных видов хозяйственной деятельности, (добыча песчано-гравийной смеси, строительство дамб-обвалования, водозаборов и выпусков сточных вод, подводных переходовтрубопроводов, кабелей линии: связи; опор? мостовых переходов, ЛЭП, производство дноуглубительных и выправительных работ). Они могут найти применение при? выборе: мест возведения и защиты инженерных сооружений в: руслах и на. берегах; рек; а также при обосновании наиболее эффективных мер для улучшения условий судоходства на реках с незавершенным меандрированием.

Материалы исследования могут также использоваться в учебном процессе при подготовке специалистов в области эрозионных и русловых процессов, экологии эрозионно-русловых систем; флювиальной и е • экологической геоморфологии, водного хозяйствами мелиорации:

Достоверность результатов;

Достоверность научных положений и выводов! обеспечивается использованием и анализом обширного картографического материала и данных наблюдений- на сети Госкомгидромета; а также наличием' апробированных закономерностей русловых процессов и, накопленным; к: данному времени: опытом анализа русловых переформирований: В? ряде случаев достоверность, подтверждается и увязкой результатов,; с данными, полученными другими^ исследователями:

При разработке научных положений; учитывались основные аксиомы и закономерности ряда наук: геоэкологии, гидрологйи; флювиальной геоморфологии, русловедения.

Апробация исследования.

Результаты ^работы докладывались и обсуждались Hat VIII Международном семинаре «Геология^ геоэкология и эволюционная, география» в 2008 г., на VI международной конференции «Геология в школе и вузе: Геология и- цивилизация» в 2009. г., на. Международной; научно-практической конференции «География: проблемы науки и образования:

ЬХШ Герценовские чтения» в апреле 2010 г, на XV пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (АГУ, Астрахань, 2010)

По диссертации опубликовано 9 работ.

Основные положения'выносимые на защиту:

- особенности основных руслообразующих факторов (стока воды, наносов и ограничивающие- их условия) играющих ключевую роль в появление и развитие незавершенного меандрирования с присущими ему факторами экологической напряженности;

- оценка условий формирования незавершенно меандрирующих рек и вероятности их перехода в смежные типы русловых процессов с иными свойствами экологической напряженности при ином сочетании руслообразующих факторов; эмпирические формулы (зависимости) между характеристиками потока и русел, а также шага излучин, ширины пояса меандрирования и интенсивности.плановых деформаций основного русла от определяющих факторов, позволяющие рассчитать конкретные значения указанных характеристик в меняющихся условиях;

- антропогенные факторы, оказывающие наибольшее влияние на характер русловых переформирований и создание экологической напряженности на реках (механические изменения пойменно-русловых комплексов; выправительные и дноуглубительные работы в пределах основного русла и спрямляющих проток; разработка карьеров* песчаногравийной смеси; инженерные сооружения на берегах рек; переходы через реки; водозаборы и выпуски сточных вод; последствия использования основного русла и спрямляющих проток для судоходства, сплава леса, рыболовства и.т.д.).

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Здоровенко, Светлана Леонидовна

Заключение

1. Рассмотрение особенностей основных руслообразующих факторов (стока воды, наносов и ограничивающих условий), определяющих внешний облик и характерные черты незавершенно меандрирующих рек, а такжег анализ основных структурных элементов и динамики макроформ;(излучин со спрямляющими протоками или рукавами) свидетельствует о правомерности выделения незавершенного меандрирования в качестве самостоятельного типа русловых процессов.

2. Анализ распространения незавершенного меандрирования на реках страны показывает, что этот вид меандрирования свойственен 8-9 % равнинных и полугорных рек с проявлением различных вторичных руслообразующих факторов. Общей отличительной закономерностью распространения незавершенного меандрирования является формирование его на средних и крупных (по водности) реках. На малых реках незавершенное меандрирование практически отсутствует.

3. Ведущую роль в формировании незавершенного меандрирования и особенностей экологического состояния из природных факторов (как и других типов речных русел) играют гидрологический режим (особенно режим стока воды и наносов), и геолого-геоморфологическое строение долины.

При рассмотрении рек с незавершенным меандрированием на топокартах и аэрофотоснимках обычно обнаруживается чередование расширений и сужений пояса меандрирования, а часто и долины в целом (приобретающей четковидное строение). Руслоформирующие расходы воды (установленные с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока), как правило наблюдаются при затопленной пойме. Гидрологический режим, преимущественно, характеризуется прохождением половодий редкой обеспеченности, сопровождающихся заторами льда, а также уменьшением водности в связи с пересыханием и перемерзанием малых притоков в периоды летней и зимней межени. При прохождении половодий и паводков, как известно, происходят плановые деформации русел и изменение высотных отметок дна вследствие движения- аллювиальных гряд. Особое значение приобретает пойменный процесс, в частности размывы поверхности поймы сверху, приводящие к образованию спрямляющих протоков. Типы пойм кр у п I ю гр и в и сто п е с ч анаяи проточно-островная, преимущественно, свойственные рекам с незавершенным меандрированием способствуют этому [79-81]. Промыв перешейка излучины при незавершенном меандрировании происходит до достижения ею петлеобразного очертания, путем образования на пойме постепенно разрабатывающегося спрямляющего протока (рукава, воложки). Поэтому при незавершенном меандрировании излучины не достигают больших углов разворота, свойственных свободному меандрированию.

4. Транспорт руслоформирующих (руслообразующих) наносов на рассматриваемых реках происходит в виде донных и частично взвешенных наносов. Взвешенные наносы в небольшом количестве всегда встречаются в донных отложениях, т.е. они непосредственно участвуют в образовании русловых форм. Но еще большее влияние они оказывают на русловые формы косвенно, через пойменные формирования. В основе принципа деления наносов на донные и взвешенные лежит поведение их в водотоке, а не свойства частиц [79-81]. Следовательно они могут переходить друг в друга. Два вида наносов — два вида форм (русловые и пойменные). Наличие непосредственной связи между движением наносов и речными формами в случае изменения первых предопределяет изменение русловых и пойменных форм.

Чередование по длине долины ее расширений и сужений оказывает существенное влияние на неравномерность распределения расхода наносов по длине реки. Через сужение долины идет интенсивный, сосредоточенный расход наносов. В расширении долины, где поток теряет скорость течения, появляются условия для аккумуляции наносов. Расход наносов в сужении или расширении как бы пульсирует — наносы порциями проталкиваются вниз по течению реки. Подобные явления были обнаружены, например, на р. Амударье O.A. Твалавадзе.

На организацию транспорта наносов существенное влияние оказывает и порядок напластования размываемых потоком грунтов. Так, резкая разница* в крупности русловой и пойменной фации аллювия, слагающего пойму, способствует частому появлению на пойме протоков, спрямляющих речные излучины и даже группы излучин, что свойственно1 незавершенному меандрированию.

При раздвоении реки происходит и перераспределение расхода донных наносов, и вновь возникший рукав меньшего размера может оказаться перегруженным донными наносами.

Расходы донных и взвешенных наносов в составе руслообразующих при незавершенном меандрировании являются величинами одного порядка. Их соотношение зависит от фазы водного режима и направленности развития спрямляющего рукава или участка основного русла.

5. Наличие на критериальных графиках широкой зоны соответствующей рассматриваемым рекам подтверждает, что хотя удельная мощность потока и является определяющим фактором формирования незавершенного меандрирования, свои коррективы вносит разнообразие условий руслоформирования (вид и характер растительности, эоловые процессы, делювиальные выносы со склонов долины, болотообразовательный процесс, вечная мерзлота, заторо-зажорные явления, карст, термокарст и др.).

Одновременно соизмеримость на критериальных графиках зоны рек с незавершенным меандрированием с зонами многорукавных и свободномеандрирующих рек также свидетельствует о правомерности выделения незавершенного меандрирования в качестве самостоятельного типа.

6. При незавершенном меандрировании возникают особенности в развитии деформаций присущие только ему и требующие особого рассмотрения: Спрямляющий рукав имеет значительную протяженность и: развивается по своему типу. Сначала в нем могут появиться побочни, затем — возникают излучины. И процесс; руслоформирования обычно; не. заканчивается отмиранием «старого русла и развитием спрямляющего рукава (кстати, при свободном; меаидрировании, в силу малой» протяженности спрямления; лучше, говорить о спрямляющей протоке, а не рукаве). Новый: рукав в процессе развития- в определенный момент времени,, как бы по инерции, становится, еще более длинным и; большая часть стока опять переходит в прежнее русло (отпадение старой излучины, как при? свободном меандрировании не происходит); Процесс растягивается как минимум на несколько десятков лет и даже приобретает цикличность характерную для многорукавного русла. И это также дает право считать незавершенное меандрирование самостоятельным типом русловых процессов.

7. Результаты исследований русловых процессов являются основополагающими для установления морфологического облика и экологического состояния рек и направленности изменения этого состояниям случае нарушения динамического равновесия. При гидролого-морфологическом подходе исследований оценка условий формирования незавершенно меандрирующих рек и возможность изменения типа русловых процессов > и типов пойм оценивается с помощью критериальных зависимостей, характеризующих условия перехода руслового процесса, из одного типа в другой (см. например табл. 7). Получаемые критериальные графики типов, русловых процессов по своей сущности близки к известным в физике диаграммам фазовых превращений (кривым фазовых переходов) веществ- в природе. Примером может служить диаграмма фазовых превращений воды (в виде жидкости, пара и льда), где определяющими факторами являются давление и температура.

В работе подтверждается, что средние по сечению скорости течения; значения удельной мощности потока и касательной силы приведенной к единице длины реки, при: переходе русловых процессов из одного типа в другой можно считать постоянными (см. раздел 3.1). Из рассмотрения полученных критериальных зависимостей и характеристик следует целый ряд интересных выводов об условиях существования рек с разным типом русловых процессов, которые имеют теоретическое и практическое значение.

Для определения условий существования рек с незавершенным меандрированием и для получения их количественных показателей выполнена статистическая обработка' основных характеристик потока и русел. Результаты ее показывают, что кривые обеспеченности одноименных характеристик, свойственные участкам с разным типом русловых процессов, построенные в относительном виде (в виде модульных коэффициентов) близки друг другу. Это свидетельствует о близости одноименных равнообеспеченных характеристик в безразмерном виде при разных типах макроформ и о принадлежности их к одноименному структурному уровню (иначе говоря - о равноправии незавершенного меандрирования среди других типов в классификации ГГИ).

В то же время ряды указанных характеристик в абсолютном виде различаются по среднему значению («норме») и дисперсии, т.е. имеет место проявление так называемого «масштабного эффекта». Незавершенно меандрирующие реки обладают промежуточными значениями характеристик (и их «нормы») по сравнению с характеристиками рек со смежными типами речных русел.

Для установления влияния водного режима на выработку общих форм речного русла выполнен анализ абсолютных кривых продолжительности суточных расходов воды (см. раздел 3.1.1), которые хотя и являются кривыми обеспеченности фазоворазнородных расходов, но все же легче поддаются обобщению. Важно, что они позволяют определять продолжительности прохождения расходов определенной величины (и наоборот - расходы различной заданной продолжительности стекания), посредством интерполяции между известными пределами. Выяснилось, что при прочих равных условиях, свободное меандрирование появляется при меньшей водности, чем незавершенное меандрирование и многорукавность. Последнее опять же подтверждает целесообразность раздельного рассмотрения незавершенного и свободного меандрирования.

8. Большое внимание в процессе исследований по теме диссертации уделялось получению зависимостей между характеристиками .русла и потока рек. с незавершенным меандрированием, а также зависимостей характеризующих плановую форму русла (в частности, характеризующих шаг излучин Л и ширину пояса меандрирования £«). К сожалению имеющиеся многочисленные зависимости такого рода (за исключением зависимостей сотрудников ОРП ГГИ и географического факультета МГУ), как правило не учитывают тип (вид) излучин.

При построении первых (зависимостей между характеристиками потока и русла) в данной' работе использована сводка данных, включающая морфометрические и гидрологические характеристики по 41 гидроствору незавершенно меандрирующих рек (см.табл. в разделе 3.2). Значения всех характеристик соответствуют средним из максимальных годовых расходов воды, близких к руслонаполняющим. В результате выполненной работы получена целая система новых (свойственных рекам с незавершенным меандрированием) зависимостей (табл. в разделе 3.2). Они включают такие известные в русловой морфометрии и речной гидравлике характеристики как модуль расхода (или расходная характеристика) модуль скорости

3 <9 (или скоростная характеристика) = волновая скорость --, число

Э2

Фруда .

ШПср

Для получения зависимостей характеризующих шаг излучин Я и ширину пояса меандрирования использована сводка данных, содержащая характеристики по 78 гидростворам незавершенно меандрирующих рек (см. табл в разделе З.З.). В итоге получены следующие зависимости:

Я = 14,4 • Я0,89;

Я — 36,8 • Оср г 0,66;

Вм — 53,8 • Qcp г 0,6~.

Использование средних годовых расходов воды в данном случае объясняется тем, что именно при них указанные связи (зависимости) являются более тесными.

Полученные эмпирические формулы могут применяться при 1 ориентировочных расчетах средних многолетних характеристик незавершенно меандрирующих рек на сроки измеряемые десятилетиями, т.е. на периоды в течение которых правомерно ожидать различных по водности и стоку наносов лет. Они способствуют развитию гидролого-морфологической теории русловых процессов и могут быть полезны при составлении фоновых прогнозов русловых переформирований и экологического состояния рек в случае изменения их гидрологического и руслового режимов. Поскольку русловые процессы до сих пор изучены недостаточно -фоновое прогнозирование неизбежно содержит элементы исследовательской работы.

9. На реках с незавершенным меандрированием из отрицательно сказывающихся на экологическом состоянии проявлений форм руслового рельефа распространены размывы берегов и движение аллювиальных гряд. Средняя скорость плановых деформаций пойменных берегов меандрирующих рек может составлять несколько метров в год, а максимальная (в вершинах излучин) 10-15 м/год.

Колебания отметок дна в поперечных створах рассматриваемых рек вследствие развития излучин и смещения форм руслового рельефа могут достигать несколько метров, а в отдельных случаях на больших реках (Волга, Амур) до 15-20 м.

При незавершенном меандрировании возникает необходимость определения деформаций спрямляющего рукава и основного русла, а также установления пропускной* способности двух параллельно действующих рукавов с целью определения стадии их развития и выявления главного.

При динамическом равновесии, в котором^ находятся обычно естественные реки, деформации, являются обратимыми» и могут определяться по ранее наблюдавшимся» тенденциями, в условиях- сложившегося; многолетнего)режима жидкого и твердого стока (посредством сопоставления и совмещения плановых съемок и профилей, рек). В случае нарушения г динамического равновесия требуется прогнозирование, переформирований русел рек с помощью гидролого-морфологических и гидравлических расчетных методов или моделирования.~

Возникновение и развитие нового протока, и отмирание существующего русла при незавершенном меандрировании носит черты, свойственные необратимым русловым деформациям, т.е. процессам представляющим наибольшую трудность для их расчета и прогноза. Приемы оценки, этих деформаций, предложенные Н.Е. Кондратьевым, являются на сегодняшний день наиболее достоверными, хотя и. носят приближенный характер. Оценку плановых деформаций в вершинах излучин, как основного русла, так и развивающегося протока (за исключением первой стадии его развития) предлагается производить по эмпирическим^ формулам, связывающим деформации« с определяющими факторами. Плановые деформации русел рек- при незавершенном меандрировании обычно происходят относительно медленно и поэтому этот вопрос имеет меньшую остроту, чем при свободном' меандрировании.

При отсутствии разновременных съемок для определения указанных деформаций можно использовать также гидроморфологические зависимости связывающих величины деформаций с определяющими факторами.

В данной работе для приближенного определения средних из максимальных скоростей (интенсивности) деформаций предлагается использовать зависимость (уравнение регрессии) следующего вида: Сл, = 7,45-£0'060 -Г°Д0 .

Здесь См - среднее из наибольших смещение бровки вогнутого берега (обычно в вершинах излучин) за многолетний период (м/год); Q- средний-годовой расход воды (м3/с); I - уклон водной поверхности (%о).

Обеспеченность ошибок 5С в интервале ±30% при вычислении интенсивности деформаций См равна 50%, а в интервале ±60% соответственно 84%.

Соотношение между средней и максимальной скоростями размьгеа берега на излучинах незавершенно меандрирующих рек оказалось равным:

10. Антропогенные факторы русловых переформирований и экологической напряженности могут не только непосредственно изменить внешний облик реки, но и существенно повлиять на любой из руслоформирующих факторов. Наиболее существенное влияние хозяйственной деятельности на процессы руслоформирования и, создание экологической напряженности связано с механическим изменением пойменно-русловых комплексов, с регулированием, стока водохранилищами, разработкой карьеров песчано-гравийной смеси, дноуглубительными и выправительными работами, наличием сооружений на берегах рек, переходов через реки и др.

На реках, подвергающихся* наиболее интенсивным преобразованиям под влиянием хозяйственной деятельности, приходится учитывать возможные изменения типа русловых процессов и типов пойм, и как следствие: характеристик пропускной способности русел, отметок дна и водной поверхности. Последние, в свою очередь, в значительной мере определяют уровень грунтовых вод, процессы затопления и опорожнения пойменных массивов в половодье и паводки, характер отложения наносов на пойме и, следовательно, характер почвообразовательных процессов и распространения растительных сообществ и околоводных экосистем:

Типизация речных пойм, увязанная с типами русловых процессов и учитывающая морфологические и гидрологические свойства пойм, имеет прямой практический выход. Выделение типа поймы, возможное по общераспространенным, часто уже имеющимся*. материалам дает возможность представить .характер деформаций .пойменного массива в плане и на его поверхности, особенности процессов затопления^ и опорожнения пойм и развития пойменных течений, т.е. содержит элементы прогноза. Это дает возможность обоснованного выбора оптимальных мест расположения сооружений на берегах рек и в поймах, суждения о наиболее выгодных в данных условиях сооружениях и мерах их защиты.

Незавершенное меандрирование легко подчиняется инженерному воздействию. Принимая меры, затрудняющие развитие вновь образующегося протока можно поддержать существование основного русла. Эти меры не представляют трудностей, если они принимаются на ранней стадии развития спрямляющего протока. Наоборот замедлить процесс в основном русле можно путем искусственной разработки спрямления.

11. Для контроля экологического состояния незавершенно меандрирующих рек (впрочем как и рек с другими типами русел) необходимо проводить гидроморфологический мониторинг, включающий наблюдения за рекой, ее долиной, поймой и руслом. Для наблюдения и управления экологическим состоянием рек и русловыми процессами наиболее пригодна система гидроморфологического мониторинга, разработка которой начата в ГГИ под руководством Б.Ф. Снищенко.

В диссертации представлена примерная программа исследований русловых процессов, определяющих экологическое состояние рек. При ее составлении использованы результаты сетевых русловых исследований проводившихся в доперестроечный., период. Согласно этой программе полевые работы включают общие и детальные наблюдения. Общие наблюдения проводятся на морфологически однородных участках большой длины, включающих в данном случае ряд излучин и спрямляющих их протоков. Они предназначены в основном, проследить плановые деформации русел с целью установления режима этих деформаций и их связей с колебаниями водности различных лет.

Общие наблюдения достаточно* проводить раз в год (в межень) с фиксацией изменения русел и пойм рек за предшествующее половодье. Детальные наблюдения рекомендуется выполнять несколько раз в год, сериями по 2-3 недели каждая. Они проводятся в начале половодья, на подъеме, пике, спаде и в межень. Русловые наблюдения производятся обычными гидрометрическими и топографическими методами, принятыми на действующей сети гидрологических станций. Для организации и проведения сетевых русловых наблюдений требуется выделение инженера, ответственного за эту работу и создание под его руководством? группы, в составе 1-2 инженеров, 2-3 техников и 3-4 гидрометнаблюдателей. Группы должны располагать самоходными плавсредствами и эхолотами, а также фототеодолитами, современными нивелирами, донными щупами.

Аэрофотосъемочные и аэрогидрометрические работы рекомендуется организовывать на договорных началах с летно-съемочными отрядами ГВФ с участием специалистов гидрометслужбы (для производства аэрогидрометрических работ). Для методического руководства сетевыми русловыми исследованиями в ОРП ГГИ должна быть воссоздана лаборатория методики сетевых русловых исследований.

Кроме общих работ, производимых на меандрирующих реках, при незавершенном меандрировании необходимы дополнительные полевые работы, заключающиеся в наблюдениях за развитием спрямляющего протока. Эти наблюдения заключаются в производстве съемочных и гидрометрических работ на спрямляющем протоке в те же сроки, что и на главном русле и могут быть отнесены к детальным. Целью их является проследить за ходом деформаций всего спрямляющего протока и отдельных находящихся в нем морфологических образований во взаимосвязи с гидравлическими условиями в протоке.

Кроме того при незавершенном меандрировании требуется производство систематических наблюдений за затопляемостью поймы на данном бесприточном участке и за деформациями ее поверхности, чтобы иметь возможность оценить направление будущих спрямлений и скорость их развития.

Предусматривается поэтапное построение мониторинга (пока лишь на территориальном и локальном уровнях) с включением на заключительном этапе в сферу наблюдений гидрографической сети всего речного бассейна.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Здоровенко, Светлана Леонидовна, Санкт-Петербург

1. Алексеев F.A. Графоаналитические способы определения и приведения к длительному периоду наблюдений параметров кривых распределения // Труды ГГИ, 1960, вып. ,73, 140 с.

2. Алексеевскии Н:И. Трансформация стока наносов в эрозионно-аккумулятивных системах // Геоморфология, 1996, №4, с. 82-86.

3. Антроповский В.И. Анализ кривых продолжительности (обеспеченности) суточных расходов воды в связи с проблемами руслоформирования // Современные проблемы стохастической гидрологии. М.: Изд. ИБП РАН, 2001, с. 182-185.

4. Антроповский -В.И. Вариант статистической обработки характеристик руслового процесса // Водные ресурсы, 1992, №1, с.47-52.

5. Антроповский В.И. Гидролого-морфологические закономерности и фоновые прогнозы переформирования русел рек. — СПб.: 2006. — 216с.

6. Антроповский В.И. Количественные критерии русловых макроформ // Труды ГГИ, 1972, вып. 204, с. 41-51.

7. Антроповский В.И. Критериальные характеристики и фоновые прогнозы переформирования русел рек // Журнал университета водных коммуникаций. Вып. II (VI). СПб.: СПГУВК, 2010, с. 68-71.

8. Антроповский В.И. Критериальные характеристики типов речных русел // Современные проблемы гидрометеорологии. Сб. научных трудов, вып. 122 СПб.: Изд. РГГМУ, 1999, с. 202-215.

9. Антроповский В.И. Критерии оценки работы водного потока в руслах разного типа // Мелиорация и водное хозяйство, №6, 2001, с. 37-38

10. Антроповский В.И. Морфология и деформация русел рек с проявлением карстово-суффозионных процессов: Учебное пособие. — СПб.: Издательство РГПУ им. А.И. Герцена, 2008. 117 с.

11. Антроповский В.И. Морфология пойм и морфометрия русел рек с проявлениями карстово-суффозионных процессов // География и природные ресурсы, №1, 2002, с. 41-46.

12. Антроповский В.И. О критериях выделения типов речных русел // Геоморфология, 2000, №2, с. 43-51.

13. Антроповский В.И. О построении эмпирических кривых обеспеченности характеристик русел для морфологически однородных участков рек // Метеорология и гидрология, №9, 1995, с. 111-114.

14. Антроповский В.И. Параметры кривых обеспеченности характеристик руслового процесса // Метеорология и гидрология, 1991, №8, с. 89-93.

15. Антроповский В.И. Расчет обеспеченных величин плановых деформаций русел рек // Динамика течений и литодинамические процессы в реках, водохранилищах и окраинных морях. М., Изд-во «Наука», 1991, с. 75-84.

16. Антроповский В.И. Результаты исследований деформаций русел рек с подводными переходами магистральных трубопроводов // Известия РГО, 2006, вып. 3, т. 138, с. 76-81.

17. Антроповский В.И. Связь типов руслового процесса с определяющими факторами // Труды ГГИ, 1970, вып. 183, с.70-80.

18. Антроповский В.И. Связь характеристик руслового процесса с критериями динамического подобия // Динамика русловых потоков. Межвузовский сборник научных трудов, вып. 98. Л.: Изд. ЛГМИ-ЛПИ, 1987, с. 93-95.

19. Антроповский В.И. Уравнения регрессии между характеристиками русла и потока при незавершенном меандрировании, русловой и пойменной многорукавности // Труды ГГИ, 1972, вып. 195, с. 4-19.

20. Антроповский В.И., Аверичкин 0;Б., Мосин В:В. Методы исследования динамики речных русел и пойм на реках с,.измененным стоком воды и наносов // Известия PFO, 2003; вып. 6, т. 135, с. 73-78.

21. Антроповский В.И:, Аверичкин ОБ., Мосин. В;В. Методы исследования' динамики русел и пойм рек с естественным режимом стока воды и наносов // Вестник факультета географии РГПУ им. А. И. Герцена? Вып. 4, 2004, с. 77-86.

22. Антроповский В.И., Денисова И.В., Изотов A.B. Гидролого-морфологическое направление исследований русловых процессов- // Известия РГПУ им. А.И. Герцена, № 5 (13). Естественные и точные науки. СПб:, 2005, с. 233-241.

23. Антроповский В:И., Изотов A.B., Шелухина O.A. Структура и динамика пойменно-русловых комплексов рек // Вестникгеографического факультета РГПУ им. А.И. Герцена, вып. 3, 2003, с. 97-110

24. Антроповский В.И., Здоровенко С.Л. Критериальные характеристики рек с незавершенным меандрированием // Вестник факультета географии. Выпуск 8. Сборник научных трудов — СПб. Эпиграф, 2010, с. 69-74.

25. Антроповский В.И., Здоровенко С.Л. Незавершенное меандрирование тип русловых процессов // Геология, геоэкология, эволюционная география: Коллективная монография - СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2008, с.

26. Антроповский В.И., Здоровенко С.Л. Оценка условий формирования незавершенно меандрирующих рек с помощью кривых обеспеченности их характеристик // Известия Русскогогеографического общества. Сентябрь-октябрь. 2010. т. 142. вып. 5. с. 49-53.

27. Антроповский В.И., Петров O.A. Особенности развития излучин рек в районах распространения карста // География и смежные науки (LV Герценовские чтения). СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2003, с. 12-15.

28. Антроповский В.И., Шелухина O.A. Морфология и деформации реки Волги (в верхнем и среднем течении) и ее левобережных притоков // Вестник факультета географии РГПУ им. А.И. Герцена, вып. 5, 2005, с. 42-53.

29. Антроповский В.И., Шелухина O.A. О влиянии возможного потепления климата на русловой режим и характеристики рек левобережья Средней Волги // Известия РГО, 2008, вып. 4, т. 140, с. 67-77.

30. Антроповский В.И., Шелухина O.A. Некоторые итоги оценки экологического состояния и гидроморфологических характеристик рек левобережья Средней Волги // Журнал университета водных коммуникаций. Вып. II (VI). СПб.: СП ГУВК, 2010, с. 158-164.

31. Антроповский В.И., Шелухина O.A. Основные положения гидролого-морфологической теории русловых процессов при преобразовании речных систем // Известия РГЦУ им. А.И. Герцена, №8 (38). Естественные и точные науки. СПб., 2007, с. 98-105.

32. Барышников Н.Б. Русловые процессы. СПб.: Изд-во РГ ГМУ, 2008, -439 с.

33. Барышников Н.Б. Морфология, гидрология и гидравлика пойм. Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 280 с.

34. Барышников Н.Б., Антроповский В.И., Кудряшов А.Ф. Новый раздел геоэкологии — экологическое русловедение // Вестник Московского университета. Сер. 5, География, №1, 2003, с. 75-76.

35. Барышников Н.Б., Самусева Е.А. Антропогенное воздействие на саморегулирующуюся систему бассейн речной поток- русло. СПб.: Изд-во РГ ГМУ, 1999, - 220 с.

36. Беркович K.M., Власов Б.Н. Особенности русловых процессов на реках нечерноземной зоны РСФСР // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. -М., 1981, с. 285-286.

37. Беркович K.M., Чалов P.C., Чернов A.B. Экологическое русловедение. М.: ГЕОС, 2000. с.

38. Великанов М.А. Русловой процесс. М.: физматгиз, 1958, 395 с.

39. Гендельман М.М. О формах речных излучин // Сборник работ по гидрологии. №17. 1982. с. 197-207.

40. Гендельман М.М., Попов И.В. О развитии спрямлений речных русел //Труды ГГИ, 1987. Вып. 307.

41. Гидрометеорология. Серия гидрологии суши. Обзорная информация. Вып. 2. Меандрирование русел рек. 44 с.

42. Гладков Г.Л., Журавлев Н.В., Соколов Ю.П. Оценка воздействия на окружающую среду инженерных мероприятий на судоходных реках. Учебное пособие для вузов. СПб. Изд-во А. Кордакова. 2005. - 241с.

43. Гладков Г.Л., Журавлев М.В., Селезнев В.М, Гапеев А.Н., Колосов М.А. Водные пути и гидротехнические сооружения: учебное пособие. СПб.: СП ГУВК, 2001. - 120 с.

44. Глушков В.Г. Морфология речного русла // Труды I Всероссийского гидрологического съезда. Л., 1925, с. 286-290.

45. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1962, 365 с.

46. Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, с. 432.

47. Грачев Н.Р. Исследование плановых деформаций речных излучин // Труды ГГИ, 1985. Вып. 301.

48. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1974,311 с.

49. Гришанин К.В. Основы динамики русловых потоков: Учебник для институтов водного транспорта. М.: Транспорт, 1990. 320 с.

50. Гришанин К.В., Замышляев В.И. Возникновение меандрирования рек как проблема гидродинамической неустойчивости // Труды ГГИ, 1985. Вып. 301.

51. Дебольский В.К., Долгополова E.H., Орлов A.C. Статистические характеристики динамики русловых потоков // Гидрофизическиепроцессы в реках, водохранилищах и окраинных морях. М.: Наука, 1989, с. 50-66.

52. Денисова И.В. Экологическое состояние Велико-Устюгского и Котласского водных узлов (русловой аспект) // Автореферат диссертации на соискание степени кандидата географических наук. СПб: РГПУ, 2006. 19 с.

53. Денисова И.В., Шелухина O.A. Природные и антропогенные факторы экологической напряженности на реках // География и смежные науки (LVI Герценовские чтения) / под ред. Г.И. Юренкова -СПб., 2003, с. 10-13.

54. Еленевский P.A. Вопросы изучения и освоения пойм. М.: ВАСХНИЛ, 1936.- 100 с.64.3авадский A.C., Каргаполова H.H., Чалов P.C. Стадии развития свободных излучин и их гидролого-морфологический анализ // Вестник МГУ. Сер. 5. География, 2002, №2, с. 17-24.

55. Завадский A.C. Гидролого-морфологические характеристики свободных излучин на реках в различных природных условиях // Современная география и окружающая среда. Казань: изд-во Казанского университета, 1996, с. 73-74.

56. Замышляев В.И. О причинах меандрирования рек (обзор зарубежных авторов) // Вопросы гидрологии суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. с. 133-141.

57. Замышляев В.И., Снищенко Б.Ф. Меандрирование русел рек // Обнинск ВНИИГМИ-МЦД, 1986, 46 с.

58. Знаменская Н.С. Донные наносы и русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, 192 с.

59. Знаменская Н.С. О формировании рельефа пойм меандрирующих рек // Труды ГГИ, 1973. Вып. 209, с. 91-102.

60. Иванов В.В., Матвеев Б.В., Чернов A.B. Особенности развития излучин при изменении условий руслоформирования // Геоморфология, 1983, №3.

61. Карасев И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 288 с.

62. Карасев И.Ф. Руслоформирующие расходы воды // Метеорология и гидрология. 1986, №8, с. 94-98.

63. Карасев И.Ф. Эколого-гидрологические характеристики водного режима рек // Гидротехническое строительство, №5, 1997, с. 40-45.

64. Квашилава Г.Э Некоторые вопросы соединения речных потоков. Тбилиси, 1967, с. 52.

65. Кондитерова Э.А., Попов И.В. О закономерностях изменения длин свободномеандрирующих рек // Труды ГГИ, 1968. Вып. 155, с. 3-17.

66. Кондратьев А.Н. Соотношение транспортирующей -способности потока и стока наносов как условия формирования русел рек разных типов //Геоморфология, 1999. №3. с. 14-18.

67. Кондратьев Н.Е. Русловые деформации в меандрирующих руслах // Труды ГГИ, 1954, вып. 44 (98).

68. Кондратьев Н.Е., Попов И. В. Методические предпосылки к постановке сетевых наблюдений за русловым процессом // Труды ГГИ, 1967, вып. 144, с. 118-150.

69. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Д.: Гидрометеоиздат. 1982. 272 с.

70. Копалиани З.Д., Костюченко A.A. Расчеты расхода донных наносов в реках // Сборник работ по гидрологии. 2004, №27, с. 25-40.

71. Кочерин Д.И. Вопросы инженерной гидрологии. M.-JT.: Энергоиздат, 1932, 208 с.

72. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы речной гидротехники. M.-JL: Изд-во АНСССР, 1950. 392 с.

73. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Расчеты речного стока // M.-JI: Госстройиздат, 1934, 260 с.

74. Куприянов В.В. Гидрологические аспекты урбанизации. JL: Гидрометеоиздат, 1977, 184 с.

75. Левашов A.A., Левашова И. А. Методы полевых и экспериментальных исследований водотоков. СПб.: Гидрометеоиздат, 2003, 192 с.

76. Лысенко В.В. О естественном спрямлении излучин верхней Оби (на примере Тарадановской излучины) // Труды ЗапСиб НИИ Госкомгидромета, 1977. Вып. 35, с. 119-126.

77. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: изд-во АН СССР, 1955, 343 с.

78. Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М.: МГУ. 1986. 264 с.

79. Матвеев Н.П. Меандрирование рек Подмосковья // Ученые записки МОПИ им. Н.К. Крупской, 1970. Том 267. Вып. 13

80. Методические рекомендации УГКС по сетевым русловым наблюдениям // Л.': Гидрометеоиздат, 1981. 112 с.

81. Милович А.Я. Теория деления и соединения потоков жидкости. Л.-М.: Речиздат, 1947, с. 95.

82. Мильский В.А., Крашенинникова Т.Д. Кинематические характеристики речных потоков при их слиянии // Сборник трудов Московского инженерно-строительного института, 1980, №174, с. 99104.

83. Михайлов В.Н. Динамика потока и русла в неприливных устьях рек // Труды ГОИНа, М., 1071, Вып. 102. 259 с.

84. Михневич Э.И. , Бубнов В.И. Рекомендации по расчету и креплению русел рек и каналов в зоне соединения потоков. Минск: 1979, с.20.

85. Мухамедов Д.А. Некоторые результаты исследований соединения потока // Сборник научных трудов. Ташкент, САНИИРИ, 1987, с. 4146.

86. Никитина Н.А, Чалов P.C. Эволюция свободных излучин и основные стадии их развития // Геоморфология, 1998, №3, с. 69-77.

87. Останин В.Е. Особенности строения и формирования пойм меандрирующих и разветвленных на рукавах рек на примере Иртыша, Северной Двины и Вычегды // Вестник МГУ. Сер. 5. География, 1961, с. 60-67.

88. Пагин А.О. Влияние эффекта взаимодействия руслового и пойменного потоков на транспорт донных наносов II Автореферат на соискание ученой степени кандидата тех. наук. СПб., 2008. с. 15.

89. Панин A.B., Сидорчук А.Ю., Чалов P.C. Катастрофические скорости формирования флювиального рельефа // Геоморфология, 1990, №2, с. 3-11.

90. Пиньковский С.И. Карта основных типов русел рек СССР и методика ее составления // Тематическое картографирование в СССР.1. Л., 1967, с. 112-115.

91. Пиньковский С.И. Особенности русел равнинных рек СССР. Русская равнина, Западная Сибирь // В кн. «Русловой процесс», под ред. Н.Е. Кондратьева. Гидрометеоиздат, Л., 1959, с. 169-199.

92. Пиньковский С.И. Типы речных русел Дальнего Востока // Труды ГГИ, 1967, вып. 144, с. 77-117.

93. Пиньковский С.И. Типы речных русел Кавказа и Средней Азии // Труды ГГИ, 1966, вып. 136, с. 231-269.

94. Пиньковский С.И. Типы речных русел Северо-Востока СССР и полуострова Камчатка // Труды ГГИ, 1965, вып. 120, с. 55-97.

95. Пиньковский С.И. Типы речных русел Средней и Южной Сибири // Труды ГГИ, 1962, вып. 94, с. 87-113.

96. Попов И.В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. Л.: Гидрометеоиздат, 1969, с. 363.

97. Попов И.В. Изменение морфометрических характеристик во времени как показатель направленности русловых процессов на меандрирующих реках // Труды ГГИ. Вып 44 (98), 1954, с. 39-59.

98. Попов И.В. Типы речных пойм и их связи с типами руслового процесса//Труды ГГИ, 1968, вып. 155, с. 39-55.

99. Попов И. В., Кондитерова Э.А. Прогноз русловых деформаций Волги на участке Саралевского водного узла в связи с проектированием улучшения его судоходных условий // Труды ГГИ, 1974, вып. 216, С.65

100. Попов H.A. Методика изучения режима потока при спрямлении русел судоходных рек // Тезисы докладов III Всесоюзного гидрологического съезда. Секция гидродинамики и русловых процессов. Д., 1957. с. 76-78.

101. Проектирование судовых ходов на свободных реках // Труды ЦНИИЭВТ, 1964, Вып. 34.

102. Рекомендации по размещению и проектированию рассеивающих выпусков сточных вод // М.: Стройиздат, 1981.

103. Рекомендации по учету деформаций речных русел при проектировании инженерных сооружений на реках зоны Байкало-Амурской магистрали // Д., Гидрометеоиздат, 1983, 72 с.

104. Рекомендации по учету руслового процесса при проектировании ЛЭП//Д., Гидрометеоиздат, 1973, 180 с.

105. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 12, вып. 1. Д.: Гидрометеоиздат, 1972 г.

106. Ржаницин H.A. Руслоформирующие процессы рек. Д.: Гидрометеоиздат, 1985, 264 с.

107. Ромашин В.В. О структурном подходе к русловой морфометрии //Труды ГГИ, 1968, Вып. 169, с. 18-33.

108. Ромашин ,В.В. Типы руслового процесса в связи с определяющими факторами // Труды ГГИ, 1968. Вып. 155, с. 56-63.

109. Россинский К.И., Кузьмин И.А. Некоторые вопросы прикладной теории формирования речных русел // Проблемы регулирования речного стока. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1947.

110. Россинский К.И., Кузьмин И.А. Речное русло // Гидрологические основы речной гидротехники. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1950, с. 52-97.

111. Сидорчук А.Ю. Динамика иерархической структуры рельефа речного русла // Труды1 V Всесоюзного гидрологического съезда, Т.10, кн. 1. Д.: Гидрометеоиздат, 1988, с. 104- 110.

112. Сидорчук А.Ю., Панин A.B., Чернов A.B., Борисова O.K., Ковалюх H.H. Сток воды и морфология русел рек Русской равнины в поздневалдайское время и голоцене (по данным палеоруслового анализа) // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 12, 2000, с. 196231.

113. Снищенко Б.Ф. Гидроморфологический мониторинг рек. Русловые процессы рек // Труды ГГИ. Вып. 361. СПб: Гидрометеоиздат. 2002. с. 228-242.

114. Снищенко Б.Ф. Связь типов русел с формами речных долин // Геоморфология, 1979, №1, с. 18-25.

115. Снищенко Б.Ф. Стабилизация бокового рукава при незавершенном меандрировании // Труды ГГИ, 1968, вып. 155, с. 6474.

116. Снищенко Б.Ф. Типы руслового процесса и их возникновение // Труды ГГИ, 1980, вып. 263, с. 4-40.

117. Соколовский Д.Л. Речной сток. Л., Гидрометеоиздат, 1959, 528 с.

118. Чалов P.C. Излучины р. Вычегды // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 4. М.: Изд-во МГУ, 1974.

119. Чалов P.C. Формирование рельефа пойм меандрирующих рек // Геоморфология, 1973, №2, с. 71-77.

120. Чалов P.C., Алабян А.Н., Иванов В.В., Лодина Р.В., Панин A.B. Морфодинамика русел равнинных рек // М.: ГЕОС, 1998, 228 с.

121. Чалов P.C., Сваткова Т.Г., Беркович К.Н., Сидорчук А.Ю., Чернов A.B., Кирик О.М., Снищенко Б.Ф. Типы русловых процессовна реках СССР // Карта М 1:4000000.- Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 1990.

122. Чернов А.В. Геоморфология пойм равнинных рек // М.: Изд-во МГУ, 1983, 198 с.

123. Шанцер Е.В. Очерки о генетических- типах континентальных осадочных образований // Труды геологического института АН СССР, 1966, вып. 161. -240 с.

124. Швебс Г.И., Васютинская Т.Д., Антонова С.А. Долинно-речные парагенетические ландшафты (типология и районирование) // География и природные ресурсы. 1982, №1, с. 24-32.

125. Balek J., Kolar V. Statistical parameters of river beds // Vodohospodarsky Casopis Slovenskey Akademie Vied. 1959. - vol. 7. c. 1-4. p. 237-246.

126. Blench T. Regime Theory appilied to selfforming sediment bearing4channels. Assemblee Generale de Bruxselles. - 1951. vol. 3.

127. Bogardi J. Channel stability and sediment movement // L' Energia Elettrica. 1959. №9.

128. Brotherton D.L. On the origin and characteristics of river channel patterns // J. Hydraul. 1979. - vol. 44. - № 3-4. p. 211-230.

129. Charlton F.G. The importance of river morphology in design of training work. VIII Congr. on Irrigation and Drainage. - New Delhi. -1972.-p. 241-250.

130. Chitale S.V. River channel patterns. S. of H.D. ASCE. - vol. 96. HY -1.- 1970.-p. 201-220.

131. Glazik G. River Hydraulics as fundamental subject in design of stable channels // Advances in Sediment Transport. Conference Jablonna (Poland).-Nov. 1978. 1981. - p. 309-321.

132. Graf W.H. The regime concept. — Advances in Sediment Transport. Conference Jablonna (Poland). Nov. 1978. - p. 241-281.

133. Howard H. Chang. Geometry of rivers in regime // J. of the Hydraul. Division. Proc. Of ASCE. 1979. - vol. 105. - № HY6. - p. 691-706.

134. Kennedi J.F. The formation of sediment ripples dunes and antidunes. Annual review of fluid mechanisms. - 1969. - Palo Alto, Calif. - vol. 1. -p. 147-168.

135. Lacey G.A. General theory of flow in alluvium // J. Inst. Civ. Engrs. -Paper 5515. vol. 27. - 1978.

136. Landgbein W.B. Geometry of river channels // J. of the Hydraul. Division. Proc. Of ASCE. 1964. - Proc. Paper 3846. - vol. 90. - № HJ2. -p. 301-312.

137. Larras J. Problemes d'hydraulique fluviale // Annales des Ponts et Chaussees. № IV. - 1968

138. Leopid L.B., Wolman M.G. River-channel patterns: braided, meandering and straight // U.S. Geolog. Surv. Prof. Paper. 1957. № 282-B.

139. Leopid L.B., Wolman M.G., Miller J.P. Fluvial processes in geomorphology. San Francisco - London, Freeman. - cop. 1964.

140. Muller M. Die Gestalung des Reliefs durch das Wasser // Geogr. heute. 1987. - vol. 8, № 56. - p. 2-11.

141. Schaffernak F. Grundriss der Flu ß morpholigie und des Flussbaues // Wien, 1950. Springer.

142. Sediment transportation mechanics: F. hydraulic relations for alluvial streams // J. Hydraul. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. 1971. - vol. 97,

143. Sediment transportation mechanics: Q. genetic. Classification of valley sediment deposits // J. Hydraul. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. — 1971.-vol. 97, №1.

144. Simons D.B., Richardson E.V. Resistance to flow in alluvian changes //U.S. Geol. Surv. Prof. Paper 422. 1966.

145. Zeller J. Flu ß morpholigische Studien zum maanderproblem // Geographica Helvetica. 1967. - №2. - p. 57-95.1.

Информация о работе

Здоровенко, Светлана Леонидовна
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2011
ВАК 25.00.36

Диссертация

Формирование рек с незавершенным меандрированием - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы