Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги

Шелухина, Ольга Андреевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги"

На правах рукописи УДК: 556

□□3457В1Э

ШЕЛУХИНА ОЛЬГА АНДРЕЕВНА

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОГНОЗ РУСЛОВОГО РЕЖИМА И ГИДРОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕВОБЕРЕЖНЫХ ПРИТОКОВ СРЕДНЕЙ ВОЛГИ

Специальность: 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 2

ВРЬ> ¿т

Санкт-Петербург 2008

003457619

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

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор географических наук, профессор

Антроповский Владимир Иванович

доктор географических наук, профессор

Чистяков Кирилл Валентинович

кандидат географических наук Тимиргалеев Азат Ирекович

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций

Защита состоите

49-.

2008 года в

часов на

заседании диссертационного совета Д 212.199.26 при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб.р.Мойки, 48, корп. 12, ауд.№ .

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

Автореферат разослан « ^ г.

Ученый секретарь диссертационного Совете X//

И.П. Махова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность работы. В настоящее время предпринимаются попытки оценить влияние вероятных изменении климата на связанные с ним природные процессы, в том числе на водность рек, гидрологический режим, сток наносов и, как следствие, тип русловых процессов и характеристики рек.

Потепление климата северного полушария в целом и европейского севера России в XX веке рассматривают как установленный факт. Однако идет оно неравномерно, с циклами относительных похолоданий и потеплений, природа которых недостаточно изучена и разнообразна.

В основу прогноза типа руслового процесса следует полагать закономерности, связывающие русловой процесс с определяющими его факторами (так называемые критериальные зависимости), которые пока являются основным средством прогнозирования русловых деформаций в условиях резкого нарушения водного режима.

Диссертационное исследование посвящено актуальной проблеме -прогнозированию русловых переформирований и установлению конкретных характеристик рек в условиях возможного потепления климата.

Объект исследования - левобережные притоки Средней и частично Верхней Волги, где сток пока не зарегулирован и определяющими гидрологический и русловой режимы и экологическое состояние рек являются естественные факторы.

Предмет исследования - русловой режим, морфометрические и гидроморфологические характеристики рек в современных условиях и вероятные их значения, соответствующие сценарным изменениям стока воды при потеплении климата.

Целью настоящей работы явилось - установление руслообразующих факторов, закономерностей руслового процесса и оценка руслового режима и гидроморфологических характеристик, определяющих экологическое состояние левобережных притоков Средней Волги в условиях потепления климата.

Для достижения поставленной цели производилось решение основных задач:

- определить экологическую напряженность на реках, связанную с неблагоприятными проявлениями естественного и антропогенного изменений гидрологического режима рек в настоящее время;

- провести анализ характера руслового процесса в естественных условиях и его связей с основными определяющими факторами;

- осуществить оценку имеющихся сценарных результатов стока рек для условий потепления климата с точки зрения возможного влияния на русловые процессы;

- охарактеризовать существующие критериальные зависимости, позволяющих определить изменение характера русловых процессов и деформаций в условиях изменяющегося климата;

- установить гидроморфологические зависимости, свойственные определенным типам русловых процессов и требующиеся для прогноза характеристик русла и потока в меняющихся природных условиях;

- составить фоновый прогноз общих русловых переформирований, объединяющий полученные частные результаты и отражающий реакцию рек при разных сценариях их стока. Тем самым определить схему деформаций необходимую для осуществления детальных расчетов по наиболее значимым участкам рек.

Основные положения, выносимые на защиту.

■ Экологическое состояние рек, в первую очередь, определяется природными факторами - неблагоприятными (опасными) проявлениями гидрологического и руслового режимов. Природные факторы, определяющие экологическое состояние рек и формирование типов русловых процессов, практически одни и те же (И.В. Денисова, O.A. Шелухина, 2003). Изменение русел и пойм одновременно означает и изменение экологического состояния рек. Результаты исследований русловых процессов являются основополагающими для выяснения экологического состояния рек и направленности изменения этого состояния в случае нарушения динамического равновесия. Прогнозирование русловых процессов одновременно содержит и элементы прогноза экологического состояния рек.

"Наибольшее влияние на повышение экологической напряженности из антропогенных факторов оказывают: механические изменения пойменно-русловых комплексов; уменьшение водности рек вследствие водозабора; усиление эрозии и заиление рек (особенно малых притоков) из-за сведения лесов, несоблюдения водоохранных зон и защитных полос, а местами и увеличения распашки склонов и пойменных массивов.

■ Критериальные зависимости, модифицированные применительно к решаемой проблеме и позволяющие оценить вероятность изменения характера (типа) русловых процессов по сценарным характеристикам годового стока воды.

■ Сводка морфометрических и гидроморфологических зависимостей свойственных участкам рек с определенным типом русел, которые дают возможность рассчитать конкретные значения характеристик рек, в том числе, определяющих их экологическое состояние.

■ Результаты оценки возможного влияния сценарных характеристик стока на русловые процессы:

а) типы речных русел (русловых процессов) оказываются относительно устойчивыми и для абсолютного большинства рассматриваемых рек сохраняются;

б) ожидаемое изменение морфометрических и гидравлических характеристик рек, а в отдельных случаях и типа речных русел (схемы деформаций), что необходимо учитывать при перспективном планировании определенных отраслей хозяйства и природоохранных мероприятий.

Научная новизна исследования заключается в уточнении распределения типов исследуемых речных русел и обобщении величин плановых и вертикальных деформаций рассматриваемых рек; получении нового критериального графика, учитывающего средние годовые расходы воды; модификации ряда существующих морфометрических и гидроморфологических зависимостей (посредством использования средних годовых расходов воды), что позволяет применять их для определения конкретных значений характеристик рек при различных сценарных характеристиках стока воды. Впервые получены значения морфометрических и гидроморфологических характеристик, определяющих пропускную способность (габариты русел), морфологию и экологическое состояние рек в новых климатических условиях.

Теоретическое значение. Изучение закономерностей развития рельефа речных русел имеет большое теоретическое значение. Получение качественных закономерностей, определяющих направление процессов формирования речных русел и эмпирических количественных зависимостей для прогноза режима русел обеспечивают возможность расчета эффективности проектируемых гидротехнических сооружений и мероприятий.

Практическая значимость. Полученные результаты могут использоваться при планировании хозяйственной деятельности и осуществлении природоохранных мероприятий. Они необходимы для составления детальных прогнозов русловых переформирований рек на ближайшие десятилетия и разработки рекомендаций и схем мероприятий по снижению негативных последствий влияния наиболее мощных видов хозяйственной деятельности.

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.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием и анализом обширного картографического материала и данных наблюдений на сети Госкомгидромета, а также наличием апробированных закономерностей русловых процессов и накопленным к данному времени опытом составления фоновых прогнозов русловых переформирований. В ряде случаев достоверность подтверждается и увязкой результатов с данными, полученными другими исследователями.

Методика исследования и исходные материалы.

В качестве основного инструмента при этом используются критериальные зависимости (характеризующие условия перехода руслового процесса из

одного типа в другой) и гидроморфологические зависимости, свойственные каждому типу в отдельности.

В данной работе критериальные характеристики (зависимости) применяются для известных сценариев изменения климата и режима стока рек. Гидроморфологические зависимости, свойственные каждому из основных типов русловых процессов в отдельности и требующиеся для прогноза параметров русел и потока в меняющихся природных условиях с целью учета специфических особенностей решения поставленных задач и наличия исходных данных подверглись модификации.

При анализе русловых переформирований в данной работе нашли применение следующие методы: сравнительно-морфологический (сравнительно-географический), гидролого-морфологической аналогии, гидроморфологических зависимостей (корреляционных связей).

Исходными материалами 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 (совмещение) топографических и лоцманских карт, планов и специальных съемок русел через определенные промежутки времени позволило получить данные о морфологическом строении русел, их динамике и условиях переформирования.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации изложены в 6 печатных работах, в том числе в журнале «Известия Русского географического общества» (2008). Результаты работы докладывались и обсуждались на Герценовских чтениях в Санкт-Петербурге (2003 и 2005 г.г.), на объединенном семинаре преподавателей кафедры физической географии и природопользования и геологии и геоэкологии РГПУ им. А.И. Герцена (2008 г.), а также на XXII пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ, проходившем в Новочеркасской государственной мелиоративной академии 2-4 октября 2007 г. (доклад «Об оценке влияния возможного изменения климата на русловые процессы рек»). Основные результаты исследования включены в отчет для РФФИ (грант № 06-05-64997).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Она изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 22 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 176 наименований, в том числе 24 иностранных авторов.

11. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

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

В первой главе «Природные факторы экологической напряженности на реках» рассматриваются основные условия и факторы, определяющие

экологическую напряженность на реках, поскольку в каждом регионе водотоки имеют свои особенности формирования речного стока и руслового режима и предрасположены к русловым переформированиям в соответствии с этими особенностями.

Левобережье Верхнего и Среднего Поволжья представляет собой чередование низменных равнин и возвышенностей с колебанием абсолютных отметок в пределах 100-300 м. На формирование его рельефа большое влияние оказало геологическое строение и тектонические особенности данного региона. Основные черты рельефа сформировали события четвертичной истории и флювиальные и эрозионные процессы, которые определяют современные формы поверхности.

Почвенный покров по механическому составу весьма разнообразен и представлен песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми разностями.

Изучаемая территория расположена в зоне умеренно-континентального климата с холодной зимой и умеренно-теплым летом. Континентальность климата увеличивается с северо-запада на юго-восток. Район находится под воздействием воздушных масс Атлантики, Арктического бассейна, а также масс, сформировавшихся над территорией Европы. Средняя многолетняя сумма осадков составляет от 600 до 800 мм.

Подземные воды в пределах рассматриваемой территории встречаются во всей толще осадочных пород различного возраста. Характерным для территории является наличие сложного комплекса нескольких, нередко гидравлически связанных горизонтов подземных вод, участвующих в питании рек.

Реки исследуемого региона отлетаются неравномерностью стока в течение года и по классификации Б.Д. Зайкова относятся к восточноевропейскому типу внутригодового распределения стока, который характеризуется высоким половодьем, низкой летней и зимней меженью и повышенным стоком в осенний период.

Весеннее половодье на рассматриваемой территории является той фазой водного режима рек, на которую приходится основное количество годового стока. На большей части региона сток половодья составляет 50-60% годового. Руслоформирующими расходами являются расходы близкие к среднемноголетним максимальным и годовым расходам воды. Низшие уровни в период летне-осенней межени наступают преимущественно в июле - августе. Ранние сроки низших уровней могут наблюдаться в мае, сразу после окончания весеннего половодья, поздние - в ноябре, перед появлением на реках ледовых явлений.

Ледовые явления на реках исследуемой территории начинаются через 3-5 дней после перехода температуры воздуха через 0°С. В отдельные годы, в зависимости от интенсивности понижения температуры воздуха, длительность этого периода изменяется от 0 до 15 дней.

Одну из определяющих ролей в русловых деформациях играет сток наносов. Основными геоморфологическими факторами, определяющими

величину стока наносов, являются длина и крутизна склонов, глубина базиса эрозии и расчлененность бассейна. В значительной степени величина годового стока наносов зависит от почвенного покрова и его механического состава.

Для рассматриваемых рек характерны достаточно однородные наносы и в качестве расчетного диаметра можно использовать средний диаметр донных отложений.

В зависимости от направленности русловые деформации подразделяются на горизонтальные (плановые) и вертикальные (высотные или глубинные). Отражением первых являются размывы вогнутых подмываемых берегов, и аккумуляция на противоположных выпуклых берегах, происходящие вследствие развития излучин.

Вертикальные деформации, заключаясь в размыве дна русла или накоплении аллювия, приводят соответственно к понижению или повышению отметок его дна и, как следствие, уровня водной поверхности.

Основными типами русел, определяющими расположение зон размыва (и намыва) берегов рек и их пространственно-временную изменчивость являются меандрирующие русла, врезанные извилистые и относительно прямолинейные (слабоизвилистые) русла, обычно со сползающими грядообразными скоплениями наносов.

Каждому типу русловых процессов присущи свои особенности морфологического строения пойм, режима их затопления и опорожнения, развития пойменных течений и особенности деформаций поймы. Соответствие типов пойм типам русловых процессов объясняется тем, что пойма является результатом плановых деформаций русла. В ее формировании участвуют те же факторы, которые определяют тип русловых процессов, т.е. водный режим, сток наносов и т.д.

Наглядное представление о распределении участков русел определенного типа дают карты типов речных русел. Подобные карты позволяют судить об основных особенностях русловых и пойменных деформаций. Впервые такая карта для левобережья Верхней и Средней Волги была составлена С.И. Пиньковским. При подготовке настоящей диссертации она подверглась существенной доработке. При ее обновлении был применен подход, разработанный сотрудниками отдела русловых процессов ГГИ, картографические материалы, позволяющие различать очертания речных русел и отчасти рельеф пойм. Для решения ряда задач привлекались более детальноразработанные карты специалистов географического факультета МГУ. В окончательном варианте карта типов речных русел представлена на рис. 1.1,1.2,1.3.

