Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Сравнительный анализ русловых процессов рек различной водоносности в горно-предгорно-равнинных регионах и их антропогенные изменения

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Сравнительный анализ русловых процессов рек различной водоносности в горно-предгорно-равнинных регионах и их антропогенные изменения"

1 1 да ^2-3

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ПАВЛОВ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ

УДК 551. 482. 212 (477.75 + 571.15 + 571.151)

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ РЕК РАЗЛИЧНОЙ ВОДОНОСНОСТИ В ГОРНО-ПРЕДГОРНО-РАВНИННЫХ РЕГИОНАХ И ИХ АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ РЕК КРЫМА И АЛТАЯ).

11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва -1996

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

Научный руководитель - доктор географических наук,

профессор P.C. Чалов.

Официальные оппоненты - доктор географических наук, старший

научный сотрудник А.Е. Михинов кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю.М. Натальчук

Ведущая организация - Московский государственный университет

природоустройства

Защита диссертации состоится ¿J_ ноября 1996 г. в часов на заседании диссертационного совета Д-053.05.30 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1801.

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

Автореферат разослан октября 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат географических наук С.Ф. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследованиям русловых процессов на горных и равнинных реках посвящены труды многих ученых. Однако большая их часть касается больших и средних рек. За последние 20 -30 лет важное научное и практическое значение приобрела проблема малых рек, связанная с их интенсивным обмелением, заилением и деградацией вследствие хозяйственной деятельности. При этом реакция малых рек на антропогенную нагрузку неодинакова у рек горных и равнинных, многоводных и маловодных, с разными проявлениями русловых процессов.

Для сравнительного анализа подобных рек были выбраны реки Крыма и Алтая. Отличаясь по своей водоносности и, следовательно, по характеру ведущего (активного) фактора русловых процессов, они в то же время обладают некоторыми сходными условиями руслоформирования, т.к. формируются в горах и протекают по степным равнинам. Русловые процессы на реках Крыма исследованы очень слабо, имеются отдельные работы по руслообразующим наносам рек и селевым явлениям на Южном склоне Крымских гор; реки Степного Крыма в отношении русловых процессов вообще не изучались. Знание закономерностей русловых процессов на реках Крыма тем не менее необходимо при решении ряда практических задач: их рекреационном и туристическом освоении, строительстве водозаборов и инженерных сооружений, борьбе с размывами берегов; достаточно остро стоит проблема снижения неблагоприятных последствий, вызванных интенсивным антропогенным воздействием и трансформацией русел большинства рек Крыма, отличающихся крайне малой водоносностью.

Русловые процессы на реках Алтая освещены в научной литературе гораздо полнее (работы МГУ, ГТИ, Лаборатории русловых процессов рек Алтая в г.Барнауле): изучены руслообразующие наносы и руслоформирующие расходы, выполнено районирование по факторам и формам проявления русловых процессов, дана оценка устойчивости русел и интенсивности русловых деформаций. Вместе с тем слабо исследованы гидролого-морфологические характеристики русел с различным морфодинамическим типом, отсутствует оценка экологического состояния речных русел в условиях усиливающегося антропогенного вмешательства в их естественное развитие.

Сравнительный анализ малых рек с различной водоносностью с точки зрения их устойчивости к антропогенным нагрузкам не производился. Его выполнение может стать основой для определения пределов хозяйственного использования рек в различных природных условиях.

Цели и задачи исследований. Основной целью исследования является выявление условий и закономерностей проявления русловых

процессов на горно-предгорно-равнинных реках Крыма и Алтая, различных по водоносности и, следовательно, по условиям руслоформирования, определение степени их антропогенной измененности и связанными с ней неблагоприятными последствиями для условий жизни и хозяйственной деятельности людей. Реализация этой цели позволяет ликвидировать "белое пятно" в географии русловых процессов на реках Крыма, получить комплексную характеристику русловых процессов на реках Алтая, выявить особенности, специфику и географические различия в развитии процессов руслоформирования на малых и средних реках с нормой стока, различающейся более, чем на два порядка.

Для достижения этой цели, используя полевые, картографические и фондовые материалы, были поставлены и решены следующие задачи: 1) изучены физико-географические факторы, определяющие строение речной сети, условия развития русел рек и их продольных профилей, водоносность и гидрологический режим рек; 2) исследованы закономерности формирования и пространственное распространение состава руслообразующих наносов, руслоформирующие расходы воды, а также изменение водоносности рек по их длине, влияние на русла рек селевых потоков и антропогенных факторов; 3) составлены среднемасштабные карты русловых процессов Крыма и Алтая, позволяющие выявить пространственные закономерности распространения различных типов русел; 4) проведено районирование Крыма и Алтая по факторам и формам проявления русловых процессов на реках; 5) уточнена и дополнена классификация русел горных и равнинных рек с учетом степени воздействия антропогенного фактора; 6) дана оценка устойчивости русел рек Крыма и Алтая, определена интенсивность их вертикальных и горизонтальных деформаций; 7) получены гидролого-морфологические характеристики русел рек Крыма и Алтая; 8) выполнен анализ экологического состояния русел рек регионов с учетом природных предпосылок и антропогенной нагрузки, дана оценка степени экологической напряженности в зависимости от уязвимости русел рек к антропогенной нагрузке.

Методика исследований. При сборе и обработке материалов применялся географический подход к изучению русловых процессов, разработанный Н.И.Маккавеевым и Р.С.Чаловым. Изучение состава русловых отложений, морфометрических характеристик русла и гидравлических характеристик потока проводилось по методике, разработанной в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ. Основой для него послужили данные полевых исследований, проведенных автором с участием сотрудников географического факультета МГУ в Крыму и при участии автора на

Алтае. Руслоформирующие расходы воды для исследуемых рек рассчитывались по методике Н.И.Маккавеева, уточненной А.Г.Ободовским. Для их расчетов, как и при изучении направленности русловых деформаций, использовались многолетние данные сетевых наблюдений Гидрометслужбы.

При типизации русел за основу была взята морфодинамическая классификация Р.С.Чалова. Устойчивость речных русел определялась по коэффициенту стабильности, предложенному Н.И.Маккавеевым. Разработка карты "Русловые процессы на реках Крыма" (М-б 1:300000) проводилась на основе принципов и методов картографирования русловых процессов, разработанных под руководством Р.С.Чалова в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ. Для оценки антропогенной измененное™ русел рек Крыма и Алтая и ее последствий за основу был взят балльный метод, предложенный Научно-исследовательской пабораторией эрозии почв и русловых процессов МГУ.

Научная новизна работы. В работе впервые дана комплексная гарактеристика и сравнительный анализ русловых процессов на малых л частично средних реках Крыма и Алтая. В результате проведенных исследований: 1) уточнено понятие "малые" и "средние" реки 1рименительно к анализу русловых процессов; 2) даны определения 'дискретности" и "континуума" русловых процессов для малых рек ■орно-предгорно-равнинной зоны; 3) изучены физико-географические факторы русловых процессов и определена главная или второстепенная роль каждого из них в руслоформировании на реках эассматриваемых регионов; 4) получены изменения характеристик ранулометрического состава руслообразующих наносов по длине рек (рыма и исследованы условия прохождения руслоформирующих »асходов воды; 5) выявлены антропогенные факторы, влияющие на >усла рек регионов; 6) впервые составлены карты русел рек Крыма и ^птая (в соавторстве); 7) для рек Крыма уточнена и дополнена лассификация типов русел благодаря учету антропогенного юздействия на русловые процессы; 8) выявлены географические акономерности распределения русел рек разных типов в обоих егионах; 9) дана оценка устойчивости русел и установлен характер условых деформаций на реках Крыма и Алтая; 10) получены идролого-морфологические зависимости для русел рек Алтая; 11) дан нализ антропогенных факторов и форм антропогенной рансформации русловых процессов в обоих регионах; 2) исследована устойчивость речных русел к антропогенным оздействиям и оценена экологическая напряженность на реках, вязанная с природными предпосылками и антропогенной змененностью речных русел.

Практическое значение. Область применения результатов данно работы достаточна широка. Данные по руслообразующим наносам руслоформирующим расходам воды, устойчивости русел и русловы деформаций играют важную роль при решении водохозяйственны задач и освоении речных долин. Результаты исследовани антропогенной измененности русловых процессов рек Крыма и Алтау а также оценка устойчивости речных русел к антропогенны! воздействиям особенно важны в условиях прогрессирующег ухудшения экологической обстановки в России и в Крыму и могут найт применение при обосновании региональных подходов к разработке ме экологического оздоровления регионов. Материалы по типизации русе. и русловых деформаций, их антропогенной измененности, факторам формам проявления русловых процессов, обобщенные в виде кар русловых процессов на реках Крыма и Алтая, имеют научнс справочное значение и могут использоваться на стадии предпроектны решений.

Апробация. Основные результаты исследований докпадывалис на III Всесоюзной конференции "Динамика и термика рек, озер водохранилищ и окраинных морей" (г.Москва, 1989 г.), научнс теоретической конференции "Рациональное природопользовани горных стран" (Бишкек, 1991 г.) и изложены в 5 публикациях и одно научно-справочной карте (в соавторстве).

Работа объемом 232 страницы включает введение, шесть глав заключение, 48 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 14 наименований.

Автор считает своим долгом выразить благодарность старшем научному сотруднику, кандидату географических наук Р.В.Лодиной з систематическую помощь, оказываемую ею на всех этапах рабо-доктору географических наук, профессору Г.П.Кумсиашвили, кандидат географических наук, старшему научному сотруднику С.Н.Рулево^ кандидату географических наук, доценту А.Г.Ободовскому, все сотрудникам кафедры гидрологии суши и Научно-исследовательско лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ, помощь которы в создании настоящей работы неоценима, а также коллектиЕ Лаборатории русловых процессов рек Алтая ЗапСибНИГМИ, с которы автор работал в полевых условиях.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работь определены цели и задачи исследования, приведены сведения о использованных материалах и методах исследования, показан новизна полученных результатов, определено их практическо значение.

В первой главе рассматриваются предпосылки различий русловых процессов в исследуемых регионах, специфика русловых процессов на горных и равнинных реках, а также их изученность.

С учетом сопоставимости объектов исследования по масштабу и генезису изучаемых явлений, в работе не рассматривалась Бия и Катунь в нижнем течении и Обь, как большие реки, являющиеся транзитными для Алтая. Разница в многолетней норме стока изученных рек Крыма и Алтая составляет 2-3 порядка. В этой связи логично было бы разделить их на малые и средние. Однако общепринятые количественные (по площади бассейна и длине реки) и качественные (расположение в одной географической зоне, местное значение) подходы, используемые в гидрологии, не всегда отражают специфику русловых процессов на них. Для целей нашего исследования во главе угла были поставлены особенности русловых процессов на реках. На Алтае с точки зрения русловых процессов к "малым" должны быть отнесены реки, формирующие свой сток целиком на равнине или в горах и протекающие только в их пределах лри условии однородности природных характеристик (климатических, точвенно-растительных, • геолого-геоморфологических). К ним этносятся Кулунда, Барнаулка, Большая речка, Лосиха, Касмала и их 1ритоки. К "средним" должны быть отнесены реки, формирующие свой ггок в горах и выходящие на равнину - Чумыш, Чарыш, Алей, Ануй, Песчаная, а также реки, протекающие только в горах или на равнинах, ■ю пересекающие области (районы) с разными природными условиями. -\а Алтае это -Чуя, Чулышман, Башкаус, Бия, Катунь (последние две -сроме нижнего течения); в Крыму - наиболее многоводные реки Неверного склона Крымских гор (Бельбек, Кача, Альма, Черная, Залгир, Биюк-Карасу), паводочный режим которых вызывает в их длинах переформирования русел, по масштабам и интенсивности :ходные с таковыми на средних рек Алтая. "Малыми" в Крыму шляются реки Южного склона Крымских гор, некоторые из рек Неверного склона, а также реки степной равнинной части полуострова Учан-Су, Демерджи, Ускут, Ворон, Чатырлык, Самарчик, Зап.Булганак, $уя, Бештерек, Бурульча, Су-Индол и др.).

Важным аспектом проблемы русловых процессов является их |рерывность и непрерывность проявления во времени, иными ¡ловами, дискретность и континуум. В отличие от существующих олкований этих терминов, определяющих дискретность как появление процессов руслоформирования на различных структурных ровнях речного русла, а производный от континуума термин -континуальность" - как непрерывность поля отметок дна русла реки ли форм руслового рельефа и их комплексов в пространстве, редложено рассматривать эти термины во временном аспекте.

Дискретность русловых процессов связана со спецификой взаимодействия потока и русла, русловых деформаций, эрозии транспорта и аккумуляции наносов, интенсивность, масштаб и форма проявления которых значительно меняется во времени в зависимости от фазы водного режима и изменений гидравлических характеристи> потока. Она заключается в прекращении в межень значимых русловы> деформаций на горных реках и обсыхании части русловых форм выводящем их из зоны воздействия потока, а также уменьшении пс сравнению с половодьем интенсивности русловых деформаций не равнинных. Континуум русловых процессов обусловлен постоянный взаимодействием русла с активным фактором русловых процессов ■ стоком воды. Даже в наиболее маловодную фазу водного режиме (межень) на равнинных реках идут русловые переформирования не низких структурных уровнях речного русла - грядах, микрогрядах перемещаются отдельные частицы наносов. Различия в исследуемы) регионах заключается в том, что на Алтае русловые процессь дискретны в связи с их ослаблением в межень, в Крыму - в течение всего года; в связи с паводочным режимом на фоне крайне низкой нормы стока (Оср.мн.= 0,2-1,2 мЗ/с) русловые деформации здесь активизируются и в горах, и на равнине лишь во время паводков между которыми морфологический облик русла неизменен даже нг уровне отдельных частиц аллювия.

Алтайский регион сравнительно хорошо изучен с точки зрени? процессов руслоформирования. Исследование равнинных ре1 бассейна Оби началось в 50-60-е годы. В 70-е годы в регионе началг постоянно работать экспедиция научно-исследовательское лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ; в 80-е годы е Барнауле была создана специализированная лаборатория русловы) процессов рек Алтая ЗапСибНИГМИ; специальные исследования нг малых и средних реках проводили ученые ГТИ. В середине 80-х годое МГУ и лабораторией ЗапСибНИГМИ совместно с Алтайскил университетом были предприняты маршрутные исследования вдоле всех основных рек равнинной и горной частей Алтая. Результатоь стала вышедшая в 1991г. карта "Русловые процессы на река) Алтайского края" (М-б 1:1000000), в составлении которой участвова; автор. Крым, в отличие от Алтая, представляется "белым пятном" е отношении исследований русловых процессов. В первую очередь эте связано с крайне низкой водоносностью рек и отсутствием активны) проявлений русловых процессов в течение большей части года. Из-зг "паводочности" водного режима и большого поступлени! рыхлооблс.иочного аллювия в русла рек в Крыму периодичесм проявляются сели, которым посвящено большее количество научны: работ.

Во второй главе дается анализ природных факторов русловых процессов на реках Крыма и Алтая. Оба региона представляют собой сочетание горных территорий и обширных равнин.

Южную часть Крымского полуострова занимают Крымские горы. В пределах Главной гряды берут начало большинство рек полуострова, поэтому здесь наиболее развита гидрографическая сеть. В соответствии с орографией горного Крыма, реки можно разделить на 3 группы: 1) реки северного склона Крымских гор (Салгир с притоками, Индол и др.); 2) реки северо-западного склона Крымских гор (Зап. Булганак, Альма, Кача, Бельбек, Черная); 3) реки южного склона (Учан-Су, Дерекойка, Улу-Узень, Ускут и др.). Реки северо-западного склона Главной гряды Крымских гор являются наиболее значительными по своей водоносности (средний многолетний сток \Л/мн. Качи - 0,05 кмЗ, Бельбека - 0,06 кмЗ), реки южного склона отличаются меньшей водоносностью (Дерекойка - 0,02 кмЗ, Улу-Узень - 0,01 кмЗ). Степной Крым представляет собой приморскую равнину. Здесь развиты в основном временные водотоки. Через Степной Крым протекают, являясь для него транзитными, реки, стекающие с северного склона (самая длинная - р.Салгир - имеет в низовьях \Л/мн. = 0,03 кмЗ).

На Алтае, в отличие от Крыма, горы занимают большую часть региона и характеризуются развитой гидрографической сетью. Средние и малые реки, берущие здесь начало и относящиеся к бассейнам Бии, Катуни и Оби, полностью или частично протекают в горах. Из средних рек к первым относятся Чуя (\Л/мн. = 1,58 кмЗ), ко вторым - Чарыш, Ануй, Песчаная и Алей, у которых в горах располагается только верхняя часть бассейна (\Л/мн. = 0,53 - 5,64 кмЗ). Равнинная часть Алтая также может быть разделена на несколько районов. Кулундинская степь, являющаяся областью внутреннего стока, рассечена ленточными долинами - "борами", занятыми реками Кулундой и Бурлой. Приобское плато примыкает к предгорьям Алтая и расчленено густой сетью речных долин. Основные реки - Барнаулка (\Л/мн. = 0,12 кмЗ) и Касмала, впадают в Обь. Юго-запад левобережья занимает сильно распаханная Алейская степь, по которой протекает Алей, использующий для своей долины также ложбину ленточного бора (\Л/мн. = 1,07 кмЗ). Основные реки Предаптайской равнины -Чарыш (\Л/мн. = 5,96 кмЗ), Ануй (\Л/мн. = 1,16 кмЗ), Песчаная (\Л/мн. = 1,00 кмЗ), беря начало в горах, пересекают ее в нижнем течении, являясь здесь транзитными. Правобережье Оби занято Лесным Заобьем - террасированной равниной, которую пересекают малые лесные реки с очень малыми уклонами. Самой большой является Большая речка (\Л/мн. = 0,29 кмЗ). За Лесным Заобьем находится Бийско-Чумышская возвышенность, с которой стекают реки, пересекающие затем Лесное Заобье, и левые притоки Чумыша (\Л/мн. =

4,32 кмЗ). Верховья и все правые притоки Чумыша берут начало на Салаирском кряже и пересекают Предсалаирскую равнину.

Климат обусловливает существенные различия в водоносности рек Крыма и Алтая и их гидрологическом режиме. Крым беден осадками; их максимум приходится на горы, а неравномерное распределение в году и засушливость климата определяют очень низкую водоносность. Реки Алтая многоводны, чему способствует наличие вечных снегов и ледников. Для рек Крыма характерен паводочный режим с низкой летней устойчивой меженью, когда многие реки пересыхают; на реках Алтая (алтайский тип гидрологического режима) выделяются весенне-летнее половодье, на которое накладываются дождевые паводки, и низкая зимняя межень.

Геолого-геоморфологическое строение отвечает за состав руслообразующих наносов, темпы и условия русловых деформаций, уклоны русел рек. Эти характеристики меняются от гор к равнине, в самих горах и на равнинах. В Крыму наличие двух крупных орографических областей - равнинной и горной - совпадает с различной тенденцией их тектонических движений. Начиная с мела северным равнинам было свойственно прогибание и режим осадконакопления, горному Крыму - поднятие [Муратов, 1960]. Это обусловило очень малые уклоны, легкоразмываемый аллювий и интенсивные горизонтальные деформации при прохождении экстремальных паводков на равнинных реках и большие уклоны, крупный грубообломочный аллювий и врезание горных рек. Равнинный Крым представляет собой плоскую аккумулятивную пролювиальную равнину. В Горном Крыму развиты карстовые процессы, которые в большой степени обуславливают низкую водоносность рек. Здесь расположены две куэстовые гряды, разделенные понижением, тянущимся параллельно Главной гряде. Поперечные долины имеют характер ущелий, разделяющих куэсты на обособленные участки.

Разделение Горного Алтая на средне-низкогорный и высокогорный определяет изменение условий руслоформирования. В среднегорье основные площади заняты склонами, тогда как в низкогорье - водораздельными плато. Карстовые процессы здесь практически не влияют на сток рек. В высокогорье горные хребты сочетаются с широкими долинами рек и межгорными депрессиями -котловинами ("степями"). Это создает ступенчатость продольных профилей рек Горного Алтая. В тектоническом отношении Горному Алтаю соответствует процесс поднятия, что обуславливает врезание горных рек [Лукина, 1984]. В равнинной части Алтая врезание рек зависит от направленности развития вертикальных деформаций Оби, образующей их базис эрозии [Маккавеев, Чалов, 1964]. Исключение

составляют реки Кулунды, имеющие свой базис эрозии и относящиеся к району внутреннего стока.

В третьей главе рассмотрены руслообразующие наносы, руслоформирующие расходы, изменение водоносности по длине горных и равнинных рек, селевые потоки на горных реках и антропогенные факторы, влияющие на русла рек.

В Крыму, где все основные реки берут начало в горах и впадают в море у их подножия (реки Южного склона) или пересекают степную равнину (реки Северного склона), имея вогнутые продольные профили, общая тенденция к уменьшению крупности наносов вниз по течению у горных рек выражена гораздо яснее, чем у равнинных, из-за малых уклонов последних. Рекам Алтая, протекающим целиком или берущим начало в горах и выходящим на равнину, также свойственно последовательное уменьшение крупности руслообразующих наносов вниз по течению. Однако ступенчатость продольных профилей (крупные ступени приурочены к "степям" - внутригорным котловинам) сопровождается местными уменьшениями среднего диаметра наносов в отмостке в пределах "степей" (на ступенях профиля) и последующими увеличениями его в ущельях, где уклоны вновь возрастают, часто на порядок величины. Сравнение связей среднего диаметра руслообразующего аллювия с уклонами русел на реках Алтая и Крыма показало, что частицы одних и тех же размеров распространены на реках Крыма при больших уклонах (рис.1). Это свидетельствует о том, что реками с меньшей водоносностью частицы аллювия большей крупности переносятся при больших уклонах. При относительно малой крупности наносов (<40 мм) различия в условиях их транспорта мало- и многоводными реками стираются.

Для рек Крыма исследовалась связь крупности наносов в отмостке и в аллювиальной толще с!тол.= ¿(ботм.). Поле точек расположилось таким образом, что дало возможность провести две огибающие, апроксимированные уравнениями:

0,77

с1тол. = 3,55хс1отм.

0,57

с!тол. = 2,69хботм., Верхняя огибающая соответствует измененным в горной части зекам с водохранилищами в их верховьях, вследствие чего формирование современной отмостки осуществляется потоками с иеньшей энергией и, следовательно, транспортирующими руслообразующие наносы меньшей крупности, чем до создания юдохранилищ; нижняя - неизмененные в горной части рекам водохранилища сооружены уже в предгорьях), где крупность шлювиальной толщи меньше крупности наносов в отмостке, что

Рис. 1 Зависимость среднего диаметра наносов от уклона русла для рек Алтая (Ануй) и Крыма (Бельбек) -

соответствует общеизвестным закономерностям. Для рек Алтая в качестве фактора, определяющего крупность руслообразующего аллювия, был применен показатель Jx(Q($Ng), предложенный А.Н.Крошкиным [1984], где J - уклон, Оф - руслоформирующий расход, g - ускорение свободного падения. Полученные связи апроксимируются уравнениями:

0,89

dep. = 7,01 (Jx(C^Ng)) для Ануя, 0,56

dep. = 6,92 (Jx(C^/Vg)) для Чарыша.

Среди рек Алтая меньшими изменениями состава наносов по длине характеризуются равнинные Чумыш, Алей, Кулунда, Барнаулка и др. Все они, кроме Барнаулки и Касмалы, вытекающих их,озер и врезающихся в Приобское плато, характеризуются уменьшением среднего диаметра песчаных наносов вниз по течению. На реках равнинного Крыма практически нет песчаных русел: гравелисто-галечные наносы заиливаются еще в предгорьях. Кроме того, естественный гранулометрический состав аллювия нарушается под воздействием периодической расчистки русел и дноуглубления. Песок, перекрытый отложениями ила мощностью до 0.5 м, появляется лишь в устьях рек и связан, по-видимому, с морскими отложениями западного побережья Крыма.

В качестве показателя гидрологической составляющей руслового режима рек обычно применяется "руслоформирующий расход воды" (Оф). По Н.И. Маккавееву [1955], Оф являются расходы, обусловливающие наиболее интенсивные русловые деформации и соответствующие в многолетнем разрезе максимальному стоку наносов. По условиям прохождения руслоформирующих расходов воды все реки Алтая можно разделить на три типа: А - реки с одним (средним или нижним) интервалом расходов, имеющим руслоформирующее значение и проходящем до выхода воды на пойму; Б - реки с двумя интервалами Оф (средним и нижним); В - реки с двумя интервалами руслоформирующих расходов, один из которых является средним, другой - верхний, соответствует уровням затопления поймы во время половодья. Тип А имеют все основные реки равнинного Алтая, Б характерен для рек, впадающих в Телецкое озеро, протекающих в юго-западной части Горного Алтая и берущих начало в пограничной области с Западным Саяном (Башкаус, Чулышман). К нему также относятся малые реки низкогорной части Горного Алтая, его северных предгорий и Кулундинской низменности. Тип В присущ малым рекам внутригорных котловин Алтая и верховьям более крупных рек (Ануя, Чарыша). В отличие от Алтая, для рек северного склона Крымских гор характерен один тип условий прохождения

руслоформирующих расходов - А - с тремя интервалами; некоторые его разновидности связаны с различиями в природе разных частей Крыма. Так, на некоторых горных реках северо-восточного склона Крымских гор, имеющих повышенную закарстованность бассейнов (Зуя, Бештерек, Биюк-Карасу), отмечается наличие на фоне трех основных нескольких дополнительных интервалов (Эф, вызванных подземными водами, вклинивающихся в верховьях рек после выпадения дождевых осадков. Третий подтип характерен для равнинных участков рек, стекающих как с северо-западного, так и северо-восточного склонов. На этих реках значительно увеличивается обеспеченность нижнего интервала Оф. Это объясняется не только орографией, но и наличием в реках более мелкого аллювия (песок, ил), для переноса которого необходимы меньшие скорости и расходы более высокой обеспеченности.

На всех горных и равнинных реках Алтая водоносность увеличивается вниз по течению. Особо выделяется Алей, где в среднем течении наблюдается уменьшение стока за счет изъятия его в Апейскую оросительную систему, находится Гилевское водохранилище, а также происходит водозабор вод различными водопотребителями по длине реки (в гг. Рубцовске, Алейске). Незначительное уменьшение водоносности происходит в нижнем течении Чарыша, что связано с потерей стока в аллювиальных отложениях и переходом его в подрусловой сток. Все реки Крыма относятся к пересыхающим; они характеризуются нарастанием водоносности лишь в горных частях и уменьшением ее на равнине. Но если последнее еще в начале века происходило естественным путем и было связано с потерями стока на испарение и инфильтрацию в аллювиальные толщи, то сейчас на это накладывается активная водохозяйственная деятельность. Все реки перекрыты в верховьях водохранилищами; вдоль рек расположены наливные водохранилища и большое количество прудов; объемы безвозвратного водопользования достигают 80% от общего объема стока.

Алтай в целом отличается низкой селеопасностью и отсутствием ее проявления почти по всей длине рек. Грязекаменный сель, наблюдавшийся в бассейне Катуни, даже не достиг русел притоков низких порядков, грязевые и гляциальные сели приурочены к верхним звеньям речной сети. Поэтому в формировании речных русел селевая деятельность почти не сказывается. Селевые явления в Крыму имеют более широкое распространение. Они отличаются небольшими масштабами, но значительной разрушительной силой и приносят несравнимо больший ущерб хозяйственной деятельности, оказывая заметное влияние на русловые процессы. Русла рек заполнены

селевой массой, в межень поток фильтруется в ней и часто исчезает в толще наносов или течет, не образуя четко выраженного русла.

Для сравнительного анализа антропогенных факторов, влияющих на русла рек Крыма и Алтая, составлена таблица 1, вкоторой отражены все виды антропогенных воздействий на русла рек в этих регионах. По сравнению с Алтаем спектр видов антропогенных воздействий на русла рек Крыма гораздо шире и распространены они гораздо больше как в горах, так и на равнине, обусловливая сильную подверженность русловых процессов крымских рек хозяйственной деятельности.

Таблица 1

Виды антропогенного воздействия на русловые процессы

рек Крыма и Алтая

Вид хозяйственной деятельности Реки Алтая горные равнинные Реки Крыма горные равнинные

Мелиоративные мероприятия - - + + + +

Лесотехнические мероприятия - + - + - -

Сельскохозяйственная освоенность бассейна (распашка.сады) - + + + + +

ГЭС и водохранилища - + - + - + + +

Водозаборы - + - + + + +

Инженерные сооружения в русле и на пойме - + - + - + +

Строительство набережных в городах - - - + -

Дамбы обвалования - - + + +

Канализирование русла - - - + - +

Карьеры стройматериалов - + - + - + - +

Сброс в русла строительных и бытовых отходов - - + - + +

Примечание: - отсутствие воздействия повсеместно;+" - эпизодически встречающееся воздействие; "+" - воздействие на 50% длины реки; "+ +" -повсеместное воздействие.

В четвертой главе рассматриваются принципы и методы картографирования русловых процессов и районирования Крыма и Алтая по факторам и формам их проявления на реках.

Для характеристики условий развития и форм проявления русловых процессов при обосновании водохозяйственного строительства, сооружения инженерных объектов, прокладки коммуникаций и мостовых переходов в рамках административных и экономических районов составляются среднемасштабные карты русловых процессов (М-б 1:500000, 1:1000000) на крупные регионы [Корсаков и др, 1991]. Примером их создания стала "Карта русловых процессов на реках Алтайского края" (М-б 1:1000000) [1991], в

авторский коллектив которой входил автор, и составленная при участии картографа О.Ю.Ивановой карта русловых процессов на реках Крыма (М-б 1:300000), представленные в диссертации. В основу их составления положено выделение морфодинамических типов русел по классификации Р.С.Чалова [1996] в виде полос (линейная форма) и районирование по условиям формирования речных русел (пространственная форма), в т.ч. по распространению русел горных, полугорных и равнинных рек. Исходными материалами для составления карт послужили результаты специальных исследований на реках Алтая в 1984-1988 гг и Крыма в 1991-1992 гг, а также ряд научно-справочных материалов. На карте Алтая имеется четыре врезки (М-б 1:4000000), несущие дополнительные сведения о русловых процессах и их факторах: районирование территории по эрозионному расчленению рельефа, водный режим рек и руслоформирующие расходы воды, эрозионноопасные земли с количественной характеристикой смыва почв, хозяйственное использование рек. На карте Крыма набор карт-врезок следующий: руслоформирующих расходов воды; антропогенной нагрузки на русла рек, фиксирующая такие основные виды воздействия на них, как обвалование, бетонирование, создание водохранилищ, урбанизированные участки и сельскохозяйственная освоенность территории; экологической напряженности на реках, в интегральной форме отражающей результат антропогенных воздействий на русла рек, их пойму и сток. Все карты-врезки для Крыма составлены автором.

Для комплексного районирования Крыма и Алтая по факторам и формам проявления русловых процессов на реках приняты следующие показатели: 1) распространение горных, полугорных и равнинных типов русловых процессов; 2) районирование по свободным и ограниченным условиям развития русловых деформаций как отражение геолого-геоморфологических факторов руслоформирова-ния; 3) выделение районов с преобладанием транзитных рек, вероятность пересыхания рек и т.д.; 4) выделение районов внутреннего стока; 5) оценка водоносности рек и ее изменение по их длине; 6) состав и распространение руслообразующих наносов; 7) изменение уклонов рек по их длине; 8) распространение морфодинамических типов русел, оценка их устойчивости, интенсивности и направленности русловых деформаций.

По предложенным показателям на Алтае выделяется два крупных региона - горный и равнинный, которые в свою очередь подразделяются на несколько районов. В равнинном регионе природные условия и особенности проявления процессов руслоформирования позволяют выделить пять районов: Кулундин-

ский - область внутреннего стока; Приобский - реки образуются в степи, вытекая из озер (за исключением Алея) и впадают в Обь, не изменяя величины стока; Предалтайский - включающий в себя Чарыш, Ануй, Песчаную - реки, берущие начало в горах и пересекающие район поперек, направляясь к Оби; Бийско-Чумышский - охватывающий Чумыш, реки его бассейна и верховья рек, стекающих с Салаирского кряжа и Бийско-Чумышской возвышенности; Лесного Заобья, включающий в себя реки, пересекающие залесенное террасированное правобережье Оби и впадающие в нее. В горном регионе выделяются четыре района: Высокогорный - с отметками свыше 2000 м и с реками, отличающимися ступенчатостью продольных профилей, чередованием условий свободного и ограниченного развития русловых деформаций (Чуя, верховья Катуни, Чарыша, Песчаной, Ануя, Акалаха, Коксы и т.д.); Средне-низкогорный - с отметками ниже 2000 м и с реками, сохраняющими горный характер, но меняющими морфодинамический тип от врезанного русла к разветвленному (Бия, среднее течение Катуни, Чарыша, Ануя и Песчаной); Западно-Алтайский - занимающий бассейн верхнего течения Алея, характеризующийся реками с очень широкими долинами; Салаирский - включающий верховья Чумыша и его правобережных притоков и некоторые притоки нижней Бии, стекающие с Салаирского кряжа. По факторам и формам проявления русловых процессов в Крыму выделяется 4 района: Южный -охватывает реки, расчленяющие южные склоны Крымских гор (Дерекойка, Демерджи, Ускут и др.); Северо-западный - реки впадают в Черное море (Черная, Бельбек, Кача, Альма, Зап.Булганак), беря начало в западной части северного склона главной гряды Крымских гор; Северный - реки стекают с северного склона Крымских гор и, пересекая степную равнину, впадают в Азовское море (Сапгир, Зуя, Бурульча, Биюк-Карасу, Кучук-Карасу и Су-Индол); Степной - к нему принадлежат реки, стекающие с Тарханкутского поднятия, временные водотоки Керченского полуострова, а также пересекающие его Салгир и некоторые другие реки, берущие начало в горах и являющиеся здесь транзитными.

Сравнение рек Крыма и Алтая по факторам и формам проявления русловых процессов позволяет отметить общие черты, присущие обоим регионам: замкнутость гидрографической сети; переход от гор к равнинам; наличие близкого базиса эрозии в виде Оби для алтайских рек, Черного и Азовского морей для крымских; неизменность нормы стока в равнинной части Алтая или ее понижение вниз по течению у рек равнинного Крыма. Вместе с тем имеются эпредоленные различил, обусловленные природным разнообразием и мозаичностью Алтая и сильной антропогенной измененностью рек Крыма.

Пятая глава посвящена морфологии и динамике русел рек, выявлению географических закономерностей их распространения, оценке вертикальных и горизонтальных русловых деформаций и гидроло-геоморфологическим зависимостям на исследованных реках.

В качестве основы для типизации русел рек Алтая и Крыма принята классификация Р.С.Чалова [1996], последовательно отражающая выделение типов русловых процессов, геоморфологических условий развития русловых деформаций (свободные или ограниченные) и морфодинамических типов русел. Для Крыма она была дополнена и уточнена путем введения блока антропогенно измененных русел. В итоге для рассматриваемых регионов схема классификации русел рек представлена в следующем , виде:

I. - по типам русловых процессов (т.е. по условиям взаимодействия потока и русла, формам транспорта наносов, условиям их формирования, величине уклонов и кинематике потока) -русла равнинных, полугорных и горных рек, а среди последних -селевые, скальные русла и горные ручьи, отличающиеся невыработанностью русла, небольшими уклонами и очень низкой водоносностью;

II. - горные русла разделяются на русла с развитыми аллювиальными формами, с неразвитыми аллювиальными формами и порожисто-водопадные;

III. - по геолого-геоморфологическим условиям - врезанные, адаптированные и широкопойменные русла;

IV. - по морфологии (форме русла в плане) и горизонтальным русловым деформациям - извилистые, прямолинейные, разветвленные русла и их разновидности;

V. - по формам руслового рельефа;

VI. - по виду и формам антропогенной измененности русел рек (для условий Крыма): 1) обвалованные русла; 2) обвалованные и перепрофилированные русла; 3) канализированные русла; 4) зарастающие, заиливающиеся русла (следствие эрозии почв на сельскохозяйственных землях); 5) запаханные русла; 6) забетонированные русла;

VII. - по устойчивости русел.

На Алтае в горном регионе смена порожисто-водопадных русел горными с неразвитыми и развитыми аллювиальными формами неоднократно нарушается в связи со ступенчатостью продольных профилей, чередованием условий свободного развития русловых деформаций и формирования широкопойменных русел в пределах внутригорных котловин и межгорных впадин с ограниченными условиями развития русловых деформаций (врезанные русла) в

ущельях. Равнинный регион характеризуется исключительно равнинными реками, но распределение здесь различных морфодинамических типов русел дифференцируется по районам, выделенным по факторам русловых процессов. При этом во всех районах равнинной части региона абсолютно преобладают широкопойменные свободно меандрирующие русла. Также широко распространены пассивно-приспособленные русла, характерные для Кулундинского и Приобского районов, где они сформировались на днищах бывших озер (спущенных или заросших) среди торфяно-глинистых отложений. Затем следуют вынужденные и адаптированные излучины, распространенные ниже выхода рек с гор на равнину и связанные с переходом от ограниченных к свободным условиям развития русловых деформаций.

В Крыму, как и на Алтае, переход от гор к равнине обусловливает последовательную смену горных рек полугорными и равнинными, а в горной части наблюдается последовательная смена типов горных русел вследствие вогнутости продольных профилей рек. Морфодинамические типы русла в связи с гораздо большей хозяйственной освоенностью Крыма и малой водоносностью рек большей частью значительно видоизменены. В Южном районе преобладающим морфодинамическим типом русла являются врезанные излучены и прямолинейные участки, однако на территории приморских городов и поселков для борьбы с паводками и селепроявлениями реки обваловываются или бетонируются, что привело к созданию здесь обвалованных и забетонированных русел. Реки Северо-Западного района еще в верховьях в пределах нешироких плоских горных долин, занятых под садоводческие культуры, имеют обвалованные русла при сохранении грядовой формы движения наносов. Этот антропогенный тип русла сохраняется до низовьев, где в ходе хозяйственного воздействия (изъятия стока и замусоривания русел) созданы обвалованные и перепрофилированные канализированные и зарастающие заиливающиеся русла. На реках Северного района также еще в горах по мере расширения долин врезанные, вынужденные и адаптированные излучины сменяются обвалованным руслом. При выходе рек из предгорий в степную равнину русла последовательно меняют свой антропогенный тип в связи с усилением хозяйственного воздействия - от обвалованного с грядовой формой движения наносов до обвалованного и перепрофилированного с отсутствием гряд и зарастающего заиливающегося. Со Степным районом, включающим исключительно малые равнинные реки и временные водотоки, связано развитие зарастающих заиливающихся русел, деградирующих под

антропогенным воздействием в верховьях и запахивающихся вплоть до полного уничтожения ниже по течению.

На реках Алтая многие русла являются врезанными, в том числе в скальные породы, в которых они образуют глубокие ущелья и каньоны. Известно, что русло верхней Оби врезается со скоростью 0.8 мм/год [Маккавеев, Чалов, 1964]. Так как Обь является базисом эрозии практически для всех равнинных рек Алтая, а также основываясь на данных о возрасте террас [Ивановский, 1962], можно предположить, что равнинные реки Алтая трансформируют свой продольный профиль, врезаясь со скоростью, близкой к скорости врезания Оби. Это подтверждается анализом кривых связей расходов воды и уровней.

Основной тенденцией .вертикальных русловых деформаций на реках Горного Крыма также является врезание. Однако оно носит периодический характер на фоне геологически обусловленной глубинной эрозии: на общее фоновое поднятие региона, определяющее долговременные направленные изменения продольного профиля реки, накладываются вертикальные деформации русла, связанные с неравномерностью поступления наносов с вышележащих участков реки и поступлением грубообломочного материала с бортов долины. Неравномерность поступления наносов, носящая пульсационный характер, обусловлена паводочным режимом крымских рек, временной дискретностью русловых процессов и заключаются в транспортировке крупных наносов на горных реках во время крупных, но редких паводков. При этом скопления аллювия перемещаются в русле волнами и могут вызывать колебания знака направленности русловых деформаций не только от паводка к паводку, но и на протяжении более длительных отрезков времени.

Анализ кривых О = ДН) для равнинных участков крымских рек показал, что им также, как и горным, свойственна периодическая смена направленности вертикальных деформаций, также обусловленная паводочным режимом стока и, как следствие, пульсационным характером транспорта наносов. Различия в направленности деформаций связаны с антропогенной деятельностью, выражающейся в обваловании равнинных русел рек, что сосредотачивает паводочные расходы воды в бровках русла. В условиях уменьшения среднего диаметра крупности руслообразующих наносов увеличение транспортирующей способности потока приводит к развитию фоновой тенденции врезания рек.

Интенсивность горизонтальных деформаций на равнинных реках Алтая меняется как по "русловым" районам, так и по морфологически однородным участкам на каждой реке: от 0,1 м/год на малых реках

Кулунды до 6-10 м/год на Чарыше и Чумыше. Максимальные значения для этих рек - 60-70 м/год. Большая часть горного района Алтая соответствует условиям ограниченного развития русловых деформаций, поэтому здесь практически отсутствуют размывы берегов врезанных русел. Однако в межгорных впадинах и внутригорных котловинах ("'степях"), для которых характерны условия свободного развития русловых деформаций, интенсивность размыва берегов достигает 2 м/год в Чуйской степи и 2-5 м/год в Уймонской на Катуни.

Повсеместное антропогенное воздействие на реки Крыма отражается на интенсивности периодических горизонтальных деформаций, естественная направленность которых искусственно ограничена от верховьев до устьев на реках Северного склона Крымских гор и на приустьевых участках некоторых рек Южного склона. Имеющиеся сведения [Рухлов, 1915, Олиферов, 1963] свидетельствуют о происходивших ранее катастрофических размывах русел и огромном количестве материала, выносимого реками во время экстремальных паводков, однако конкретные данные о скорости размыва берегов отсутствуют. Осуществленные работы по стабилизации русел являются косвенными признаками высокой интенсивности горизонтальных деформаций, т.к. призваны защитить от них сельскохозяйственные угодья, коммунальные и хозяйственные объекты. Проведенные исследования показывают, что периодические горизонтальные деформации на реках Крыма, начиная с верховьев, ограничиваются естественными условиями, а затем, в равнинной части, искусственно, что не исключает их развития во время экстремальных паводков. Текущие деформации в основном свойственны горным частям рек с большей водоносностью и высокой кинетичностью потока, обилием аллювиального материала, поступающего с вышележащих участков или бортов долины.

Исследование меандрирующих русел и установлении связи их параметров с определяющими факторами выполнено для рек, берущих начало в горном обрамлении равнинного Алтая и пересекающих Бийско-Чумышский (Чумыш), Приобский степной (Алей) и Предалтайский (Чарыш, Ануй, Песчаная) районы. Для свободного меандрирования характерны два ведущих явления: 1) увеличение преобладающего радиуса кривизны излучин, связанное с изменением водоносности по длине реки; 2) развитие излучин, петлеобразных форм и их спрямление. Каждая река была разделена на участки, однородные по водоностности, и для них построены диаграммы распределений излучин с разными радиусами кривизны. Это дало возможность выделить излучины с наиболее характерным радиусом кривизны для каждого участка реки. Установлено, что преобладающие радиусы кривизны излучин на Чарыше меньше, чем на Чумыше,

несмотря на большую его водоносность. Очевидно это объясняется протеканием рек в разных природных районах Алтая, различиями в форме их бассейнов, гидрологическом режиме и др. Особенно отчетливо это проявляется при анализе зависимости г = ^Оо), где Оо -средний многолетний расход воды на гидропостах, расположенных на соответствующих участках рек: излучины с одинаковым радиусом кривизны формируются потоками, расходы воды которых отличаются в 2 - 2,5 раза (рис.2). Длина прямолинейных отрезков русла, встречающихся практически на всех участках, имеет устойчивую тенденцию к уменьшению их доли вниз по течению, что в целом свидетельствует об общей активизации меандрирования русел в направлении от выхода рек с гор к их устью. Для Чумыша, как для наиболее освещенной в гидрологическом отношении реки, была получена зависимость преобладающего радиуса кривизны излучины г от отношения Оср./и, где Оср. - средний многолетний расход воды на участке, интерполированный по кривой функции Оо=((Р), (Р - площадь бассейна); и - средний уклон на участке:

0,64 г = 12 (Оср./и)

В Крыму в результате антропогенного влияния, начавшегося в начале XX века и усилившегося в 40-50-е годы, все русла равнинных рек Северного и Северо-западного районов были спрямлены, перемещены под тот или другой борт долины, обвалованы или канализированы. Эти гидротехнические мероприятия, осуществлявшиеся с целью борьбы с паводками, затоплявшими поймы узких и плоских долин, занятых сельскохозяйственными угодьями, привели к полному уничтожению естественных русел. Связь их морфологии с определяющим фактором - стоком - была нарушена также многочисленными изъятиями воды на хозяйственные нужды. В связи с этим гидролого-морфологические зависимости на равнинных реках Крыма не устанавливаются.

В шестой главе анализируется влияние антропогенных факторов на русловые процессы и связанное с ними экологическое состояние рек.

Несмотря на исторически сложившуюся освоенность территорий Алтая и Крыма, русловые процессы в этих регионах изменены хозяйственной деятельностью в разной степени (табл.2). Гораздо меньшая водоносность рек Крыма по сравнению с реками Алтая (норма стока меньше на 1-2 порядка), вместе с их естественным пересыханием еще в горах, усиливает подверженность антропогенным нагрузкам и необратимость происходящих благодаря им изменений.

Рис. 2 Зависимость г = ^<Эо) для рек Алтая 1 - Алей, 2 - Ануй, 3 - Чумыш, 4 - Чарыш

Основная особенность влияния хозяйственных факторов на реки Алтая заключается в том, что они подвержены влиянию, в основном локально расположенных объектов, вызывающих местные изменения в русловых процессах, русла рек почти не изменены механически. Исключение составляет р. Алей, на которой созданы Гилевское

Таблица 2

Оценка изменений русловых процессов при антропогенном воз-

действии на реки Алтая и Крыма.

Вид хозяйственной деятельности Реки Алтая горные равнинные Реки Крыма горные равнинные

Мелиоративные мероприятия ... - - 3 - 2 - - - 3

Лесотехнические мероприятия 1 - - 1 - - ... ---

Сельскохозяйственная освоенность бассейна (распашка,сады) 1 - - 1 2 3 1 2 - - - 3

ГЭС и водохранилища 1 - - - 2 - - - 3 - - 3

Водозаборы 1 - - 1 - - - - 3 - - 3

Инженерные сооружения в русле и на пойме 1 - - 1 - - 1 2 - - 2 3

Строительство набережных в городах --- --- - - 3 ---

Дамбы обвалования - - - 1 - - 1 2 - - 2 3

Канапизирование русла - - - --- 1 2 - - 2 3

Карьеры стройматериалов 1 - - 1 2 - - - ---

Сброс в русла строительных и бытовых отходов --- 1 - - - 2 3 - - 3

Примечание: 1 - незначительные изменения; 2 - умеренные изменения; 3 -сильные изменения.

водохранилище, Рубцовский гидроузел и функционирует Алейская оросительная система, которые вместе являются фактором регионального воздействия на русловые процессы. В последние годы такое же воздействие оказывает Бурлинская оросительная система, сброс коллекторных вод которой осуществляется в р.Бурлу. Реки Крыма испытывают массовое антропогенное воздействие почти по всей их длине; производится безвозвратное изъятие стока в больших объемах из-за его дефицита в регионе; начиная с гор осуществляются механические изменения русел для предотвращения затопления днищ плоских речных долин во время паводков.

Негативные последствия антропогенных воздействий на русловые процессы стали соизмеримы по затратам, направляемым на их преодоление, с экономическим эффектом, получаемым от деятельности гидротехнических и других сооружений. В связи с этим возникла - необходимость решения новой актуальной задачи русловедения, заключающейся в анализе и оценке сопротивляемости речных русел к различным видам антропогенной деятельности,

которую можно определить как способность их к сохранению естественной морфологии и режима деформаций [Беркович, Чалов, 1992]. При прочих равных условиях техногенным воздействиям более подвержены русла малых равнинных рек, которые по всей длине деградируют вплоть до полного уничтожения как природные объекты. На реках Крыма русла равнинных рек были без особых усилий спрямлены и смещены по отношению к естественному положению, тогда как на равнинных реках Алтая такое изменение плановых очертаний русел почти не наблюдается. Таким образом, чем водоноснее река и больше ее уклон, иначе говоря - больше ее энергия, тем больше сопротивляемость русла реки к внешним "попыткам" вывести систему "поток-русло" из равновесия. В качестве показателя сопротивляемости речных русел к антропогенным воздействиям была принята удельная мощность реки Р уд. пот., отнесенная к 1 км длины, рассчитываемая по общепринятой формуле [Гидроэнергетика, 1982]:

Р уд. пот. = 9,81 0x1 МВт/км, где О - расход воды на участке, мЗ/с; 1 - уклон на участке, %о.

Оценка удельной потенциальной мощности была проведена на реках обоих регионов в сходных геолого-геоморфологических условиях по данным гидропостов, причем для сопоставимости рек разной длины она была представлена безразмерной величиной путем отнесения расстояния от истока до поста I. п. к общей длине реки I. общ. Анализ изменения характеристик показал (табл.3), что мощность горных рек Алтая на 1-2 порядка превышает эту величину для аналогичных рек Крыма; среди последних наибольшую сопротивляемость имеют реки северо-западного склона Крымских гор.

В Крыму только в верховьях рек, берущих начало в горах, русла остаются не затронутыми хозяйственной деятельностью. Ниже по течению и практически на всем протяжении равнинных рек они канализированы или обвалованы с изменением форм и размеров поперечного сечения в естественных грунтах. На отдельных участках встречается ограничение горизонтальных деформаций (сплошное берегоукрепление) или ограничение горизонтальных и вертикальных деформаций (бетонные лотки). В связи с большим количеством водохранилищ, водозаборов и водопользователей на отдельных реках имеются участки русла, лишенные водотока и отмирающие в связи с изъятием стока, а в степном Крыму - из-за пересыхания в течении большей части года и запахивания русла вплоть до полного его уничтожения.

Оценка экологического состояния русел рек в связи с их антропогенными изменениями и изменениями факторов русловых процессов проводилась по методике, разработанной в НИ Лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ при

районировании территории России по степени экологической напряженности [Чалов, Чернов, 1993]. Она заключается в анализе антропогенных факторов изменений пойменно-русловых комплексов, учете природных предпосылок экологической напряженности,

Таблица 3

Изменения удельной потенциальной мощности рек Алтая и Крыма в

горах и на равнине.

Река-пост О, МЗ/С %о Р, уд. ПОТ, МВт/км 1- поста 1- общ.

1. Горы Крым Бурульча-с. Межгорье Бельбек-с. Куйбышево Алтай 0,45 1,96 6,80 6,90 30,0 133 0,24 0,38

Чуя-с. Кош-Агач Чарыш-с. Чарышское 2. Равнины 12,0 97,0 1,26 4,70 148 4472 0,34 0,31

Крым Салгир-п. Гвардейское Бельбек-с. Фруктовое Алтай 0,91 1,83 0,10 0,33 0,89 5,90 0,24 0,89

Кулунда-с. Шимолино Касмала-с. Рогозиха Чумыш-с. Тальменка 5,43 1,96 137 0,15 0,16 0,14 8,00 3,10 188 0,96 0,60 0,89

кодировании неблагоприятных ситуаций в руслах и на поймах рек по системе баллов, их картографировании и районировании на этой основе территории. Частное картографирование русел и пойм рек проводилось по следующим видам информации: 1) механическая измененность русел рек, 2) пересыхание водотоков в результате изъятия стока; 3) заиление; 4) размывы берегов; 5) механическая измененность пойм; 6) изменение затопляемости пойм, связанное с созданием водохранилищ, водозаборов и пр.; 7) естественное пересыхание рек; 8) изменение стока рек. Для Крыма составляемые карты имели масштаб 1:1500000, для Алтая - 1:3000000. Оценка экологической напряженности, связанная с каждым видом информации, ранжировалась по пяти градациям, каждой из которых присваивался свой балл: отсутствие негативного явления - 0 баллов; явления, вызывающие наиболее неблагоприятные последствия - 5 баллов. При этом под экологической напряженностью в руслах рек понимались такие их изменения (главным образом, антропогенные, но, в ряде случаев, и природно обусловленные - размывы берегов рек, их пересыхание), которые приводят к неблагоприятным последствиям в условиях жизни и деятельности людей, а также развития биоты. Каждое явление, определяющее экологическую напряженность,

нанесено на карту линейно (вдоль реки) или пространственно (районирование). Обобщение полученной информации и интегральная оценка, выполненные путем районирования территорий Крыма и Алтая по экологической напряженности, связанной с антропогенными воздействиями на речные русла и поймы и неблагоприятными проявлениями русловых процессов в естественных условиях, основываются на объединении информации, содержащейся на частных картосхемах. При этом каждому показателю.был присвоен свой весовой поправочный коэффициент, учитывающий роль данного явления в общем процессе ухудшения экологической обстановки на реках. Результаты оформлены в виде картограмм, на которых для территории Алтая и Крыма выделено шесть районов с различной экологической напряженностью на реках. Их расположение носит черты ярко выраженной зональности.

Сравнение экологической напряженности в руслах рек Крыма и Алтая показывает более благополучное положение последнего. Это различие обусловлено природными и социально-экономическими факторами. В Крыму все районы с повышенной экологической напряженностью характеризуются малой сопротивляемостью русел рек антропогенным нагрузкам (низкой мощностью рек), вследствие чего интенсивное освоение и использование приводит к значительному ухудшению, по сравнению с Алтаем, их состояния. На Алтае благодаря большей водоносности реки обладают значительной удельной потенциальной мощностью или сопротивляемостью антропогенным нагрузкам. К тому же последние здесь заметно слабее, и основным фактором экологической напряженности являются размывы берегов, т.е. природные ее предпосылки. Это вместе с высокой сопротивляемостью русел обуславливает малую степень экологической напряженности на реках Алтая. Только в районах с соотносимыми значениями сопротивляемости русел рек и сходными видами антропогенной нагрузки (распашка пойм и водосборов, водозаборы на орошение и т.д.) наблюдаются одинаковые с районами Крыма значения степени экологической напряженности.

Основные выводы

1. В дополнение к существующим представлениям о "дискретности" и "континууме" русловых процессов, проявляющихся на разных структурных уровнях, предлагается эти понятия рассматривать во временном аспекте. Под континуумом русловых процессов понимается постоянство взаимодействия потока и русла, не прекращающегося полностью даже на горных реках в межень, когда под влиянием биохимических процессов идет субаквальное выветривание и вынос потоком его продуктов. Дискретность русловых процессов заключается в прекращении в межень значимых русловых

деформаций, особенно на горных реках, обсыхании части русловы> форм, выводящем их из сферы взаимодействия потока и русла, г также существенном снижении интенсивности деформаций в межень по сравнению с половодьем.

2. Из физико-географических факторов, определяющих сходстве в процессах руслоформирования на реках Алтая и Крыма, основную роль играет геолого-геоморфологическое строение. На этом фоне во доносность рек обуславливает различия в интенсивности и форма) проявления русловых процессов, в удельной мощности водных потокое и, в конечном счете, в сопротивляемости речных русел антропогенныги нагрузкам.

3. Реки Крыма характеризуются одним типом условие прохождения руслоформирующих расходов воды; его специфические разновидности связаны с паводочным режимом стока. Прохождение руслоформирующих расходов верхнего интервала соответствует катастрофическим паводкам низкой обеспеченности, видоизменяющм дно речных долин и сопровождающихся в горах селями. На Алтае е разных районах наблюдается три типа условий прохождени? руслоформирующих расходов воды.

4. В современных условиях реки Крыма и Алтая подвержень влиянию широкого спектра как общих, так и специфических дл? каждого региона антропогенных факторов. Степень их влияни? возрастает от гор к равнине. Из-за малой естественной водоносности I антропогенного ее уменьшения на реках Крыма любые сооружения I значительной мере трансформируют их русла. Это обусловливав" большую подверженность крымских рек антропогенному влиянию п( сравнению с алтайскими.

5. По аналогии с опубликованной картой русловых процессов н; реках Алтая составлена среднемасштабная карта русловых процесса на реках Крыма. Обе карты имеют научно-справочное значение отражая пространственное распространение факторов и фори проявления русловых процессов. Однако на реках Крыма, в связи < сильной исторически обусловленной антропогенной нагрузкой н< русла рек, сделан акцент в сторону оценки экологического состояни! речных русел, обусловленного влиянием хозяйственной деятельносп на русловые процессы.

6. Разработана схема районирования территории Крыма п< факторам и формам проявления русловых процессов на реках аналогичное районирование уточнено для Алтая. При сопоставлена выделенных четырех крымских и десяти алтайских районов отмечен! сходство в проявлении русловых процессов между крымскими Северо западным и Северным и алтайским Высокогорным районами алтайскими Средне-низкогорным и Предаптайским и крымским Южные

районами, Предалтайским и Кулундинским районами на Алтае и Степным районом в Крыму.

7. При выделении морфодинамических типов русел рек (на основе классификации МГУ) на реках Крыма, вследствие региональных особенностей проявления русловых процессов, связанных с сильным воздействием хозяйственной деятельности, являющейся здесь важнейшим фактором русловых процессов, выявлены новые типы антропогенно измененных русел: 1) обвалованные; 2) обвалованные и перепрофилированные; 3) канализированные; 4) зарастающие, заиливающиеся; 5) запаханные; 6) забетонированные.

8. Установлены общие закономерности распространения типов русел в обоих регионах. На Алтае в горах наблюдается сложное чередование по длине русел горных, полугорны^с и равнинных рек. В высокогорном районе преобладают горные русла с неразвитыми аллювиальными формами, в средне-низкогорном - горные русла с развитыми аллювиальными формами. На реках равнинной части Алтая доминирует свободное меандрирование русел, в некоторых районах распространены пассивно приспособленные русла. В Крыму отмечается последовательная смена горных типов русла полугорными и равнинными при переходе от гор к равнине, антропогенно измененные русла встречаются уже в горах и развиты до самых устьев.

9. Для Крыма в горной и в равнинной частях характерна знакопеременная направленность вертикальных русловых деформаций (за период сетевых наблюдений), обусловленная паводочным режимом стока рек и, как следствие, пульсационным характером транспорта наносов, повышающим или понижающим в течении нескольких лет отметки русла. Горизонтальные деформации из-за сильной антропогенной измененности русел или отсутствуют или ограничиваются, начиная с верховьев, что не исключает их катастрофического развития во время экстремальных паводков. ■ Текущие деформации в пределах русла свойственны в основном горным участкам рек и проявляются в полном изменении морфологического облика русла в течение года. Все реки Алтая характеризуются медленным проявлением направленных вертикальных деформаций (врезанием) и активным горизонтальных деформаций (кроме врезанных русел в горах).

10. Исследование гидролого-морфологических зависимостей на равнинных реках Алтая, выполненное на основе выделения излучин с преобладающим радиусом кривизны, позволило выявить закономерности их изменения по длине рек в зависимости от водоносности рек и природных условий районов. Для равнинных рек Крыма эти зависимости отсутствуют из-за антропогенных преобразований русел и стока рек.

11. При сходных видах антропогенного влияния на русла рек на Алтае они носят местный характер, приобретая региональные черты лишь на реках Кулунды и Приобского плато вследствие интенсивного сельскохозяйственного освоения водосборов. На реках Крыма антропогенное влияние носит региональный характер и осуществляется на большей части горных и равнинных рек.

12. Оценка устойчивости речных русел к антропогенному воздействию произведена на основе расчета удельной потенциальной мощности реки. Анализ этой характеристики показал ее большое превышение на реках Алтая над значениями, полученными для рек Крыма. В то же время на равнинных реках Крыма удельная потенциальная мощность близка по величине к рекам Кулундинского и Приобского районов Алтая; т.е. эти реки имеют устойчивость к антропогенным нагрузкам одного порядка, что соответствует сходным условиям руслоформирования в этих районах.

13. Оценка экологической напряженности, проведенная на основе картографирования степени механической измененности русел рек, и их пересыхания, заиления рек, размывов берегов, измененности пойм, снижения затопляемости пойм в связи с созданием водохранилищ, пересыхания рек и измененности их стока в баллах, показала заметно лучшее состояние рек Алтая. Это различие обусловлено большей природной устойчивостью алтайских рек к антропогенным воздействиям, определяющейся их удельной потенциальной мощностью и в целом малыми антропогенными нагрузками на реки. Только в сходных со Степным Крымом районах Алтая (Кулунда, Приобское плато), реки обладают близкой по значению устойчивостью к антропогенным воздействиям и сравнимой с Крымом степенью экологической напряженности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Региональные особенности русловых процессов на реках равнинной части Алтая. //Тезисы докл. Ill Всесоюзн. конф. "Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей". Том 1. М. 1989. С.108-110. (соавторы - В.НДьячков, С.Н.Рулева, Р.С.Чалов).

2. Создание региональных карт русловых процессов на реках в масштабе 1:1000000 (на примере Алтайского края). //Вестник МГУ. Сер.5. География 1991. N 3. С.73-79. (соавторы - А.Б.Корсаков, С.Н.Рулева, Т.Г.Сваткова, Р.С.Чалов).

3. Русловые процессы на реках Алтайского края. Масштаб 1:1000000. М. 1991.1 л. (в соавторстве).

4. Проблема русловых процессов на маловодных реках Крыма и их экологическая оценка. //Мат-лы научной конф. "Рациональное природопользование горных стран". Бишкек. 1991. С.119-120.

5. Морфология русел рек равнинной части Алтайского края. //Геоморфология. 1994. N 3. С.78-85.

6. Реки Крыма: русловые процессы и их экологическая оценка. //Вестн. МГУ. Сер.5. Географ. 1994. N 3. С.76-82.