Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Гидрологические функции разветвлений русла

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Гидрологические функции разветвлений русла"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

На правах рукописи

Чалов Сергей Романович

УДК 556.535:556.537

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ РАЗВЕТВЛЕНИЙ РУСЛА Специальность 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

ООЗ1БЭЭ18

Москва - 2007

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши географического факультета Московского государственного университета им. МВ. Ломоносова

Научный руководитель:

доктор географических наук, профессор

Алексеевский Николай Иванович

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор кандидат технических наук

Коронкевич Николай Иванович Щербаков Алексей Олегович

Ведущая организация:

Институт водных проблем РАН

11

"^СДЛч на заседании диссср-

Защита состоится

тационного совета Д 501.00!.68 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, ауд. 1801.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан «¿¡С), 0$ , 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

ММ

С.Ф. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Разветвления являются одним из трех основных морфодинамических типов русла Они занимают от 17 до 35 % общей длины рек Северной Евразии Разветвления осуществляют ряд специфических функций, связанных с изменением характеристик стока воды, наносов, растворенных веществ и тепла, условий существования сообществ водных организмов и хозяйственной деятельности на таких участках рек Разветвления создают ограничения или преимущества для судоходства, добычи нерудных материалов из русловых карьеров, разработки россыпных месторождений, организации переходов коммуникаций через реки, водозаборов, рыбного хозяйства и т д Все это дополняет содержание гидрологических функций разветвлений

Предшествующие исследования разветвлений в основном связаны с выделением типов русла (Андреев О В , Ярославцев И Я, 1958, Кондратьев Н Е, Попов ИВ, Снищенко БФ, 1982, Маккавеев НИ, 1955, Россинский КИ, Кузьмин И А, 1958, Чалов Р С , 1979, Leopold, L В , Wolman, М G, 1957, Nan-son GC , Knighton AD, 1996), анализом условий формирования разветвлений (Ромашин ВВ, 1968, Ржаницын НА, 1985, Чалов PC, Алабян AM и др, 1998, Schumm S А 1977) Распределение и перераспределение воды и наносов по системам водотоков рассматривалось в работах А М Алабяна (1991), Н И Алексеевского и КМ Берковича (1992), НИ Алексеевского, А А Зайцева и PC Чалова (1996), В И Баракова, К.В Дебольского и др (1981), KB Гриша-нина (1969, 1992), Ф М Чернышева (1973), RI Ferguson, Р J Ashworth (1992) и др Вопросами географического распределения типов разветвлений русел занимались СИ Пиньковский (1961, 1962), авторы монографии (Русловой режим , 1994), а переформированиями разветвленных русел - А Б Клавен и БФ Снищенко (1978), НИ Маккавеев (1948), АН Махинов (2006), ИВ Попов (1965), RK Fahnestock (1963) Другие гидрологические функции разветвлений фактически не изучены В частности, мало известны особенности формирования аквальных биотопов, изменения температуры воды и характера ледовых явлений при делении рек на рукава В этой связи изучение генезиса и

структуры разветвлений, специфики, взаимной обусловленности гидравлических, водораспределительных, наносорегулирующих, гидрохимических, экологических и водохозяйственных функций является актуальной научной задачей.

Целью работы является изучение подобия и различий структуры водотоков на участках бифуркации русла, закономерностей пространственно-временной изменчивости гидрологических функций разветвлений русла в различных природных условиях Для достижения этой цели потребовалось решить ряд научных, методических и информационных задач

1 Создать информационную основу исследования, выполнить комплекс специальных наблюдений на горных, полугорных и равнинных реках разного размера На основе ГИС-технологий разработать проект «Разветвления русла», совмещенный с базой данных по характеристикам разветвлений рек России.

2 Обосновать количественные критерии подобия структуры разветвлений, разработать их классификацию, учитывающую пространственные и временные масштабы существования этого морфодинамического типа русла

3 Определить состав гидрологических функций разветвлений, изучить гео1рафические, физические, химические и биологические закономерности их проявления

4 Оценить водораспределительные функции разветвлений на реках разного размера и типа (горные, полугорные, равнинные)

5 Охарактеризовать наносорегулирующие функции разветвлений, выявить закономерности изменения транспортирующей способности речного потока при переходе от неразветвленного к разветвленному руслу

6 Изучить выраженность теплорегулирующих функций разветвлений дня периодов нагревания и охлаждения речной водной массы

7 Выявить закономерности изменения структуры и экологических условий существования сообществ водных организмов на участках разветвлений горных и равнинных рек

8 Определить особенности природопользования на разветвленных участках рек

Методика исследования и фактический материал Исследование гидрологических функций разветвлений русла выполнено на основе анализа и обобщения фактического материала по 99 разветвлениям 38 рек России, Китая и США Основная часть исходного материала получена автором при обработке архивных данных исследований НИЛЭПиРП им Н И Маккавеева (географический факультет МГУ) Большой объем данных собран автором лично при работе в экспедициях МГУ и Всероссийского научно-исследовательского института рыбной отрасли и океанографии (ВНИРО) на рр Лена, Ока, Волга, Протва, Северная Двина, Вага, Пинега, Сухона, Вычегда, Терек, Быстрая и др в 2002 -2007 гг Часть данных получена из публикаций других специалистов

В качестве основного использовался метод географического анализа и обобщений исходной информации Многие выводы исследования базируются на применении методов гидрологического и морфологического подобия участков бифуркации русла Метод регрессионного анализа использован в работе при изучении изменчивости характеристик гидрологических функций в зависимости от критериев подобия разветвлений При подготовке картографических материалов применялся потенциал ГИС-технологий

Предметом защиты являются результаты формализации структуры водотоков на участках разветвлений, а также анализа пространственно-временных закономерностей изменения гидравлических, водораспределительных, наносорегулирующих, тегогорегулирующнх, гидрохимических, экологических и водохозяйственных функций на таких участках рек

Научная новизна работы. В работе предложена наиболее полная классификация разветвлений русел рек В основу классификации положены соотношения между шириной пояса руслоформирования шириной русла В и шириной долины ВД, а также время существования разветвленности Осередко-вые, русловые и пойменные разветвления дополнены точечными разветвлениями Разработана концепция гидрологических функций разветвлений Впервые для изучения водораспределительных функций разветвлений предложены критерии продольного и поперечного рассредоточения стока Они характеризуют

подобие и различия разветвлений одной реки и разветвлений разных рек по особенностям рассредоточения стока воды Установлены диапазоны изменения критериев подобия для разных типов разветвлений и выявлены характерные темпы их трансформации Исследованы формы проявления наносорегулирую-щих функций разветвлений в многолетнем и сезонном масштабе времени Обобщены данные по условиям транспорта наносов в рукавах, отличающихся по тенденции развития Впервые оценена теплорегулирующая и экологическая роль разветвлений русел рек. Изучено влияние степени рассредоточения стока воды на температуру водной массы, характеристики ледового покрова, сообщества водных организмов

Публикации. Итоги исследований изложены в И статьях (6 из них подготовлены в соавторстве, 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах) Отдельные результаты работы опубликованы в 6 тезисах

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на международных конференциях студентов и аспирантов «Ломоносов» (2002, 2003, Москва), научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (2004, Вологда), семинарах молодых ученых по эрозионным и русловым процессам (2002, Пермь, 2004, Брянск, 2006, Волгоград), VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (2004, Москва), на третьей конференции ДВО РАН «Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова» (2005, Владивосток), научной конференции «Фундаментальные проблемы изучения и использования водных ресурсов» (2005, Иркутск), пленарных межвузовских координационных совещаниях по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (2005, Ульяновск, 2006, Чебоксары), VII научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (2006, Петропавловск-Камчатский).

Практическая значимость исследования заключается в обосновании состава и взаимной обусловленности гидрологических функций разветвлений Практическую ценность имеют методические средства оценки подобия и отличий структуры разветвлений. Закономерности влияния процессов рассредото-

тения стока воды на другие функции разветвлений можно использовать для характеристики освоенных, но неизученных участков рек Учет экологических функций разветвлений повышает эффективность рыбохозяйственного районирования речных бассейнов, работы рыбоводных заводов, рыболовства Оригинальный программный комплекс для расчета распределения расходов воды по рукавам разветвленных участков неизученных рек может найти применение при анализе последствий изменения структуры разветвлений, а также при проведении практических работ по учебным курсам «Речная гидравлика» и «Динамика русловых потоков»

Результаты регионального анализа водораспределительных и наносорегу-лирующих функций разветвлений русел рек вошли в отчеты по гранту Президента РФ для поддержки ведущих научных школ «Эрозия почв на водосборах и русловые процессы» (проекты ШИ-1443 2003 5, НШ-4884 2006 5), грантам РФФИ (проект 06-05-64293, 06-05-64099) и гранту РФФИ-ГФЕН Китая (проект 04-05-39017) Результаты исследований изменчивости разветвлений малых рек в условиях ожидаемого изменения климата использованы для подготовки раздела отчета по российско-голландскому проекту NWO-RFBR (№ 047 014 010) «Large European river system responses to global change and human activities» Возможности имитационного моделирования распределения стока воды на многорукавных участках рек применены для обоснования схемы регулирования русла Северной Двины в районе о. Золотая релка Исследования экологических функций разветвлений рек Камчатки дополнили изучение экосистем лососевых рек в рамках проекта программы развития ООН и глобального экологического фонда "Сохранение биоразнообразия лососевых рыб Камчатки и их устойчивое использование"

Структура работы Диссертация состоит из Введения, шести глав и Заключения Она изложена на 203 страницах машинописного текста, включающего 75 рисунков, 41 таблицу и 1 приложение Список литературы состоит из 125 отечественной и зарубежной публикации

При подготовке диссертации автор получал полезные советы, консультации от сотрудников кафедры гидрологии суши, лаборатории эрозии почв и русловых процессов им НИ Мажкавеева МГУ доц Алабяна АМ, Фроловой НЛ, кгн. Завадского АС., Косицкого А.Г, Рулевой С.Н, Самохина МА, к б н Гончарова А В , а также от сотрудников лаборатории воспроизводства лососевых рыб ВНИРО к б н Лемана В Н и Есина Е В Автор признателен им, а также участникам экспедиционных исследований за поддержку и помощь в работе Автор выражает признательность Крюченкову Е Н и к г н. Алешкину С.А за помощь в разработке программного комплекса для расчета распределения расходов воды по рукавам разветвлений русел рек

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, охарактеризованы ее научная новизна и практическая значимость, даны сведения о методике и исходных материалах, использованных в работе.

В главе 1 приведены сведения о типах и генезисе разветвлений русла, предложена методика количественной формализации рассредоточения стока воды по рукавам, позволяющая сравнивать разветвления одной реки и разветвления разных рек. В этой главе уточнена классификация разветвлений русла, обоснованы значения критериев подобия для каждого из типов разветвлений

В общем случае разветвления имеют аллювиальное происхождение Главной причиной формирования аллювиальных разветвлений является несоответствие стока наносов Ж и транспортирующей способности потока По мнению многих специалистов (Караушев, 1969, Алексеевский, 1998, АвЬтоге, 1991) толчком к формированию разветвлений является превышение фактического стока наносов над транспортирующей способностью потока, т е возникновение условия Жгр < Ж Неаллювиальное происхождение имеют разветвления, связанные с разделением потока массивами горных пород

Тип разветвлений зависит от ширины пояса руслоформирования Вр и ширины русла В, отношения В/В и В/В, где Вл - ширина долины В качестве характеристики размера водотоков в разветвлении предложено использовать величину условных порядков ТУу Она связана с порядком реки выше разветвления N (Чалов С Р, 2006) Условный порядок г-го водотока в разветвлении = тУ, если водоносность рукава ~ ()о, где - средний многолетний расход воды

При последовательном делении русла реки на рукава уменьшение их размера по длине разветвления характеризует критерий подобия продольного рассредоточения стока воды АЫ2= АТУ, /И, где /Ш^Ы-Ыт, Л^ - минимальный условный порядок водотока, возникающий при последовательном делении русла реки на рукава Структуру разветвлений также характеризует число рукавов в разветвлении Ка, число узлов Кд и уровней деления русла У при расходе воды, равном норме стока Показателем сложности разветвления в поперечном створе долины реки является число водотоков Ка Чем больше Ка, тем больше степень поперечного рассредоточения стока воды Для сравнения разветвлений между собой целесообразно нормировать Ка на длину разветвления /, т е использовать критерий КД (Алексеевский, Чалов С Р, 2004, Чалов С Р , 2006)

В работе уточнена классификация разветвлений русел рек (табл 1) К традиционно выделяемым осередковым, русловым и пойменным разветвлениям (Россинский, Кузьмин, 1957, Кондратьев, Попов, Снищенко, 1982, Чалов Р.С , 1979 и др) предложено ввести точечные разветвления Этот вид разветвленно-сти соответствует рассредоточению стока воды отдельными выступами шероховатости Точечная и осередковая разветвленности прослеживаются лишь в период пониженного стока При более высоких уровнях воды эти типы разветвленности в большей или меньшей степени утрачивается На участках точечных разветвлений отношение ширины пояса руслоформирования Вр к ширине русла В стремится к 1 Для осередковых разветвлений и в масштабах сезонного уменьшения водности рек 1 < В/В < 2 Структура русловых и пойменных разветвлений существует практически постоянно Лишь в периоды формирования экстремально высокого стока воды острова русловых разветвлений за-

тапливаются, что обеспечивает временное восстановление единого русла Для участков русловой многорукавности характерно, что 1 < В/В < 3. Пойменная многорукавность формируется в широких долинах и дельтах рек, для которых В/В >3-4. Структура многих пойменных разветвлений несколько упрощается в межень и многократно усложняется в период максимального стока

Таблица 1 Типы разветвлений и пространственно-временные масштабы их существования

Тип разветвлений Характерная длина разветвлений Поперечный размер разветвлений В^В Период существования разветвлений тр

Точечные Диаметр русловых отложений 1-2 0 < тр < 365-Г„

Осередковые Длина гряд 1-2 0 <тр<365-Г„

Русловые Длина участка реки 1-3 З65-Т„<тр

Пойменные Длина участка речной долины >3-4 Тп< тр

В главе 2 обосновано существование гидрологических функций разветвлений, выявлены виды этих функций, определены основные физические, химические и биологические закономерности, объясняющие их разнообразие в различных природных и гидрологических условиях

Под гидрологическими функциями разветвлений понимается закономерное изменение водоносности рек, объема русловых и пойменных отложений, стока наносов, теплового состояния водотоков, условий существования биоценозов, факторов водохозяйственной обстановки, вызванное бифуркацией русла (Алексеевский, Чалов С Р, 2006) Гидрологические функции возникают как следствие рассредоточения стока воды по рукавам разветвлений, связанного с гидравлическими особенностями потока при формировании и эволюции участка разветвления (рис 1) Эти функции обусловлены, в частности, сезонным изменением гидравлических сопротивлений при переходе от неразветвленного к разветвленному участку реки Неравенство 7нр < 7Р, где 7Р - уклон русла на уча-

10

стке разветвления, /ир - уклон неразветвленного русла, характерно для разветвлений разного типа в период межени, что подтверждают данные лабораторных (Schümm, 1977) и натурных исследований Одновременно возникают поперечные уклоны водной поверхности Все это приводит к большему или меньшему рассредоточению стока воды, определяющему суть водораспределительных функций

Г=П-1 Г=Г\.2

Рис 1 Гидрологические функции разветвлений (1 - основные, 2 - вторичные

связи)

Гидравлические условия движения водных потоков на участках бифуркации русла воздействуют на наносорегулирующие функции разветвлений В межень они определяют увеличение суммарной транспортирующей способности рукавов Х(2?тр,где К-^ , - транспортирующая способность потока в г-м водотоке разветвления, по сравнению с величиной на неразветвленном участке, а также изменение расхода наносов К до величины, численно равной Лтр В результате изменения стока наносов ЬШ изменяется объем речных отложений Д^о в соответствии с уравнением - = = -ЬЖ<?>, где Щ - объем поступления минеральных частиц, а 1¥2 - вынос наносов с участка разветвления (Алексеевский, 1998) В межень для разветвлений характерно условие А1¥ >0 (АРУд < 0), а в половодье при затоплении островов - АЖ< 0 ( А1¥о> 0)

Гидравлические, водораспределительные и наносорегулирующие функции способны влиять на химическое состояние водной массы рукавов Изменения химического состава воды могут быть связаны с взаимодействием потока воды и русловых отложений, различиями в интенсивности разгрузки грунтовых вод, процессов окисления, восстановления, поглощения, фотосинтеза, возникающими в результате рассредоточения стока воды Они проявляются одновременно с теплорегулирующими функциями

Трансформация теплосодержания водной массы при бифуркации русла зависит от гидравлических и морфометрических характеристик рукавов Анализ изменения теплорегулирующих функций при делении потока показал (Чалов С Р, 2006), что разность температуры воды в смежных рукавах

1 (1)

свРЫ RX hfo

62 и 9i - температура, h\ и h2 - глубина, 1\ и /2 - длина, Foi и Voi ~ скорость течения в смежных рукавах, BR - радиационный баланс, се - теплоемкость воды (4190 Дж/(кг К)), р - плотность воды (1000 кг/м3) В менее крупных водотоках вода (прочие условия равны) нагревается быстрее по сравнению с водной массой неразветвленного участка реки Теплорегулирующие функции разветвлений отличаются в период нагревания и охлаждения воды

Трансформация перечисленных изменений на участках разветвлений влияет на условия существования сообществ водных организмов (на экологические функции разветвлений) Особенности гидравлических условий, величина стока воды, наносов, химического состава водной массы в рукавах разветвлений, соответствующая температура воды и т п создают абиотические условия, контролирующие численность, плотность, видовой состав сообществ разных экологических групп (Малые реки , 1998, Крылов, 2005 и др )

Экологические функции разветвлений обусловливают существование зон с повышенным биоразнообразием (Chalov, Esin, 2007) Поэтому рыбохозяйст-венное районирование речных бассейнов, строительство рыборазводных заво-

дов, организация рыболовства следует производить с учетом мест расположения и распространенности разветвлений русла При восстановлении естественных экологических условий эффективными оказываются мероприятия, в основе которых лежит искусственное рассредоточение стока (Веше, 1989)

Разветвления создают ограничения или преимущества для водного транспорта, организации русловых карьеров, разработки россыпных месторождений, организации переходов коммуникаций через реки, водозаборов, рыбного хозяйства и т.п В частности, сложность структуры разветвлений определяет условия судоходства Установлено, что отношение средней глубины рукава при проектном уровне (йпр) к гарантированной глубине на участке водного пути (йгар) в разветвлениях рр. Киренга, Енисей, Чулым и Бия зависит от выраженности поперечного рассредоточения стока К/1

йпрА-ар = -0,24/^ + 2 (2)

Чем больше К/1, тем сложнее условия судоходства на участке разветвления

Сезонная и многолетняя аккумуляция наносов создает на участках разветвлений запас русловых отложений, представляющий интерес для предприятий строительной индустрии Это наиболее перспективные зоны организации русловых карьеров Промерзание отмелей в рукавах разветвлений и образование торосов уменьшает меженную ширину потока в зимний период в 4-7 раз по сравнению с неразветвленным участком, что является предпосылкой создания заторов льда (Зайцев, 2003) Наоборот, перекрытие входа в небольшие рукава разветвлений снижает заторность участков рек

Глава 3 посвящена детальному анализу водораспределительных функций разветвлений русла в различных природных условиях Изучена специфика этих функций в зависимости от типа разветвлений, критериев продольного и поперечного рассредоточения стока воды Установлены особенности изменения водораспределительных функций во времени

Рассредоточение стока воды по рукавам - главная отличительная черта разветвленных русел Наличие разветвления означает уменьшение расхода воды в самом крупном рукаве по сравнению с расходом воды выше разветвле-

ния при условии бо = Хй в поперечном сечении пояса руслоформирования,

1=1

где т — число рукавов в этом сечении Нарушение этой закономерности возможно при наличии боковой приточности £?б„, при разгрузке подземных вод в русло <2^ или фильтрации речных вод крупных изъятиях воды (>т или сбросах сточных вод Qвo В этом случае на участке разветвленного русла возникает результирующая баланса

ле =¿2,- = 6бп+ <2*0-8*3 + ЙФТ - вф1 (3)

1-1

В частности, величина А0 > 0 на участке разветвлений, расположенных в узлах слияния рек (Никитина, 1989). Формирование значимой величины А0 характерно и для пойменных и русловых разветвлений полугорных рек в областях формирования вечной мерзлоты (Михайлов, 2005) За счет формирования поперечных градиентов напора между смежными рукавами, иногда в несколько раз превышающих продольный уклон реки, здесь формируются «предпочтительные пути фильтрации», влияющие на перераспределение стока в разветвлении Активизации фильтрационных процессов способствует и увеличение уклонов русла на участке разветвлений

Подобие и отличие условий рассредоточения стока воды по рукавам разветвлений характеризует критерий подобия ЛМ2 Для изученных разветвлений его величина изменяется от 0,05 до 0,8 (рис 2) Более 75 % простых одиночных разветвлений характеризуется слабым рассредоточением стока воды А/У2 < 0,2 Значительную часть разветвлений отличает умеренный тип рассредоточения стока воды: АЛ/? = 0,2-0,4 Это характерно для 40 % изученных разветвлений. Сильное рассредоточение стока воды наблюдается в 50 % пойменно-русловых разветвлений полугорных рек и больших равнинных рек, где АЫ2 ~ 0,4-0,6 Максимальное рассредоточение стока наблюдается на участках точечной раз-ветвленности, поскольку здесь ААГ2 = 0,6-0,8. Наибольшими пространственными отличиями обладают пойменные разветвления. Иногда и для пойменных разветвлений характерна максимальная степень рассредоточения стока (АА^ > 0,6)

м

33

цг-о.з 0,4-0.5 О.Ю.б О.В-ОТ 0,7-м

Умеренное шм Масимлльное

Рис. 2. Распределение числа изученных разветвлений (М) по интенсивности рассредоточения стока воды (Д№)

В целом водораспределительные функции контролируются размером рек, их типом, а также составом русловых отложений (табл. 2). В зависимости от этих факторов находится степень продольного и поперечного рассредоточения стока воды. Чем больше размер рек и ближе состав русловых отложений к отложениям равнинных водотоков, тем больше вероятность формирования русловых разветвлений, осуществляющих слабое рассредоточение стока.

Водораспределительные функции могут изменяться во времени вследствие развития разветвлений. Этот процесс зависит от изменения структуры разветвлений, в частности от изменения числа рукавов Интенсивность трансформации этих функций предлагается оценивать на основе параметра

(4)

* Дг

где Кд2 и Ка! - число водотоков в разветвлении в конце и начале промежутка времени Д(- Для различных типов бифуркации русла размерность этого параметра равна сут.'\ мес.'1 и год"1. Наибольшая временная изменчивость водораспределительных функций характерна для осередковой разветвленности рек, от-

личающихся большим стоком наносов Интенсивность изменения водораспределительных функций здесь составляет 10 сут"1 и более Интенсивность изменения водораспределительных функций на участках русловых и пойменных разветвлений колеблется в пределах Дк'а = 0,3-1,0 год"1 В результате влияния

хозяйственной деятельности может достигать 3 год"1

Таблица 2 Типизация разветвлений рек России по условиям рассредоточения

стока воды

Характеристика рек и их русел Тип Критерий подобия Пример рек

КЛ Ш] Ш2

Большие равнинные реки, песчаные отложения п,р <1,3 0,8-6,5 0,06-0,4 Лена, Обь, Северная Двина, Томь

Большие и средние равнинные реки, галечно-валунные отложения п,р 1,3-5 2,7-7,1 0,18-0,4 Енисей (верхний), Киренга, Бия, Сухона

Большие и средние полугорные реки, галечно-валунные отложения п,р >100 3-3,9 0,3-0,5 Быстрая, Плотникова

Малые равнинные реки Р >5 2-3,4 0,25-0,4 Протва

Малые горные реки, галечно-валунные отложения п,о >5 1,1-2,8 0,3-0,7 Водотоки Камчатки

Тип разветвлений п - пойменная, р - русловая, о - осередковая многорукавность

Автором разработан программный комплекс, в основе которого лежит стандартный алгоритм решения задачи о распределении расходов воды по рукавам разветвления (Чернышов, 1974, Алабян, 1991) Особенностью программного комплекса является способ задания структуры водотоков без изменения содержания смысловых блоков гидравлической модели Точность расчетов по модели меняется в зависимости от типа разветвлений и достигает максимума для участков русловой многорукавности Относительная погрешность расчета расходов воды возрастает при переходе от крупных к малым рекам

В главе 4 приведены результаты изучения наносорегулирующих функций разветвлений Изучены особенности изменения транспортирующей способности потока при переходе от неразветвленных к разветвленным участкам

16

рек, сезонные и многолетние особенности баланса наносов по длине разветвлений, влияние тенденций развития отдельных водотоков на структуру транспорта речных наносов и гранулометрический состав взвешенных наносов и русловых отложений

Установлено, что изменение стока наносов на участках разветвлений является сложным следствием гидравлических и гидрологических факторов Обработка данных по разветвлениям 8 рек (табл 3) показала, что результирующая баланса наносов на участке бифуркации русла, изменение объема и состава русловых отложений меняется в зависимости от фазы водного режима В межень переход от неразветвленного к разветвленному руслу сопровождается увеличением суммарной транспортирующей способности потока в рукавах, что связано с увеличением уклонов дна и водной поверхности на участке разветвления. Наоборот, в половодье суммарная транспортирующая способность потока, рассчитанная по методу К.И Российского (Россинский, Кузьмин, 1964) снижается, что объясняется многократным увеличением гидравлических сопротивлений при затоплении островной поймы (Барышников, Попов, 1988).

Таблица 3 Особенности изменения транспортирующей способности на участ-

ках разветвлений некоторых изученных рек в межень (м) и половодье (п)

Река Разветвление N Ш2 Я-гр ДЯтр»)

название тип м п м п

Северная Двина Холмогорское пр 16,5 0,24 11 85 49 24

Лена Якутское пр 17,8 0,4 300 2700 720 2000

Обь Карповско-Шшпевское Р 14,8 0,4 4 н/д 30 н/д

Умревикское Р 15,5 0,3 90 н/д 130 н/д

Енисей Шушенское пр 14,6 0,3 47 н/д 160 н/д

Алтайское пр 14,6 0,18 35 н/д 145 н/д

Киренга Банное Р 14,3 0,39 5 н/д 20 н/д

Протва Сатинское Р 8,3 0,25 0,03 н/д 0,07 н/д

Ветвей без имени о 9,3 0,12 0,6 н/д 4 н/д

Начилова без имени по 3,8 0,29 18,6 н/д 21,7 н/д

Разветвления о - осередковые, р - русловые, пр - пойменно-русловые, п - пойменные Н/д -

данные отсутствуют

Соответствующие сезонные изменения испытывает сток наносов На изученных участках разветвлений Оби и рек Камчатки в межень преобладают процессы размыва речных отложений При этом сток наносов возрастает по длине разветвлений В половодье ситуация часто носит противоположный характер Обработка данных по разветвлениям равнинных рр Лена и Обь, полугорных рек Камчатки показала, что обмен минеральными частицами между потоком и русловыми отложениями в активизирующихся рукавах происходит в широком диапазоне крупности и приводит к увеличению среднего диаметра взвешенных частиц и русловых отложений По длине активизирующихся рукавов сток наносов возрастает, а по длине отмирающих рукавов - уменьшается

В многолетних масштабах времени наносорегулирующие функции разветвлений характеризует соотношение объемов эрозии и аккумуляции в рукавах разветвлений и на пойме В разветвлениях разного типа возможен транзит, продольное увеличение или уменьшение стока речных наносов Увеличение стока наносов происходит за счет размыва русловых и пойменных отложений и сопровождается упрощением структуры разветвлений, трансгрессивному смещению островов При уменьшении стока наносов по длине разветвления происходит местное увеличение объема речных отложений и усложнение структуры разветвлений, регрессивное смещение островов

В главе 5 выполнено исследование теплорегулирующих функций разветвлений Изучена зависимость температуры воды от интенсивности бифуркации русла, типа и размера рек

Анализ изменения температуры воды в рукавах разветвлений в теплый (температура воздуха вв > 0) и холодный (въ < 0) периоды года выполнен на основе фактических данных по 15 разветвлениям 10 рек России В теплый период года отличия температуры воды в рукавах разветвлений и на участке нераз-ветвленного русла зависят от типа бифуркации русла, размера реки N и размера отдельных рукавов длины участка рассредоточения стока I и степени рассредоточения стока Шг При увеличении всех этих характеристик возрастает неоднородность температур на участке деления реки на рукава в соответствии с

уравнением (1) (радиационный баланс BR = const) Численные эксперименты на основе этого уравнения показали, что на крупных реках (N > 15) умеренного пояса даже в разветвлениях со слабым рассредоточением стока воды (AN2 < 0,2), при минимальном значении BR отличия в температуре отдельных рукавов превышают 0,2°С При N <9 даже при максимальной величине Br = 10 МДж/м2 (Хромов, Петросянц, 1994) разность температуры в простом разветвлении изменяется в июне от 0,1°С в условиях слабого рассредоточения стока воды до 0,25°С при сильной бифуркации русла

В целом степень изменения теплового состояния водной массы за счет теплообмена с атмосферой возрастает при увеличении размера реки (порядка N) Другим важным фактором трансформации теплосодержания водной массы водотоков в разветвлениях русел является тип рек и соответствующие гидравлические характеристики потока В руслах горных и полугорных рек даже при больших значениях AN2 возникновение температурных различий между водотоками разветвлений за счет поглощения солнечной радиации и теплообмена с атмосферой фактически невозможно Эти различия нарастают при переходе к разветвлениям равнинных рек Исследования автора в разветвлениях русла Северной Двины при 8В = 25°С обнаружили, что в небольших рукавах температура воды превышала на 2°С этот показатель выше разветвления

Изменение температуры воды в холодный период года влияет на толщину ледяного покрова d„ Неоднородность поля скоростей К и глубины потока h отдельных рукавов приводит к пространственной изменчивости dn Меняется относительная мощность ледяного покрова (М0 = d„/h) В разных рукавах Мыш-кинского разветвления Волги М0 изменяется от 0,1 до 0,45, а в рукавах Сатин-ского разветвления Протвы - от 0,1 до 0,8 В пределах разветвлений переохлаждение водной массы наиболее интенсивно происходит в рукавах малого размера. Различия в теплосодержании рукавов и в толщине льда в холодный период года влияют на перераспределение стока воды между рукавами, т е изменяют водораспределительные функции разветвлений

В главе 6 рассмотрены закономерности изменения экологического состояния участков рек при наличии разветвлений Особенности изменения сообществ водных организмов при переходе от неразветвленного русла к разветвленному изучены на участках бифуркации горных рек Камчатки и равнинных рр. Обь, Лена и Протва

Установлено, что бифуркация улучшает условия существования и воспроизводства водных организмов разных экологических групп (бентос, нектон, планктон) Обследования разветвлений разного типа на реках Камчатки показали, что существует зависимость между характеристиками аквальных биотопов и величиной критериев подобия разветвлений (табл 4) Чем больше интенсивность продольного и поперечного рассредоточения стока, тем выше разнообразие, численность и биомасса организмов Интенсивность нереста тихоокеанских лососей, их видовое разнообразие и площадь используемых нерестилищ увеличивается в 2 раза на участках осередковой многорукавности по сравнению с неразветвленным руслом Она достигает максимума на участках пойменно-русловых разветвлений, где возрастает в 4 и более раз Нерестилища преимущественно располагаются в небольших пойменных протоках, что связано с выходами грунтовых вод (Леман, 2003), наличием в них благоприятной гидродинамической обстановки для нереста

Таблица 4 Средняя кратность изменения характеристик аквальных биотопов при переходе от неразветвленного русла к разветвлениям рек Камчатки

т кл Биомасса Плотность Плотность Биомасса Интенсивность

бентоса, экз /м2 молоди лососевых рыб, экз/м2 нереста, экз/м2 нереста, т дрифта, экз /м2

Осередковые разветвления

0,3 50 1,5 1,8 1,5 2 н/д

0,5 200 2 0 0-1 н/д

Пойменные разветвления

0,6 300 1,5 2,3 2,1 4 1,9

В условиях рассредоточения стока воды по рукавам происходит увеличение количества дрифтукяцих бентосных организмов Среднесуточная интенсивность дрифта на участке пойменной многорукавности р Начилова в июле 2004 г составила 2,17 экз /м3 выше разветвления, в левом рукаве - 5,19 экз /м3, в правом рукаве 4,24 экз. /м3 Суммарная интенсивность дрифта реки возрастает в 2-3 раза, что связано с увеличением уклонов водной поверхности и скоростей течения в пределах участка рассредоточения стока в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках диссертационного исследования получены следующие теоретические, методические и прикладные результаты и выводы.

1 Разработана концепция и методология изучения гидрологических функций разветвлений рек В состав гидрологических функций разветвлений включены процессы изменения гидравлики потока, стока воды и наносов, объема русловых и пойменных отложений, теплового состояния и режима водотоков, экологической и водохозяйственной обстановки Они обусловливают значимые различия гидрологического состояния водной массы выше, ниже и в пределах разветвления русел рек

2 Предложена наиболее полная классификация разветвлений русел рек Она включает точечную, осередковую, русловую и пойменную разветвлен-ность Каждый тип бифуркации русла отличается по степени выраженности продольного, поперечного рассредоточения стока, а также по времени существования разветвленности

3 Обоснована методика количественной формализации структуры разветвлений Введены критерии продольного и поперечного рассредоточения стока, позволяющие сопоставлять разветвления одной реки и разветвления разных рек. С учетом натурных данных определена величина этих критериев для разветвлений разного типа

4 На основе обработки данных по 99 разветвлениям 38 рек изучена специфика водораспределительных функций Установлено, что они изменяются во

времени и зависят от скорости развития разветвлений Нестационарность водораспределительных функций определяется тенденцией развития рукавов разветвления Для изучения этих процессов в работе создан программный комплекс, позволяющий рассчитывать распределение расходов воды на участках разветвлений при изменяющейся структуре водотоков

5 Анализ наносорегулирующих функций разветвлений позволил доказать факт увеличения транспортирующей способности потока при переходе от неразветвленного к разветвленному участку рек в период межени Это обеспечивает транзит речных наносов через участки рек, где до возникновения разветвления сток наносов превосходил транспортирующую способность потока Результирующая баланса наносов в пределах разветвления меньше нуля в период половодья, и больше нуля - в межень Изменение тенденции развития рукавов приводит к трансформации характеристик стока наносов В активизирующихся рукавах возрастает средний диаметр взвешенных наносов и русловых отложений, увеличивается сток наносов по их длине В отмирающих рукавах, наоборот, эти характеристики уменьшаются

6 Установлено, что изменение температуры воды в рукавах по сравнению с участком неразветвленного потока обусловлено уменьшением объема воды, изменением морфометрических и гидравлических характеристик Возникающие различия температуры воды в системах отдельных рукавов зависят от типов рек и их размера В период нагревания увеличение температуры воды максимально в руслах небольших по размеру рукавов Зимой для них характерна большая мощность ледяного покрова

7 На основе анализа данных по рекам Камчатки и некоторых равнинных рек установлено, что экологическое состояние участков рек улучшается при делении русла на рукава При переходе от неразветвленного к разветвленному руслу улучшаются условия существования и воспроизводства организмов разных экологических групп (бентос, планктон, нектон) На реках Камчатки характеристики сообществ водных организмов увеличиваются на участках разветвлений в 2-4 раза

8 Наличие разветвлений оказывает большое влияние на условия хозяйственного использования ресурсов рек Масштабы и характер этого влияния зависят от типа разветвлений Увеличение сложности структуры разветвлений создает дополнительные проблемы для организации безопасного судоходства Учет временной изменчивости водораспределительных функций позволяет повысить устойчивость функционирования водозаборов и водосбросов в рукавах разветвлений. Наносорегупирующие, теплорегулирующие и экологические функции разветвлений также влияют на хозяйственное использование рек.

Список работ по теме диссертации

1 Чалов С Р Структура разветвленных русел и ее связь с распределением стока по рукавам // Динамика овражно-балочных форм и русловые процессы М Геогр ф-т МГУ 2002 С 67-72

2 Алексеевский Н И, Чалов С Р Гидрологические функции русловых разветвлений // Восемнадцатое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов Доклады и сообщения Курск 2003. С. 74-75.

3 Алексеевский Н И, Чалов С Р Структура русловых разветвлений // Геоморфология. 2004 №3 С 57-66

4 Чалов СР Влияние русловых разветвлений на характеристики речного стока (на примере рек Камчатки) // Эрозионные, русловые процессы и проблемы гидроэкологии М Геогр ф-т МГУ 2004 С 209-214.

5 Леман В Н, Есин В В , Чалов С Р, Чебанова В В Продольное зонирование малой лососевой реки по характеру русловых процессов, макрозообентосу и ихтиофауне (р Начилова, Западная Камчатка) // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова Вып З.Владивосток 2005 С 18-35

6 Чалов С Р Формирование структуры русловых разветвлений // Геоморфология 2006 № 1 С 92-102

7 Чалов С Р Структура русловых разветвлений и ее связь с морфологией речных долин //Проблемы флювиальной геоморфологии Материалы XXIX пленума Геоморфологической комиссии РАН Ижевск 2006 С 195-198

8 Чалов С Р Теплосодержание водной массы рек на участках русловых разветвлений // Общие и прикладные вопросы русловых и эрозионных процессов М Геогр ф-тМГУ 2006 С 258-263

9 Чалов С Р , Федоровский А Е Многолетняя изменчивость структуры разветвлений Северной Двины // Двадцать первое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов Чебоксары 2006. С 214-216

10 Алексеевский Н И, Власов Б Н, Кононова А В , Сергеев О Н, Чалов С Р Изменения водоносности и руслового режима рек // Водное хозяйство России Екатеринбург 2006 № 2 С 80-99

11 Алексеевский Н И., Власов Б Н, Кононова А.В , Сергеев О Н, Чалов С Р Общие подходы к учету изменения направленности и интенсивности русловых деформаций при многолетних колебаниях стока воды // Труды Академии водохозяйственных наук Вып ИМ 2006 С 19-38

12 Алексеевский НИ, Чалов СР Гидрологические функции русловых разветвлений // Гщрологш, пдрохшш i пдроеколош Том 11 Кшв ВГЛ «Обри» 2006 С 53-59.

13 Chalov S R, Esrn Е V Influence of the channel patterns types on the stream communities of the Kamchatka peninsula rivers // Proceedings of the tenth international symposium on river sedimentation Vol 5 Moscow 2007 P 31-37

CAow

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИДМ00510от01 12 99г Подписано к печати 13 08 2007 г Формат 60x90 1/16 Услпечл 1,5 Тираж 120 экз Заказ 384 Тел 939-3890 Тел/Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им М В Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Чалов, Сергей Романович

Введение.

Глава 1. Типы и генезис разветвлений русел рек.

1.1. География разветвлений русел и их структура.

1.2. Типы разветвлений.

1.3. Генезис разветвлений.

Глава 2. Гидрологические функции разветвлений.

2.1. Гидравлические функции разветвлений.

2.2. Водораспределительные функции.

2.3. Наносорегулирующие функции.

2.4. Теплорегулирующие функции.

2.5. Экологические функции.

2.6. Гидрохимические функции.

2.7. Водохозяйственные функции.

Глава 3. Водораспределительные функции.

3.1. Рассредоточение стока воды на участках разветвлений русла.

3.2. Имитационное моделирование процессов распределения стока воды на многорукавных участках рек.

Глава 4. Особенности изменения стока наносов.

4.1. Изменение стока наносов в межень.

4.2. Изменение стока наносов в половодье.

4.3. Многолетние изменения стока наносов.

Глава 5. Изменение температуры воды на участках русловых разветвлений.

5.1. Влияние разветвлений на изменение температуры воды в теплый период года.

5.2. Влияние разветвлений на изменение температуры воды в холодный период года.

Глава 6. Изменение структуры сообществ водных организмов на участках разветвлений русла.

6.1. Экологические функции разветвлений русел рек горных районов (на примере Камчатки).

6.2. Экологические функции разветвлений русел равнинных

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Гидрологические функции разветвлений русла"

Актуальность исследования. Разветвления являются одним из трех основных морфодинамических типов русла. Они занимают от 17 до 35 % общей длины рек Северной Евразии, на отдельных крупных реках достигая 70 % от их длины. В отличие от относительно прямолинейных и меан-дрирующих, разветвленные русла осуществляют ряд специфических функций, связанных с изменением характеристик стока воды, наносов, растворенных веществ и тепла, условий существования сообществ водных организмов и хозяйственной деятельности на реках. Разветвления создают ограничения или преимущества для судоходства, добычи нерудных материалов из русловых карьеров, разработки россыпных месторождений, организации переходов коммуникаций через реки, водозаборов, рыбного хозяйства и т.д. Изменение гидравлических и морфометрических характеристик потока и русла, состояния речной водной массы, объема речных отложений и наносов, теплосодержания и температуры воды, экологического состояния водотоков и водохозяйственной обстановки под влиянием бифуркации русла и определяет содержание гидрологических функций разветвлений.

Предшествующие исследования разветвлений в основном связаны с выделением типов русла (Андреев О.В., Ярославцев И.Я., 1958; Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф., 1982; Маккавеев Н.И., 1955; Российский К.И., Кузьмин И.А., 1958; Чалов Р.С., 1979; Leopold, L.B., Wolman, M.G., 1957; Nanson G.C., Knighton A.D, 1996), анализом условий формирования разветвлений (Ромашин В.В., 1968; Ржаницын Н.А., 1985; Чалов Р.С., Алабян A.M. и др., 1998, Schumm S.A. 1977). Распределение и перераспределение воды и наносов по системам водотоков рассматривалось в работах A.M. Алабяна (1991), Н.И. Алексеевского и К.М. Берковича (1992), Н.И. Алексеевского, А.А. Зайцева и Р.С. Чалова (1996), В.И. Бара-кова, К.В. Дебольского и др. (1981), К.В. Гришанина (1969, 1992), Ф.М.

Чернышева (1973), R.I. Ferguson, P.J. Ashworth (1992) и др. Вопросами географического распределения типов разветвлений русел занимались С.И. Пиньковский (1961, 1962), авторы монографии (Русловой режим., 1994), а переформированиями разветвленных русел - А.Б. Клавен и Б.Ф. Снищен-ко (1978), Н.И. Маккавеев (1948), А.Н. Махинов (2006), И.В. Попов (1965), R.K. Fahnestock, (1963). В комплексе гидрологические функции разветвлений фактически не изучены, а особенности формирования аквальных биотопов и изменение температуры воды и характера ледовых явлений, обусловленные делением рек на рукава, вообще не освещены в научной литературе. В этой связи изучение генезиса и структуры разветвлений, специфики и взаимной обусловленности гидравлических, водораспределительных, наносорегулирующих, гидрохимических, экологических и водохозяйственных функций, как и изменения пространственных и временных масштабов их существования, является актуальной научной задачей.

Целью работы является изучение подобия и различий структуры водотоков на участках бифуркации русла, закономерностей пространственно-временной изменчивости гидрологических функций разветвлений русла в различных природных условиях.

Для достижения этой цели потребовалось решить ряд научных, методических и информационных задач:

1. Создать информационную основу исследования, выполнить комплекс специальных наблюдений на горных, полугорных и равнинных реках разного размера. На основе ГИС-технологий разработать проект «Разветвления русла», совмещенный с базой данных изученных разветвлений рек России.

2. Обосновать количественные критерии подобия структуры разветвлений, разработать классификацию участков многорукавного русла, учитывающую специфику пространственных и временных масштабов существования разветвлений.

3. Определить состав гидрологических функций разветвлений, изучить географические, физические, химические и биологические закономерности их изменения.

4. Изучить влияние структуры разветвлений на особенности рассредоточения стока воды по рукавам разветвлений разного типа. Оценить воздействие типа рек (горные, полугорные, равнинные), условий развития русловых деформаций (врезанные, адаптированные, широкопойменные), гранулометрического состава русловых отложений на водораспределительные функции разветвлений. Провести серию численных экспериментов для оценки их изменения при сценарном задании структуры водотоков.

5. Определить особенности наносорегулирующих функций разветвлений различного типа, выявить закономерности изменения транспортирующей способности речного потока при переходе от неразветвленного к разветвленному руслу; выявить сезонные закономерности изменения стока речных наносов по длине разветвлений, оценить влияние гидравлических и водораспределительных функций на особенности транспорта наносов в отдельных рукавах разветвлений, трансформацию структуры речных наносов, гранулометрического состава русловых отложений и взвешенных наносов в рукавах в зависимости от тенденций развития отдельных рукавов и разветвлений в целом.

6. Дать характеристику теплорегулирующих функций разветвлений в период нагревания и охлаждения речной водной массы; оценить влияние типа разветвлений, подобия продольного и поперечного рассредоточения стока воды на изменение температуры воды и специфику ледовых явлений и толщину льда по сравнению с неразветвленным руслом.

7. Выявить закономерности изменения структуры и экологических условий существования сообществ водных организмов по длине горных и равнинных рек, выявить и оценить роль (экологические функции) разветвлений русла; определить значение разветвлений рек в воспроизводстве ценных видов ихтиофауны, нагула и роста молоди рыб, развития кормовой базы (бентос и планктон).

8. Определить основные отличия природопользования на разветвленных участках рек, связанные с комплексом их гидрологических функций.

Методика исследования и фактический материал. Исследование гидрологических функций разветвлений русла выполнено на основе анализа и обобщения фактического материала по 95 разветвлений 34 рек России. В работе также использованы опубликованные данные по ряду рек Китая и США. Отсутствие постоянных наблюдений на участках разветвлений обуславливает приоритетное проведение полевых исследований. Основная часть исходного материала получена при обработке архивных данных исследований НИЛЭПиРП им Н.И. Маккавеева МГУ. Большой объем данных собран автором при работе в экспедициях кафедры гидрологии суши МГУ, НИЛЭПиРП им Н.И. Маккавеева МГУ, Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИ-РО) на реках Лена, Ока, Волга, Протва, Северная Двина, Вага, Пинега, Сухона, Вычегда, Терек, реках Кенозерского национального парка и полуострова Камчатка в 2002 - 2007 гг. Относительно небольшая часть исходных данных получена из опубликованных научных материалов.

Автор использовал метод географического анализа и обобщений исходной информации. Многие выводы исследования базируются на применении методов гидрологического и морфологического подобия участков бифуркации русла. Метод регрессионного анализа использован в работе для характеристики гидрологических функций с помощью критериев подобия разветвлений. Водораспределительные функции разветвлений изучены с использованием гидравлической модели распределения расходов воды по рукавам. При подготовке картографических материалов применялся потенциал ГИС-технологий.

Предметом защиты являются результаты формализации структуры водотоков на участках разветвлений, анализ пространственно-временных закономерностей гидравлических, водораспределительных, наносорегули-рующих, теплорегулирующих, гидрохимических, экологических и водохозяйственных функций.

Научная новизна работы. В работе предложена наиболее полная классификация разветвлений русел рек. В основу классификации положены критерии их пространственного распространения (соотношения между шириной пояса руслоформирования Вр, шириной русла В и шириной долины Вя) и время существования. Осередковые, русловые и пойменные разветвления дополнены точечной многорукавностью. Дано понятие о гидрологических функциях разветвлений. Для изучения водораспределительных функций разветвлений впервые разработаны критерии продольного и поперечного рассредоточения стока. Они характеризуют подобия и различия разветвлений одной реки и разветвлений разных рек по особенностям рассредоточения стока воды. Установлены диапазоны изменения критериев подобия для разных типов разветвлений и выявлены характерные темпы их трансформации. Исследованы формы проявления наносорегулирующих функций разветвлений в половодье, межень и в многолетнем периоде времени. Проведено обобщение данных по условиям транспорта наносов в рукавах, отличающихся по тенденции развития. Впервые показана тепло-регулирующая и экологическая роль разветвлений русел рек. Оценено влияние степени рассредоточения стока воды на температуру водной массы, характеристики ледового покрова, сообщества водных организмов. Показаны физические и биологические факторы этих процессов.

Публикации. Итоги исследований изложены в 11 статьях (6 из них подготовлены в соавторстве, 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах). Отдельные результаты работы опубликованы в 6 тезисах.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на международных конференциях студентов и аспирантов

Ломоносов» (2002,2003, Москва), научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (2004, Вологда), семинарах молодых ученых по эрозионным и русловым процессам (2002, Пермь; 2004 Брянск; 2006, Волгоград), VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (2004, Москва), на третьей конференции ДВО РАН «Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова» (2005, Владивосток), научной конференции «Фундаментальные проблемы изучения и использования водных ресурсов» (2005, Иркутск), пленарных межвузовских координационных совещаниях по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (2005, Ульяновск; 2006, Чебоксары) VII научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей» (2006, Петропавловск-Камчатский).

Практическая значимость исследования заключается в обосновании состава и взаимной обусловленности гидрологических функций разветвлений. Практическую ценность имеет разработка методических средств оценки подобия и отличий структуры разветвлений. Закономерности влияния процессов рассредоточения стока воды на другие функции разветвлений можно использовать для характеристики неизученных участков рек. Учет экологических функций разветвлений является важной задачей при рыбохозяйственном районировании речных бассейнов, строительстве рыбоводных заводов, организации рыболовства в бассейнах рек. Оригинальный программный комплекс для расчета распределения расходов воды по рукавам разветвленных участков неизученных рек, созданный при проведении исследования, может найти применение в практике прогнозирования последствий изменения структуры разветвлений, а также при проведении практических работ по курсу «Речная гидравлика» и «Динамика русловых потоков».

Результаты регионального анализа водораспределительных и нано-сорегулирующих функций разветвлений русел рек вошли в отчеты по гранту Президента РФ для поддержки ведущих научных школ «Эрозия почв на водосборах и русловые процессы» (проекты НШ-1443.2003.5, НШ-4884.2006.5), грантам РФФИ (проект 06-05-64293; 06-05-64099) и гранту РФФИ-ГФЕН Китая (проект 04-05-39017). Анализ изменчивости структуры разветвлений малых рек в условиях ожидаемого изменения климата использован для подготовки раздела в отчете по российско-голландскому проекту NWO-RFBR (№ 047.014.010) «Large European river system responses to global change and human activities». Результаты имитационного моделирования процессов распределения стока воды на многорукавных участках рек применены для обоснования схемы регулирования русла Северной Двины в районе о. Золотая релка. Исследования экологических функций разветвлений рек Камчатки стали основой изучения экосистем лососевых рек в рамках проекта программы развития ООН и глобального экологического фонда "Сохранение биоразнообразия лососевых и их устойчивое использование".

Структура работы. Диссертация состоит из Введения, шести глав и Заключения. Она изложена на 203 страницах машинописного текста, включающего 75 рисунков, 41 таблицу и 1 приложение. В список используемой литературы вошли ссылки на 125 отечественные и зарубежные публикации.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Чалов, Сергей Романович

Эти выводы следуют из анализа ^/-диаграмм (Leopold and Wolman, 1957; Ромашин, 1968; Чалов и др., 1998; Knighton, 1998). Разветвления соответствуют участкам рек с наибольшей мощностью водного потока (рис 1.10). Увеличение мощности потока происходит на фоне возрастания водоносности рек и уменьшения уклонов долин при переходе от истоков к устью. Транспортирующая способность потока в первую очередь изменяется вследствие изменения уклонов рек. Поэтому увеличение размера рек приводит к возрастанию стока наносов W и уменьшению fVTp ~ I. Нижняя правая область ^/-диаграммы соответствует крупным рекам, для которых W > WTp, т.е. высока вероятность формирования разветвлений. Наоборот,

32 разветвления нетипичны для самых малых водотоков, поскольку для них W < Wjp. Лишь при малых уклонах (Смирнова, 2002) на малых реках могут формироваться разветвления (рис 1.11). ю 1

-2

10 н ю3—I ю4Н

10 V о О н. □□ о 1 • 2 □ 3 • 4

• ♦ •

V U и

• \ о о • «а о f • \ • • • V ° 5° °°^ ' о Чо

• ч .' \ »■

N »И«\ ■

N» N

10 I

100

1000 i

10000 h*

100000 , (}макс,м7с

Рис. 1.10. Зависимость морфодинамического типа русла от среднего расхода половодья и уклона дна долины (Ромашин, 1968) 1 - извилистое русло; 2 - извилистое русло с преобладанием прорванных излучин; 3 -русловая многорукавность; 4 - пойменная многорукавность.

I •2

10

-4 10

Ю-5 1 • 2

О 3

10

100

И—

1000

10000 ОшхеМ/с

Рис.1.11. Условия возникновения различных морфодинамических типов русла рек Алтайского региона (Смирнова, 2002) 1- меандрирующее; 2 - разветвленное; 3 - врезанное и полугорное русло

Для определения условий существования разных типов разветвлений можно анализировать iW-диаграммы, где N - порядок реки. Применение такого подхода в бассейне р. Большой (Ермакова, Чалов С.Р., в печати) (рис. 1.12) показало, что он достаточно четко разделяет участки русла с точечной, осередковой, русловой и пойменной многорукавностью. Точечная многорукавность характерна для верхних звеньев речной сети - горных порожисто-водопадных русел, где относительно мала величина N и максимальны уклоны русла. Такие русла существуют при условии: -4,5iV+ 36. (1.13)

При уменьшении уклонов русла формируются горные русла, для которых характерна русловая многорукавность. По мере дальнейшего увеличения размера потока и уменьшения уклонов I в горных реках формируется осередковая многорукавность. Условием ее существования является выполнение неравенства:

-1,5N+ 12< I < -\N + 16 (1.14)

Участкам рек с наибольшей водоносностью и наименьшими уклонами соответствует пойменная многорукавность. Для этих участков характерно, что:

-l,5iV+ 7 </< -1,5N + 12 (1.15)

Это соответствует максимальной мощности потока (Э > 20 кВт/м).

Формирование разных типов разветвлений связано с особенностями прохождения руслоформирующих расходов воды рассчитанных по методике Н.И. Маккавеева (1955) - Р.С.Чалова (1979) (табл. 1.5). Наличие верхних интервалов руслоформирующих расходов определяет возможность формирования пойменной многорукавности. Средний интервал определяет развитие русловой многорукавности, а нижний интервал -осередковой многорукавности. Однако наличие этих интервалов необходимое, но недостаточное условие для возникновения этих видов много-орукавности. Их должны дополнять условия по балансу наносов на участке

34

Рис. 1.12. Области существования различных типов разветвлений в бассейне р. Большой (Камчатка) (1 - равнинные реки, 2 - пойменная многорукавность полугорных рек, 3 -осередковая многорукавность горных рек с развитыми аллювиальными формами, 4 - неразветвлен-ное русло горных рек с неразвитыми аллювиальными формами, 5 - точечная многорукавность горных порожисто-водопадных рек) реки в период их прохождения (ДЖ > О, W - результирующая баланса наносов) и определенной обеспеченности Q^. Пойменная многорукавность, например, формируется при обеспеченности верхнего интервала русло-формирующего расхода Р > 2-3%. Так, на р. Плотникова и Начилова (Камчатка) £>ф имеет верхний интервал (табл. 1.5), однако его обеспеченность Р=0,5-1%. В этих условиях пойменная многорукавность отсутствует. На реках, для которых не характерен руслоформирующий расход верхнего интервала, существование пойменной многорукавности возможно лишь при наличии особых местных условий. В среднем течении р. Обь большая пойменная протока Симан, например, унаследовала русло притока Оби (Русловые процессы., 2001).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационного исследования получены следующие теоретические, методические и прикладные результаты и выводы:

1. Разработана концепция и методология изучения гидрологических функций разветвлений рек. Установлено, что гидрологические функции разветвлений (изменение состояния речной водной массы, объема русловых и пойменных отложений и стока наносов, теплового состояния и режима водотоков, биоценозов и водохозяйственной обстановки) отражают последствия бифуркации русла. Возникшее рассредоточение стока воды по рукавам разветвлений, связанное с особенностями гидравлики потока в период формирования и эволюции разветвления, воздействует на наносорегулирующие функции разветвлений. Они направлены на выравнивание суммарной транспортирующей способности рукавов и количества поступаемого материала. В межень для разветвлений характерны условия, при которых возможен больший перенос минеральных частиц по сравнению с неразветвленными участками рек. Гидравлические, водораспределительные и наносорегулирующие функции способны влиять на гидрохимическое состояние водной массы рукавов, на их теплорегули-рующие функции в период нагревания и охлаждения воды. Трансформация перечисленных гидрологических условий влияет на условия существования сообществ водных организмов (экологические функции). Кроме того, они могут влиять на водохозяйственные условия участков деления русла на рукава (водохозяйственные функции).

2. Уточнена классификация разветвлений русел рек. Предложено различать точечные, осередковые, русловые и пойменные разветвления. Эта классификация отличается от ранее выделявшихся типов разветвлений введением точечной многорукавности. Она соответствует рассредоточению стока воды отдельными выступами шероховатости.

3. Для каждого типа разветвлений обоснованы пространственные и временные масштабы их существования. Гидрологические функции точечных и

186 осередковых разветвлений проявляются ограниченную часть года в период пониженного стока. При относительно более высоких уровнях воды этот тип многорукавности в большей или меньшей степени утрачивается. Период существования точечной многорукавности ограничен периодом межени. На участках точечных разветвлений отношение ширины пояса руслоформирования к ширине русла (Вр/В) стремится к 1. Осередковые разветвления существуют также в масштабах сезонного уменьшения водности рек. В эту фазу водного режима 1 < Вр/В < 2. Наибольших значений величина Вр/В достигает на аллювиальных га-лечно-валунных полях рек предгорных районов. Гидрологические функции русловых и пойменных разветвлений могут проявляться постоянно. Лишь в периоды формирования экстремально высокого стока воды острова русловых разветвлений затапливаются, что обеспечивает временное восстановление единого русла. На участках русловой многорукавности 1 < Вр/В < 3. Пойменная многорукавность формируются в очень широких долинах и дельтах рек, для которых Вр/В > 3. Структура многих пойменных разветвлений упрощается в межень и многократно усложняется в период максимального стока. Однако существуют пойменные разветвления, которые не изменяются при сезонном изменении стока воды.

4. Разработана методология количественной формализации структуры разветвлений. В ее основу положено представление об условных порядках водотоков, их числе и величине, количестве узлов деления русла на рукава и уровнях последовательной бифуркации русла от начального к конечному створу разветвления. Обоснованы критерии продольного и поперечного рассредоточения стока, которые позволяют сопоставлять разветвления одной реки и разветвления разных рек. Установлены значения этих критериев для разветвлений разного типа. Точечные разветвления характеризуются наиболее сильным продольным и поперечным рассредоточением стока. Минимальное рассредоточение стока воды по рукавам характерно для русловых разветвлений.

5. На основе обработки данных по 99 разветвлениям 38 рек установлено, что водораспределительные функции зависят от времени и скорости развития разветвлений. Эти характеристики связаны с изменениями характеристик структуры разветвлений. Наибольшая временная изменчивость водораспределительных функций характерна для осередковой многорукавности русел рек, отличающихся большим стоком наносов и быстрым смещением русловых форм. Происходит практически полное изменение русловой сети разветвления и водоносности ее рукавов, интенсивность изменения числа рукавов достигает 10 сут"."1 и более. На участках русловой и пойменной многорукавности водораспределительные функции прослеживаются в сезонных и многолетних (реже исключительно многолетних) масштабах времени. Интенсивность изменения числа рукавов в естественных условиях составляет 0,3-1 год"1, в результате действия техногенных факторов может достигать 3 год*1.

6. В рамках исследования водораспределительных функций разветвлений усовершенствован метод имитационного моделирования распределения расходов воды по рукавам разветвлений, основанный на гидравлической формализации процесса. Точность расчетов по модели меняется в зависимости от разветвлений разного типа. Наибольшая точность метода характерна для участков русловой многорукавности. Погрешность расчета здесь составляет 5 %. Максимальные отличия рассчитанных расходов воды от фактических получены для участков пойменной многорукавности. В отдельных пойменных рукавах погрешность расчета увеличивается до 30 %. Относительная погрешность расчета расходов воды также увеличивается при переходе от крупных к малым рекам.

7. Анализ наносорегулирующих функций разветвлений показал, что они имеют большие отличия в зависимости от степени продольного и поперечного рассредоточения стока, типа разветвления, тенденций развития рукавов разветвлений, фаз водного режима. На основе обработки данных по разветвлениям 8 рек установлено, что характер изменения стока наносов и объема русловых отложений меняется в разные фазы водного режима. В межень переход от неразветвленного к разветвленному руслу сопровождается увеличением суммарной транспортирующей способности потока в рукавах. Оно связано с общим увеличением уклонов дна и водной поверхности на участке разветвления. Это позволяет водотокам перемещать больший объем наносов. В зависимости от направленности развития рукавов меняется расход наносов по его длине. В активизирующихся рукавах расход наносов по длине возрастает, увеличивается крупность взвешенных частиц и русловых отложений, доля взвешенных наносов. В отмирающих рукавах в структуре транспортируемого материала указанные процессы имеют противоположный характер.

В половодье (в условиях затопления поймы и увеличении гидравлических сопротивлений на участке разветвлений) ситуация меняется. Транспортирующая способность на этом участке существенно снижается, что создает условия для аккумуляции наносов в русле водотоков и на ее пойме.

8. Теплорегулирующие функции разветвлений проявляются в изменении температуры воды в рукавах по сравнению с участком неразветвленного потока. В период нагревания речной водной массы ее теплосодержание изменяется под влиянием солнечной радиации и теплообмена с атмосферой, а также в зависимости от размера водотоков, их гидравлических и морфометрических характеристик, типа разветвлений. В рукавах пойменных разветвлений крупных равнинных рек прогрев воды более интенсивен, что оказывает отепляющее влияние на нижележащие участки рек. В разветвлениях других типов теплорегулирующие функции разветвлений проявляются в большей или меньшей степени в зависимости от ширины зоны статического прогрева и, следовательно, относительной ширины русла.

9. В холодное время года теплорегулирующие функции разветвлений обусловлены наличием внутренних источников тепла, неоднородности поля скоростей в пределах ширины рек и приводят к пространственной изменчивости толщины ледяного покрова. На основе обработки данных по pp. Волге, Оби, Мере, Виленке и Протве установлено, что увеличение мощности ледяного покрова часто происходит в меньших по размеру рукавах. Это влияет на гидравлические и водораспределительные функции разветвлений.

10. На основе анализа данных по рекам Камчатки, дополненных информацией по pp. Лене, Протве и Оби, установлено, что экологические функции разветвлений зависят от типа рек (горные, равнинные) и разветвлений и определяются многообразием гидрологических функций. Разветвления разного типа в общем случае улучшают условия существования и воспроизводства водных организмов разных экологических групп (бентос, планктон, нектон). Чем больше интенсивность продольного и поперечного рассредоточения стока, тем выше разнообразие, численность и биомасса организмов. Наибольшая численность и биомасса сообществ рыб, бентоса и планктона достигается в разветвлениях с пойменной многорукавностью.

11. Наличие разветвлений оказывает большое влияние на условия хозяйственного использования рек. Масштабы этого влияния зависят от типа разветвлений и обусловливаются действием разных гидрологических функций. Водораспределительные функции влияют на условия судоходства. Увеличение сложности структуры разветвлений создает дополнительные проблемы для организации безопасного судоходства. Учет временной изменчивости водораспределительных функций позволяет повысить также устойчивость функционирования водозаборов и водосбросов в рукавах разветвлений. Влияние наносоре-гулирующих функций на хозяйственное использование рек связано с особыми условиями осадконакопления на участках разветвлений. Повышенный объем русловых отложений на таких участках создает предпосылки для добычи нерудных строительных материалов. Промерзание отмелей в рукавах разветвлений и образование торосов по их берегам приводит к увеличению вероятности образования заторов. Экологические функции разветвлений обусловливают существование зон с повышенным биоразнообразием, что важно учитывать при строительстве рыборазводных заводов, организации рыбоводства.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Чалов, Сергей Романович, Москва

1. Алабян A.M., Алексеевский Н.И., Гончаренко О.А., Караев Ю.И., Маточкин А.Г. Проблемы регенерации карьеров на участках полугорных рек (на примере Терека) // Водные ресурсы. Том 28, № 2,2001. С. 172-176.

2. Алабян A.M., Сидорчук А.Ю. Метод расчета переформирования русел разветвленных на рукава рек при изменении гидрологического режима // Метеорология и гидрология, № 10, 1987. С. 82-88.

3. Алексеев В.Р. Наледи. Новосибирск: Наука, 1987. 256 с.

4. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов. М.: изд-во МГУ, 1998.202 с.

5. Алексеевский Н.И. Гидрофизика. М.: Академия. 2006. 176 с.

6. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н., Косицкий А.Г. Масштабные эффекты изменения стока в русловой сети территории // Динамика и взаимодействие атмосферы и гидросферы. М.: Городец, 2004. С. 345-412.

7. Алексеевский Н.И, Беркович К.М. Стабильность разветвленных участков рек и ее связь с транспортом наносов//Водные ресурсы. 1992. №5. С. 47-51.

8. Алексеевский Н.И., Власов Б.Н., Кононова А.В., Сергеев О.Н., Чалов С.Р. Изменения водоносности и руслового режима рек // Водное хозяйство России. Екатеринбург. 2006. № 2. С. 80-99.

9. Алексеевский Н.И, Зайцев А.А., Чалов Р.С. Баланс наносов, русловые деформации и возможности регулирования разветвленного русла крупнейшей реки (на примере р. Лены у г. Якутска) // Труды АВН, Вып. 3, Водные пути и русловые процессы. 1996. С. 90-108.

10. Алексеевский Н.И., Чалов С.Р. Структура русловых разветвлений // Геоморфология. 2004, №3. С. 57-66.

11. Алексеевский Н.И., Чалов С.Р. Гидрологические функции русловых разветвлений // Пдролопя, гщрох1м1я i гщроеколо1я. Том 11. Кшв: ВГЛ «Обри». 2006. С. 53-59

12. Алешкин С.А. Математическое моделирование гидролого-морфологических процессов в неприливных дельтах рек. Автореф. дис. канд. геогр. наук. М.: МГУ, 2004. 27 с.

13. Андреев О.В., Ярославцев И.Я. Русловые деформации на участках рек с мостовыми переходами // Русловые процессы. М.: изд-во АН СССР. 1958. С. 352-372.

14. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика русловых потоков и русловые процессы. JL: Гидрометеоиздат. 1988.455 с.

15. Беркович К.М. Регулирование речных русел. М. 1992. 101 с.

16. Богатов В.В. Экология речных сообществ российского Дальнего Востока. Владивосток: Изд-во Дальнаука. 1994. 210 с.

17. Вассер С.П. Водоросли. Справочник. Киев. 1989. С. 136-540.

18. Веше Т.А. Улучшение мест обитания рыбы путем изменений русла и строительства мелиоративных сооружений // Восстановление и охрана малых рек. Теория и практика. М.: Агропромиздат. 1989. С. 123-189.

19. Гидрология устьев рек Терека и Сулака. М.: Наука, 1993. 160 с.

20. Готлиб Я.Л., Донченко P.B., Пехович А.И. Соколов И.Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 200 с.

21. Гордиков А.В., Россомахин М.В. Поперечные уклоны водной поверхности затопленной поймы (на примере Иртыша) // Труды ГГИ. Вып. 88. Л.: 1961. С. 109-124.

22. Гриценко О.Ф. Проходные рыбы острова Сахалин (систематика, экология, промысел). М.: Изд-во ВНИРО. 2002. 247 с.

23. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат. 1969.428 с.

24. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. Спб.: Гидрометеоиздат. 1992.182 с.

25. Добровольская Н.Г. Пространственно-временные особенности распределения бакте-риопланктона в реках // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 14. М.: Изд-во МГУ. 2003. С. 94-103.

26. Дебольская Е.И. Динамика водных потоков с ледяным покровом. М.: ИВП РАН, МГУП. 2003.278 с.

27. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат. 1987.249 с.

28. Дугина И.О., Сальников В.И. К вопросу перераспределения стока р. Амур у г. Хабаровск // Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 6. Проблемы русловых процессов, эрозии и наносов. Спб. 2004. С. 68-70

29. Еньшина С.А., Померанцева Д.П. Влияние разработки месторождений стройматериалов на р. Оби на состояние гидрофауны // Эрозия почв и русловые процессы. М. 2003. С. 161169

30. Ермакова А.С., Чалов С.Р. Русловые процессы в бассейне р. Большой // Вестник МГУ. Сер.5 (в печати)

31. Ермакова А.С., Кирик О.М. Морфология и переформирования русла на Усть-Алданском участке Лены // Геоморфология. 2006. № 2. С. 62-73.

32. Железников Г.В. Гидрология и гидрометрия. М.: Высшая школа. 1981. 264 с.

33. Зайцев А.А. Роль ледовых явлений в формировании ложа и берегов русл крупных рек бассейна р. Лены // Безопасность энергетических сооружений. Научно-технический и производственный сборник. Вып. 11. ОАО «НИИЭС». М. 2003. С. 211-224.

34. Карасев И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. Л.: Гидрометеоиздат. 1975.288 с.

35. Караушев А.В. Речная гидравлика. Л.: Гидрометеоиздат. 1969.416 с.

36. Караушев А.В. Теория и методы расчетов речных наносов. Л.: Гидрометеоиздат. 1977.272 с.

37. Каргаполова И.Н. Реакция русел рек на изменения водности и антропогенное воздействие за последние столетия. Автореф. дис. канд. геогр. наук. М., 2006.26 с.

38. Клавен А.Б., Снищенко Б.Ф. Основные черты руслового процесса в нижнем течении р. Селенги // Труды ГГИ. Вып. 252. Л.: 1978. С. 38-51.

39. Козлов Д.В. Лед пресноводных водоемов и водотоков. М.: МГУП, 2000.263 с.

40. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.272 с.

41. Константинов А.С. Общая гидробиология. М.: Высш. школа, 1986. 472 с.

42. Косицкий А.Г. Масштабные эффекты изменения речного стока в различных природных условиях. Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. геогр. наук. М. 2003. 26 с.

43. Косицкий А.Г., Ретеюм К.Ф., Чуткина Л.П., Шенберг Н.В. Масштабные изменения стока по длине речных систем // Проблемы гидрологии и гидроэкологии. Вып. 1. М.: МГУ. 1999. с. 141-157

44. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. М.: изд-во "Наука", 1972. 256 с.

45. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф., Россинский К.И. Зимний термический режим водохранилищ, рек и каналов. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1947.154 с.

46. Крылов А.В. Зоопланктон равнинных малых рек в изменяющихся условиях среды. М.: Наука. 2005. 263 с.

47. Крынин П. Отчет по рекогносцировочным исследованиям в 1909 г рек Камчаткого полуострова Камчатки, Авачи, Большой. Спб, типография министерства путей сообщения, 1913.

48. Леванидов В.Я. Экосистемы лососевых рек Дальнего Востока // Беспозвоночные животные в экосистемах лососевых рек Дальнего Востока. Владивосток: ДНЦ АНСССР, 1981. С. 3-21.

49. Леванидова И.М. Амфибиотические насекомые областей Дальнего Востока СССР. Л.: Изд-во Наука. 1982.214 с.

50. Леман В.Н. Экологическая и видовая специфика нерестилищ тихоокеанских лососей p. Oncorhynchus на Камчатке // Чтения памяти В.Я. Леванидова. Вып. 2. Владивосток: Даль-наука. 2003. С. 12-34.

51. Маккавеев, Н.И. Регрессивные переформирования речных островов // Метеорология и гидрология, 1948, № 4. С. 44-50.

52. Маккавеев Н.И.Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР. 1955.343 с.

53. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. М.: изд-во Моск. ун-та. 1986. 264 с.

54. Махинов А.Н. Современное рельефообразование в условиях аллювиальной аккумуляции. Владивосток, Дальнаука. 2006. 231 с.

55. Михайлов В.Н. Динамика гидрографической сети неприливных устьев рек. М.: Гид-рометеозидат. 1977. 294 с.

56. Михайлов В.М. Пойменные талики северо-востока России. Автореф. дис. докт. геогр. Наук. Якутск. 2005. 42 с.

57. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. М.: Высшая школа. 2005.263 с.

58. Муравейский С.Д. Реки и озера. Гидробиология. Сток. М.: Географгиз 1960. 388 с.

59. Нежиховский Р.А. Расчеты и прогнозы стока шуги и льда в период замерзания рек // Труды ГГИ, 1963. Вып. 103. С. 3-40.

60. Нижння Волга: геоморфология, палеогеография и русловая морфодинамика / Под ред. Г.И. Рычагова и В.Н. Коротаева. М.: Геос. 2002.242 с.

61. Никаноров A.M. Гидрохимия. Спб.: Гидрометеоиздат. 2001.444 с.

62. Никитина Н.А. Русловые процессы в узлах слияния рек. Автореф. дис. канд. геогр. наук. М.: МГУ. 1989.20 с.

63. Пахомова О.М. Гидролого-морфодинамические характеристики русел рек и порядковая структура речной сети. Автореф. дисс. канд. геогр. наук. М. 2001. 28 с.

64. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000.1999. 768 с.

65. Пиньковский С.И. Типы речных русел советского Дальнего Востока (южная половина)//Труды ГГИ. Вып. 88. Л.: 1961. с. 109-124.

66. Пиньковский С.И. Типы речных русел Средней и Южной Сибири // Труды ГГИ. Вып. 94. Л.: 1962. С. 87-114.

67. Попов И.В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 328 с.

68. Попов И.В. Русловые переформирования р. Волги на участке Волга град-Астрахань // Труды ГГИ. Вып. 108. 1965. С. 4-68.

69. Проектирование судовых ходов на свободных реках. Под ред. Н.И. Маккавеева. Москва, «Транспорт», 1964.264 с.

70. Ржаницин Н.А. Руслоформирующие процессы рек. Л.: Гидрометеоиздат,1985.263 с.

71. Ромашин В.В. Типы руслового процесса в связи с определяющими факторами // Труды ГГИ. Вып. 155.1968. С. 56-63

72. Россинский К.И., Дебольский В.К.Речные наносы.М.:Наука.1980. 261 с.

73. Россинский К.И., Кузьмин И.А. Закономерности формирования речных русел. Русловые процессы. М.: изд-во АН СССР, 1958. С. 5-14

74. Россинский К.И., Кузьмин И. А. Балансовый метод расчета деформаций дна потока // Труды Гидропроекта, 1964, сб. 12, С. 265-271.

75. Русловой режим рек Северной Евразии / Под ред. Р.С. Чалова. М.: 1994. 336 с.

76. Русловые процессы и водные пути на реках Обского бассейна / Под ред. Р.С. Чалова, Е.М. Плескевича, В.А. Баулы. Новосибирск. 2001. 300 с.

77. Смирнова В.Г. Гидролого-морфометрический анализ разветвленных русел рек Алтайского региона // Автореф. дис. канд. геогр. наук. Иркутск.: СО РАН. 2002. 20 с.

78. Схема комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Лены. II этап. Ответств. исполн. Л.А.Пестрякова. Якутск: ИПЭС АН PC. 2003.

79. Хортон Р.Е. Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов.М.: ИЛ. 1948.110 с. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: изд-во МГУ. 1994.520 с.

80. Цанкова Т., Русев Б., Ковачев С., Янева И., Будаева Л., Гелетин Ю. Экологические модификации реки Баксан // Экологические модификации и критерии экологического нормирования. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. С. 80-85.

81. Цатурян Г.Г. Совершенствование методов улучшения судоходных условий на многорукавных участках рек. Автореф. дис. канд. тех. наук. Н., 2003. 17 с.

82. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. М.: изд-во МГУ, 1979.232 с.

83. Чалов Р.С. Сложно разветвленные русла равнинных рек: условия формирования, морфология и деформации // Водные ресурсы. 2001. Т. 28. № 2. с. 166-171

84. Чалов Р.С., Алабян A.M., Иванов В.В., Лодина Р.В., Панин А.В. Морфодинамика русел равнинных рек. М.: Геос, 1998.288 с.

85. Чалов Р.С., Лю Шугуан, Алексеевский Н.И. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая. М.:изд-во МГУ, 2000.216 с.

86. Чалов Р.С., Чернов А.В. Проблемы развития русла Амура в районе Амуро-Уссурийского водного узла // География и природные ресурсы. 2000. № 4. с. 93-98.

87. Чалов С.Р. Экологическое состояние малых рек Камчатки в условиях разработки россыпей // Фундаментальные проблемы изучения и использования водных ресурсов. Материалы научной конференции. Иркутск, 2005. с. 209-214.

88. Чалов С.Р. Формирование структуры русловых разветвлений // Геоморфология. 2006а, № I.e. 92-102.

89. Чалов С.Р. Теплосодержание водной массы рек на участках русловых разветвлений // Общие и прикладные вопросы русловых и эрозионных процессов. М.: геогр. ф-т МГУ. 20066. С .258-263

90. Чалов С.Р., Иванов В.В Формирование пойменной многорукавности в районах нале-деобразования // Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей, VI научных конференция. Труды ИВПАН. Москва, 2004. с. 489.

91. Чалов С.Р., Федоровский А.Е. Многолетняя изменчивость структуры разветвлений Северной Двины. Двадцать первое пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Чебоксары. 2006. с. 214-216

92. Черных Е.А. Гидрография и гидроморфологический метод исследования рек. Авто-реф. дис. канд. геогр. наук. Пермь, 1971. 17 с.

93. Чернышев Ф.М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек. Новосибирск НИИВТ. 1973. 324 с.

94. Чистяков А.А. Горный аллювий. М.: «Недра», 1978.287 с.

95. Шустов. Ю.А. 1977. Дрифт донных беспозвоночных в лососевых реках бассейна Онежского озера // Гидробиол. журн. Т. 13. Вып. 3. с. 32-37.

96. Ashmore Р.Е. How do gravel-bed rivers braid? // Canadian Journal of Earth Science, 28. 1991, p. 326-341.

97. Bagnold R.A. An empirical correlation of bedload transport rates in flumes and natural rivers // Proceedings of the Royal Society. 1980. p. 453-473

98. Bastien-Daigle S., Vromans A., Maclean M. A guide for fish habitat improvement in New Brunswick // Can. Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci., № 1768. 1991. 109 p.

99. Chalov S.R., Esin E.V. Influence of the channel patterns types on the stream communities of the Kamchatka peninsula rivers // Proceedings of the tenth international symposium on river sedimentation. Vol. 5. Moscow, 2007. P. 31-37.

100. Claire E.W. Stream habitat and riparian restoration techniques: guidelines to consider in their use // Proc. Of Workshop for Design of Fish Habitat and Watershed Restoration Projects, Country Squire. Oregon.

101. Curran, J.H., Wohl E. Large woody debris and flow resistance in step pool channels, Cascade range, Washington. Geomorphology, Vol. 51, Issue: 1-3,2003. p. 141-157.

102. Dudgeon D. Effects of water transfer on aquatic insects in a stream in Hong Kong. // Regul. Rivers: Res. Manage. V. 7. 1992. № 4. P. 369-377.

103. Fahnestock, R.K. Morphology and Hydrology of a Glacial stream White river, Mount Rai-ner Washington // Geologocal survey professional paper, № 422. Washington, 1963.P. 1-70.

104. Kallerhlas R., Church M., Bray D.J. Classification and analysis of river process. Journal of the hydraulic division. ASCE, 102. HY 7. 1976.

105. Knighton D. Fluvial forms and processes, Arnold, London. 1998. 383 p.1.opold, L.B. and Wolman, M.G. River channel patterns braided, meandering and straight. United states geological Survey Professional Paper 282 B, 1957. p. 39-85.

106. Nanson G.C., Knighton A.D. Anabranching rivers: their cause, character and classification. Earth surface Processes and Landforms 21. 1996. p. 217-239

107. Rader R.B. A functional classification of drift: traits that influence invertebrate availability to salmonids. Can. J. Fish. Aquat. Sci. V.54. N 6. 1997. p. 1211-1234.

108. Richard G., Julien P. Dam impacts and restoration of an alluvial river Rio Grande, New Mexico // International Journal of Sediment Research, Vol. 18, № 2,2003. p. 89-96.

109. Rosgen, David L. A classification of natural rivers: Catena, 1994, v. 22, p. 169-199.

110. Schumm S.A. The fluvial system. New York : Wiley, 1977.338 p.

111. Stanford J. A., Lorang M. S., Hauer F. R. The shifting habitat mosaic of river ecosystems Verh. Internat. Verein. limnology. 2005 p. 123-136.

112. Sui J., Karney В., Wang J. Coarsening of sediment concentration under ice-covered condition // Proceedings of the Ninth international symposium on River sedimentation. Vol. 3. China, Tsinghua University Press. 2004. p. 1395-1400

113. Vannote R.L., Minshall G.W., Cummins K.W., Sedell I.R., Cushing C.E. The river continuum concept // Can. J. Fish Aquat. Sci. v. 37, №1. P.130-137.

114. Williams D.D., Hynes H.B. The recolonization mechanisms of stream benthos. //Oikos V. 27. №2.1976. P. 265-272.

115. Zhao-Yin Wang, Jiang XU, Changzhi LI. Development of step-pool sequence and its effects in resistance and stream bed stability // International journal of sediment research, Vol. 19, № 3, 2004.p.161-171