Широкие хорошо разработанные долины большинства рек рассматриваемой территории обычно выполнены рыхлыми, преимущественно песчаными отложениями, благодаря чему реки сильно меандрируют и имеют хорошо развитые поймы. Преобладают типы меандрирующих русел со свободным и ограниченным.

В пределах левобережья Средней Волги (ниже г.Рыбинска) рассмотрено около 500 участков рек. Из них 64% (320 участков) со свободным меандрированием, 18% (90 участков) - с ограниченным. Врезанное прямолинейное русло наблюдается в 6% случаев (на 28 участках), врезанное извилистое - в 11% (на 53 участках). Остальные типы русел встречаются в единичных случаях: незавершенное меандрирование (4 участка), пойменная многорукавность (2 участка), русловая многорукавность (1 участок).

Число участков со свободным меандрированием в пределах левобережья Средней Волги примерно на 14% больше, чем в верхней части бассейна Волги. Зато количество участков рек с врезанным прямолинейным руслом меньше на 12%.

Большие скорости русловых деформаций обусловливают изменчивость ландшафтов речных пойм и в значительной мере определяют изменения экологической ситуации в речных долинах, причем как в сторону их улучшения с позиций жизнедеятельности человека, так и в сторону их ухудшения, т.е. в сторону роста экологической напряженности (A.B. Чернов, О.В. Кораблева, 2003).

К природным факторам, негативно влияющим на экологическую обстановку на реках, относится и смещение аккумулятивных форм руслового рельефа.

Во второй главе «Измененность русел и пойм рек под влиянием хозяйственной деятельности и связанное с ними экологическое состояние рек» рассматривается хозяйственная деятельность человека и связанные с ней изменения русел и пойм рек, ее влияние на скорости русловых переформирований.

Естественные русловые деформации, создающие опасность разрушения или вывода из эксплуатации инженерных и коммунальных объектов, сельскохозяйственных земель, рекреационных зон и т.д., являются общим фоном, на котором осуществляется антропогенная деятельность. Современное экологическое состояние рек и приречных территорий определяется степенью искусственного вмешательства в русловые процессы, как непосредственного (через изменение морфологии русла и формы его поперечного сечения), так и опосредованного, через видоизменение факторов русловых процессов. Антропогенная деятельность в речных долинах многогранна, и различные ее виды оказывают неодинаковое по масштабам воздействие на экологическое состояние рек.

Однако большинство их в той или иной степени нарушает природное равновесие и тем самым создает определенную экологическую напряженность. Более того, нарушается равновесие и при таких видах антропогенной деятельности, которая призвана обеспечить снижение естественной экологической напряженности. Происходит замена одного вида экологической напряженности другим (K.M. Беркович, P.C. Чалов, A.B. Чернов, 1993).

Рис. 1.1. Типы речных русел левобережья верхней Волги. (В.И. Антроповский, O.A. Шелухина, 2005). 1 - относительно прямолинейное врезанное русло (часто с наличием ленточных гряд и побочней); 2 -извилистое врезанное русло (врезанные излучины); 3 - русловая многорукавность; 4 - ограниченное меандрирование; 5 - свободное меандрирование; 6 - незавершенное меандрирование; 7 - пойменная многорукавность; 8 - каналы.

Рис. 1.2. Типы речных русел левобережья средней Волги

(В.И. Антроповский, O.A. Шелухина, 2005). (от г.Ярославля до г.Чебоксары).

Масштаб и условные обозначения см. рис. 1.1.

Рис. 1.3. Типы речных русел бассейнар.Вятки (В.И. Антроповский, O.A. Шелухина, 2005).

Масштаб и условные обозначения см. рис. 1.1.

Использование рек связано с вмешательством в их русловой и гидрологический режим, что часто приводит к неблагоприятным последствиям. На малых реках основным негативным последствием деятельности человека является заиление и деградация русел, вызванная ускоренной эрозией почв на водосборах, ухудшение состояния пойменных ландшафтов под влиянием сельскохозяйственного и промышленного освоения территорий, уничтожение русел при разработке россыпных полезных ископаемых. На средних и больших реках ухудшение экологического состояния, как правило, вызывается механическими изменениями их русел в результате строительства инженерных объектов на берегах и в самих руслах, при разработке карьеров стройматериалов, сплошном выправлении и дноуглублении русел для нужд судоходства, при использовании речных русел в качестве водоприемников сбросных вод. Это ухудшение выражается в активизации размывов берегов и дна рек, понижении уровней воды, обсыхании или обмелении периферийных участков русел, снижении скоростей потока, его транспортирующей способности и водообмена между плесовыми участками. Поймы больших и средних рек видоизменяются при интенсивном сельскохозяйственном освоении, строительстве на них и при пересечении их дорогами и другими коммуникациями.

В третьей главе «Гидрографическое описание конкретных рек с учетом антропогенных изменений» дается краткое описание основных рек левобережья Средней Волги с акцентом на характеристику их экологического состояния.

Эрозионно-русловые системы бассейнов указанных рек характеризуются относительно слабой степенью экологической напряженности. В бассейнах же наиболее крупных рек (сама Волга и Кама) со средней степенью экологической напряженности (K.M. Беркович, P.C., Чалов, A.B. Чернов и др., 2002) отмечается тенденция ее увеличения от периферии бассейнов к центру по основному направлению стока.

Описание рек составлено с учетом морфологически однородных участков рек с приведением морфометрических и гидроморфологических характеристик, влияющих на их экологическое состояние. Средняя скорость горизонтальных деформаций меандрирующих рек здесь может составлять несколько метров в год, а максимальная 10-15 м/год. Амплитуда колебания отметок дна в нижнем течении рек обычно составляет 0,5-0,9 м.

В четвертой главе «Об изменении стока рек под влиянием глобального потепления климата» рассматриваются методические подходы и результаты оценки влияния возможных изменений климата на речной сток.

При составлении данной главы в качестве основополагающих приняты результаты исследований ученых ГТИ, выполненные под руководством И.А. Шикломанова и В.Ю. Георгиевского.

Во многих странах мира получил распространение анализ многолетних данных наблюдений за стоком и метеорологическими факторами, включающими рассмотрение, в пределах выбранных речных водосборов и

регионов, гидрологических характеристик за периоды, в течение которых наблюдались существенные отклонения температуры воздуха или осадков от нормы. При этом, поскольку основной задачей исследования является изучение реакции водосборов на потепление климата, то, как правило, по данным наблюдений выбираются периоды со значительными положительными аномалиями температур воздуха и анализируется изменение осадков, водного режима и т.д. Вместе с тем, прогнозные возможности такого подхода остаются в значительной степени неясными. Известно, что в периоды относительных потеплений осадки могли, как увеличиваться, так и уменьшаться.

Использование регрессионных зависимостей между характеристиками стока и метеорологическими факторами. Этот подход отличается простотой и требует относительно небольшого объема необходимой исходной информации. Однако, все же, к выводам, полученным путем экстраполяции на будущий период регрессионных зависимостей, установленных по данным наблюдений за прошлые годы, необходимо относиться с большой осторожностью, поскольку при одной и той же годовой температуре воздуха и сумме осадков величина годового стока может сильно варьировать в зависимости от распределения метеофакторов по месяцам и сезонам года.

Использование метода водного баланса за многолетний период. Основной задачей при использовании воднобалансового подхода является оценка суммарного испарения с водосбора при возможных в перспективе изменениях осадков и температуры воздуха. Этот подход получил очень широкое распространение и применяется для перспективной оценки водных ресурсов при заданных климатических сценариях.

Применение детерминистических гидрологических моделей речных водосборов. Этот подход позволяет в явном виде исследовать причинно-следственные связи в системе «климат - водные ресурсы», оценивать чувствительность речных водосборов к изменению климатических характеристик, при наличии региональных климатических прогнозов рассчитывать возможные изменения режима стока в различных природных условиях и планировать проведение перспективных водохозяйственных мероприятий.

Непосредственное использование моделей общей циркуляции атмосферы. Трехмерные модели общей циркуляции атмосферы, описывающие взаимодействие в системе атмосфера - суша - океан, в принципе, позволяют оценивать не только глобальные климатические параметры при различных концентрациях углекислого газа в атмосфере, но и их региональные характеристики, а также изменения элементов гидрологического цикла на поверхности суши.

Результаты расчетов, полученные как в России, так и в других странах с использованием различных методических подходов и климатических сценариев будущего, свидетельствуют о том, что для рек Северного Ледовитого океана и бассейна Волги, получены согласованные оценки об

увеличении их водных ресурсов. Наиболее вероятным в ближайшие десятилетия является увеличение годового стока этих рек.

Увеличение годового стока воды может повлечь и увеличение стока наносов с водосборов, особенно на реках, бассейны которых активно используются в сельском хозяйстве. И, как следствие, изменение морфометрических характеристик (глубин и ширин) на реках со слабоустойчивыми или неустойчивыми руслами, отличающимися активными формами переформирования.

В пятой главе «Оценка морфологии и динамики рек при потеплении климата» рассматриваются возможные изменения типа руслового процесса и габаритов русел для исследуемых рек.

В качестве возможных климатических условий использовались климатические сценарии, полученные по современным моделям общей циркуляции атмосферы в Германии (модель ЕСНАМ 4), в США (модель вРБЬ - Яи), в Канаде (модель СССМ1), в Великобритании (модели Нас1СМ2, Нас1СМЗ), а также сценарий, разработанный в ГГИ на основе палеоклиматических реконструкций для условий глобального потепления на 1,5°С, 2°С. Согласно результатам исследований ученых ГГИ на реках европейской части бывшего СССР, в том числе и реках левобережья Средней Волги, происходит уменьшение стока весеннего половодья и увеличение водности рек в периоды межени (в летне-осенние и зимние месяцы). Одновременно отмечается некоторое увеличение годового стока. Сведения о годовом стоке на перспективу при вероятных климатических сценариях будущего по данным указанных исследователей представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Изменение годового стока в бассейне Волги при различных климатических сценариях (по данным ГГИ)

Бассейн

В.Волга

Кострома

Ветлуга

Чепца

В.Кама

Ь срг

норма, мм

(расчет) 256 248 226 213 277

ЕСНАМ4

Амм -10

ОРБЬ-Ю5

Амм

СССМ1

Амм 18 30 40 17 27

НайСМ2 1%

Амм

Нас1СМ2 1% +а

Амм 10

НасЮМ2 0,5%

Амм

Палеокли матическ ий2°С

Амм

_И_

22_

3 0_

21_

Модификация существующих гидроморфологических, в том числе критериальных, зависимостей с целью прогноза типа русловых процессов и характеристик рек, в данной работе в основном, свелась к использованию в них в качестве расчетного среднего годового расхода <2срг. Подтверждением правомерности использования 0срг при построении указанного критериального графика является характер эпюр руслоформирующих расходов рассматриваемых рек (рис.2), которым обычно свойственно наличие двух диапазонов расходов, обладающих наибольшей удельной мощностью потока Ыуд и совершающих наибольшую удельную работу Ауд по

переформированию русел. Расходы одного из этих диапазонов по величине одного порядка с максимальными годовыми расходами, а второго - со средними годовыми расходами за многолетний период.

При установлении критериальных зависимостей вида I0=f(Qcp!) или h=AQlP.- использованы данные по 155 гидростворам рек бывшего СССР, расположенным на морфологически однородных (бесприточных и с определенным типом русловых процессов) участках рек. Каждая разделяющая линия на графике проводилась так, чтобы число точек, попадающих в несвойственные зоны, было наименьшим. Выдерживалось при построении критериального графика и условие равенства (пропорциональности) числа таких точек для разграничиваемых типов рек. Представляя разделяющие линии аналитически, получаем критериальные зависимости, характеризующие условия перехода руслового процесса из одного типа в другой: а) для линии разграничивающей участки с незавершенным меандрированием и многорукавные русла: /0 = 0,2)0 -Q~xpf', б) для линии разграничивающей участки с незавершенным и свободным меандрированием: /„ = 0,060 • Q~pf (рис.3).

Q-%

1900

.•X

N»%eo да то и мо и sa « jih À-f*!-р)м "ft : «.....' & ' ~js~!Z

8.5

503 600

«(¡G

«'г .-

ШО г

Рисунок 2.

Определение руслоформирующего расхода воды р.Унжи в створе у г.Кологрив

Двуосная логарифмическая клетчатка

-4,.%°! г 3 4 5 6 78910 2 3 4 5 6 78910 2 3 4 5 6 78910 2 3 4 5 6 78 910 2 3 4 5 6 7 8910

I 2 3 4 5 6 7 8910 20 30 40 5 6 7 8» 100 200 3 4 5 6 7 В 91000 200(1 3 4 5 6 7 8 910000 2 3 4 5 6 7 8 910

Рис. 3. Зависимость типов русловых процессов от уклона дна долины и среднего годового расхода воды. Условные обозначения: 1 - русловая многорукавность; 2 - пойменная многорукавность; 3 - незавершенное меандрирование; 4 - свободное меандрирование).

Оценка точности установления типа руслового процесса по критериальному графику производилась, как и в более ранних работах аналогичного характера (В.И. Антроповский, 1972), посредством определения процентов (эмпирических вероятностей) попадания точек в соответствующие зоны по

выражению Р = — -100%, где п - число всех точек на графике с данньм типом п

русловых процессов; т - число этих же точек, но без учета попадающих в несвойственные зоны. Вероятность попадания точек в зону русел с русловой и пойменной многорукавностью равна Р = 73% при ар = 0,07; в зону русел с незавершенным меандрированием - Р =80% при ар = 0,06 и в зону русел со свободным меандрированием - Р = 93% при ар = 0,03. Результаты определения типов русловых процессов при сценарных изменениях стока воды показали, что в абсолютном большинстве случаев, русловой режим рек левобережья средней Волги сохранится прежним даже при увеличении их годового стока на 35%. Из 19 участков свободномеандрирующих рек только на трех возможно появление признаков незавершенного меандрирования (да и то одним из них является р.Вычегда у с.Малая Кужба, относящаяся к другому бассейну). Изменения типа русловых процессов можно также ожидать на р.Вятке у г.Кирова и на р.Каме у пгт.Гайны.

Для определения типа русловых процессов в условиях потепления климата использовался также метод H.A. Ржаницына и Е.К. Рабковой (H.A. Ржаницын, 1985). Совмещение модельных гидрографов (ЕСНАМ4; HadCM21%; GFDL-R15) с «единичными гидрографами», свойственными рекам с определенным типом русловых процессов (установленными H.A. Ржаницыным и Е.К. Рабковой) в целом подтверждает результаты, полученные с использованием критериального фафика (рис.3).

Из характеристик рек первостепенное внимание уделялось определению ширины русел В (м). Известно, что ширина русел наиболее чутко реагирует на изменения расхода воды (В.И. Антроповский, 1969). С шириной русел (при уровне воды вровень с бровками) тесно связаны, например, такие важные характеристики как шаг излучины X и интенсивность плановых деформаций С. Основным способом определения ширины в условиях потепления климата принят способ, базирующийся на использовании формулы С.Т. Алтунина. Результаты такого определения, представленные в табл. 2, свидетельствуют об увеличении ширины (в бровках русел), а, следовательно, следует ожидать увеличения шага излучин меандрирующих рек и интенсивности плановых деформаций.

Величины деформаций речных русел в естественных условиях устанавливаются, в основном, по результатам сопоставления и совмещения разновременных и приведенных к одному масштабу профилей и топографических съемок (аэрофотосъемок) рек. На меандрирующих реках рассматриваемой территории средние скорости плановых деформаций обычно составляют несколько метров в год, а максимальные - до 10-15 м/год. Н.И. Маккавеев оценивал среднюю скорость перемещения русла Средней Волги в 612 м/год.

Таблица 2.

Определение средней ширины русел рек в условиях потепления климата с

ГУ О"5

использованием формулы С.Т. Алтунина: В = р \2

Река-пункт В естественных условиях Р При увеличении годового стока

<5 ю% ^ 26% 1У><.

Уклон дна долин м. %о м/с В.м

в/о. м'/с Вщ, м в20. м'/с Вщ, м м'/с в„, м

1 2 3 4 5 6 1 8 9 10 11

Молога - г.Устюжна 0,10 125 229 12.9 138 241 150 251 169 266

Молога - сЛентьево 0,11 172 189 206 232

Молога - г.Весьегонск 0,13 239 263 287 323

Кострома - г.Буй (0,07) 69,2 143 10,1 76,1 150 83,0 157 93,0 166

Унжа - г.Кологрив 0,10 99,8 132 8,3 110 139 120 145 135 153

У нжа - г Мантурово 0,11 132 210 11,7 145 220 158 230 178 244

Унжа - г.Махарьсв 0,18 156 407 23,1 172 428 187 446 211 473

Керженец - с.Хахалы 0,01 18,9 67,4 6,20 21,0 71, 0 23,0 74, 0 26,0 79, 0

Ветлуга-р.п.Ветлужский 0,04 187 276 10,6 206 289 224 302 252 320

Ветлуга - р.п Воскресенское 0,06 234 257 281 316

Вятка - с.Красноглииье 0,74 22,6 69,8 13,8 25 73 27 76 31 82

Вятка - г Киров 0,15 377 463 16,3 415 486 452 507 509 538

Вятка - г.Вятские поляны 0,11 868 445 10,8 955 520 1042 543 1172 576

Кобра - с.Всрхние Тютюханы 0,16 63,7 104 8,9 70,0 109 76,0 113 86,0 120

Летка - С.Казань 0,24 23,2 74,4 11,2 26,0 79, 0 28,0 82, 0 31,0 86, 0

Чепца - г.Глазов (0,13) 67,3 144 11,6 74,0 151 81,0 158 91,0 167

Молома - с.Щстиненки 0,18 81,9 133 10,5 90,0 140 98,0 146 111 155

Кильмезь - д.Вичмарь 0,15 93,5 107 7,6 103 112 112 117 126 124

Кама - пгт Гайны 0,20 211 269 13,4 232 282 253 295 285 313

Вычегда (приток Сев Двины) -с.Мал Кужба(Усть-Кулом) 0,18 230 253 276 311

Для определения высотных деформаций использована формула Г.В. Железнякова - К.В. Гришанина (табл. 3).

Естественно, что с увеличением средних годовых расходов воды (£)срг) увеличиваются и глубины. Однако на них влияют и русловые переформирования.

Таблица 3.

Определение средней глубины русел рек в условиях потепления климата с использованием формулы К.В. Гришанина /,

Река-пункт В естественных условиях При увеличении годового стока

<5 <5 20% <5 35%

ву*. м/с В, м КР, м

а» м3/с Ью » в.¡о, м'/с Аго, м 0» м'/с Ь35,м

Керженец - с.Хахалы 18,9 67,4 4,8 21 5,1 23 5,3 26 5,6

Ветлуга -р.п.Ветлужский 187 275,9 6,2 206 6,5 224 6,8 252 7,2

Кобра - с.Верхние Тютюханы 63,7 103,6 2,8 70 2,8 76 2,9 86 3,1

Летка - с.Казань 23,2 74,4 3,2 26 3,3 28 3,5 31 3,6

Чепца - г.Глазов 67,3 143,7 5,6 74 5,9 81 6,2 91 6,5

Молома - с.Щетиненки 81,9 133,3 2,1 90 2,2 98 2,3 111 2,5

Кильмезь - д.Вичмарь 93,5 106,9 2,6 103 2,7 112 2,8 126 2,9

Примените: значения М при расчетах приняты такими же, как и в естественных условиях

По связям (¡¡о =/ (Мд), построенным для рек гидрологических районов I и II (рис.4) определены значения параметра крупности донных отложений 50%-ной обеспеченности (табл.4). Как следует из рассмотрения этой таблицы с увеличением модулей годового стока воды, в условиях потепления климата, крупность донных отложений наносов в реках увеличивается.

Рис. 4. Зависимости с15о = ДМо) .

Условные обозначения: 1 - участки рек гидрологического района I; 2 — участки рек гидрологического района II.

Таблица 4.

Определение средней крупности донных отложений русел рек в условиях __потепления климата с использованием связей ¿50 = Г (Мр)

Река-пункт Р, км2 В естественных условиях При увеличении годового стока на 6

<5 ю% <5 20% & 15%

¿ю, мм Мд. л/(с-км2) Яп м'/с Мщ, л/(с км2) мм а». м'/с Л/ла. л/(с КМ ) <¡¡0 м и в,, м'/с Мн, л/(с км2) ¿10 мм

Соть - д.Верхн.Жар 683 0,32 8,30 6,20 9,07 0,46 6,8 9,96 0,58 7,60 11,1 0,72

Кострома - г.Буй 8870 0,35 7,80 76,1 8,58 0,41 83,0 9,36 0,51 93,0 10,5 0,65

Унжа - г Мантурово 16200 0,40 8,60 145 8,95 0,47 158 9,75 0,56 178 11,0 0,71

Ветлуга -р.п.Ветлужский 27500 0,25 7,40 206 7,49 0,28 224 8,15 0,37 252 9,16 0,48

Казанка -д.Б.Дербышки 2370 0,15 5,57 14,5 6,13 0,29 15,8 6,68 0,42 17,8 7,52 0,62

Кама- с.Волосницкое 9750 0,55 7,30 78,3 8,03 0,81 85,4 8,76 0,94 96,1 9,86 1,19

Кама - пгт Г айны 27400 0,47 (6,80) 232 8,47 0,86 253 9,23 1,06 285 10,4 -

Обва - с. Карогай 4310 0.45 6,30 29,9 6,94 0,49 32,6 7,56 0,64 36,6 8,94 0,86

Чепца - г.Глазов 9750 0,40 6,90 74,0 7,59 0,64 81,0 8,31 0,85 91,0 9,30 1,08

Быстрша -д.Шипицыно 3540 0,50 6,50 25,3 7,15 0,54 27,6 7,80 0,70 31,1 8,78 0,93

Етховка - д.Поляна 888 0,55 (6,80) 6,60 7,43 0,61 7,25 8,16 0,79 8,15 9,18 1,04

Пижма -дХудяки 6690 0,30 6,00 44,2 6,59 0,39 48,2 7,20 0.54 54,2 8,10 0,78

Молома -д.Щетинснки 10500 0,70 7,80 90,0 8,57 0,89 98,0 9,30 1,07 111 10,6 -

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

1. Результаты исследований русловых процессов являются основополагающими для выяснения экологического состояния рек и направленности изменения этого состояния в случае нарушения динамического равновесия. Русловой процесс является составляющей частью развития географической среды. Характер и степень преобразований конкретных рек при одинаковом изменении климатических условий определяется их состоянием в естественных условиях и влиянием хозяйственной деятельности. Преобладающее влияние на создание экологической напряженности на реках левобережья Средней Волги оказывают геолого-геоморфологическое строение речных долин и неблагоприятные (опасные) проявления гидрологического и руслового режимов.

2. Наибольшее влияние на повышение экологической напряженности из антропогенных факторов оказывают механические изменения русел и пойм, усиление эрозии и заиление рек, несоблюдение водоохранных зон и защитных полос, проектирование переходов нефте- и газопроводов через реки, дноуглубительные и выправительные работы.

3. На основе составленной карты типов речных русел левобережья Верхней и Средней Волги и анализа распространения морфологически однородных участков рек можно заключить, что преобладающим типом русел является свободное меандрирование (рис. 1.1-1.3). Средняя скорость плановых

деформаций на меандрирующих реках рассматриваемой территории может составлять несколько метров в год, а максимальная 10-15 м/год.

4. При динамическом равновесии, в котором находятся естественные реки, деформации являются обратимыми и прогнозы могут составляться по ранее наблюдавшимся тенденциям, в условиях сложившегося многолетнего режима жидкого и твердого стока.

В ходе процесса глобального потепления климата, который в последние 2530 лет вполне отчетливо обозначился, воздействие климатических факторов на водные ресурсы и водный режим проявлялось как непосредственно в результате процессов гидрологического цикла, так и косвенно за счет влияния на формирование потерь стока при его хозяйственном использовании. В условиях потепления климата происходит изменение активных факторов руслообразования (стока воды и наносов) и как следствие - нарушение динамического равновесия. Увеличивается вероятность изменения руслового режима, морфометрических и гидравлических характеристик рек. Количественные или качественные изменения в русловом процессе могут распространятся на большие протяжения и охватывать целые речные системы. Это вызывает необходимость фонового прогнозирования переформирований русел рассматриваемых рек и учета получаемых результатов при перспективном планировании ряда отраслей хозяйства.

5. Достаточно надежных сведений о средних максимальных расходах воды за многолетний период в условиях потепления климата нет, поэтому их нельзя использовать в качестве расчетных. Учитывая характер эпюр руслоформирующих расходов (рис.2), вполне правомерным является использование средних годовых расходов воды за многолетний период, что влечет за собой модификацию эмпирических формул при прогнозировании количественных характеристик рек.

Критериальный график с использованием в качестве расчетного среднего годового расхода за многолетний период Q<:pг_ и уклона дна долины 10 в относительном виде (рис.3) может применяться для приближенного определения типа руслового процесса при существенном изменении гидрологического и руслового режимов рек. Это подтверждают результаты оценки полученных выводов. Его применение показывает, что в абсолютном большинстве случаев русловой режим рассматриваемых рек сохранится прежним даже при увеличении их годового стока на 35%.

6. Из морфометрических характеристик на изменение водности в первую очередь реагирует ширина русел рек, которая при определении ее по модифицированной формуле С.Т. Алтунина для условий потепления климата увеличивается (табл.2), поэтому следует ожидать и увеличения шага излучин меандрирующих рек и интенсивности плановых деформаций.

С увеличением средних годовых расходов воды и интенсивности деформаций увеличиваются и средние глубины, что подтверждается применением формул, структура которых предложена Г.В. Железняковым и К.В. Гришаниным (табл.3).

Определение средних годовых расходов взвешенных наносов с увеличением среднего годового стока воды выполнено при допущении о незначительном

изменении средней многолетней мутности в условиях потепления. Справедливость этого допущения подтверждается отсутствием достаточно выраженной зависимости мутности с увеличением расходов воды. С увеличением модулей годового стока воды в условиях потепления климата увеличивается крупность донных отложений наносов в реках (рис.4, табл.4).

7. Для предотвращения и сведения до минимума неблагоприятных последствий деформаций русел рассматриваемых рек и прохождения половодий, сопровождающихся заторами льда рекомендуется:

- при проектировании сооружений выбирать оптимальные места размещения, выполнять основные требования к их конструкции, разрабатывать меры защиты и соблюдать требования экологической безопасности;

- составлять детальные прогнозы русловых деформаций на участках рек, где находятся промышленные и социальные объекты;

- для контроля фактического экологического состояния рек территории необходимо проводить гидроморфологический мониторинг, включающий наблюдения за речной долиной, что позволит иметь данные о состоянии рек на текущий момент, а также разрабатывать пути стабилизации экологической обстановки.

111. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Шелухина O.A., Антроповский В.И. О влиянии возможного потепления климата на русловой режим и характеристики рек левобережья Средней Волги // Известия Русского географического общества, июль-август. 2008. т. 140, вып.4, с.67-77 (0,7/0,4 пл.).

2. Шелухина O.A., Антроповский В.И., Изотов A.B. Структура и динамика пойменно-русловых комплексов рек // Вестник факультета географии. Вып.З. - СПб, 2003, с.97-100 (0,3/0,1 пл.).

3. Шелухина O.A., Денисова И.В. Природные и антропогенные факторы экологической напряженности на реках // География и смежные науки. LVI Герценовские чтения / под.ред.д.г.н., проф. Г.И. Юренкова. - СПб, 2003, с.10-13 (0,3/0,2 пл.).

4. Шелухина O.A., Антроповский В.И. Морфология и деформация реки Волги (в верхнем и среднем течении) и ее левобережных притоков // Вестник факультета географии. Вып.5. - СПб, 2005, с.42-53 (0,8/0,4 п.л.).

5. Шелухина O.A. Пойменные ландшафты в условиях хозяйственной деятельности человека // География и смежные науки LIX Герценовские чтения. Материалы межвузовской конференции. - СПб.: «Боргес», 2006, с. 100-102 (0,2 пл.).

6. Шелухина O.A., Антроповский В.И. Основные положения гидролого-морфологической теории русловых процессов при преобразовании речных систем // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки №8 (38). - СПб.: изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007, с.98-105 (0,5/0,3 пл.).

Подписано в печать 13.11.2008. Формат 60/84'/16 Бумага офсетная. Печать ризограф. Усл.печл. 1,5. Тираж 100 экз. заказ № 073 Изд-во «Эпиграф»

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Шелухина, Ольга Андреевна

Введение.

Глава 1. Природные факторы экологической напряженности на реках.

1.1. Геолого-геоморфологические условия развития речных русел

- 1.1.1. Рельеф и геологическое строение.

1.1.2. Почвы и растительный покров.

1.1.3. Климат.

1.2. Активные руслообразующие факторы: сток воды и наносов

1.2.1. Подземные воды и сток их в реки.

1.2.2. Сток поверхностных вод.•.

1.2.3. Сток воды за половодье. Периодическое затопление пойм водами весеннего половодья.

1.2.4. Периоды летне-осенней и зимней межени.

1.2.5. Ледовый режим.

1.2.6. Сток наносов.

1.3. Русловые деформации как фактор экологической напряженности.

1.3.1. Особенности обратимых деформаций речных русел при разных типах русловых процессов.

1.3.2. Карты типов речных русел.

1.3.3. Типы русел и интенсивность деформаций рек левобережья Средней Волги.

1.3.4. Экологическая напряженность в связи с русловыми деформациями.

Глава 2. Измененность русел и пойм рек под влиянием хозяйственной деятельности и связанное с ними экологическое состояние рек.

Глава 3. Гидрографическое описание конкретных рек с учетом антропогенных изменений

3.1. р.Кострома.

3.2. р.Унжа.

3.3. р.Керженец.

3.4. р.Ветлуга.

3.5. р.Вятка.

3.6. р.Чепца.

Глава 4. Об изменении стока рек под влиянием глобального потепления климата.

Глава 5. Оценка морфологии и динамики рек при потеплении климата

5.1. Возможные изменения типа русловых процессов.

5.2. Интенсивность деформаций, морфометрические и гидравлические характеристики рек.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги"

Актуальность исследования.

В настоящее время большинство исследователей (в том числе и представители ВМО) склоняются к выводу, что происходит изменение климата на нашей планете в сторону потепления. На протяжении XX столетия среднегодовая температура воздуха в среднем по Земле увеличилась на 0,6°С, причем потепление в высоких широтах Северного полушария было в несколько раз больше этой величины [82]. По данным Кембриджского университета к концу столетия средняя температура воздуха возрастет на 3°С. При более детальном подходе к проблеме потепления климата появляются некоторые расхождения во мнениях исследователей. Так, в работе [91] утверждается, что наибольшим потеплением климата характеризуются 1980-е годы. В последнее десятилетие (1996-2005г.г.) потепление климата заметно приостановилось, особенно на Европейском севере и севере Западной Сибири. При этом возросла его изменчивость. В статье [32], вышедшей из печати как и предыдущая работа в 2007г. доказывается, что согласно диаграмме изменчивости аномалий температуры воздуха у поверхности Земли, в северном полушарии с 1891г. по 1999г. выявляются: потепление в высоких северных широтах в 20-40-х г.г., последовавшее за этим похолодание в 60-70-е г.г. и нынешнее потепление, начавшиеся в 80-х г.г. и продолжающееся до сих пор в пределах всего северного полушария.

Дискуссии о климате, в основном, сводятся к выяснению причин потепления. Одни ученые связывают их с антропогенным воздействием на окружающую среду - с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере; другие с космосом — прежде всего с поведением солнца и сменой процессов общей циркуляции атмосферы. Рассматриваются и другие факторы -более глобальные, в частности инверсия магнитного поля, меняющая полярность (полюса все быстрее «ползут» к экватору). В истории Земли были эпохи, когда магнитное поле почти вовсе пропадало [111]. А, как известно, оно является магнитным «зонтиком» от космического излучения.

Предпринимаются попытки оценивать влияние вероятных изменении климата на связанные с ним природные процессы, в том числе на водность рек, гидрологический режим, сток наносов и, как следствие, тип русловых процессов и характеристики рек.

Естественные реки, как правило, находятся в состоянии, близком к состоянию динамического равновесия. Это справедливо в той же мере, в какой можно говорить об устойчивости водного режима, стока наносов^ (а, следовательно, и об устойчивости характера переотложения наносов). При этом все деформации являются обратимыми, т.е. определяются: транзитом наносов или соответствуют расходу наносов.

Поток обладает способностью в широких пределах изменять свою транспортирующую способность в зависимости от количества, состава наносов и режима их поступления; Это достигается самопроизвольным изменением; морфологического строения русла, а также изменением состава- донных отложений:

На экологическое состояние исследуемых рек, в наибольшей степени, пока влияют природные факторы. Это размыв берегов, движение форм руслового рельефа и наводнения; Русловые деформации обуславливают изменчивость ландшафтов речных пойм и определяют изменение экологической ситуации в речных долинах. Население терпит значительный экологический и экономический ущерб именно вследствие воздействия природных факторов.

Жизнь человека и его хозяйственная деятельность в значительной мере связана с реками. Но реки, являющиеся источником жизни и объектами хозяйственной деятельности людей, в то же время оказывают неблагоприятные воздействия на прилегающие территории, инженерные сооружения и населенные пункты на берегах, вызывают определенную экологическую напряженность. Это связано с естественным гидрологическим режимом и развитием речных русел. Водным режимом, в частности, величиной и повторяемостью паводков и половодий,, а также режимом ледовых, явлений, сопутствующих половодьям, определяются наводнения часто вызывающие гибель людей, животных и приносящих огромный материальный ущерб. В период же летней и зимней межени экологическая напряженность связана с пересыханием и промерзанием малых и даже средних рек. Часто возникает необходимость защиты от разрушения рекой населенных пунктов, инженерных сооружений и коммуникаций и проведения мероприятий по борьбе с обмелением эксплуатируемых участков рек.

Существенной формой проявления русловых процессов на реках, вызывающей ухудшение экологического состояния речных долин, является размыв берегов. Широкий диапазон скоростей размыва берегов обуславливает различное влияние этого процесса на экологическую обстановку прилегающих территорий.

Негативно влияющим на экологическую обстановку на реках фактором является смещение аккумулятивных форм руслового рельефа. Движение по течению огромных масс наносов в виде гряд, перекатов и побочней со скоростью от нескольких метров до нескольких десятков метров в год заметно затрудняет использование рек в транспортных и рекреационных целях, часто приводит к ухудшению водоснабжения из-за занесения наносами водозаборов в городах и населенных пунктах.

Устойчивость речных русел зависит от многих факторов: изменения расходов воды, поступления и изменения расходов наносов, которые в свою очередь зависят и от изменения температурного режима, антропогенной нагрузки, воздействия растительности, вечной мерзлоты. Для полной и комплексной оценки устойчивости речных русел необходимо учитывать весь комплекс факторов.

Необходим анализ тех изменений стока воды и наносов, которые река испытывает в различные этапы ее эволюции. При смене природной обстановки на водосборе происходит усиление или ослабление процессов денудации. Это обуславливает аккумуляцию наносов в русле или глубинную эрозию.

В каждом регионе реки имеют свои особенности условий формирования речного стока, руслового режима, устойчивости русел и предрасположены к русловым переформированиям в соответствии с этими особенностями.

Различные виды антропогенного воздействия на систему бассейн — речной поток - русло можно подразделить на прямые и косвенные [22, 29]. К прямым, прежде всего, относятся комплексы гидротехнических сооружений и водохозяйственных мероприятий в руслах и на поймах рек. Сюда же относятся сведение лесов и разработка карьеров песчано-гравийной смеси, загрязнение вод ядовитыми веществами. Неконтролируемые вырубки лесов являются

I. основной причиной деградации малых рек. Влияние возможного изменения климата и связанного с ним режима стока относят, преимущественно, к косвенным воздействиям.

Хозяйственная деятельность может изменять как само русло и пойму, так и факторы русловых процессов, зачастую не соприкасаясь непосредственно с руслом реки, которое в этом случае трансформируется, приспосабливаясь к новым условиям. Иногда на отдельном участке реки может даже измениться тип русловых процессов, а с ним и схема развития, скорости плановых и глубинных деформаций. Очень часто в результате хозяйственной деятельности появляются черты другого типа с соответствующим нарушением схемы деформаций и изменением интенсивности переформирований. С другой стороны сооружения не только воздействуют на русловые процессы, их функционирование и безопасность определяются этими процессами, что вызывает необходимость учета и прогноза русловых деформаций.

Однако типы речных русел и при отсутствии антропогенной нагрузки, т.е. в естественных условиях постоянно подвергаются значительным трансформациям. Например, в работе [82] показано, что на протяжении последних 10-12 тысяч лет, при отсутствии какой-либо антропогенной нагрузки типы речных русел подвергались заметным трансформациям, одной из причин которых следует считать изменение климата и вызванные этим изменения стока, растительности и других факторов.

В естественных условиях изменения крупных русловых форм протекают медленно и проявляются в морфологии речных долин. Под влиянием хозяйственной деятельности интенсивность этих процессов может резко возрасти.

Нарушение состояния динамического равновесия возможно в случае изменений основных факторов руслообразования - водного режима, стока наносов, ограничивающих условий (выходы неразмываемых пород, изменение базиса эрозии, искусственные сооружения). Вследствие этого возникает необратимый процесс, заключающийся в развитии реки (ее качественной перестройке). Происходит преобразование морфологического строения русла и поймы, возвращающее реку в состояние динамического равновесия, что является проявлением саморегулирования реки. Свойство саморегулирования является определяющим при формировании облика земной поверхности под действием стекающих вод.

Как уже отмечалось, в настоящее время установлено потепление климата северного полушария в целом и европейского севера России в XX веке. Однако идет оно неравномерно, с циклами относительных похолоданий и потеплений, природа которых недостаточно изучена и, вероятно, разнообразна. Многолетние изменения среднегодовых температур воздуха на европейском севере характеризуются общими тенденциями потепления климата, которые развиваются циклически при длительности циклов до 80 лет. Существует прогноз продолжения потепления до 2010-2020 годов с последующей стабилизацией температурной характеристики климата [90].

В качестве основных сценариев изменения климата возможно использование сценария, полученного в ГГИ на основе палеоклиматических реконструкций, а также сценариев, разработанных в CIIIA(GFDL-R15), Канаде (CGCMI), Великобритании (HadCM2) и Германии (ЕСНАМ2) по моделям общей циркуляции атмосферы. Согласно этим сценариям, к 2020-30 гг. на преобладающей части бассейна Волги следует ожидать увеличения годового стока.

На преобладающей части территории Российской Федерации годовой сток рек в последние два десятилетия XX века превысил норму. Наиболее значительное увеличение (на 15-40%) наблюдалось на реках западной части европейской территории России, левобережных притоках Волги и большей части бассейна Камы. Поэтому одной из наиболее важных проблем является выявление закономерностей изменения водных ресурсов, (и как следствие -русловых переформирований), водного режима в современных социально-экономических и климатических условиях и оценка этих изменений на перспективу при вероятных климатических сценариях будущего.

Проблема прогнозирования русловых процессов на реках со значительно нарушенным водным режимом является малоизученной и сложной.

Количественные или качественные изменения в русловом процессе, вызванные нарушением естественного водного режима, могут распространяться на большие протяжения. Так, в связи с регулированием стока, охватывающим нередко целые речные системы, возникает необходимость в оценке деформаций на участках длиной в сотни километров. В этих условиях прогноз может быть лишь фоновым, т.е. определяющим только осредненные характеристики морфологических процессов.

Требуется оценка изменения типа руслового процесса, неизбежно возникающая вследствие изменений определяющих процесс факторов. Условия развития русловых процессов весьма разнообразны. В основу прогноза следует полагать закономерности, связывающие русловой процесс с определяющими его факторами (так называемые критериальные зависимости). По-видимому, на обозримом этапе наших исследований они останутся основным средством прогнозирования русловых деформаций в условиях резкого нарушения водного режима [75]. С целью установления конкретных характеристик рек, соответствующих сценарным изменениям стока воды в условиях потепления климата, необходимы анализ и выбор морфометрических и гидроморфологических зависимостей, свойственных участкам рек с определенным типом русел. При этом вследствие отсутствия надежных сведений о максимальных расходах воды в условиях потепления и их противоречивости, требуется модификация указанных зависимостей, заключающаяся в использовании в качестве расчетных средних годовых расходов воды.

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

Для рационального использования и охраны рек в целом, и водных ресурсов в частности, необходимы исследования характеристик русел и русловых деформаций. Результаты этих исследований являются составной частью гидрологического обоснования проектов водохозяйственных мероприятий и гидротехнических сооружений. Недоучет их приводит к неоправданным материальным затратам и ухудшению экологической обстановки. Они представляют как самостоятельный научный интерес, так и интерес для органов, планирующих развитие хозяйства страны на отдаленную перспективу.

Объект исследования.

Объектом являются левобережные притоки Средней и частично Верхней Волги, где сток пока не зарегулирован и определяющими гидрологический режим и экологическое состояние рек являются естественные факторы. Территория, представляющая собой совокупность бассейнов указанных рек, характеризуется значительной плотностью населения, наличием промышленных предприятий и довольно интенсивным использованием природных ресурсов. В пределах ее расположены крупные административные и исторические центры.

Предмет исследования — русловой режим, морфометрические и гидроморфологические характеристики рек в современных условиях и вероятные их значения, соответствующие сценарным изменениям стока воды при потеплении климата.

Цель работы.

Цель исследования - установление руслообразующих факторов, закономерностей руслового процесса и оценка руслового режима и гидроморфологических характеристик, определяющих экологическое состояние левобережных притоков Средней Волги в условиях потепления климата.

Для достижения поставленной цели производилось решение основных задач:

- дать оценку возможных региональных зависимостей интенсивности деформаций русел рек от основных определяющих факторов в отмеченных условиях;

Методика исследования и исходные материалы.

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. Учение о русловом процессе благодаря работам многих ученых и специалистов (в первую очередь - представителей школ МГУ и ГГИ) интенсивно развивается. В основе гидролого-морфологического подхода к исследованиям русловых процессов, разработанного в ГГИ [75] 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 речной долины, местные базисы эрозии, выходы неразмываемх горных пород, наличие базального слоя и некоторые другие). Гидролого-морфологический (географический) подход позволяет наряду с законами гидравлики учитывать и закономерности природной среды, в которой эти законы действуют. При этом подходе ставится и решается морфологическая задача — определение формы русла, типа руслового процесса, основных морфометрических и гидроморфологических характеристик в зависимости от существующего жидкого и твердого стока. Учет геоморфологической обстановки и режимных факторов, управляющих процессами позволяет составлять долгосрочные прогнозы русловых переформирований на больших по протяжению морфологически однородных участках рек (фоновые прогнозы). При этом не требуется знания расходов и составляющих баланса наносов, а также механизма переформирований. Гидродинамическое воздействие потока на размыв русел рек рассматривается как внутреннее звено в причинно-следственных связях. Гидродинамические силы сами определяются условиями водного режима и действуют в среде, подчиненной законами геоморфологии. В этом заключается преимущество используемого подхода.

Составление фоновых прогнозов русловых переформирований при изменении одного или нескольких основных руслообразующих факторов (сток воды, наносов и ограничивающие условия) производится сравнительно недавно [17]. К настоящему времени известны примеры оценок изменения характера русловых деформаций, их интенсивности и параметров речных русел и потока для случаев: регулирования, перераспределения и изменения стока под влиянием крупных водохозяйственных мероприятий (как при увеличении, так и при уменьшении водности рек), а также в случае изменения положения базиса эрозии (уклона) реки. Этот подход является перспективным и для решения поставленных задач. В качестве основного инструмента в нем являются критериальные и гидроморфологические зависимости, учитывающие тип речных русел. Критериальные характеристики (зависимости) могут быть применены для имеющихся сценариев изменения климата и режима стока рек. Возможно развитие гидроморфологических зависимостей, свойственных каждому из основных типов русловых процессов в отдельности и требующихся для прогноза параметров русел и потока в меняющихся природных условиях.

В результате выполнения этих работ оказывается возможным составлять фоновые прогнозы общих русловых переформирований (прогнозы, характеризующие общие тенденции развития русловых процессов на большие сроки вперед) для сценариев изменения водности и режима стока при потеплении климата. Изложенное справедливо в отношении рек, находящихся в условиях близких к естественным. На реках с нарушенным (гидротехническими сооружениями и крупными водохозяйственными мероприятиями) стоком приходится пока ограничиться лишь общими соображениями о, возможных изменениях морфологии и гидравлики рек, а также интенсивности деформаций при изменении условий природной среды.

Основополагающее значение при исследовании влияния изменений климата на русловой режим и характеристики рек левобережья Средней Волги отводится результатам расчетов стока воды, выполненным в последние десятилетия гидрологами ГГИ [150]. Эти результаты свидетельствуют об увеличении годового стока и выравнивании его внутригодового распределения. Одновременно установлено уменьшение объема и максимальных расходов воды весеннего половодья. Так, в бассейнах рек Волги, Дона, Днепра, Урала и Оби увеличение меженного стока за период с 1978 по 1990 г.г. уже достигло 2040% нормы.

Исходными материалами 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 (совмещение) топографических и лоцманских карт, планов и специальных съемок русел через определенные промежутки времени позволило получить данные о морфологическом строении русел, их динамике, условиях переформирования.

Научная новизна исследования.

- уточнено распределение типов речных русел на левобережье Верхней и Средней Волги;

- выполнено обобщение величин плановых и вертикальных деформаций рассматриваемых (преимущественно средних) рек;

- рассмотрена структура и динамика пойменно-русловых комплексов;

- выяснена роль природных и антропогенных факторов в процессах трансформации рельефа русел и пойм и в изменении их экологического состояния;

- выполнен анализ пригодности существующих критериальных зависимостей для оценки характера (типа) руслового режима рек в меняющихся климатических условиях. Получен новый критериальный график, учитывающий средние годовые расходы воды установленные гидрологами для различных сценариев потепления климата;

- опробовано применение осредненных по типам рек «единичных гидрографов» (по Е.К. Рабковой и Н.А. Ржаницыну) для установления руслового режима рек в новых климатических условиях;

- впервые для рассматриваемых рек произведена оценка изменения руслового режима (типа русловых процессов) при различных климатических сценариях в условиях потепления климата;

- произведена модификация ряда существующих морфометрических и гидроморфологических зависимостей (посредством использования средних годовых расходов воды), что позволяет применять их для определения конкретных значений характеристик рек при различных сценарных характеристиках стока воды;

- впервые получены значения морфометрических и гидроморфологических характеристик, определяющих пропускную способность (габариты русел), морфологию и экологическое состояние рек в новых климатических условиях.

Теоретическое и практическое значение.

Изучение закономерностей развития рельефа речных русел имеет большое теоретическое и практическое значение. К.И. Россинский и И.А. Кузьмин в свое время отмечали важность получения качественных закономерностей, определяющих направление процессов формирования речных русел и эмпирических количественных зависимостей, могущих служить орудием прогноза режима русел и обеспечивающих возможность расчета эффективности проектируемых гидротехнических сооружений и мероприятий. В результате в распоряжении инженера появился бы некоторый аппарат, позволяющий, в известной мере рационализировать приемы проектирования русловых процессов. Этот аппарат полезен в создании более глубоких методов количественного анализа, опирающихся на математические зависимости между элементами руслового режима. Подобные методы необходимы как с точки зрения теоретического истолкования наблюдаемых в природе явлений, так и в отношении создания рациональных способов инженерного расчета. Следует заметить, что в последующие годы потребность в указанных методах стала ощущаться еще острее.

Разработки, выполненные в этом направлении при подготовки данной диссертации подтверждают связь типов русел и пойм (русловых процессов) с характером бассейна реки и позволяют составлять фоновые прогнозы русловых У переформирований рек, протекающих в различных природных районах для различных сценариев изменения климата.

Полученные результаты необходимы при планировании хозяйственной деятельности и осуществлении природоохранных мероприятий. Они могут быть использованы при составлении детальных прогнозов русловых переформирований рек на ближайшие.десятилетия с разработкой рекомендаций и схем мероприятий по снижению негативных последствий влияния наиболее мощных видов хозяйственной деятельности (добыча песчано-гравийной смеси, строительство дамб обвалования, водозаборов и выпусков сточных вод, подводных переходов трубопроводов, кабелей линии связи, опор мостовых переходов, ЛЭП, производство дноуглубительных и выправительных работ).

Достоверность результатов.

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

При разработке научных положений учитывались основные аксиомы и закономерности ряда наук: геоэкологии, гидрологии, флювиальной геоморфологии, русловедения. Апробация исследования.

Результаты работы докладывались и обсуждались на Герценовских чтениях в Санкт-Петербурге (2003 и 2005 г.г.), на объединенном семинаре преподавателей кафедр физической географии и природопользования и геологии и геоэкологии РГПУ им. А.И. Герцена (2008 г.), а также на XXII пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ, проходившем в Новочеркасской государственной мелиоративной академии 2-4 октября 2007 г. на тему: «Об оценке влияния возможного изменения климата на русловые процессы рек». Основные результаты исследования включены в отчет для РФФИ (грант № 06-05-64997).

По теме диссертации автором опубликовано 6 работ. Основные положения, выносимые на защиту.

- Экологическое состояние рек, в первую очередь, определяется природными факторами [59] — неблагоприятными (опасными) проявлениями гидрологического и руслового режимов. Природные факторы, определяющие экологическое состояние рек и формирование типов русловых процессов, практически одни и те же. Изменение русел и пойм одновременно означает и изменение экологического состояния рек. Результаты исследований русловых процессов являются основополагающими для выяснения экологического состояния рек и направленности изменения этого состояния в случае нарушения динамического равновесия. Прогнозирование русловых процессов одновременно содержит и элементы прогноза экологического состояния рек.

- Наибольшее влияние на повышение экологической напряженности из антропогенных факторов оказывают: механические изменения поименно-русловых комплексов (особенно разработка карьеров); уменьшение водности рек вследствие водозабора; усиление эрозии и заиление рек (особенно малых притоков) из-за сведения лесов, несоблюдения водоохранных зон и защитных полос, а местами и увеличения распашки склонов и пойменных массивов.

- Критериальные зависимости, модифицированные применительно к решаемой проблеме и позволяющие оценить вероятность изменения характера (типа) русловых процессов по сценарным характеристикам годового стока воды.

- Сводка морфометрических и гидроморфологических зависимостей свойственных участкам рек с определенным типом русел и дающих возможность установить конкретные значения характеристик рек, в том числе, определяющих их экологическое состояние.

- Результаты оценки возможного влияния сценарных характеристик стока на русловые процессы: а) типы речных русел (русловых процессов) оказываются относительно устойчивыми и для абсолютного большинства рассматриваемых рек сохраняются; б) ожидается изменение морфометрических и гидравлических характеристик рек, а в отдельных случаях и типа речных русел (схемы деформаций), что необходимо учитывать при перспективном планировании целого ряда отраслей хозяйства страны и природоохранных мероприятий.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Шелухина, Ольга Андреевна

Заключение.

1. Результаты исследований русловых , процессов являются основополагающими для выяснения экологического состояния рек и направленности изменения этого состояния в случае нарушения динамического равновесия [59]. Природные факторы, определяющие экологическое состояние рек и формирование типов русловых процессов, являются практически одни и те же. Изменение русел и пойм одновременно означает и изменение экологического состояние рек. Прогнозирование русловых процессов одновременно содержит и элементы прогноза экологического состояния рек.

2. Естественные реки, как правило, находятся в состоянии близком к состоянию динамического равновесия. Это справедливо в той же мере, в какой можно считать устойчивыми водный режим и сток наносов (а, следовательно, и характер переотложения наносов). При динамическом равновесии деформации являются обратимыми и прогнозы могут составляться по ранее наблюдавшимся тенденциям, в условиях сложившегося многолетнего режима жидкого и твердого стока. При этом предполагается сохранение средних гидрологических и гидравлических условий и в будущем [19].

3. Русловой процесс является составляющей частью развития географической среды [83, 85]. Каждому ландшафту присущ свой особый водный режим и характер гидрографической сети. С изменением географического ландшафта (например, вследствие потепления климата) изменится и гидрографический облик территории. Существует и обратная связь, так как водный фактор сам по себе играет первостепенную ландшафтообразующую роль. Этим, в частности, объясняется и необходимость дифференцированного подхода при прогнозировании русловых переформирований - рассмотрении рек с учетом особенностей природной среды. Находит проявление положение [85], что гидравлика потока и русловые формы (русловой процесс) в различных природных условиях связаны неоднозначно. Исследование генетической связи типов руслового процесса с природной средой становится особенно важным в связи с необходимостью их прогнозирования в случае изменения природной среды под влиянием хозяйственной деятельности человека [151]. Характер и степень преобразований конкретных рек при одинаковом изменении климатических условий определяется их состоянием в естественных условиях, ну и, конечно, влиянием хозяйственной деятельности.

4. Преобладающее влияние на создание экологической напряженности на реках левобережья Средней Волги оказывают природные факторы. Наиболее важным их являются [59] геолого-геоморфологическое строение речных долин и неблагоприятные (опасные) проявления гидрологического режима (в том числе: особенностей стока воды, наносов; ледовых явлений и русловых переформирований). Проявления гидрологического и руслового режимов являются активными факторами. В первом случае это прохождение половодий редкой обеспеченности, сопровождающихся заторами льда, а также уменьшение водности малых притоков в период зимней и летней межени. Во втором - плановые деформации русел и движение аллювиальных гряд.

5. Наибольшее влияние на повышение экологической напряженности из антропогенных факторов оказывают [59] механические изменения русел и пойм (особенно разработка русловых карьеров, вызывающая значительные изменения в рельефе русел и посадку уровня воды); уменьшение водности рек вследствие водозабора; усиление эрозии и заиление рек (особенно малых притоков) из-за сведения лесов, несоблюдения водоохранных зон и защитных полос, а местами и увеличение распашки склонов пойменных массивов.

Размыв и движение форм руслового рельефа представляют опасность для населенных пунктов, промышленных объектов и культурно-исторических памятников, находящихся на берегах рек. Под угрозой находятся объекты промышленных предприятий.

Необходимо также отметить загрязнение вод ядовитыми веществами. Важной проблемой, на данный момент, является проектирование переходов нефте- и газопроводов через реки, а также оценка состояния существующих переходов. При их эксплуатации необходимо учитывать и природные и антропогенные предпосылки. В противном случает экономическая выгода может обратиться экологической катастрофой. При прокладке вновь проектируемых переходов нефте- и газопроводов рекомендуется использовать уже применяющийся в настоящее время метод наклонно-направленного брения.

По причине снижения объемов дноуглубительных и выправительных работ на всех исследуемых реках происходит обмеление перекатов, что крайне неблагоприятно сказывается на судоходстве и на санитарно-эпидемиологической обстановке, также возрастает риск наводнений.

6. На основе составленной карты типов речных русел левобережья Верхней и Средней Волги [15] и анализа распространения морфологически однородных (бесприточных с определенным типом русловых процессов) участков рек можно заключить, что здесь преобладает свободное меандрирование. В пределах левобережья Верхней Волги (выше г.Рыбинска) из рассмотренных 223 участков рек почти 50% являются свободномеандрирующими. Примерно 20% с ограниченным меандрированием и остальное составляют реки с врезанным руслом.

В пределах левобережья Средней Волги (ниже г.Рыбинска) из 500 рассмотренных участков свободномеандрирующие реки составляют 64%, 18% - реки с ограниченным меандрированием и остальное в основном приходится на реки с врезанным руслом. Из 20 участков, выделенных на самой Волге только на двух (ниже гЛрославля и в зоне выклинивания подпора Чебоксарского водохранилища - выше устья Керженца) наблюдаются русловая многорукавность. На остальном протяжении русло врезанное, причем на двух третях участков — относительно прямолинейное (часто с наличием ленточных гряд или побочней), а на одной трети - извилистое (врезанные излучины).

Интересно, что число участков со свободным меандрированием в пределах левобережья Средней Волги примерно на 14% больше, чем в верхней части бассейна Волги. Зато количество участков рек с врезанным прямолинейным руслом меньше на 12%. Свободное меандрирование характерно для рек, протекающих в пределах низменностей (Кострома, Унжа, Ветлуга, Вятка и др.). Многие из этих рек меандрируют на всем своем протяжении.

Ограниченное меандрирование наблюдается в узких долинах, склоны которых препятствуют значительным плановым перемещениям русла. Оно отмечается на реках: Медведица, Кема и др.

7. Средняя скорость плановых деформаций на меандрирующих реках рассматриваемой территории может составлять несколько метров в год, а максимальная 10-15 м/год [15]. На Средней Волге до создания ГЭС, по данным Н.И. Маккавеева, скорость сползания излучин составляла 6-12 м/год. Е.В. Шанцер определял скорость смещения русла Волги на участке ниже г.Ульяновска для тех же условий равной 14-60 м/год.

Вогнутые берега в среднем течении р.Мологи размываются со скоростью от 0,5 (глинистые, суглинистые) до 5 м/год. Размывы пойменных берегов р.Унжи на участке ниже впадения р.Неи происходят со скоростью 2-3 м/год. Размывы вогнутых пойменных берегов на излучинах р.Ветлуги возрастают вниз по течению от 2 до 10 м/год. Колебания отметок дна р.Ветлуги на участке: пгт Ветлужский — устье составляют 0,7 м.

По данным Г.Г. Месерлянса (1994 г.) средняя скорость размыва вогнутых песчаных берегов свободномеандрирующих излучин р.Керженец в нижнем течении составляет 3-6 м/год. Высотные деформации в створе перехода трубопроводов (в 19 км выше устья) могут достигать 2,0-2,5 м. Вогнутые берега излучин Вятки и Чепцы в верхнем течении, сложенные песчаными наносами, размываются со скоростью до 50 м/год, а на участке пересечения рекой Вятских Увалов - со скоростью до 10 м/год [1]. Размыв пойменных берегов Вятки ниже Увалов происходит со средней скоростью 5-6, а максимально - 20 м/год. Понижение дна до 4,5 м на участке ниже Симоновского водного узла и до 3 м в Заводской воложке, выделяющиеся на совмещенных профилях русла 1976 и 1992 г.г., является следствием преимущественно добычи строительных материалов и дноуглубительных работ.

8. В последние 20-25 лет прошлого века на территории России отчетливо обозначился процесс глобального потепления климата, произошли коренные изменения в масштабах использования речных вод [45]. При этом воздействие климатических факторов на водные ресурсы и водный режим проявлялось как непосредственно в результате процессов гидрологического цикла, так и косвенно за счет влияния на формирование потерь стока при его хозяйственном использовании. В результате годовой сток рек на преобладающей территории страны превысил норму и наблюдается существенное увеличение водности в периоды зимней и летне-осенней межени, что привело к значительному увеличению естественной зарегулированности стока, по своему масштабу сопоставимому с влиянием водохранилищ сезонного регулирования. Стратегия по адаптации водохозяйственного комплекса страны к предстоящим гидроклиматическим условиям, по мнению ученых ГГИ, должна разрабатываться на основе данных о фактически наблюдающихся современных изменениях водного режима и результатов сценарных оценок. В соответствии с имеющимися оценками международной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, 2001 г.) уже в первой половине XXI столетия возможны существенные изменения климатических условий в результате дальнейшего роста концентрации парниковых газов в атмосфере. В качестве возможных климатических условий будущего использовались климатические сценарии полученные с использованием моделей общей циркуляции атмосферы - МОЦА (ЕСНАМ 4, GFDL-Ris, CGCM 1, HadCM 2, HadCM 3), а также сценарий, разработанный в ГГИ на основе палеоклиматических реконструкций. Естественным продолжением сценарных исследований водности являются работы по оценке возможных изменений характера русловых процессов и значений конкретных характеристик рек. Оценки ГГИ возможных изменений водного режима рек под влиянием естественных и антропогенных факторов приняты в данной работе в качестве основы при составлении фонового прогноза русловых переформирований рассматриваемых рек.

9. В условиях потепления климата происходит изменение активных факторов руслообразования (стока воды и наносов) и как следствие -нарушение динамического равновесия. Возникает необратимый процесс, заключающийся в развитии реки (ее качественной перестройке). Происходит преобразование морфологического строения русла и поймы, возвращающее реку в состояние динамического равновесия. Количественные или качественные изменения в русловом процессе, вызванные нарушением естественного водного режима, могут распространяться на большие протяжения и охватывать целые речные системы. В этих условиях прогноз может быть лишь фоновым, т.е. определяющим только осредненные характеристики морфологических процессов. Прежде всего производится оценка возможности изменения типа руслового процесса, неизбежно возникающая вследствие изменений, определяющих процесс факторов. В основу прогноза следует полагать закономерности, связывающие русловой процесс с определяющими его факторами - так называемые критериальные зависимости, характеризующие^ условия перехода одного типа русла в другой [17].

10. Обычно при составлении фоновых прогнозов русловых переформирований и в критериальных зависимостях в качестве расчетных используются средние максимальные расходы воды за многолетний период. Однако, для условий потепления климата об этих расходах пока нет достаточно надежных сведений. Вместо них в данной работе использованы средние годовые расходы воды за многолетний период (т.е. расходы, характеризующие «норму» стока). Модификация зависимостей (эмпирических формул), используемых в данном случае при прогнозировании количественных характеристик рек, как раз, и выразилась в замене указанных расходов. Основанием для такой замены является то, что преобладающим типом руслового процесса рассматриваемых рек является свободное меандрирование. При свободном же меандрировании на эпюрах руслоформирующих расходов воды (см. рис. 1.2-1.3) обычно как раз и имеется два максимума значения которые примерно одного порядка с указанными средними из максимальных годовых и средними годовыми расходами воды за многолетие. И вполне естественным представляется, что если нельзя использовать в качестве расчетного один из них, то наиболее обоснованным является использование другого.

11. Критериальный график с использованием в качестве расчетного среднего годового расхода за многолетний период Осрг. и уклона дна долины 10 в относительном виде (в долях единицы) представлен двумя критериальными зависимостями, характеризующими условия перехода руслового процесса из одного типа в другой: а) для линии, разграничивающей участки с незавершенным меандрированием и многорукавные русла: /0 = 0,210-О'';"0; б) для линии, разграничивающей участки с незавершенным и свободным меандрированием: /0 = 0,060 ■ Q~]fa. Результаты оценки показали, что полученный критериальный график может использоваться для приближенного определения типа руслового процесса в случаях существенного изменения гидрологического и руслового режимов -рек (вероятность попадания точек в зону русел со свободным меандрированием равна Р = 93% при средней квадратической ошибке о- = 0,03 ).

12. В связи с изменением водности и гидрологического режима рек, вследствие глобального потепления климата, увеличивается вероятность изменения руслового режима (типа русловых процессов и, соответственно, схемы деформаций), морфометрических и гидравлических характеристик рек, что необходимо учитывать при перспективном планировании целого ряда отраслей хозяйства страны.

В процессе исследований рек левобережья Средней Волги выяснилось, что типы речных русел (русловых процессов) оказываются относительно устойчивыми и для абсолютного большинства рассматриваемых рек сохраняются даже при увеличении их годового стока на 35%. Из 19 участков свободномеандрирующих рек только на трех возможно появление признаков незавершенного меандрирования (да и то одним из них является р.Вычегда у с.Малая Кужба, относящаяся к другому бассейну).

Для определения типа русловых процессов в условиях потепления климата использовался также метод Н.А. Ржаницына и Е.К. Рабковой. Совмещение модельных гидрографов с «единичными гидрографами», свойственными рекам с определенным типом русловых процессов в целом подтверждают результаты, полученные с использованием критериального графика. Однако, все же приходится признать результаты, полученные этим вторым методом менее определенными и надежными. Одной из причин этого является отсутствие надежных прогнозов максимальных расходов воды.

13. В случае уменьшения максимального стока на рассматриваемых реках можно ожидать отмирания мелких пойменных протоков, уменьшения числа осередков, островов и их подвижности, концентрации стока в главном рукаве и усилении его меандрирования. Поймы меандрирующих рек будут затапливаться реже, что должно отразиться на размерах и форме излучин. Увеличение зарегулированности стока, вследствие выравнивания его в году, способствует превращению рек в канализованные с меньшей извилистостью в плане.

14. Изменению подвержены морфометрические и гидравлические характеристики рек. Наиболее чутко на изменение водности рек реагирует ширина русел рек [6]. Сток воды с поверхности бассейна служит главным фактором, от которого зависят поперечные размеры речного потока [55]. Если грунты и уклон долины фиксированы, то поперечные размеры потока (размеры русла) полностью определяются стоком. В тех случаях, когда норма стока и другие его статистические характеристики в течение длительного периода не изменяются, говорят, что сток статистически устойчив. При статистически устойчивом стоке делается статистически устойчивом и речной поток: математические ожидания и дисперсии его элементов сохраняются. Очевидно, это относится и к руслу реки. Испытывая местные знакопеременные деформации, русло статистически устойчивого потока сохраняет без изменения математические ожидания и дисперсии своих главных размеров.

Основным способом определения ширины в условиях потепления климата, базирующийся на использовании модифицированной формулы С.Т. Алтунина. Результаты такого определения, представленные в табл. 5.3, свидетельствуют об увеличении ширины в бровках русла. В связи с этим следует ожидать и увеличения шага излучины меандрирующих рек и интенсивности плановых деформаций, которые тесно связаны с шириной. Это подтверждается результатами определения указанных характеристик с использованием графиков (связей) И.В. Попова [107].

15. Для определения высотных деформаций (средних глубин) русел рек нашли применение формулы, структура которых предложена Г.В. Железныковым и К.В. Гришаниным (табл. 5.5). Естественно, что с увеличением средних годовых расходов воды увеличиваются и глубины. Однако, на них влияют и русловые переформирования.

16. Определение средних годовых расходов взвешенных наносов с увеличением среднего годового стока воды выполнено при допущении о незначительном изменении средней многолетней мутности в условиях потепления. В пользу указанного допущения свидетельствует отсутствие достаточно выраженной зависимости мутности с увеличением расходов воды (табл. 5.6). О донных (влекомых) наносах рассматриваемых рек можно судить по соотношению их со взвешенными наносами. Так в работе [139] в бассейне Волги по доле стока влекомых наносов в общем их объеме (Wg / JV0(ju/,, %) выделено три группы районов: 1 - < 25; 2 — 25-50; 3 - > 50.

Левобережные притоки Верхней Волги и Средней Волги (выше г.Казани) относятся к третьей из указанных групп. Река Меша и нижнее течение рек Кама и Вятка с притоками принадлежат к первой группе. Поскольку изменения климата происходят постепенно и речные бассейны, как правило, успевают адаптироваться к ним — можно предположить, что и указанные соотношения изменятся не сильно.

17. С увеличением модулей годового стока воды в условиях потепления климата увеличивается крупность донных отложений наносов в реках (табл. 5.7), что установлено по соответствующим связям построенным для выделенных гидрологических районов.

18. Как известно, саморегулирующиеся речные системы способны путем внутренней перестройки продолжать выполнение своих функций при некоторых (ограниченных) изменениях внешних условий, в которых они развиваются. Учитывая, что изменения климата вследствие антропогенного воздействия происходят постепенно, рассматриваемая система, как правило, успевает адаптироваться к ним. Примерно такое же положение с антропогенным воздействием и на бассейн отдельной реки. Для предотвращения и сведения до минимума неблагоприятных последствий деформаций русел рассматриваемых рек и прохождения половодий, сопровождающихся заторами льда рекомендуется [59]:

- составлять детальные прогнозы русловых деформаций на участках рек, где находятся промышленные и социальные объекты, по мере необходимости производить берегоукрепительные работы;

- для контроля фактического экологического состояния рек территории необходимо проводить гидроморфологический мониторинг, включающий наблюдения за рекой, ее долиной, поймой и руслом. Разработка и реализация программы наблюдений мониторинга позволит получать данные о состоянии рек на текущий момент, а также разрабатывать пути стабилизации экологической обстановки.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Шелухина, Ольга Андреевна, Санкт-Петербург

1. Аверичкин О.Б. Географические особенности формирования русел рек восточной части Русской равнины (морфология и динамика). Автореферат кандидатской диссертации. СПб, 2005. — 20с.

2. Александровский А.Ю., Иванов В.В., Коротаев В.Н., Фролов Р.Д., Чернов А.В. Проблемы регулирования русла в нижних бьефах Волжских водохранилищ, с.23-50 // Эрозионные и русловые процессы. Под ред.проф. Р.С. Чалова. -М.: МГУ, 2005. 349с.

3. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов. М., 1988. 202с.

4. Алтунин С.Т. Регулирование русел рек при водозаборе. М.: Сельхозгиз, 1956.- 248 с.

5. Анисимов О.А. Последствия изменений климата в регионах северного полушария // Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука, 2002, с.239-250.

6. Антроповский В.И. Гидроморфологические зависимости и их дальнейшее развитие // Труды ГГИ, 1969, вып. 169, с.34-86.

7. Антроповский В.И. Методика гидролого-морфологической оценки переформирований русел зарегулированных рек //. Труды Академии водохозяйственных наук. Вып.4 Водные пути и русловые процессы — М.,1996, с.44-52.

8. Антроповский В.И. О составлении карт типов речных русел // Тез. Всерос. Научн. Конференции «Современная география и окружающая среда». Казань: Изд-во Каз. Ун-та, 1996, с. 11-13.

9. Антроповский В.И., Башков А.С. Учет русловых деформаций для повышения надежности подводных переходов трубопроводов на свободно меандрирующих реках // Гидротехническое строительство, 1998, №3, с. 25-29.

10. Антроповский В.И. Типы русел рек левобережья верхней и средней Волги // География и природные ресурсы, № 3, 1999.

11. Антроповский В.И. О критериях выделения типов речных русел // Геоморфология, 2000, с.43-51.

12. Антроповский В.И. Определение интенсивности деформаций закарстованных рек // География и природные ресурсы, №2, 2001, с. 149153.

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

14. Антроповский В.И., Изотов А.В., Шелухина О.А. Структура и динамика пойменно-русловых комплексов рек // Вестник факультета географии. Вып.З. СПб, 2003, с.97-100.

15. Антроповский В.И., Шелухина О.А. Морфология и деформация реки Волги (в верхнем и среднем течении) и ее левобережных притоков // Вестник факультета географии. Вып.5. СПб, 2005, с.42-53.

16. Антроповский В.И., Денисова И.В., Изотов А.В. Гидроморфологическое направление исследований русловых процессов // Известия РГПУ им.А.И. Герцена, №5 (13). Естественные и точные науки. СПб.: изд-во РГПУ им.А.И. Герцена, 2005, с.233-241.

17. Антроповский В.И. Гидролого-морфологические закономерности и фоновые прогнозы переформирования русел рек. СПб: «Кристмас+», 2006.-216с.

18. Антроповский В.И. Оценка параметров и возможных деформаций крупных земляных каналов (на гидроморфологической основе). — СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2007. 74 с.

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., Самусева Е.А. Антропогенное воздействие на саморегулирующуюся систему бассейн речной поток - русло. — СПб: из-во РГГМУ, 1999. - 220 с.

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

23. Беркович К.М., Власов Б.Н. Особенности русловых процессов на реках нечерноземной зоны РСФСР // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. М, 1981, с. 285286.

24. Беркович К.М., Чалов Р.С., Чернов А.В. Экологическое русловедение. — М., ГЕОС, 2000 332с.

25. Бобылев Л.П. Изменения климата и окружающей среды Арктики // Земля и Вселенная, ноябрь-декабрь, 6/2007, с. 12-24.

26. Борзенкова И.И. Эмпирическая палеоклиматология: состояние, проблемы и методы исследования // Изменения климата и их последствия. — СПб.: Наука, 2003, с.75-92.

27. Боровков B.C. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. —288 с.

28. Бочаров Н.А. Из истории образования долины Волги от Унжи до Камы и формирования Волжской речной системы. — Известия Академии Наук СССР, серия географическая, 1956, №6, с.85-94.

29. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., Гидрометеоиздат, 1980. — 352с.

30. Будыко М.И., Израэль Ю.А. Антропогенные изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат. 1987-407с.

31. Бутаков Г.П., Назаров Н.Н., Чалов Р.С., Чернов А.В. Условияформирования русел и русловые деформации на реках бассейна р.Камы //

32. Эрозионные и русловые процессы. Вып.З. М.: МГУ, 2000, с. 13 8-148.

33. Векслер А.Б., Доненберг В.М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат, 1983. -216с.

34. Вятка: Краеведческий сборник (составитель Г.П. Зенова). — Киров: Волго-Вятское книжное изд-во. Кировское отделение. Вып.5, 1981. — 176с.

35. Гвоздев B.C. Пропуск паводка на пойме при низконапорных плотинах. — М.: Госстрой, 1956. 80 с.

36. Георгиади А.Г., Милюкова И.П. Масштабы гидрологических изменений в бассейне р.Волга, возможные при антропогенном изменении климата // Метеорология и гидрология, 2002, №2, с.72-79.

37. Георгиевский В.Ю. Прогноз изменения стока рек СССР под влиянием хозяйственной деятельности на перспективу // Водные ресурсы и их использование. — JL: Гидрометеоиздат, 1987, с.261-265.

38. Георгиевский В.Ю., Ежов А.В., Шалыгин A.JL, Шикломанов И.А., Шикломанов А.И. Оценка влияния возможных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы рек территории бывшего СССР // Метеорология и гидрология, 1996, №11, с.89-99.

39. Георгиевский В.Ю. Изменение стока рек России и водного баланса Каспийского моря под влиянием хозяйственной деятельности и глобального потепления. Автореферат диссертации на соискание степени доктора географических наук. СПб.: ГГИ, 2005. 39 с.

40. Гидравлико-морфологические исследования рек и водоемов // Труды ГГИ, 1969, №169.-86с.

41. Гинко С.С. Катастрофы на берегах рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 128 с.

42. Гладков Г.Л., Зыков Е.В., Ребковец А.В. Водохозяйственные проблемы на р.Вятке в районе г.Кирова // Труды Академии водохозяйственных наук. Вып.5 Гидрология и русловые процессы. М., 1997, с.23 8-243.

43. Гладков Г.Л., Журавлев М.В., Селезнев В.М., Гапеев A.M., Колосов М.А. Водные пути и гидротехнические сооружения: учебное пособие. — СПб.: СПбГУВК, 2001.-120 с.

44. Гладков Г.Л., Снищенко Б.Ф. Воздействие дноуглубительных и выправительных работ на гидравлический и русловой режимы судоходных рек // Тезисы докладов VI Всероссийского гдрологического съезда. Пленарное заседание. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004, с.53-55.

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

46. Гришанин К.В. Подобие речных русел // Труды Ленинградского института инженеров водного транспорта. Вып. 116, 1968.

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

48. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата // Метеорология и гидрология, 2004, №4, с.50-66.

49. Давыдов Л.К. Гидрография СССР (воды суши). Часть II. Гидрография районов. — Л.: изд-во Ленинградского университета, 1955. 600с.

50. Денисова И.В., Шелухина О.А. Природные и антропогенные факторы экологической напряженности на реках // География и смежные науки. Герценовские чтения. СПб, 2003, с. 10-13.

51. Еленевский Р.А. Вопросы изучения и освоения пойм. М.: ВАСХНИЛ, 1936.- 100 с.

52. Железняков Г.В. О критерии динамического подобия потоков с размываемым руслом // Доклады всесоюзной Академии сельскохозяйственных наук, №10, 1969, с.39-42.

53. Знаменская Н.С. Донные наносы и русловые процессы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977. — 191 с.

54. Иванов Б.А. Измерение и расчет параметров донных гряд, расхода наносов и размыва дна русла р.Камы в половодье в нижнем бьефе Нижнее-Камской ГЭС // Труды ГГИ, 1984, Вып.318, с.63-91.

55. Иванова О.Ю., Сваткова Т.Г., Чалов Р.С., Чернов А.В. Совершенствование методики мелкомасштабного картографирования русловых процессов // Вестн. Московск. ун-та. Сер. б. География, 1992, №2, с.55-62.

56. Ильина JI.JL, Г'рахов А.Н. Реки Севера. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. -126с.

57. Исторический сборник (Труды Костромского^ научного общества по изучению местного края: Вып.VII). Кострома: Типография Губернского; Земства, 1917.-214с.

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

59. Клиге Р.К. Изменение глобального водообмена. — М.: Наука, 1985. — 247с.

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

61. Кондратьев НЕ. Русловые процессы рек и деформации берегов водохранилищ. СПб, 2000. - 258 с. V '

62. Кондратьев К.Я. Неопределенности данных наблюдений и численного, моделирования климата // Метеорология и гидрология, 2004, №4, с.93-119.

63. Крестовский О.И. Влияние вырубки и восстановления лесов на водность рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 118с.

64. Лапшенков B.C. Прогнозирование русловых, деформаций в бьефах речных гидроузлов: Л., Гидрометеоиздат, 19791 237с.

65. Левашова И.А., Левашов А.А. Оценка и прогноз русловых деформаций в связи; с изменением гидрологического режима // Моделирование и . прогнозы гидрологических процессов. — СПб, 1992, с. 50-56.

66. Лемешко Н.А., Борзенкова И.И. Изменение стока р.Волги при различных уровнях глобального потепления (на основе палеоклиматических сценариев) // Тезисы доклада VI Всероссийского гидрологического съезда. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004, с.216-218.

67. Лобанов В.А., Кондратьев А.Н., Анисимов О.А., Вандербенге Д. Оценка чувствительности типов речных русел к возможным изменениям климата на Севере ЕТР // Метеорология и гидрология, №6, 2006, с.88-97.

68. Лохтин В.М. О механизме речного русла. Казань, 1895. - 76с.

69. Львович М.И. Реки СССР. М.: «Мысль», 1971. - 352с.

70. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М., из-во АН СССР, 1955.- 347с.

71. Маккавеев Н.И., Хмелева В.Н., Заитов И.Р., Лебедева Н.В. Экспериментальная геоморфология. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1961. — 194 с.

72. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. М., изд-во МГУ, 1986. — 264с.•

73. Маккавеев Н.И. Эрозионно-аккумулятивные процессы и рельеф русла реки. Избранные труды. М.: изд-во МГУ, 1998. 285с.

74. Манабе С., Везеролд Р. Изменения водных запасов в масштабах столетия вследствие глобального потепления // Всемирная конференция по изменению климата. Тезисы докладов. М., 2003, с. 14-15.

75. Мельников В.П., Павлов А.Б., Малкова Г.В. Геокриологические последствия современных изменений глобального климата // География и природные ресурсы, 2007, №3, с. 19-27.

76. Методические указания по оценке влияния хозяйственной деятельности на сток средних и больших рек и восстановлению его характеристик. Л.: Гидрометоиздат, 1986. - 80с.

77. Методы изучения гидрологического режима водных объектов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-391с.

78. Михайлов В.Н. Динамика потока и русла в неприливных устьях рек // Труды ГОИНа. М., 1971, Вып. 102. 259с.

79. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. — М.: Гэос, 1997. 413с.

80. Мозжерин В.И. Гидроморфологический анализ твердого речного стока гумидных равнин умеренного пояса. Автореферат докторской диссертации. СПб, 1997. -32с.

81. Мохов И.И., Хон В.И. Гидрологический режим в бассейнах сибирских рек: модельные оценки изменения в XXI веке // Метеорология и гидрология, 2002, №8, с.77-90.

82. Нежиховский Р.А. Наводнения на реках и озерах. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988.- 184с.

83. Оценка изменений водного режима территории СССР при возможных антропогенных изменениях климата // Отчет НИР по договору 6/10 с Главной геофизической обсерваторией. — Л.:ГГИ, 1990. 68с.

84. Отчет по экспертизе рабочего проекта «Реконструкция перехода нефтепровода Сургут Полоцк через р.Керженец на 2020 км». — СПб.: ГГИ, 1994.-72с.

85. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. Под ред. Б.

86. Болина, Б.Р. Десса, Дж.Ягера, Р. Уоррика. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 557с.

87. Петухова Г.А. Зависимость характеристик крупности донных отложений рек ETC от природных условий // Труды ГГИ. Вып. 210, 1974, с. 83-97.

88. Петухова Л.Н., Рысин И.И. Мониторинг русловых процессов на реках Удмуртии // Краснодарское пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. — Краснодар, 2002, с. 156-158.

89. Пиньковский С.И. Особенности русел равнинных рек СССР // Русловой процесс. — Л.: Гидрометеоиздат, 1959.

90. Пиньковский С.И. Карта основных типов русел равнинных рек СССР (Русская равнина, Западная Сибирь) // Труды III Всеросс. Гидрологического съезда. — Л.: Гидрометеоиздат, 1960, Т. V.

91. Попов И.В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. — Л.: Гидрометеоиздат, 1969. — 364с.

92. Постоленко Г. А. Две категории морфоседиментационной деятельности русловых потоков // Известия РАН. Серия географическая, 2007, №3, с.41-48.

93. Рекомендации по размещению и проектированию рассеивающих выпусков сточных вод. М.: Стройиздат, 1981. - 224 с.

94. Рекомендации по учету руслового процесса при проектировании ЛЭП. Л.: Гидрометеоиздат, 1973 . — 180с.

95. Ренькас Я. Глобальные причины изменения климата // Наука в России. РАН. «Наука в России», 2008. с.63-66.

96. Ресурсы поверхностных вод СССР. Верхне-Волжский район, т.10. кн. 1. М: Московское отделение Гидрометеоиздата, 1973. 475 с.

97. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики, т. 10. Верхнее-Волжский район. Л.:Гидрометеоиздат, 1967.

98. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 12. Вып.1. Бассейн р.Волги ниже г.Чебоксары. Л.: Гидрометеоиздат, 1971.

99. Ржаницын Н.А. Руслоформирующие процессы рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-264 с.

100. Родзевич Г. Гидрография Ветлуги. Нижний Новгород, 1891.

101. Роднянская Э.Е. Общие и индивидуальные черты динамичности пойменных ландшафтов крупных равнинных рек // Ученые записки ЛГУ. Сер. геогр. наук. 1977, №388, Вып. 38, с. 68-76.

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

103. Россинский К.И., Кузьмин И.А. Закономерности формирования речных русел // Русловые процессы.- М.: Из-во Академии наук СССР, 1958, с. 5-14.

104. Россолимо Л.Л. Очерки по географии внутренних вод СССР. М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1952. - 304с.

105. Русловой процесс (под ред. Н.Е. Кондратьева). Л., 1959. 372с.

106. Русловой режим рек Северной Евразии (в пределах бывшего СССР). Под ред. проф. Р.С. Чалова. М.: изд-во МГУ, 1994. - 336с.

107. Сборник работ по гидрологии. №24, СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.

108. Семенов В.А. Особенности климатических изменений стока рек равнинных и горных территорий севера и центра России // VI Всероссийский гидрологический съезд. Тезисы докладов, секция 3. -СПб.: Гидрометеоиздат, 2004, с.232-233.

109. Сидоренков Н.С., Швейкина В.И. Изменение климатического режима бассейна Волги и Каспийского моря за последнее столетие // Водные ресурсы, т.23, №4, 1996, с.401-406.

110. Снищенко Б.Ф. Методы решения практических задач на основе гидроморфологической теории руслового процесса // Труды IV Всесоюз. гидрол. съезда, т. 10. русловые процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. -382 с.

111. Снищенко Б.Ф. О гидролого-экологических проблемах строительства и эксплуатации магистральных нефтепроводов через водные преграды // Трубопроводный транспорт нефти. №2, 1994, с. 15-19.

112. Снищенко Б.Ф. Гидроморфологический мониторинг рек. Русловые процессы рек. Труды ГТИ. Вып. 361. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002, с. 228-242.

113. Соколов А.А. Гидрография СССР (вод суши). Л.: Гидрометеоиздат, 1964.-535с.

114. Справочник по водным ресурсам / под ред. И.В. Симонова. T.IV. Среднее Поволжье. 4.1. Л.: ГТИ, Речиздат, 1935. — 473с.

115. Сток наносов, его изучение и географическое распределение. Л.: Гидрометеоиздат, 1977.— 240с.

116. Троицкий В.А. Гидрологическое районирование СССР. М-Л.: изд-во Академии наук СССР, 1948.-112с.

117. Филенко Р. А. Воды Вологодской области. — Л.: изд-во Ленинградского университета, 1966. — 132с.

118. Чалов Р.С., Чернов А.В. Геоморфологическая классификация пойм равнинных рек // Геоморфология, 1985, №3, с.3-11.

119. Чалов Р.С., Сваткова Т.Г., Беркович К.М., Сидорчук А.Ю., Чернов А.В., Кирик О.М., Снищенко Б.Ф. Типы русловых процессов на реках СССР // Карта М 1 : 4000000. Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 1990.

120. Чалов Р.С., Завадский А.С., Рулева С.Н. Прогнозная оценка изменения глубин на перекатных участках рек России при потеплении климата // География и природные ресурсы, №3, 2003, с.86-92.

121. Чернов А.В. Геоморфология пойм равнинных рек М., 1983. — 198 с.

122. Чернов А.В. Речные поймы их происхождение, развитие и оптимальное использование // Соросовский образовательный журнал. Сер. Науки о Земле. 1999. №12, с. 47-54.

123. Чернов А.В., Кораблева О.В. Результаты наблюдений за размывом берегов на реках лесного Заволжья и их анализ // Труды Акад. водохоз. наук. Вып.9. Проблемы русловедения. М.: Географический факультет МГУ, 2003, с.206-214.

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

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

126. Шикломанов И.А., Георгиевский В.Ю. Влияние антропогенных изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы // Изменения климата и их последствия. — СПб.: Наука, 2002, с. 152-164.

127. Шикломанов И.А., Георгиевский В.Ю. Влияние климатических изменений на водные ресурсы и водный режим рек России // Тезисы докладов Всемирной конференции по изменению климата. М.: Россия, 2003. -250с.

128. Шикломанов И.А., Георгиевский В.Ю. Изменение стока рек России при глобальном потеплении климата // Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 3. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004, с.200-201.

129. Amell N. Climate change and global water resources // Global Environmental change, 9, 1999, p.p. 31-49.

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

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

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

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

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

135. Cubasch U., K. Hasselmann, H. Hock, E. Maier-Reimar, U. Mikolajewicz, B. Santer and R. Sausen (1992) Time dependent greenhouse warming computations with a coupled ocean atmosphere model. Climate Dynamics, 8, p.p. 55-59.

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

137. Gordon С. Cooper С. Senior С.A., et al. (2000) The simulation of SST, sea extents and ocean heat transports in a version of the Hadley Centre coupled model without flux adjustments. Clim. Dyn, vol.16, p.p. 147-168.

138. Jenne R.L. (1989) Data from climate Models: The C02 Warming. -Printed; Reston, Virginia, 6th of March Geological Survey.

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

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

141. Leopold L.B., Wolman M., Miller J.P. Fluvial processes in geomorphology. San Francisco — London, Freeman. - cop. 1964.

142. Manabe S. and R.T. Wetherald (1987) Large-scale changes of soil wetness induced increase by an increase in atmospheric carbon dioxide, J. Atmos. Sci, 44, p.p. 1211-1235.

143. Manabe S., RJ. Stouffer, M.J. Spelman and K. Brian (1991) Transient responses of a coupled ocean atmospheric model to gradual changes of atmospheric C02. — Part 1: Annual mean response. J. climate, 4, p.p. 785-818.

144. Manabe S., M.J. Spelman and R.J. Stouffer (1992) Transient responses of a coupled ocean atmospheric model to gradual changes of atmospheric ССЬ. - Part 2: Seasonal response. J. Climate, 5, p.p. 105-126.

145. Miller J.R. and Russell G.L. The impact of global warming on river runoff// Journal of Geophysical Research. Vol. 97, №D3, p.p. 2757-2765.

146. Mitchell J.F.B., C.A. Senior, W.J. Ingram (1989) C02 and climate: missing feedback? Nature, 341, p.p. 132-134.

147. Murphy J. Мё and J.F.B. Mitchell (1995) Transient response of the Hadley Centre coupled ocean atmosphere model to increasing carbon dioxide. — Part II: Spartial and temporal structure of the response. J. Climate, 8, p.p. 57-80.

148. Roeckner E., Oberhuber J.M., Bacher A. et al (1996) ENCO variability > and atmospheric response in a global coupled atmosphere — ocean GCM. -Clim. Dyn., vol.12, p.p. 737-754.

149. Schaffernak F. Grundriss der Flup morphologie und des Flussbaues. -Wien, 1950. Springer.

150. Simons D. В., Richardson E.V. Resistance to flow in alluvial changes // U.S. Geol.Surv.Prof.Paper 422. 1966.

151. Zeller J. Flu p morphologische studien zum maanderproblem // Geographica Helvetica. 1967. - № 2. -p.57-95.

Информация о работе

Шелухина, Ольга Андреевна
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2008
ВАК 25.00.36

Диссертация

Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Современное состояние и прогноз руслового режима и гидроморфологических характеристик левобережных притоков Средней Волги - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы