Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Географические особенности формирования русел рек восточной части Русской равнины

ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Географические особенности формирования русел рек восточной части Русской равнины"

На правах рукописи УДК: 556.537

АВЕРИЧКИН ОЛЕГ БОРИСОВИЧ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РУСЕЛ РЕК ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РУССКОЙ РАВНИНЫ (МОРФОЛОГИЯ И ДИНАМИКА)

Специальность: 25.00.25 - геоморфология и эволюционная

география

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2005

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

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор географических наук, профессор Антроповский Владимир Иванович

доктор географических наук, профессор Петров Кирилл Михайлович

кандидат географических наук, доцент Белкина Инга Николаевна

Российский государственный гидрометеорологический университет (гидрологический факультет)

Защита состоится «28» октября 2005 года в «/т» часов на заседании Диссертационного совета Д 212.199.26 по присуждению ученой степени доктора наук при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 12, ауд. № 5.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена.

Автореферат разослан » _сентября_ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.п.н., доцент И.П.Махова

4 . ¿/ЯГ?*?

I. Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Среди экзогенных процессов, формирующих рельеф суши, важное значение играют поверхностные водные потоки, особенно реки, создающие флговиальнуго морфоскульптуру, расчленяющие материки сетью долин и перемещающие огромное количество твердого материала.

В информации о русловых процессах нуждаются практически все отрасли хозяйства страны, связанные с использованием рек и водных ресурсов.

Дня рационального использования и охраны водных ресурсов необходимы исследования характеристик русел и русловых деформаций. Результаты этих исследований являются составной частью гидрологического обоснования проектов водохозяйственных мероприятий и гидротехнических сооружений.

Учение о русловом процессе благодаря работам многих ученых и специалистов интенсивно развивается. К настоящему времени исследованиями, главным образом, русловиков МГУ и ГГИ, установлено, что закономерности руслового процесса специфичны в различных природных условиях. Однако, далеко не все географические закономерности распространения русел и руслоформируюшей деятельности рек раскрыты полностью. В частности это относится к зональным закономерностям русповых процессов. Хотя сравнительно давно в гидрологии известен географо-гидрологический метод В.Г. Глушкова, основанный на идеях зональности В.В. Докучаева и учении о ландшафтах Л.С. Берга. Посредством этого метода на основе пространственных обобщений В.Г Глушков, а в последствии Н.И. Маккавеев установили неразрывную связь русла реки с ее бассейном и окружающим ландшафтом в целом (геология, рельеф, почвы, климат, растительность). В связи с этим русловые процессы следует рассматривать как составную часть развития географической среды, а ее зональные и азональные (провинциальные) геолого-геоморфологические факторы определяют общий фон развития речных русел.

Закон зональности-провинциальности природы в целом и природных компонентов универсален и может стать отправным пунктом для создания новых теоретических положений и практических рекомендаций в географической науке. Типы русел и русловые процессы должны быть, в определенной мере, также зональны подобно остальным географическим процессам и элементам ландшафтной оболочки. Выявление зональных особенностей русловых процессов рек (в том числе: особенностей морфологии долин, стока воды и наносов, закономерностей распространения морфологически однородных участков, величин деформаций, характеристик русел и потока) имеет важное теоретическое и практическое значение.

Объектом исследования являются реки восточной части Русской равнины, где наиболее ярко проявляет

с~ш?ш1етотаых 30Н- отРажающая

БИБЛИОТЕКА , СПетспСюг^Л <

--!

смену основных типов структуры физико-географического процесса с севера на юг и где пока не так сильно влияние хозяйственной деятельности, искажающей природные процессы. В качестве конкретных объектов исследования были выбраны реки, протекающие в пределах преимущественно одной зоны: Уса (лесотундра), Ижма (северная тайга), Юг, Вычегда (средняя тайга), Ветлуга, Вятка, верхняя Кама (южная тайга), Белая, Самара (лесостепь), Большой Иргиз, среднее течение Урала (степь), Илек, Эмба (полупустыня).

Под восточной частью Русской равнины понимается территория, ограниченная на западе 44 меридианом, а на востоке Уральскими горами

Предмет исследования - процессы формирования и географические особенности долин, пойм и русел рек в различных природных зонах; морфометрические и гидрологические характеристики.

Цель работы - выявление зональных особенностей морфологии, динамики и условий формирования русел рек восточной части Русской равнины.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

рассмотреть историю формирования долин рек восточной части Русской равнины с акцентом на выявление их зональных особенностей;

определить руслоформирующие расходы рек, с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока, и районировать восточную часть Русской равнины по условиям прохождения этих расходов;

проанализировать имеющиеся результаты о зональных особенностях стока взвешенных наносов и доннкх отложений рек рассматриваемой территории;

дать оценку методов исследования динамики русел и пойм рек, подготовить сводку исходных данных для их реализации;

произвести выбор репрезентативных (зональных) рек; выполнить анализ распределения типов речных русел и пойм по территории, морфологических и гидрологических характеристик по природным зонам;

проверить наличие зональных особенностей деформаций русел и пойм в разных природных зонах Русской равнины

Методологическая основа и информационная база. Основой работы является гидролого-морфологический подход к исследованию русловых процессов, развиваемый в ГГИ. В основе этого подхода лежат представления о дискретности и структурности руслового процесса, типизация русловых процессов (Н.Е. Кондратьев, И.В. Попов). В качестве основных определяющих факторов приняты сток воды, наносов и ограничивающие условия (общее падение речной долины, местные базисы эрозии, выход неразмываемых горных пород, наличие базального слоя). Интенсивное развитие гидротехнического строительства вызвало необходимость учета

воздействия различных сооружений на русловые процессы, которые подразделяются на активные и пассивные (Б.Ф. Снищенко). Вместо гидродинамической задачи определения твердого расхода по заданным граничным условиям, при этом подходе, ставится и решается морфологическая задача - определение формы русла и вида руслового процесса в зависимости от заданных характеристик жидкого и твердого стока.

В процессе исследований, по конкретным главам диссертации, в качестве основных положений, носящих методологический характер, использованы следующие результаты научных исследований:

гляциальная и антигляциальная концепции формирования долин рек Русской равнины в четвертичный период;

- дифференцированный подход к русловым процессам на реках, находящимся в различных природных и антропогенных условиях руслоформирования (географическое направление исследований русловых процессов МГУ);

методика определения руслоформирующих расходов воды с использованием понятий удельной мощности и удельной работы совершаемой потоком (В.И. Антроповский);

- распределение средней мутности и модуля стока наносов рек Европейской территории СССР (К.Н. Лисицина и H.H. Бобровицкая);

изменчивость крупности донных отложений рек ETC (Г.А.

Петухова);

методы исследования динамики русел и пойм с естественным режимом стока воды и наносов (разработанные большим числом ученых разных школ и направлений);

распределение типов речных русел и пойм, морфометрических и гидравлических характеристик, величин русловых и пойменных деформаций по территории (прежде всего: С.И. Пиньковский и другие исследователи ГТИ, МГУ).

Исходным материалом для работы явились: литературные источники, гидрографические описания, лоцманские и топографические карты, планы перекатов, материалы аэрофотосъемки, «Ресурсы поверхностных вод СССР», гидрологические ежегодники. Камеральное изучение и сопоставление топографических и лоцманских карт, планов и специальных съемок русел через определенные промежутки времени позволило получить данные о морфологии русел, их динамике, условиях переформирования в различных природных зонах. При обработке данных использованы методы: сравнительно-морфологический (сравнительно-географический), гидролого-морфологической аналогии, гидроморфологических зависимостей (корреляционных связей).

Научная новизна исследования:

- уточнены представления об условиях формирования долин рек в разных геоморфологических районах, их зональных и азональных особенностях;

- выполнено районирование восточной части Русской равнины по характеристикам руслоформирующих расходов, определенных с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока;

- подтверждены (на основе данных по рекам рассматриваемой территории) известные выводы о зональности характеристик стока наносов и донных отложений;

- произведена оценка методов исследования динамики русел и пойм рек применительно к решению поставленных задач;

впервые для заключения о зональности условий формирования, распределения типов речных русел морфометрических и гидрологических характеристик использованы данные по репрезентативным (зональным) рекам;

- получены зависимости связывающие параметры речных русел с широтой местности (а, следовательно, и с природными зонами), которые более четко выражены при использовании данных по репрезентативным рекам;

- установлена зональность в распределении величин деформаций русел и пойм рек;

Основные положения, выносимые на защиту:

- плейстоценовая история проявляется в зональности морфологического строения долин рек (степени их разработанности, литологии отложений на дне), что создает разную степень влияния ограничивающих условий на развитие русловых процессов рек восточной части Русской равнины;

- современные активные руслообразующие факторы (сток воды и наносов) отражают современную зональность при развитии типов русловых процессов в разработанных унаследованных долинах рек восточной части Русской равнины;

- районирование восточной части Русской равнины по условиям прохождения руслоформирующих расходов воды на реках, определенных с использованием методики основанной на понятиях удельной мощности и удельной работы потока;

- географические особенности современного распространения типов русел и пойм, распределения интенсивности деформаций и отдельных морфометрических характеристик в восточной части Русской равнины являются следствием взаимодействия зональных особенностей морфологии долин и рельефа (провинциальность) и современных зональных, активных руслообразующих факторов;

- результаты построения широтных зависимостей, отражающих зональность условий формирования, морфологии и динамики русел рек с использованием данных по репрезентативным рекам.

Теоретическая значимость. Разработки, выполненные при подготовке диссертации, подтверждают связь типов русел и пойм (русловых процессов) с характером бассейна реки Выявление зональных особенностей русловых процессов (в том числе: особенностей морфологии долин, стока воды и наносов, типов русел и пойм, распределения по территории морфологически однородных участков рек, величин деформаций, характеристик русел и потока) расширяет существующие представления об определяющих факторах и закономерностях формирования речных русел разного типа, что является вкладом в развитие русловедения и, как следствие, геоморфологии и эволюционной географии.

Практическое значение. Выявленные и уточненные представления о закономерностях формирования рек с разными типами русловых процессов в различных природных зонах (прежде всего репрезентативных рек) и полученные эмпирические зависимости позволяют вплотную подойти к разработке методики прогноза деформаций речных русел и их количественных характеристик Разработка такой методики, позволяющей более точно прогнозировать особенности проявления русловых процессов на реках в различных природных зонах, представляется особенно важной при проектировании крупных водохозяйственных и водоохранных мероприятий, гидротехнических сооружений и при обосновании комплекса мероприятий по улучшению условий судоходства на реках.

Достоверность и обоснованность научных положений, эмпирических зависимостей и выводов обеспечивается использованием и статистическим анализом картографического материала, обширных данных наблюдений на сети Госкомгидромета, в том числе по репрезентативным (зональным) рекам, а также является результатом использования многочисленных отечественных публикаций. При разроботке научных положений учитывались основные аксиомы и закономерности смежных наук (гидрологии, русловедения).

Рекомендации по использованию результатов диссертационного исследования. Выявление зональных особенностей русловых процессов, стока воды и наносов дает возможность прогнозировать дальнейшую эволюцию русел (при рассмотрении различных сценариев глобальных изменений климата). Материалы исследования могут быть также использованы в учебном процессе при подготовке специалистов в области эрозионных и русловых процессов, гидрологии, геоморфологии, водного хозяйства и мелиорации.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Герценовских чтениях и на кафедре физической географии и геологии РГПУ им. А.И.Герцена в 2002, 2003 и 2005 гг., а также на Рабочем совещании «Пойменные процессы» межвузовского

научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (состоявшемся в РГТМУ) в марте 2005 г. По теме диссертации опубликовано 6 работ и 1 работа находится в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений. Общий объем работы 161 страница текста, в том числе 28 рисунков, 13 таблиц. Список литературы включает 135 наименований.

II. Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность избранной темы исследования, определены объект, предмет и цели исследования, основные задачи работы, обоснованы ее научная новизна, теоретическое и практическое значение.

В первой главе «Современные представления об условиях формирования и строении долин рек в пределах восточной части Русской равнины» анализируются концепции (теории), посвященные особенностям формирования и морфологического строения долин рек.

Образование долин связано с четвертичной эпохой, поэтому проводится сравнение двух основных концепций по палеогеографии плейстоцена - гляциальной (И.П. Герасимов, К.К. Марков, A.A. Величко и др.) и антигляциальной (И.Г. Пидопличко, И.Л. Кузин, В.Г. Чувардинский и др.). Поскольку формирование долин севера равнины обязано действиям тектонических движений, ледников и полярных трансгрессий, то наиболее близкой к действительности представляется ледниково-морская теория (E.H. Былинский, A.A. Свиточ, A.A. Попов и др.). Основным временем формирования современной гидрографической сети, в том числе долинной, является плиоцен-четвертичная эпоха (.Г.В. Обедиентова, 1976; A.A. Асеев, 1978; С.С. Коржуев, 1979 и др.).

Наличие на Русской равнине трех зон долинообразования с подзонами, в каждой из которых долины характеризуются вполне определенными морфологическими особенностями, своеобразными чертами геолого-литологического строения отражает общую закономерность - зональность долинообразования, выражающуюся в изменении условий формирования долин с севера на юг.Специалистами МГУ (А.Ю. Сидорчук, A.B. Панин, A.B. Чернов и др., 2005 г.) было предложено построение зависимостей морфометрических показателей палеорусел с географической широтой. Построение подобных зависимостей возможно и для морфометрических характеристик современных русел и долин с целью изучения их зональных особенностей, что было реализовано в данной работе. Для определения широтных изменений ширины долин были построены зависимости В0 = ф (град.с.ш.), одна для тундр, лесотундр и лесной зоны, а вторая для лесостепей, степей, полупустынь и пустынь. Ширина долин первой группы в среднем меньше ширины долин второй группы. Для лесостепей и степей

характерна максимальная ширина (разработанность) долин, уменьшающаяся к пустыням, что связано с трансгрессиями Каспия. Результатом аппроксимации этих зависимостей явились эмпирические формулы, отражающие широтные изменения ширины долин: одна для рек северной покатости: В„ = 0.32ср -13.3, вторая для рек южной покатости: В0 = 1,45(р - 65.

Таким образом, рельефообразующие процессы неоген-четвертичного времени (палеозональность) и современные экзогенные процессы (голоценовая зональность) обусловили зональные особенности в строении долин.

Во второй главе «Анализ активных руслоформирующих факторов - стока воды и наносов» рассматривается изменение руслоформирующих расходов, средней многолетней мутности воды и средней крупности донных отложений рек в пределах рассматриваемой территории.

Под руслоформирующими расходами воды понимаются расходы, при которых в многолетнем плане водным потоком совершается наибольшая удельная работа, проходит наибольший сток наносов и осуществляются наиболее значительные деформации русла. Именно эти расходы соответствуют типу русловых форм на рассматриваемом участке реки и осредненному положению ее продольного профиля. Они отражают влияние на русловой режим рек ландшафта водосбора, интенсивность процессов денудации и используются для выявления зонально-региональных особенностей руслового режима. Результаты определения руслоформирующих расходов воды (Q,p) по гидростворам с использованием методики В.И. Антроповского (1970, 1990), базирующейся на понятии удельной мощности потока не противоречит выводам Н.И. Маккавеева (1955) и P.C. Чалова (1979), а также разработкам И.Ф. Карасева (1990) о величине, количестве и приуроченности этих расходов к

речным формам рельефа. Распределение руслоформирующих расходов по территории примерно соответствует зонально-провинциальным закономерностям, установленным P.C. Чаловым и Б.Н. Власовым (1991). Однако ряд уточнений позволяют представить несколько отличающуюся схему районирования восточной части Русской равнины (рис. 1). Реки северной покатости (зона руслоформирования А) характеризуется наличием двух интервалов руслоформирующих расходов: верхнего (выше пойменных бровок) и нижнего, соответствующего отметкам русловых форм. На реках Северных увалов и Верхнее-Камской возвышенности (зона Б) распространены один-два интервала Q<p соответствующие более низким уровням воды. Верхний проходит в бровках поймы, а нижний соответствует уровню грядообразных скоплений наносов.На южной покатости (зона В) для рек характерно два-три интервала Q,,. Верхний при затопленной пойме, средний - в бровках русла и нижний в межень. В юго-восточной части равнины, охватывающей полупустыни и пустыни (зона Г), характерен один интервал в пойменных бровках во время половодья. Сток наносов также подчиняется закону географической зональности, обнаруживая связь с

интенсивностью развития разнообразных процессов выветривания, являющихся функцией поступления солнечной радиации и географическим положением местности. Пространственная неоднородность осадков и испарения создает закономерное изменение условий формирования стока наносов и интенсивности эрозионных процессов. Этим объясняется зональность в изменении средней многолетней мутности и стока взвешенных наносов (К.Н. Лисицина, В.И. Александрова, 1972; H.H. Бобровицкая, 1972; А.П. Дедков, В.И Мозжерин, 1984), что подтверждается построенной зависимостью среднегодовой мутности репрезентативных рек от широты местности р = Ф (град.с.ш.). В зоне тундры мутность рек менее 50 г/м3, т.к. мерзлые фунты, небольшое количество осадков, длительность зимнего сезона препятствуют эрозии. В лесной зоне мутность увеличивается к югу от 100 до 300 г/м3 в связи с сельскохозяйственным освоением. В целом лесной покров и ледниковые отложения препятствуют эрозии. В лесостепи и степи мутность увеличивается до 500 г/м3 и более, что связано с безлесьем, несомкнутостью травяного покрова, ливневыми осадками, легкой податливостью покровных пород (лессы, супеси) и высокой сельскохозяйственной освоенностью. В полупустыне и пустыне естественные факторы, усиливающие эрозию, еще более выражены.

Зависимость средней крупности донных отложений рек от широты мутности, полученная на основе данных Г.А. Петуховой (1974) d50 = 0.043<р-2.09, подтверждает закономерность, выявленную ею, об уменьшении крупности донных отложений с севера на юг (рис. 2). Это связано с историей развития равнины в четвертичную эпоху. Так, в пределах распространения оледенений и трансгрессий на северной покатости характерны гравийные, песчано-галечные отложения. Внеледниковые территории характеризуются длительной денудацией и выветриванием, что способствовало образованию мощного слоя рыхлых отложений (лессы, супеси, суглинки). Средняя крупность донных отложений рек в лесной зоне 0.3-0.4 мм, в лесостепи-степи - 0.3. В пределах полупустынь и пустынь Прикаспия распространены песчано-пылеватые отложения средней крупностью 0.18 мм.

В третьей главе «Методы исследования динамики русел и пойм рек с естественным режимом стока воды и наносов. Выбор репрезентативных рек. Исходные данные» выполнен анализ комплекса методов, используемых для изучения русловых процессов с упором на методы, примененные в данной работе. Приводится краткое описание типов руслового процесса. С целью выяв пения зональных особенностей морфологии, динамики и условий формирования русел произведен отбор 14 репрезентативных рек. Под репрезентативностью рек понимается степень их представительности в отношении изучаемого элемента гидрологического режима и отражения условий, характерных для природной зоны (А.И. Чеботарев, 1976). Репрезентативными являются средние реки, преимущественно протекающие в пределах одной зоны. Типичность гидрологического режима, свойственная

S с.1«ньм >нй*1«ная

ПрГф. дни? J >ны

[

[ песл.гглсц'"«

'юсиоя

| | ле«л*лепь

^ степь

[ noïïvnvviMBa

| ичсгынм

_ ГрЛКШЫ ЮН

1>усл1>фирм1Г[Х)ьаШ£л

1рпшщи райиииь грпншгы п< цлионоь Part ни и п^тр ((!• ни

1 Дышсяг.-Пе'к^-спШ ^Гюн

2 Г-июн i еы;[жи\ vb0.i0B S Рерчне-клмский район

4 BfJVk&UÎlpftÛ'H

5 npm>o/i*..kv -ДОНСКОЙ рлйсн 5и Прнв«»п;*_кнн полрайин

56 ДУЫСК подрайон

6 Нижне-Доись« û pari--H

7 Вятеьо-Каыскш! райе« ~д <"р«дне-К (MCKiiri п чцхикж

HiiAHCfc.îMaJifi подокон

s

Ряйои Нил V' >>ЛЬОЧА.1 Я II Предч рапья

8ц Пр1Г р.Щ^иШ П<.Щ..1ИОН ПС Д^йЛоН

9 1 Цжьжикйьыт {> «п. н X - номера п(Д}чклв jot»

^ - ОНЫ |>,.с'1Г>ф- >1>М11[Х>Ь.|Н11Я

Рис. 1. Районирование восточной части Русской равнины по условиям прохождения руслоформирующих расходов воды на реках

пустыия-папупустыкя crenk-mceetwn» ютмвя п«ся*я смеркая пес«»

Рис. 2. Широтные изменения средней крупности донньгх отложений репрезентативных (зональных) рек

репрезентативным рекам вызывает типичность схем русловых процессов и даже в определенной мере значений гидрологических и морфометрических характеристик.

Приводятся исходные данные, на основе которых по репрезентативным рекам строились связи между морфометрическими и гидрологическими характеристиками рек и широтой местности.

В четвертой главе «Анализ распределения типов речных русел и пойм по территории, морфометрических и гидрологических характеристик по природным зонам» рассматривается типизация пойм, разработанная И.В. Поповым (1972) с учетом типов русловых процессов ГГИ и предложений P.A. Еленевского.

Природные условия изменяются по ландшафтным зонам и геоморфологическим областям, в результате различными оказываются и основные факторы руслового процесса - сток воды, наносов и ограничивающие условия, а следовательно, и типы речных русел и пойм. Из рассмотрения карты типов русел, составленной С.И. Пиньковским (1959), с выделением на ней репрезентативных рек, восточную часть равнины можно разделить на три пояса (рис. 3).

В северном поясе долины развиты еще недостаточно. Они ограничивают меандрирование на территории двух последних оледенений,

Рис. 3. Распространение типов русел в восточной части Русской равнины

где распространены ледниковые и морские отложения с галечно-валунным составом.

Северный пояс охватывает тундру, лесотундру, северную часть лесной зоны. В нем развито свободное меандрирование (35% длины рек), но значительно распространены ограниченное меандрирование. русловая и пойменная многорукавность, ленточно-грядовый, побочневый типы русловых процессов

На территории главного водораздела в лесной зоне находятся истоки главных рек Русла ограниченно меандрир>ют или с ленточно-грядовым и побочневым типами русловых процессов Поймы высокие, малой ширины, либо вообще отсутствуют.

В южной части Русской равнины характерны древние долины, в том числе и в области днепровского оледенения. В них преобладают меандрирующие и многорукавные русла Врезанные русла отмечаются только в верховьях рек стекающих с возвышенностей. Южную часть занимают средний и южный пояса.

Средний пояс охватывает южную часть лесной зоны, лесостепь и степь В данном поясе преобладают свободное меандрирование (80-90% длины рек) Встречаются русловая многорукавность и незавершенное меандрирование Этому способствуют широкие долины, заполненные рыхлыми отложениями, три интервала руслоформирующих расходов. Причем верхний интервал увеличивает свое руслоформирующее значение с удалением от главного водораздела и постепенным возрастанием водности рек к югу.

Южный пояс охватывает сухие полупустыни, пустыни в пределах Прикаспийской низменности, Ергеней. В полупустынях 87% русел являются свободно меандрирующими, 7% - с незавершенным меандрированием, 6% -немеандрирующие русла В пустынях велика доля многорукавных русел -75%, с незавершенным меандрированием - 15% и свободным меандрированием - 5% русел.

Анализ построенных графиков (зависимостей) широтно-зонального изменения ряда морфометрических и гидрологических характеристик, несмотря

на имеющийся разброс точек, подтверждает наличие зональных закономерностей.

График широтного изменения отношения ширины русел и долин рек В/В0= Г (ф, град.с ш) показывает, что в направлении с юга на север русла рек занимают все большую часть дна долин, а следовательно, все меньшая ее часть приходится на поймы. В лесостепи, степи и полупустыни ширина долин намного превышает ширину русел. Большая ширина долин связана с длительной историей их развития, а малая ширина русел с меньшей обводненностью, чем на севере.

Рассмотрение широтного изменения ширины русел рек В - Г (ф, град.с.ш.) свидетельствует, что к северу и югу от главного водораздела ширина русел увеличивается. Это объясняется увеличением водности и более

рыхлыми подстилающими грунтами в этих же направлениях. Маловодность рек южной части компенсируется легкой размываемостью берегов русла, что способствует их расширению.

График широтного изменения отношения ширины русел рек к их средней глубине В/Ьср - { (ф, град.с.ш.) показывает, что отношение В/Ьср резко возрастает для зон тундр-лесотундр, с одной стороны, и полупустынь-пустынь с другой. В первом случае это связано с неспособностью углубить ложе в ледниково-морских отложениях. Расширению также способствовали проникновения в долины морей, ледников, прогнутость территорий из-за оледенения. В пустынях и полупустынях распластанность связана с маловодностью и легкой размываемостью берегов.

Связь шагов излучин меандрируюших рек с шириной русел: Х=6.9 В097 свидетельствует, что рекам с большей шириной свойственны и большие значения шагов излучин. Конкретно - длина шага излучин равна примерно семикратной ширине реки.

Зависимость Б/Х = Т (ср, град.с.ш.) показывает широтное изменение степени развитости излучин. Степень развитости речных излучин плавно увеличивается от северной лесной зоны до границы степей и полупустынь. Максимальное значение этой характеристики равно примерно 4.0 и соответствует 50°с.ш. В зоне полупустынь и пустынь Б/Я. резко уменьшается

В пятой главе «Деформации речных русел и географические закономерности их распространения» для анализа устойчивости русел выбран наиболее приемлемый по информативности и простоте определения коэффициент - число Лохтина, который был рассчитан для репрезентативных рек. На основе полученной зависимости широтного изменения коэффициента устойчивости русел репрезентативных рек Л = ср (град.с.ш.) и соответствующего произведенного районирования восточной части Русской равнины можно заключить о постепенном увеличении коэффициента Л с юга на север. Максимально устойчивы реки тундр и лесотундр, а наименее - реки полупустынь и степей. Сравнительно устойчивы реки лесной зоны, особенно северной половины (бассейнов Печоры, Северной Двины, Вятки, среднего течения Волги). Устойчивые русла характерны также для возвышенностей (Тиманского кряжа, Уфимского плато), т.к. они протекают в сравнительно узких долинах, склоны которых сложены трудноразмываемыми породами. Слабоустойчивые русла распространены в лесостепной и степной зонах, а также в нижнем течении средних и крупных рек северной и южной покатости (Северная Двина, Мезень, Печора, Вычегда, Вятка, Кама, Самара, Урал и др.).

. Неустойчивые русла характерны для Прикаспийской низменности, где реки текут в легкоразмываемых отложениях.

По интенсивности деформаций рек рассматриваемая территория делится на две половины:

- северная покатость и главный водораздел с пониженной интенсивностью деформаций;

- южная покатость с повышенной интенсивностью деформаций. Граница между ними практически совпадает с южной границей

Московского оледенения. В целом для русел северной покатости скорость плановый деформаций гораздо меньше, чем для русел южной На графике широтного изменения средней скорости деформаций (рис. 4) прослеживается четкая тенденция ее увеличения с севера (от тундры) на юг к полупустыням. Это объясняется различием литологии, растительностью. На севере многолетняя мерзлота, ледниковые отложения препятствуют размыву, леса скрепляют почвогрунты склонов и пойм (Ижма, Печора).

пуспмнмоунусмм стая мюоспль ммм мсим пмрмм мекая имяун^иуцф! |

Рис. 4. Широтные изменения средней скорости размыва берегов репрезентативных (зональных) рек

В то же время интенсивность русловых деформаций в пределах лесной зоны возрастает к северу от главного водораздела из-за уменьшения ограничивающих условий, увеличения в этом направлении водности и воздействия весеннего ледохода. В лесотундре и тундре, по-видимому, из-за вечной мерзлоты подстилающих пород, она резко уменьшается. Сказывается

и влияние кустарничковой растительности плащеобразно покрывающей подмываемые берега.

Выделена основная область чередования незначительных и высоких деформаций, охватывающая бассейны больших рек севера Русской равнины (Северной Двины, Мезени, Печоры). Здесь происходит сложное чередование рек со свободным и ограниченным развитием русловых деформаций. Для них характерны средние скорости размыва 5-10 м/год, при локальных проявлениях до 30 м/год. Районы больших и значительных деформаций охватывают приморские равнины в долинах больших и средних рек, где характерны свободные условия развития деформаций со скоростью размыва пойменных берегов более 15 м/год. К области с незначительными деформациями относятся Северные Увалы (реки Юг, Луза, Сысола). Скорости плановых деформаций на меандрирующих участках рек достигают 5 м/год. Самые низкие скорости деформаций менее 0.5-1 м/год (районы очень слабых деформаций) свойственны рекам Тиманского кряжа (верховья Мезени, Цильмы, Выми, Ижмы) и предгорьям Полярного Урала (верховья Печоры, Усы и др.), где уменьшение скоростей деформаций вызывается ограничивающими условиями.

Реки южной покатости характеризуются более свободными условиями развития и повышенной интенсивностью деформаций, которая возрастает от главного водораздела к югу. Этому способствуют все увеличивающаяся обезлесенность, распространение все более легкоразмываемых пород (супесей и лессов) и усиливающаяся роль ливневых дождей.

Северная часть южной покатости, характеризуется высокими деформациями. В среднем размывы пойменных берегов на Унже, Ветлуге и других реках Среднего Поволжья более 10 м/год, в широких унаследованных долинах рек Вятки, Камы, Чепцы - 5-20 м/год. Центральная область значительных деформаций занимает основную часть южной покатости (Поволжье, Заволжье). Скорость плановых деформаций на меандрирующих реках - 15 м/год, на реках с многорукавным руслом - 15-25 м/год (Большой Иргиз и др.). В тоже время в районах с наличием ограничивающих условий (Приволжская возвышенность, Предуралье), плановые деформации составляют не более 1.5 м/год. В степях и пустынях деформациям благоприятствует отсутствие закрепляющего воздействия древесно-кустарниковой растительности.

Прикаспийскую низменность занимает область очень значительных деформаций. Скорости размыва пойменных берегов больших и средних рек (Волга, Урал, Илек, Эмба) составляют более 25 м/год (иногда до 50 м/год). При этом распространены многорукавные блуждающие русла, отличающиеся сложным режимом деформаций с обрушением берегов.

Что касается глубинных деформаций, то амплитуда колебаний отметок дна в нижнем течении рек Ветлу га, Унжа, Белая, Вятка, Кама составляет 0.70.9 м. В тоже время на реках Самара, Урал наблюдаются колебания отметок дна от 3 до 4.5 м.

В заключении представлены основные выводы по выявлению зональных особенностей условий формирования, морфологии и динамике русел рек. в том числе следующие:

1. Морфология русел определяется современной природной зональностью и влиянием палеозональности запечатленной в рельефе долины (степень разработанности) и бассейна. Соответственно на Русской равнине выделяется три зоны долинообразования с подзонами, в каждой из которых долины характеризуются определенными морфологическими особенностями и строением русел на их дне, что подтверждается зависимостями В0 = <р (град.с.ш.).

2 Результаты определения руслоформирующих расходов в 38 гидростворах рек восточной части Русской равнины по методике, базирующейся на понятии удельной мощности потока, в целом, не противоречат выводам Н.И.Маккавеева (1955) и Р.С.Чалова (1979) о величине, количестве, приуроченности этих расходов к конкретным речным формам рельефа и распределении по территории. Однако ряд особенностей позволил составить несколько отличную схему районирования по условиям прохождения руслоформирующих расходов (рис. 1). В распределении рек с разными особенностями прохождения руслоформирующих расходов проявляется влияние зонально-провинциальных факторов.

3 Сток наносов как активный фактор руслоформирования подчиняется закону географической зональности, обнаруживая связь с интенсивностью процессов выветривания Зональные особенности стока взвешенных наносов подтверждаются зависимостью среднегодовой мутности рек от широты местности р = ф (град.с.ш.).

4. Гранулометрический состав донных отложений отражает ландшафтно-геологические и гидрологические условия речного водосбора Зависимость (рис. 2) средней крупности донных отложений рек от широты (15о ■= ф (град с ш.) выражает в количественном виде закономерность об уменьшении крупности донных отложений с севера на юг и о зональности гранулометрического состава.

5. Формирование морфологического типа речного русла обусловлено комплексом природных факторов, среди которых ведущую роль играет гидрологический режим и геолого-геоморфологическое строение долины Геолого-геоморфологическое строение проявляется в свободных или ограниченных условиях развития русловых процессов, а гидрологический режим - в характере прохождения руслоформирующих расходов. В областях ограниченного развития русловых процессов ведущими являются геолого-геоморфологические факторы, в областях свободного развития -гидрологические факторы. Различия в величине, количестве и обеспеченности руслоформирующих расходов, стоке взвешенных наносов приводят к возникновению определенного типа русла. Таким образом, тип русла определяется не только современными природными процессами, но и геоморфологической историей самой долины реки.

6. Из рассмотрения карты типов речных русел и распространения их по длине репрезентативных (зональных) рек восточную часть Русской равнины можно разделить на три пояса (рис. 3). В северном поясе хотя и преобладает свободное меандрирование, но значительно распространены ограниченное меандрирование, русловая и пойменная многорукавность ленточно-грядовый, побочневый типы русловых процессов. В среднем поясе преобладают свободное и незавершенное меандрирование. Развиты русловая многорукавность, ограниченное меандрирование, ленточногрядовый и побочневый типы. В южном поясе преимущественно наблюдаются реки с пойменной многорукавностью и незавершенным меандрированием и также свободным меандрированием.

7. Согласно составленной схеме районирования восточной части Русской равнины по интенсивности деформаций рек рассматриваемая территория делится на две половины:

- северная покатость и главный водораздел с пониженной интенсивностью деформаций;

- южная покатость с повышенной интенсивностью деформаций.

Однако при рассмотрении плановых деформаций конкретных участков русел рек необходимо учитывать характер их берегов (подмываются пойменные берега, террасы или коренной берег).

8. На основе зависимости широтного изменения коэффициента устойчивости русел Лохтина по репрезентативным рекам и произведенного районирования восточной части Русской равнины по степени устойчивости речных русел можно заключить о постепенном увеличении коэффициента Л с юга на север.

9. Анализ графиков (зависимостей) широтно-зонального изменения ряда морфометрических и гидрологических характеристик репрезентативных рек, несмотря на имеющийся разброс точек, подтверждает наличие зонально-провинциальных закономерностей.

10. Реки являются составной частью географической оболочки. Изменение зональных и геолого-геоморфологических руслообразующих факторов по геоморфологическим районам создает зонально-региональные различия в условиях формирования, морфологии и динамике русел рек. Последнее необходимо учитывать при составлении фоновых прогнозов русловых переформирований на отдаленную перспективу, в частности, в связи с ожидаемым потеплением климата и возможным смещением границ природных зон.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Аверичкин О.Б. Формирование речных долин восточной части Русской равнины в связи с событиями четвертичного периода //

«17992

Матер. 55 Герценовских чтений «География и смежные науки». -СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2003. - С. 4-6 (0,2 п.л.).

2. Аверичкин О.Б., Ильин М.Ю Pvr ттпЛппмиплллптио расходы рек севера Русской равни:

«География и смежные науки». -

6-8 (0,2/0,1). РНБ русский фонд

3. Аверичкин О.Б. Pafioi

равнины по условиям п / Л

расходов//Матер. 56 Герценовск ZUUO~H-

науки». - СПб.: Изд-во «Эпиграф». \ (^Н Л'Х

4. Антроповский В.И., А Ю / тО Русской равнины (долины, русло4

// Доклады и краткие сообщения /18 пленар. межвуз. корд, совещ. по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. - Курск, 2003. -С. 77-78(0,13/0,06).

5. Антроповский В.И., Аверичкин О.Б., Мосин В.В. Методы исследования динамики речных русел и пойм на реках с измененным стоком воды и наносов // Изв. РГО. - 2003. - Т. 135. - Вып. 6. - С. 73-78(0,4/0,15 п.л.).

6. Антроповский В.И., Аверичкин О.Б., Мосин В.В. Методы исследования русел и пойм рек с естественным режимом стока воды и наносов // Вестник ф-та географии. - Вып. 4. - СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2004. - С. 77-86 (0,6/0,2 п.л.).

Подписано в печать 23.09 2005 Формат 60/84 1/16 Бумага офсетная Печать ризограф Услпечл 1,25 Тираж 100 экз Заказ № 53 Издательство «Эпиграф»

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Аверичкин, Олег Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ УСЛОВИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ И СТРОЕНИИ ДОЛИН РЕК В ПРЕДЕЛАХ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РУССКОЙ РАВНИНЫ.

1.1 Основные теории по палеогеографии четвертичного периода Русской равнины.

1.2 Формирование долин рек восточной части Русской равнины.

1.2.1 Речная сеть Русской равнины в плиоцен-четвертичное время.

1.3 Современные долины рек в разных геоморфологических районах.

1.3.1 Азональные и зональные особенности строения долин рек.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ АКТИВНЫХ РУСЛОФОРМИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ -СТОКА ВОДЫ И НАНОСОВ.

2.1 Руслоформирующие расходы рек восточной части Русской равнины.

2.1.1 Анализ существующих методик определения руслоформирующих расходов воды.

2.1.2 Районирование восточной части Русской равнины по условиям прохождения руслоформирующих расходов.

2.2 Мутность рек.

2.3 Донные отложения рек.

2.4 Соотношение стока донных (влекомых) и взвешенных наносов.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РУСЕЛ И ПОЙМ РЕК

С ЕСТЕСТВЕННЫМ РЕЖИМОМ СТОКА ВОДЫ И НАНОСОВ. ВЫБОР РЕПРЕЗЕНТАТИВНЫХ РЕК. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

3.1 Методы исследования.

3.2 Репрезентативные (зональные) реки.

3.3 Исходные данные для проведения гидроморфологического анализа.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПОВ РЕЧНЫХ РУСЕЛ И ПОЙМ ПО ТЕРРИТОРИИ, МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО ПРИРОДНЫМ ЗОНАМ.

4.1 Морфологически однородные участки. Типы речных русел и пойм.

4.1.1 Степень развития и особенности строения аллювиальных толщ на реках различных климатических поясов.

4.2 Закономерности распределения типов речных русел и пойм в пределах восточной части Русской равнины.

4.3 Изменение морфометрических и гидравлических характеристик по природным зонам.

ГЛАВА 5. ДЕФОРМАЦИИ РЕЧНЫХ РУСЕЛ И ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ.

5.1 Коэффициенты устойчивости русел.

5.2 Виды и скорости (интенсивность) деформаций русел репрезентативных рек

5.3 Районирование восточной части Русской равнины по особенностям деформаций и зонально-географические закономерности деформаций русел и пойм

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Географические особенности формирования русел рек восточной части Русской равнины"

Актуальность. Среди экзогенных процессов, формирующих рельеф суши, важное значение играют поверхностные водные потоки, особенно реки, создающие флювиальную морфоскульптуру, расчленяющие материки сетью долин и перемещающие огромное количество твердого материала.

В информации о переформированиях русел и пойм рек (русловых процессов) нуждаются практически все отрасли хозяйства страны, так или иначе, связанные с использованием рек и водных ресурсов.

Для рационального использования и охраны водных ресурсов необходимы исследования характеристик русел и русловых деформаций. Результаты этих исследований являются составной частью гидрологического обоснования проектов водохозяйственных мероприятий и гидротехнических сооружений. ] [едоучет их приводит к неоправданным материальным затратам и ухудшению экологической обстановки

Учение о русловом процессе благодаря работам многих ученых и специалистов интенсивно развивается. К настоящему времени исследованиями, главным образом, русловиков МГУ и ГГИ, установлено, что закономерности руслового процесса специфичны в различных природных условиях. Однако, далеко не все географические закономерности распространения русел и руслоформируюгцей деятельности рек раскрыты полностью. В частности это относится к зональным закономерностям русловых процессов. Хотя сравнительно давно в гидрологии известен географо-гидрологический метод В.Г.Глушкова, основанный на идеях зональности В.В.Докучаева и учении о ландшафтах Р1.С.Берга. Посредством этого метода на основе пространственных обобщений В.Г.Глушков, а в последствии Н.И.Маккавеев установили неразрывную связь русла реки с ее бассейном и окружающим ландшафтом в целом (геология, рельеф, почвы, климат, растительность). В связи с этим русловые процессы следует рассматривать как составную часть развития географической среды, а ее зональные и азональные геолого-геоморфолога ческие факторы определяют общий фон развития речных русел.

Закон зональности - провинциальности природы в целом и природных компонентов универсален и по-прежнему является отправным пунктом для создания новых теоретических положений и практических рекомендаций в географической науке. Свидетельством является зонально-провинциальный характер проявления русловых процессов, отражающийся в гидролого-морфологических типах русел. Следовательно, типы русел и русловые процессы должны быть, в определенной мере, также зональны подобно остальным географическим процессам и элементам ландшафтной оболочки. Таким образом, выявление зонально-провинциальных особенностей русловых процессов рек (в том числе: особенностей морфологии долин, стока воды и наносов, закономерностей распространения морфологически однородных участков, величин деформаций, характеристик русел и потока) имеет важное теоретическое и практическое значение.

Объектом исследования являются реки восточной части Русской равнины, где наиболее ярко проявляется система широтных зон, отражающая смену основных типов структуры физико-географического процесса с севера на юг и где пока не так сильно влияние хозяйственной деятельности, искажающей природные процессы, хотя хозяйственная деятельность и антропогенные нагрузки в определенной степени тоже различаются по природным зонам, определяясь их спецификой. В качестве конкретных объектов исследования были выбраны следующие реки, протекающие в пределах одной зоны: Уса (лесотундра), Ижма (северная тайга), Юг, Вычегда (средняя тайга), Ветлуга, Вятка, верхняя Кама (южная тайга), Белая, Самара (лесостепь), Большой Иргиз, среднее течение Урала (степь), Илек (полупустыня), Эмба (пустыня).

Под восточной частью Русской равнины понимается территория, ограниченная на западе 44 меридианом, а на востоке Уральскими горами. Сюда входят следующие районы: северо-восточная моренная равнина, высокое и низкое Заволжье, Прикаспийская низменность, а также частично среднее Поволжье и Приволжская возвышенность.

Предмет исследования - процессы формирования и географические особенности долин, пойм и русел рек: в различных природных зонах; морфометрические и гидрологические характеристики.

Цель работы - выявление зональных особенностей морфологии, динамики и условий формирования русел рек восточной части Русской равнины.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- Рассмотреть историю формирования долин рек восточной части Русской равнины с акцентом на выявление их зональных особенностей.

- Определить руслоформирующие расходы рек, с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока, и районировать восточную часть Русской равнины по условиям прохождения этих расходов.

- Проанализировать имеющиеся результаты о зональных особенностях стока взвешенных наносов и донных отложений рек рассматриваемой территории.

- Дать оценку методов исследования динамики русел и пойм рек, подготовить сводку исходных данных для их реализации.

- Произвести выбор репрезентативных (зональных) рек.

- Выполнить анализ распределения типов речных русел и пойм по территории, морфологических и гидрологических характеристик по природным зонам.

- Проверить наличие зональных особенностей деформаций русел и пойм в разных природных зонах Русской равнины.

Научная новизна.

- Уточнены представления об условиях формирования долин рек в разных геоморфологических районах, их зональных и азональных особенностях.

- Выполнено районирование восточной части Русской равнины по характеристикам руслоформирующих расходов, определенных с использованием понятий удельной мощности и удельной работы потока.

- Подтверждены (на основе данных по рекам рассматриваемой территории) известные выводы о зональности характеристик стока наносов и донных отложений.

- Произведена оценка методов исследования динамики русел и пойм рек применительно к решению поставленных задач.

- Впервые для заключения о зональности условий формирования, распределения типов речных русел морфометрических и гидрологических характеристик использованы данные по репрезентативным (зональным) рекам.

- Получены зависимости связывающие параметры речных русел с широтой местности (а следовательно и с природными зонами), которые более четко выражены при использовании данных по репрезентативным рекам.

- Установлена зональность в распределении величин деформаций русел и пойм рек.

Теоретическое и практическое значение

Изучение закономерностей развития и рельефа речных русел имеет большое теоретическое и практическое значение. Разработки, выполненные при подготовке диссертации, подтверждают связь типов русел и пойм (русловых процессов) с характером бассейна реки. Зональные факторы географической среды вместе с азональными геолого-геоморфологическими факторами определяют общий фон развития речных русел и пойм, а с учетом локальных (местных) условий и всей речной долины со всеми ее индивидуальными особенностями.

Выявление зональных особенностей русловых процессов (в том числе: особенностей морфологии долин, стока воды и наносов, типов русел и пойм, распределения по территории морфологически однородных участков рек, величин деформаций, характеристик русел и потока) расширяет существующие представления об определяющих факторах и закономерностях формирования речных русел разного типа, что является вкладом в развитие русловедения и, как следствие, геоморфологии и эволюционной географии.

Выявленные и уточненные представления о закономерностях формирования рек с разными типами русловых процессов в различных природных зонах (прежде всего репрезентативных рек) и полученные эмпирические зависимости позволяют вплотную подойти к разработке методики прогноза типов речных русел (схем деформаций) и их количественных характеристик. Разработка такой методики, позволяющей более точно прогнозировать особенности проявления русловых процессов на реках в различных природных зонах, представляется особенно важной при проектировании крупных водохозяйственных и водоохранных мероприятий, гидротехнических сооружений и при обосновании комплекса мероприятий по улучшению условий судоходства на реках (в том числе при разработке схем регулирования речных русел).

Наличие зональных особенностей русловых процессов и сведений об изменении стока воды и наносов (в различных сценариях глобальных изменений климата) дают возможность прогнозировать дальнейшую эволюцию русел.

Материалы исследования могут быть также использованы в учебном процессе при подготовке специалистов в области эрозионных и русловых процессов, гидрологии, флювиальной геоморфологии, водного хозяйства и мелиорации.

Методология исследований и основные материалы

Основой работы является гидролого-морфологический подход к исследованию русловых процессов, развиваемый в ГГИ. В основе этого подхода лежат представления о дискретности и структурности руслового процесса, типизация русловых процессов. В качестве основных определяющих факторов приняты сток воды, наносов и ограничивающие условия (общее падение дна речной долины, местные базисы эрозии, выход неразмываемых горных пород, наличие базального слоя). Интенсивное развитие гидротехнического строительства вызвало необходимость учета воздействия различных сооружений на русловые процессы, которые подразделяются на активные и пассивные. Вместо гидродинамической задачи определения твердого расхода по заданным граничным условиям, при этом подходе, ставится и решается морфологическая задача - определение формы русла и вида руслового процесса в зависимости от заданных характеристик жидкого и твердого стока.

В процессе исследований, по конкретным главам диссертации, в качестве основных носящих методологический характер использованы следующие результаты научных исследований:

- гляциальная и антигляциальная концепции формирования долин рек Русской равнины в четвертичный период;

- дифференцированный подход к русловым процессам на реках, находящимся в различных природных и антропогенных условиях руслоформирования (географическое направление исследований русловых процессов МГУ);

- методика определения руслоформирующих расходов воды с использованием понятий удельной мощности и удельной работы совершаемой потоком (В.И.Антроповский);

- распределение средней мутности и модуля стока наносов рек Европейской территории СССР (К.И.Лисицина и Н.Н.Бобровицкая);

- изменчивость крупности донных отложений рек ETC (Г.А.Петухова);

- методы исследования динамики русел и пойм с естественным режимом стока воды и наносов (разработанные большим числом ученых разных школ и направлений);

- распределение типов речных русел и пойм, морфометрических и гидравлических характеристик, величин русловых и пойменных деформаций по территории (прежде всего: С.И.Пиньковский и другие исследователи ГГИ, МГУ).

Исходным материалом для работы явились: литературные источники, гидрографические описания, лоцманские и топографические карты масштаба 1:100000, планы перекатов, материалы аэрофотосъемки, «Ресурсы поверхностных вод СССР», гидрологические ежегодники.

Камеральное изучение и сопоставление топографических и лоцманских карт, планов и специальных съемок русел (1912-1916 гг., 1927-1933 гг., 1950 г., 1965 г., 1978-1982 гг., 1996-2000 гг.) через определенные промежутки времени, от 20 до 80 лет соответственно, позволило получить данные о морфологическом строении русел, их динамике, условиях переформирования в различных природных зонах. При обработке натурных данных использованы методы: сравнительно-морфологический (сравнительно-географический), гидролого-морфологической аналогии, гидроморфологических зависимостей (корреляционных связей). Эти методы обычно не требуют знания составляющих баланса наносов, выяснения механизма переформирований и позволяют получить конечный результат, минуя рассмотрение промежуточных этапов переформирования русел.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Плейстоценовая история проявляется в зональности морфологического строения долин рек (степени их разработанности, литологии отложений на дне), что создает разную степень влияния ограничивающих условий на развитие русловых процессов рек восточной части Русской равнины.

2. Современные активные руслообразующие факторы (сток воды и наносов) отражают современную зональность при развитии типов русловых процессов в разработанных унаследованных долин рек восточной части Русской равнины.

3. Выполненное районирование восточной части Русской равнины по условиям прохождения руслоформирующих расходов воды на реках, определенных с использованием методики основанной на понятиях удельной мощности и удельной работы потока.

4. Географические особенности современного распространения типов русел и пойм, распределения интенсивности деформаций и отдельных морфометрических характеристик являются следствием взаимодействия зональных особенностей морфологии долин и рельефа (провинциальность) и современных зональных активных руслообразующих факторов.

5. Результаты построения широтных зависимостей, отражающих зональность условий формирования, морфологии и динамики русел рек с использованием данных по репрезентативным (зональным) рекам.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений. Общий объем диссертации - 161 страница, в том числе 28 рисунков, 13 таблиц. Список литературы включает 135 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоморфология и эволюционная география", Аверичкин, Олег Борисович

Данные выводы подкрепляются графиком связи интенсивности деформаций с широтой.

Связь плановых деформаций (скорости размыва берегов) с широтой представлена на рис. 5.6.

Выявлена четкая тенденция возрастания средней и максимальной скорости размыва берегов с севера (от тундры) на юг к полупустыням. В тоже время для русел северной покатости (Вычегда, Юг, Печора) характерно увеличение скорости размыва берегов с удалением от главного водораздела к северу, но с резким уменьшением в тундре-лесотундре (Уса). Низкие скорости размыва на реке Усе связаны с тем, что для анализа был выбран участок реки fbc. 5.3. Схема плановых деформаций русла реки Вятки в районе г. Кирова

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении представлены основные выводы по выявлению зональных особенностей условий формирования, морфологии и динамики русел рек. Базой для исследования явились представления Н.И.Маккавеева, который сформулировал географические основы теории русловых процессов, согласно которой русловые процессы отражают развитие географической среды и зональны. Каждое русло тесно связано с бассейном реки и является не только гидрологическим, но и геоморфологическим фактором влияния в окружающем ландшафте. Поэтому познание русловых процессов невозможно без анализа истории каждого конкретного объекта, без учета первичного рельефа и тех изменений руслообразующих условий и русловых форм, которые испытала в разные этапы река.

1. Морфология русла определяется современной природной зональностью и влиянием палеозональности запечетленной в рельефе долины (степень разработанности) и бассейна. Соответственно на Русской равнине выделяется три зоны долинообразования с подзонами, в каждой из которых долин характеризуются вполне определенными морфологическими особенностями и строением русел на их дне. Это подтверждается зависимостями В0 = ср (град.с.ш.) (рис. 1.4).

2. Результаты определения руслоформирующих расходов в 38 гидростворах рек восточной части Русской равнины по методике, базирующейся на понятии удельной мощности потока, в целом не противоречат выводам Н.И.Маккавеева (1955 г.) и Р.С.Чалова (1979 г.) о величине, количестве, приуроченности этих расходов к конкретным речным формам рельефа и распределении по территории. Однако ряд особенностей позволил составить несколько отличную схему районирования по условиям прохождения руслоформирующих расходов (рис. 2.2.). Распределение рек с разными особенностями прохождения руслоформирующих расходов подчиняется географической зональности.

3. Сток наносов, как активный фактор руслоформирования подчиняется закону географической зональности, обнаруживая связь с интенсивностью процессов выветривания. Зональные особенности стока взвешенных наносов подтверждаются зависимостью среднегодовой мутности рек от широты местности р = ср (град.с.ш.) (рис. 2.4.).

4. Гранулометрический состав донных отложений отражает ландшафтно-геологические и гидрологические условия. Зависимость (рис. 2.6) средней крупности донных отложений рек от широты dso = Ф (град.с.ш.) выражает в количественном виде закономерность об уменьшении крупности донных отложений с севера на юг и о зональности гранулометрического состава четвертичных отложений.

5. Формирование морфологического типа речного русла обусловлено комплексом природных факторов, среди которых ведущую роль играет гидрологический режим и геолого-геоморфологическое строение долины и русел рек. Геолого-геоморфологическое строение проявляется в свободных или ограниченных условиях развития русловых процессов, а гидрологический режим - в характере прохождения руслоформирующих расходов. В областях ограниченного развития русловых процессов ведущими являются геолого-геоморфологические факторы, в областях свободного развития -гидрологические факторы. Различия в величине, количестве и обеспеченности руслоформирующих расходов, стоке взвешенных наносов приводят к возникновению определенного типа русла. Таким образом, тип русла определяется не только современными природными процессами, но и историей геоморфологического развития самого русла и долины.

6. Из рассмотрения карты типов речных русел и распространения их по длине репрезентативных (зональных) рек восточную часть Русской равнины можно разделить на три пояса (рис. 4.1). В северном поясе хотя и преобладает свободное меандрирование, но значительно распространены ограниченное меандрирование, русловая и пойменная многорукавность, ленточно-грядовый, побочневый типы русловых процессов. В среднем поясе преобладает свободное и незавершенное меандрирование. Развиты русловая многорукавность, ограниченное меандрирование, ленточно-грядовый и побочневый типы. В южном поясе преимущественно наблюдаются реки с пойменной многорукавностью и незавершенным меандрированием и также свободным меандрированием.

7. Согласно составленной схеме районирования восточной части Русской равнины по интенсивности деформаций рек (рис. 5.7) рассматриваемая территория делится на две половины:

- северная покатость и главный водораздел с пониженной интенсивностью деформаций;

- южная покатость с повышенной интенсивностью деформаций.

8. На основе зависимостей широтного изменения коэффициента устойчивости русел Лохтина по репрезентативным рекам (рис. 5.2.) и произведенного районирования восточной части Русской равнины по степени устойчивости речных русел (рис. 5.1.) можно заключить о постепенном увеличении коэффициента Л с юга на север.

9. Анализ графиков (зависимостей) широтного изменения ряда морфометрических и гидрологических характеристик, несмотря на имеющийся разброс точек, подтверждает наличие зональных закономерностей. То есть русла рек подчиняются закону зональности - провинциальности природных компонентов и комплексов.

10. Проведенное единым комплексом методов исследование средних рек востока Русской равнины показало, что русловые процессы являются составной частью развития географической оболочки. Изменение зональных факторов русловых процессов (климата, стока воды и наносов, почвенно-растительного покрова) и геолого-геоморфологических факторов (размеры и характер долин, степень унаследованности, особенности рельефа бассейна) по геоморфологическим районам создает зонально-провинциальные различия в условиях формирования, морфологии и динамике русел рек. Последнее необходимо учитывать при составлении фоновых прогнозов русловых

In о j j переформирований и эволюции русел на отдаленную перспективу, в частности, в связи с ожидаемым потеплением климата и возможным смещением границ природных зон.

11. Теоретическое значение работы заключается в том, что восполнена недостаточная изученность специфики географических закономерностей руслового процесса, распространения и руслоформирующей деятельности рек в различных природных условиях.

Практическая значимость состоит в возможности использования полученных результатов и, прежде всего, зависимостей, схем районирования в качестве информационной базы при изучении других рек, находящихся в сходных географических условиях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Аверичкин, Олег Борисович, Санкт-Петербург

1. Авенариус И.Г., Дунаев Н.Н. Некоторые аспекты развития рельефа в позднем Валдае в восточной части Баренцева моря и прилегающей суши //Геоморфология, 1999, № 3, с. 57-61.

2. Аверичкин О.Б., Ильин М.Ю. Руслоформирующие расходы рек севера Русской равнины // LV Герценовские чтения «География и смежные науки», СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2004, с. 6-8.

3. Аверичкин О.Б. Районирование восточной части Русской равнины по условиям прохождения руслоформирующих расходов//ЬУ1 Герценовские чтения. «География и смежные науки», СПб.: Изд-во «Эпиграф», 2003, с. 6-8.

4. Агелеулов Е.А. Пойменные луга реки Урал: Алма-Ата: Наука, 1982. -224 с.

5. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов. М, 1998. -202 с.

6. Алпатьев A.M. Реки СССР. Изд-во ЛГПИ им.А.И.Герцена. Л.,1958. 48 с.

7. Антипов А.Н., Федоров В.Н. Ландшафтно-гидрологическая организация территории. Новосибирск : Изд. СОРАН, 2000. - 254 с.

8. Антроповский В.И. Гидроморфологические зависимости и их дальнейшее развитие//Тр. ГГИ, 1969. Вып. 169, с. 34-87.

9. Антроповский В.И. Связь типов руслового процесса с определяющими факторами//Тр. ГГИ, 1970. Вып. 183, с. 70-80.

10. Антроповский В.И., Исаева Г.И. Руслоформирующие расходы воды рек Алтая // Тр. ЗапСибНИГМИ, 1990. Вып. 92, с. 3-8.

11. Антроповский В.И. Типы русел рек левобережья Верхней и Средней Волги // География и природные ресурсы, 2000, № 1, с. 71-76.

12. Антроповский В.И. Русловые деформации на участках подводных переходов магистральных нефтепроводов // Водные ресурсы, 2002, Т.29, №2, с. 187-192.

13. Антроповский В.И., Изотов А.В., Шелухина О.А. Структура и динамика пойменно-русловых комплексов рек // Вестник ф-та географии. Вып.З. -СПб: Изд-во «Эпиграф», 2003, с. 97-110.

14. Антроповский В.И., Аверичкин О.Б., Мосин В.В. Методы исследования динамики речных русел и пойм на реках с измененным стоком воды и наносов//Изв. РГО, 2003. т. 135. Вып. 6, с. 73-78.

15. Антроповский В.И., Аверичкин О.Б., Мосин В.В. Методы исследования динамики русел и пойм рек с естественным режимом стока воды и наносов//Вестник ф-та географии. Вып.4. СПб: Изд-во «Эпиграф», 2004, с. 77-86.

16. Аристархова Л.Б., Гурикешев Г.П. Реконструкция позднеплейстоценовой речной сети Прикаспийской низменности // Геоморфология, 1983, № 4, с. 62-67.

17. Асеев А.А. Общие особенности строения речных долин как показатель ритма колебательных движений земной коры // Геоморфология, 1978, №2, с. 3-17.

18. Балков В.А., Максютов Ф.А., Рождественский А.П. Речные долины и вопросы мелиорации земель Западной Башкирии // Речные системы и мелиорация. Ч I. Мат-лы XIV пленума геоморфологической комиссии АН СССР, Новосибирск, 1977, с. 111-113.

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

20. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. Л., Гидрометеоиздат, 1988. 456 с.

21. Барышников Н.Б., Беркович К.М., Гареев A.M. Развитие русла нижней Белой в условиях антропогенной нагрузки//Эрозионные и русловые процессы. Вып.З. М.: МГУ, 2000, с. 201-215.

22. Берг Л.С. Географические зоны Советского Союза. М., 1947. - Т.1. 397 с. М., 1952.-Т 2. 511 с.

23. Беркович К.М., Власов Б.Н., Зайцев А.А., Сидорчук А.Ю., Чернов А.В.

24. Геоморфологическое районирование территории Европейской части СССР для оценки руслоформирующей деятельности рек // Рельеф и климат. Сб. АН СССР. МФГО СССР. М. 1985, с. 62-75.

25. Близняк Е.В., Овчинников К.М., Быков В.Д. Гидрография рек СССР. М.:Гидрометеоиздат, 1945. 616 с.

26. Блюме X., Дедков А.П., Тимофеев Д.А. Климато-геоморфологическая зональность Земли: основные принципы и подходы // Геоморфология, 1995, № 3, с. 3-8.

27. Бобровицкая Н.Н. Зависимость среднего многолетнего стока взвешенных наносов рек Европейской территории СССР от физико-географических факторов//Тр. ГГИ. Вып. 191. 1972, с. 68-99.

28. Большая Эмба. Вып. 11. Т.П. Мат-лы по водным ресурсам и транспорту. М. : Изд-во АН СССР, 1938. 366 с.

29. Брылев В.А. Древние и современные речные долины на Европейском юго-востоке России // Эрозионные и русловые процессы. Вып. 3, М., МГУ, 2000, с. 123-127.

30. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Д., Гидрометеоиздат, 1980. -352 с.

31. Бутаков Г.П., Бабанов Ю.В., Мозжерин В.И., Апекинцева А.И. О зональности асимметрии речных долин востока Русской равнины // Ландшафтные исследования на территории Поволжья. Сб. 10, Казань, 1977, вып. 174, с. 53-79.

32. Бутаков Г.П. Плейстоценовый перигляциал на востоке Русской равнины. Изд-во Казанского ун-та, 1986. -144 с.

33. Бутаков Г.П., Серебренникова И.А., Гаврилов Е.Г., Мачина О.В. Характер плановых деформаций русел средних рек Закамья Татарстана//Вопр. физ. Геогр. и геоэкологии Урала: Межвуз. сб. науч. трудов / Перм. ун-т -Пермь, 1998, с. 82-88.

34. Бутаков Г.П., Назаров Н.Н., Чалов P.M., Чернов А.В. Условия формирования русел и русловые деформации на реках бассейна р. Камы //

35. Эрозионные и русловые процессы. Вып. 3, М.:МГУ, 2000, с. 138-148.

36. Виноградов Б.В., Григорьев А.А. Использование космических фотографий для изучения экзогенного рельефа // Изв. ВГО, 1970, № 6, с. 512-520.

37. Власов Б.И., Чалов Р.С. Районирование Европейской территории СССР по условиям прохождения руслоформирующих расходов воды на реках // Вестник МГУ. Сер. 5, География, 1991, № 6, с. 32-42.

38. Герасимов И.П., Марков К.К. Ледниковый период на территории СССР. Тр. ин-та Географии. Вып. XXXIII. Изд. АН СССР. М.-Л., 1939. 462 с.

39. Геренчук К.И. Тектонические закономерности в орографии и речной сети Русской равнины. Изд. Львовского ун-та, 1960. 242 с.

40. Гидрологические ежегодники за 1956-1977 гг., ТТ. 0, 2, 3, 4. Вып. 1-9. Л.: Гидрометеоиздат.

41. Геоморфологическое районирование СССР и прилегающих морей. Учеб. Пособие для студентов геогр. Специальностей ВУЗов/С.С.Воскресенский, Д.К.Леонтьев, А.И.Спиридонов и др. : М.: Высшая школа, 1980. 343 с.

42. Гожев А. Д. О различных трактовках закономерностей природы поверхности земного шара // Ученые записки ЛГПИ им. А.И.Герцена, т. 205, 1959, с. 3-22.

43. Горелов С.К. Древний рельеф и современные геоморфологические процессы. -М.: Изд-во НЦЭНАС. 2001. 128 с.

44. Горецкий Г.И. Аллювий великих антропогеновых прарек Русской равнины. Прареки Камского бассейна. М.: Наука, 1964. 416 с.

45. Григорьев А.А. Закономерности строения и развития географической среды. -М.: Мысль, 1966. 382 с.

46. Давыдов А.К. Гидрография СССР. т. II. Изд. ЛГУ, 1955. 600 с.

47. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Изд-во Казан, ун-та, 1984.-260 с.

48. Дедков А.П., Тимофеев Д.А., Мозжерин В.В., Спасская И.И. Реликты климатов геоморфологического прошлого в рельефе Евразии// Геоморфология, 2003. Т 1. с. 9-15.

49. Докучаев В.В. Способы образования речных долин Европейской России. СПб. Типография Демакова, 1878. 221 с.

50. Докучаев В.Р. Учение о зонах природы. М.:Географгиз, 1948, с. 64.

51. Евстигнеев В.М., Шенберг Н.В. Анализ методики расчета руслоформирующих расходов воды (по Н.И.Маккавееву) // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. -М.: Изд. МГУ, 1987, с. 241-242.

52. Еленевский Р.А. Вопросы изучения и освоения пойм. М.: Изд. ВСХНИЛ, 1936.-99 с.

53. Жандаев М.Ж. Речные долины. Алма-Ата:Казахстан, 1984. 184 с.

54. Знаменская Н.С. Расчеты деформаций русла по смещению русловых форм // Труды координац. совещаний по гидротехнике, 1967. Вып. 36.

55. Знаменская Н.С. О формировании рельефа пойм меандрирующих рек // Тр. ГГИ. Вып. 209. Л. Гидрометеоиздат, 1973, с. 91-102.

56. Иванова О.Ю., Сваткова Т.Г., Чалов Р.С., Чернов А.В. Совершенствование методики мелкомасштабного картографирования русловых процессов // Вести. Моск. Ун-та. Сер. 5. География, 1992, № 2, с. 55-62.

57. Ильина Л.Л., Грахов А.И. Реки Севера. Л., 1987. 127 с.

58. Калесник С.В. Общие географические закономерности Земли. М.: Мысль, 1970.-282 с.

59. Камалова Е.В. Размывы берегов и горизонтальные деформации русел малых и средних рек бассейнов Волги и Верхнего Дона//Малые реки центра Русской равнины, их использование и охрана. М., АН СССР, МФГО СССР, с. 25-32.

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

61. Квасов Д.Д. Влияние оледенения на развитие гидрографической сети Русской равнины // Озера полуаридной зоны. Тр. Лаб. Озероведения. АН СССР, t.XV. М.-Л., 1963, с. 268-285.

62. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л., Гидрометеоиздат, 1982.-272 с.

63. Кудрицкий Д.М., Попов И.В., Романова Е.А. Основы гидрографического дешифрирования аэрофотоснимков. Л.:Гидрометеоиздат, 1956. - 344 с.

64. Кузин П.С., Бабкин В.И. Географические закономерности гидрологического режима рек. Л.:Гидрометеоиздат, 1979. 200 с.

65. Кузин ИЛ. Эрратические валуны Европы// Изв. РГО, Т. 133, вып. 6, 2001, с. 45-49.

66. Лаврушин Ю.А. Опыт сравнительной характеристики строения аллювия равнинных рек различных климатических зон // Современный и четвертичный континентальный литогенез. М : Наука, 1966, с. 162-175.

67. Ламакин В.В. Динамические фазы речных долин и аллювиальных отложений // Землеведение, Нов. Серия, т. II (XI.II), 1948, с. 154-188.69