Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Техногенные воздействия на вертикальные деформации русла и гидравлику потока

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Техногенные воздействия на вертикальные деформации русла и гидравлику потока"

На правах рукописи

ВЕРШИНИН ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РУСЛА И ГИДРАВЛИКУ ПОТОКА (на примере р.Томи)

25.00.36 (геоэкология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Томск - 2005

Работа выполнена в Томском государственном университете

Научный руководитель: доктор географических наук, доцент

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Ведущая организация: Областное государственное унитарное предприятие «Территориальный центр Томскгеомониторинг»

Защита состоится 16 февраля 2005 г. в 16-00 час. на заседании диссертационного совета К212.267.07 при Томском государственном университете по адресу: г.Томск, пр.Ленина, 36, главный корпус ТГУ, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Земцов Валерий Алексеевич

Поздняков Александр Васильевич

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Емельянова Тамара Яковлевна

119.

Автореферат разослан января 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных представлениях о русловом процессе рек как форме взаимодействия потока и русла наибольшее внимание уделено плановым деформациям русла, т.к. прогноз таких деформаций позволяет принимать решения о расположении различных объектов вблизи рек. Вертикальные деформации в данном контексте считаются вторичными и их расчет, в основном, основывается на проявлении их в естественных условиях. Аллювиальный материал рек - песок, песчано-гравийная смесь, гравий и галька в большом количестве используются в строительстве дорог, различных жилых и промышленных зданий и сооружений и т.п. Добыча нерудных материалов плавучими техническими средствами на русловых затопленных месторождениях или обводненных непродуктивных пойменных землях и перевозка этих материалов водным транспортом экономически эффективны. Многие реки России в течение длительного времени являлись поставщиками песчаного и гравийно-галечного материала и остаются ими по сей день. Естественно, выемка аллювия в количестве, многократно превышающем естественный сток наносов, не могла не отразиться на их русловом режиме (деформациях русла, стоке наносов) и гидравлических характеристиках (уклонах свободной поверхности, скоростях течения). Участки многих рек в результате длительной добычи песчано-гравийных материалов (ПГМ) из их русел необратимо изменились. К ним относятся такие реки, как Иртыш у г. Омска, Белая, Терек, Волга, Томь и т.д.

Кроме выемки ПГМ из русел рек немаловажным фактором, влияющим на гидравлический и русловой режимы реки, является гидротехническое строительство на самой реке, ее притоках и главной по отношению к ней реке. Важно правильно определить возможное влияние, процессы, возникающие в результате такого строительства, и мероприятия по предотвращению переформирования русла и разрушения самих гидротехнических сооружений.

В настоящее время остро встает вопрос о достижении максимума эко-лого-экономической эффективности добычи нерудных строительных материалов (НСМ) из русел рек. Следует отметить, что до сих пор методы исследования влияния карьеров имеют слабое теоретическое обоснование. Исследования гидравлики потока в речном карьере проводились лишь на лабораторных установках в узком диапазоне размеров и гидравлических характеристик потока. Предлагаемые в различных руководствах и рекомендациях способы оценки влияния карьеров на режим потока и русла применимы, в основном, для одиночных карьеров в однорукавных руслах.

Целью работы является научное обоснование и разработка методики исследования и прогнозирования последствий техногенного воздействия на деформации русла и гидравлику потока в результате антропогенных нарушений системы поток-русло, с позиций оценки преимущественно вертикальных деформаций. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Исследование природных условий формирования долины реки Томи и ее строения в пределах Томской области.

2. Анализ особенностей морфологии русла в нижнем течении реки Томи и определение типов руслового процесса на различных участках.

3. Исследование динамики переформирований русла реки Томи в последнее столетие.

4. Определение влияния карьеров ПГМ на гидравлические характеристики и русловые переформирования в реке.

5. Определение динамики русловых переформирований р. Томи выше и ниже по течению города Томска за период русловой добычи ПГМ и выявление влияния последней на русловой процесс.

6. Исследование стока наносов по деформациям в карьерах, натурным измерениям и на физических и компьютерных моделях.

Объектом исследования является русло реки Томи на участке длиной 126 км от устья до границы с Кемеровской областью, гидрологические и гидравлические характеристики потока.

Методы исследования:

1. Классификация участков р.Томи с учетом типизации различных авторов и ранее проведенных исследований (ГГИ, ВАЛьготин) на данном участке.

2. Сравнение гидрологических, гидравлических и морфометрических характеристик потока и русла (уровней и расходов воды, скоростей течения, уклонов, площадей поперечного сечения, ширины, глубины потока) за многолетний период.

3. Компьютерное моделирование участков русловой сети и вариантов устройства карьеров в русле и протоках с оценкой их влияния на гидравлический режим и деформации русловой системы.

Исходные материалы. При выполнении работы использовались фондовые материалы Томского государственного университета (ТГУ), ОАО «Томская судоходная компания», ОАО «Сибречпроект», Гидрометеослужбы (лоцманские карты 1959, 1975, 1990 гг., русловые съемки масштаба 1:5000 1983,1987,1991,1997 гг., геологические карты, данные о результатах бурения на месторождениях ПГМ, кривые свободной поверхности и продольные

профили за 1983, 1987, 1991, 1998 гг., гидрометрические данные), а также материалы, полученные в результате полевых экспедиционных исследований в ходе собственной профессиональной деятельности автора.

Научная новизна выражается в том, что в работе впервые:

1. На основе систематизации многочисленных материалов режимных и изыскательских работ, количественно определено индивидуальное и кумулятивное воздействие множественных карьеров ПГМ на вертикальные русловые переформирования и гидравлический режим реки Томи.

2. Выявлен генезис и величина посадки уровней на исследуемом участке реки Томи в условиях различной техногенной нагрузки. На основе выполненных исследований разработана методика определения посадки уровней воды на любом временном промежутке в различные периоды водности потока.

3. Созданы постоянно действующие модели участков реки Томи для прогнозирования последствий отработки карьеров ПГМ, деформаций многорукавных русел и изменений гидравлических условий, учитывающие синерги-ческий эффект воздействий. На этой основе предложена программа мониторинга и изысканий русловых месторождений ПГМ.

Практическая значимость:

1. Результаты моделирования послужили основой для составления разделов оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) проектируемых карьеров ПГМ и предложений по порядку и объемам отработки месторождения с максимальной эколого-экономической эффективностью.

2. Предложения по составу изысканий для проектов разработки русловых месторождений ПГМ и строительства гидротехнических сооружений, а также составу изысканий по программе мониторинга приняты в таких организациях, как ОАО «Сибречпроект», ОАО «Томскводпроект», ООО «Абрис» и на кафедре гидрологии ТГУ.

3. По результатам натурных измерений стока донных наносов приборами, разработанными под руководством автора работы и с использованием водолазной техники, подобрана формула для расчета стока донных наносов в реках с гравийно-галечным руслом.

4. Результаты исследований используются в преподавании курсов «Динамика русловых потоков и русловые процессы» и «Водная экология и гидробиология» на кафедре гидрологии ТГУ.

Апробация работы. Результаты работы доложены на 13 научных конференциях, совещаниях и семинарах: Региональной научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры гидрологии

Томского государственного университета, г. Томск, 1997; П областной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Томск, 1998; XIV пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов, г. Уфа, 1999; Международной научно-практической конференции "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности" г. Томск, 1999; 5 Всероссийской конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей", г. Москва, 1999; XV пленарном межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов, г. Волгоград, 2000; II Всероссийском совещании "Экология пойм сибирских рек и Арктики", г. Томск, 2000; Региональной научной конференции геологов Сибири, Дальнего Востока и северо-востока Сибири "III века горногеологической службы России", г. Томск, 2000; научной конференции "Проблемы геологии и географии Сибири", г. Томск, 2003; Всероссийской научно-практической конференции по проблемам природопользования и охраны окружающей среды, г. Томск, 2003; Региональном совещании по проблеме "Русловые и эрозионные процессы в Сибири", г. Барнаул, 2003; XXVII Пленуме Геоморфологической комиссии РАН "Самоорганизация и динамика геоморфосистем", г. Томск, 2003; Ш международной научно-практической конференции "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности", г.Томск, 2004.

Основные положения диссертации и предложенная методика стали основой при составлении разделов ОВОС трех проектов разработки месторождений ПГС и строительства гидротехнических сооружений.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей и тезисов докладов в отечественных изданиях.

Содержание и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, а также шести графических приложений. Материал изложен на 187 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 56 рисунков, список литературы включает 121 наименование.

Автор выражает признательность своему научному руководителю д-ру. геогр. наук В.А. Земцову за общее и методическое руководство в проделанной работе. Глубокую благодарность автор выражает д-ру, геогр. наук, проф. Д.А.Буракову, канд. геогр. наук А.В. Мезенцеву за ценные советы и замечания при написании диссертации, а также всем сотрудникам кафедры гидрологии ТГУ за доброе, внимательное отношение и неоценимую помощь в написании работы.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. На участках рек, где существенное развитие получили факторы, ограничивающие развитие руслового процесса (общий и местные базисы эрозии, трудно размываемые склоны долины), для выделения гид-роморфологически однородных участков типизацию ГГИ необходимо дополнять элементами типизаций других авторов.

Типизация любых процессов важна потому, что она содержит элемент прогноза. Действительно, зная начальные, промежуточные и конечные стадии развития процесса, сравнивая эту схему с наблюдающейся на данный момент стадией развития, можно предвидеть конечную, а, следовательно, и промежуточные стадии развития процесса и планировать воздействие на русло уже с учетом этого развития.

Для исследования руслового и гидравлического режима в настоящей работе выбран участок русловой системы нижнего течения реки Томи, в пределах Томской области (рис. 1.). Длина его составляет 126 км. Выбор участка обусловлен тем, что на его протяжении встречаются, во-первых, практически все типы руслового процесса и, во-вторых, места, подвергшиеся активному антропогенному воздействию, и участки, избежавшие этого.

Рис.1. Схема исследуемого участка

В геологическом строении равнинной части бассейна Томи выделяют фундамент и рыхлый мезозойско-кайнозойский чехол. В окрестностях Томска и выше по течению Томи породы фундамента (палеозой) выходят на поверхность и часто встречаются в русле реки в виде трудно размываемых порогов - "бойцов", которые подвергаются заметному разрушению лишь в период ледохода. Породы палеозоя представлены глинами, сланцами, песчаниками и известняками девона и карбона. Палеозойские породы собраны в пологие складки и местами прорваны дайками магматических пород, которые являются практически не размываемыми. Примером такого выхода магматических пород является порог "Боец" в районе Лагерного сада в г.Томске. Мощность рыхлых осадочных пород мезозойско-кайнозойского чехла в пределах бассейна Томи колеблется от нескольких метров, до 1 км при впадении в Обь. Отложения четвертичной системы заполняют сплошным чехлом междуречья и речные долины в нижнем течении р. Томи, а там, где палеозойские и мезозойские породы выходят на поверхность, их мощность значительно сокращается.

В целом для участка реки Томи в Томской области выявлена следующая особенность - русло в основном притянуто к правому борту долины, а его переход к левому борту долины (у сел. Курлек, Кафтанчиково, Тахтамышево, Козюлино) связан с резкими поворотами русла (90° и более) при встрече с трудно размываемыми породами. Имея в виду транспорт наносов и уклоны водной поверхности, участок р. Томи можно разделить на два: 1) от границы с Кемеровской областью до Лагерного сада в г. Томске, где наблюдается равновесие размыва и отложения наносов с уклонами при р=2420 м3/с 0,2-0,3 м/км, и лишь на участках больших карьерных полей происходит аккумуляция наносов, и 2) ниже Лагерного сада до впадения в р.Обь где происходит необратимая аккумуляция донных наносов, усугубляющаяся в результате выемки большого количества аллювиального материала, и пониженные на порядок уклоны - 0,01-0,04 м/км. Участки сужений долины и выходов трудно размываемых пород определены как морфологически подобные, и здесь же расположены контролирующие перекаты - это участки у сел Ярское, Коларово и у Лагерного сада в Томске.

Оценивая морфологию нижнего течения р.Томи, можно выделить по ее длине несколько участков с различными типами руслового процесса. Описание типов руслового процесса здесь проведено специалистами ГГИ на основании изысканий 1983 г., а также В.А. Льготиным (1987). В данной диссертационной работе автором детализированы и уточнены границы участков и наблюдающиеся на них типы руслового процесса, а также выявлены факторы существования этих типов (табл. 1).

Таблица 1

Выделение участков русла р.Томи с разными типами руслового процесса_

Километры по судовому ходу ГГИ, 1985 В.А. Льготин, 1987 Автор, 2004

110-130 Ограниченное ме-андрирование, осередковый тип Крупная сундучная излучина в стадии роста Ограниченное меандри-роване с элементами незавершенного, осередковый тип (112-116 км)

94-109 Пойменная мно-горукавность с элементами незавершенного меан-дрирования Извилисто разветвленное русло. Ярко выраженных излучин не наблюдается. В районе г.Томска в русле реки масса песчаных островов иосередков различных размеров Пойменная многорукав-ность с элементами незавершенного меандриро-вания, отдельные протоки развиваются по схеме свободного и ограниченного меандрирования

81-94 Пойменная мно-горукавность с элементами незавершенного меан-дрирования Пойменная многорукав-ность, адаптированные излучины

74-81 Незавершенное меандрированне Ограниченное меандрирование, адаптированные излучины

69-74 Незавершенное меандрирование Русловая многорукав-ность, необратимая аккумуляция наносов вблизи общего или местного базиса эрозии

60-69 Незавершенное меандрирование и русловая много-рукавность Русловая много-рукавность. Русло разветв-ленно-извил истое и Пойменная и русловая многорукавность

45-60 Вынужденный изгиб Незавершенное меандрирование

24-45 Крупные осередки сопряженно-разветвленное Пойменная многорукавность, в отдельных протоках вынужденные излучины

18-24 Свободное меандрирование

0-18 Вынужденный изгиб

Из данной таблицы следует, что на протяжении р.Томи в Томской обл. существуют участки, полностью или частично совпадающие по разделению ГГИ, А.В.Льготина и автора, а также полностью не совпадающие. Несовпадение связано с тем, что в типизации ГГИ недостаточно внимания уделяется формам проявления разветвленных русел и учету ограничивающих факторов. А.В. Льготиным за основу взята типизация Р.С. Чалова, классификации же ГГИ внимания уделено мало. В связи с этим при описании многорукавных русел в условиях существования ограничивающих факторов возникает необходимость дополнения типизации ГГИ элементами ти-пизацщ других авторов, например, Р.С. Чалова (1979) - дополнение ограниченного меандрирования вынужденными и адаптированными излучинами и И.Ф. Карасева (1975) - необратимой аккумуляцией донных наносов вблизи общего или местного базиса эрозии.

2. В состав методики оценки многолетнего влияния русловых карьеров III М на вертикальные деформации многорукавных русел и гидравлику потока должны входить: 1) многолетний анализ колебаний экстремальных уровней воды; 2) сравнение положения кривой связи расходов и уровней; 3) сопоставление поперечных и продольных профилей и кривых свободной поверхности; 4) анализ гидравлических характеристик потока; 5) сравнение распределения стока по протокам.

Добыча ПГМ из русловых карьеров является одним из самых заметных видов антропогенной нагрузки, которой подвергаются речные русла в течение последних нескольких десятилетий. Тем не менее, до сих пор не существует нормативного документа, где были бы приведены научно обоснованные экологические нормы и требования к добыче ПГМ на водоемах ввиду сложности и недостаточной изученности проблемы. Предлагаемые в различных руководствах и рекомендациях способы оценки влияния карьеров на режим потока и русла могут быть применены, в основном, только для одиночных карьеров в однорукавных руслах.

Чаще всего посадка уровней определяется по многолетним графикам хода экстремальных (максимальных и минимальных уровней). При этом, однако, можно получить неоднозначные выводы о тенденции процесса, на основе неверно выбранной функции аппроксимации.

В районе Томска уровни воды в реке измеряются на двух постах Росгидромета: первый (Томск-гидроствор) расположен на правом берегу реки в 2 км выше коммунального моста; второй (Томск-пристань) - в районе пассажирской пристани на правом берегу реки в городе, в 0,6 км ниже впадения р. Ушайки. На первом посту наблюдения уровней ведутся с 1964, а на втором - с 1918 г. Расстояние между постами 7 км.

Минимальные уровни воды в период открытого русла (летне-осенняя межень) изменяются следующим образом (см. рис. 2):

1) до середины 1960-х гг. - ежегодные уровни колебались относительно устойчивого среднемноголетнего значения и не испытывали однонаправленных изменений;

2) с середины 1960-х до начала 1980-х гг. - наблюдается резкое уменьшение уровней приблизительно на 2,5 м, что связано с добычей гравия в русле Томи в районе г.Томска, наибольшая "просадка" уровня наблюдается для водпоста Томск-пристань - 2,5 м (водность реки за это время практически не изменилась);

3) на посту Томск-гидроствор уровни понизились на 2 м с начала наблюдений на этом посту;

4) с начала 1980-х годов - в результате сокращения объемов добычи гравия ниже г.Томска "просадка" уровней воды прекратилась, и можно отметить некоторую их стабилизацию.

Рис. 2. Изменения минимальных уровней воды на водомерных постах у г.Томска (над «0» соответствующего поста)

Максимальные уровни р.Томи у г.Томска с 1918 г уменьшились в среднем на 3,4 м. Для сравнения - максимальные уровни воды р.Томи у сЛоломошного, расположенного приблизительно в 100 км выше по течению от г. Томска также, приблизительно с середины 1920-х годов, понизились примерно на 1,2 м. Очевидно, что снижение максимальных уровней воды на 1,5 м до начала 1960-х годов не связано с посадкой уровней от влияния выемки гравия, т.к. объемы добычи не превышали годовой сток донных наносов. В этом можно убедиться, построив совмещенный график

хода максимальных уровней по водомерным постам Томск-пристань и По-ломошное за период до начала активной добычи ПГМ (рис. 3). Здесь по падению линии тренда можно определить посадку уровней на обоих постах порядка 1,5 м. Продолжающееся падение максимальных уровней после 1960 г. на 1,9 м совпадает по времени с периодом активной разработки русловых месторождений песчано-гравийной смеси у г. Томска. При этом максимальные уровни на водпосту Поломошное, где ПГМ из русла не добывались, снизились только на 0,8 м.

1200 Нем 1000

800

600

400

1910 " 1920 1930 1940 1950 годы I960

-♦—Поломошное -«-Томск

Рис. 3. Совмещенный график хода максимальных уровней на водомерных постах Томск-пристань и Поломошное

Задачу определения величины посадки уровней можно также решить на основе совместного построения кривых связи расходов и уровней Q=f(H) за период воздействия на русло реки (рис. 4).

По графику на рис. 4 можно определить, что за 35 летний период произошло снижение уровней на 1,0 м в диапазоне расходов 4000-6000 м3/с, которые наблюдаются ежегодно, и на 1,1 м в диапазоне расходов 7000-9000 м3/с, которые имеют повторяемость 70%. Увеличение посадки при высоких расходах половодья, по-видимому, связано со снижением частоты выхода высоких вод на пойму. В нижней части кривой Q=f(H) за эти же годы можно наблюдать следующую картину: 1) при расходах летне-осенней межени 400 м3/с посадка уровней составляет 1,8 м (посадка, определенная по хронологическому графику минимальных уровней, составила 1,9 м); 2) при дальнейшем увеличении расходов посадка уровня такова: при Q=800 м3/с - 1,4 м, при Q=1200 мэ/с - 1,3 м, при Q=1600 м3/с - 1,2 м. Также можно определить, что в период с 1985 г. интенсивность посадки уровней минимальна,

что, скорее всего, связано с прекращением добычи гравия из карьеров ниже и в черте г. Томска.

НмБС 79 —

76 75 74 73 72 71 70 69 68

0 2000 4000 6000 8000 10000 _— 1999 ♦ 1985 х 1965_Qm3/c

Рис. 4. Положение кривой Q=f(H) на водпосту Томск-гидроствор

На основе анализа гидравлических характеристик потока, определенных при измерении расходов воды на водомерном посту Томск-гидроствор за разные годы при различных уровнях воды (см. табл. 2), автором выявлены следующие особенности:

1) при уровне около 0 за последние 30 лет произошло увеличение расхода практически вдвое, а средние скорости воды возросли на 75 %;

2) на фоне значительного увеличения меженных расходов воды (5035 %) площади поперечного сечения увеличились на небольшую величину -11%, в период половодья при увеличении расходов на 8-11 % площади поперечного сечения уменьшились на 9-13 %, средняя глубина увеличилась на 21 %, а ширина уменьшилась на 9 %;

3) максимальные глубины за этот же период уменьшились на 0,19 м, что соответствует повышению отметок тальвега на 0,15 м.

Таблица 2

Изменение гидравлических характеристик р.Томи в/п Томск-гидроствор за период с 1973 по 2002 гг._

Нср, см AQ, % A W, % A Vcp. % А В, % ЛЬ, % Изменение нижней отметки дна, м

3 +93 +11 +75 -9 +21 +0,15

118 +52 +4 +46 -15 +9 +0,22

193 +29 +9 +19 -22 +38 +0,10

426 +12 -13 +27 -23 +16 +0,04

505 +8 -7 +17 -23 +20 -0,28

По данным таблицы можно сделать вывод о том, что наибольшие изменения расходов и скоростей течения произошли при низких уровнях, а при повышении уровня изменения менее заметны. Слабое изменение отметок дна в совокупности с увеличением скоростей течения и расходов при неизменных уровнях позволяют сделать вывод о том, что посадка уровней на водомерном посту Томск-гидроствор связана со врезом русла не на данном участке, а ниже по течению, который был приостановлен выходами не-размываемых пород у Лагерного сада, на самом посту снижение уровней связано с повышением уклонов на данном участке.

При определении посадки уровней, вызванной карьерами ПГМ на протяженном участке, при отсутствии постов с длительными рядами наблюдений необходим анализ положения продольного профиля и кривой свободно поверхности (КСП). Автором проанализирован участок р.Томи от г. Томска до границы с Кемеровской областью и выявлены области влияния карьеров на рельеф дна и КСП на всем участке в различные периоды, охваченные эпизодическими изысканиями. На рис. 5 представлены продольные профили русла р.Томи от 70 до 82 км от устья и КСП при расходе воды 250 м3/с на водомерном посту г.Томск-гидроствор (74,7 км от устья).

721 мРГ

порог

70 —■

рс — > Д-,- -И" 1! ' V* _1

ев 1

V / V "\Лг

64. л-

Л *

62 7 V у

0 71 ММ 72 73 74 75 76 77 78 79 80 818 --4—1983—11—1987----N111963-КСП 1987 в

Рис.5. Изменения кривой свободной поверхности и продольного профиля р.Томь по оси судового хода

По совмещенным профилям дна и КСП можно судить о деформации русла за период между съемками а также о распространении влияния карьеров вниз и вверх по течению. При совмещении трех и более разновременных профилей можно судить о тенденции изменения скорости посадки уровней и деформаций русла.

Как было указано выше, данный участок р. Томи характеризуется, в основном, развитием руслового процесса по типу пойменной многорукавно-сти. Карьеры ПГМ на участках разветвленных русел были расположены неравномерно по рукавам. Это обстоятельство обусловило перераспределение стока в те протоки, расположение карьеров в которых было приурочено к их верхним частям. Так, например, на участке разветвления реки в районе с.Вершинино на три протоки: основное русло, Светлая и Калтайская отмечаются устойчивые тенденции уменьшения стока проток Светлая и Калтайская в период интенсивной добычи НСМ из их русел до 1996 г., причина этому видится в разработке в основном русле двух карьеров - ниже с.Казанка (в середине протоки) и в 1 км ниже верхнего устья Светлой протоки, в то время как добыча в пр.Светлая и Калтайская была сосредоточена именно в нижних их частях. Сток в пр.Калтайской в период низкой водности (повторяемостью ниже 50 % ежедневных уровней периода открытого русла) прекратился вообще в связи посадкой русла протоки Светлой в месте соединения с Калтайской протокой. Как видно из табл. 3, меженный сток этой протоки обеспечивался оттоком из пр.Светлой. Некоторое восстановление баланса между пр.Светлой и основным руслом в период низкой водности объясняется увеличением стока по соединяющей их протоке, углубленной в 1996-1999 гг.

Таблица 3

Распределение расходов по основным протокам _на 97 км по лоцманской карте 1990 г._

Год Основное русло Пр.Светлая Пр.Калтайская

<5м7с % (?м3/с % 0м7с %

Расходы половодья

1984 2100 42 2130 43 750 15

1998 2525 46 1945 35 1030 18

2001 2400 48 1800 36 800 16

Среднегодовые расходы

1984 500 52 310 32 160 16

1998 600 67 300 33 -

2001 575 62 348 38 -

Меженные расходы

1984 160 57 79 28 42 15

1998 235 78 65 22 -

2001 336 70 142 30 -

Таким образом, все вышеотмеченные способы объединены автором и вместе образуют достаточно целостную методику, использование которой для определения воздействия русловых карьеров ПГМ на деформации русла

и изменения гидравлических характеристик потока на многорукавных участках позволяет наиболее точно определить масштабы воздействия и причины изменений тех или иных характеристик, что может быть использовано при оценке воздействия намечаемых антропогенных воздействий в системе русло-поток.

3. Использование одномерных компьютерных моделей для прогноза воздействия русловых карьеров ПГМ на гидравлический режим рек является результативным и дает достаточно точные результаты.

При проектировании русловых карьеров ПГС и оценки их воздействия на окружающую среду возникают задачи, связанные с изменением гидравлических характеристик потока, русловыми деформациями и транспортом наносов: 1) расчет изменения кривой свободной поверхности; 2) расчет деформаций русла выше и ниже карьера; 3) расчет занесения карьера наносами; 4) для разветвленных русел - оценка перераспределения стока и прогноз ускорения естественных процессов развития и отмирания проток. Эти характеристики необходимо оценивать на несколько лет или десятилетий вперед, и количественно они могут быть определены с использованием моделирования.

Очевидно, что наиболее полно гидравлические процессы могли бы быть описаны физической моделью размываемого русла, включающей также решение задачи транспорта наносов. Однако организация таких моделей весьма трудоемка и требует значительных материальных затрат. На основе физического моделирования задача получения реалистичных прогнозов решается надежно лишь в том случае, если есть уверенность, что явления в натуре и на модели подобны. Тем не менее, до сих пор не преодолены разногласия о принципах даже геометрического подобия - для некоторых случаев допускается и даже рекомендуется искажение линейных масштабов. Из-за малого диаметра донных наносов в равнинных реках требование равенства геометрических масштабов модели и донных наносов также выполнить не всегда удается.

Суть математического моделирования физических, в частности гидравлических, процессов заключается в описании их с помощью системы уравнений, называемых математической моделью процесса, и исследования зависимостей их решений от изменения исходных параметров. Благодаря огромному быстродействию современных ЭВМ при наличии составленных программ по расчету КСП можно решить эти задачи в считанные секунды, гораздо больше времени уходит на подготовку исходных данных и анализ полученной информации.

Следует отметить, что многие отечественные программы остаются весьма дорогостоящими и требуют постоянного участия разработчика про-

граммного обеспечения в процессе компьютерной имитации участков русла и русловых сетей.

Обеспечивая решение перечисленных выше задач, программа для ПЭВМ, реализующая модель русла и потока, должна быть как минимум применима к значительным по протяженности и сложности конфигурации участкам русловой сети, реализуемой на персональных компьютерах несложной конфигурации, а также доступной в обращении и для обучения выполняющего расчеты персонала.

Более полно русловые деформации и движение наносов можно описать двух- и трехмерными моделями размываемого русла, но их использование ограничено нехваткой адекватной информации, основанной на многочисленных и точных полевых измерениях. В диссертации обосновано, что в случае создания карьеров в многорукавном русле перечисленным требованиям, а также решению поставленных выше задач отвечают одномерные модели, разработанные Корпусом гражданских инженеров армии США -Hydrologyc Engineering Centre (НЕС). Преимущества моделей НЕС - в том, что их применение относительно дешево, а сами модели позволяют рассматривать процессы не фрагментарно, а в единой системе.

Принципиальная схема моделирования с помощью компьютерных программ HEC-RAS и НЕС-6, принятая в качестве рабочей, показана на рис.6. Она отражает основные этапы моделирования и решаемые при этом конкретные задачи.

HEC-RAS НЕС-6

Рис.6. Принципиальная схема моделирования

Профили водной поверхности от нижнего поперечного сечения к верхнему вычисляются методом конечных разностей с использованием решения одномерного уравнения энергии, известного как уравнение Бернул-ли. При этом HEC-RAS используется для создания «мгновенных снимков» гидравлического состояния потоков при фиксированных расходах воды и подбора распределения стока между главным руслом и протоками.

Расчет наносов и русловых деформаций осуществляется программой НЕС-6. Она реализует одномерную численную модель течения в открытом русле с подвижными границами, созданную для того, чтобы моделировать и предсказывать изменения профилей реки, происходящие в результате размыва и (или) отложения наносов в течение периодов времени, обычно составляющих несколько лет. Расчет продольных профилей выполняется подобно программе HEC-RAS. Затем вычисляется транспортирующая способность потока для каждого поперечного сечения. Её значения, в сочетании с продолжительностями стояния расходов, позволяют в объемном виде оценить размыв и отложение наносов на каждом участке, и соответственно корректируется поперечное сечение. Расчеты продолжаются с другим расходом в последовательности (согласно заданному ступенчатому гидрографу стока) и цикл повторяется, начинаясь с обновленной геометрии русла. Расчеты переотложения наносов осуществляются по фракциям с разным размером зерен, тем самым позволяя моделировать гидравлическую сортировку и отложение. Возможности НЕС-6 также включают учет руслоуглубительных работ и влияния различных набережных и других воздействий. При этом используется несколько формул вычисления расхода наносов.

В первую очередь производится калибровка модели современного состояния реки. При этом подбираются и уточняются коэффициенты шероховатости, определенные по материалам полевых наблюдений, а также уточняется распределение расхода воды по протокам.

На втором этапе моделирования сравнивается влияние на гидравлические характеристики предлагаемых проектировщиком вариантов расположения и размеров карьеров ПГМ без учета заполнения карьеров наносами, с использованием программы HEC-RAS. На основе полученных результатов выбирается вариант, обеспечивающий максимум эколого-экономической эффективности отработки месторождения.

На третьем этапе для решения задач землечерпания и определения деформации русла в результате землечерпания используется программа НЕС-6. Существенным ограничением имеющейся в распоряжении автора версии программы является то, что она не может, в отличие от модели HEC-RAS для недеформируемого русла, обсчитывать участки речной сети сложной конфигурации, в частности, петлеобразные участки и разветвления потоков. Расчет расходов донных наносов во входном поперечном сечении по-

тока выполнялся по вертикалям по формуле В.Н. Гончарова (1962) для отдельных фракций.

После расчета деформаций в программе НЕС-6 за 1 расчетный год новые геометрические данные передаются в программу HEC-RAS для уточнения изменения распределения стока воды по протокам и получения новых гидравлических характеристик потока. После чего расчет повторяется на период времени отработки карьеров и выбранный восстановительный период после отработки месторождения.

Выполненные расчеты позволяют представить целостный сценарий происходящих в естественном состоянии изменений на рассматриваемом участке и тех изменений, которые произойдут в результате добычи ПГМ карьерным способом по выбранному варианту, наиболее приемлемому с эколого-экономических позиций.

В связи с тем, что некоторые выводы о степени влияния карьеров на изменения гидравлических характеристик основаны на качественных оценках и, кроме того, не исключены катастрофические последствия (например, при прохождении исключительно высоких расходов воды) для корректировки технологии производства работ при выполнении долгосрочных проектов необходимо производить экологический и гидрологический мониторинг, включающий в себя следующее:

1. Вести наблюдения за плановыми деформациями берегов на участках расположения карьеров.

2. Вслед за отработкой участков карьера производить подробные съемки рельефа дна в межень и после прохождения последующего половодья - для анализа деформаций и стока влекомых наносов.

3. В связи с тем, что слабее всего модель обеспечена фактическими данными о расходах влекомых наносов, определять сток влекомых наносов на нетронутых участках выше карьеров.

4. Проводить наблюдение за изменением уклона водной поверхности во все фазы водного режима.

5. Более подробно осветить кривые связи расходов и уровней по протокам и распределение расходов воды между ними.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Значительная антропогенная нагрузка на русло р.Томи в виде изъятия большого количества аллювиального материала привела к неком-пенсируемым в течение нескольких столетий деформациям как русла реки, так и гидравлических характеристик потока: режима уровней воды, уклонов свободной поверхности, скоростей течения и т.д.

2. На протяжении р.Томи в Томской области существуют участки, полностью или частично совпадающие по разделению ГГИ и автора, и участки, полностью не совпадающие. В связи с этим, при описании многорукавных русел в условиях существования ограничивающих факторов возникает необходимость ее дополнения, учитывая типизации других авторов, например, Р.С. Чалова (1979) - дополнение ограниченного меандрирования вынужденными и адаптированными излучинами и И.Ф. Карасева (1975) -необратимая аккумуляция донных наносов вблизи общего или местного базиса эрозии.

3. Посадка уровней на некоторых участках не всегда обусловлена врезом русла на этом же участке: когда продвижению попятной эрозии мешают трудно размываемые породы, посадка уровня возникает за счет изменения гидравлических характеристик - увеличения скоростей воды.

4. Увеличение транспортирующей способности в районе Лагерного сада в связи с посадкой уровней ниже по течению, совместно с дефицитом донных наносов, обусловленным осаждением их в вышележащих русловых карьерах, может привести к ускорению темпов плановых деформаций, и уже потребовало укрепления берегов выше и ниже коммунального моста и ограждающей дамбы в г. Томске.

5. Исследование величины воздействия антропогенного вмешательства в естественные процессы в руслах многорукавных рек должно включать следующий комплекс способов исследований гидрологических, гидравлических и морфометрических характеристик за многолетний период: 1) анализ графиков хода экстремальных уровней в месте воздействия, а также выше и ниже по течению; 2) анализ кривых связи расходов и уровней; 3) сопоставление поперечных и продольных профилей русла реки, а также кривых свободной поверхности; 4) распределение стока по протокам.

6. Выявление воздействий проектируемых карьеров ПГМ более оперативно и экономически целесообразно с применением компьютерного моделирования на основе программ, подобных программам серии НЕС. Такое моделирование на порядок дешевле физического и позволяет определить максимальный набор гидравлических характеристик потока, проигрывая всевозможные варианты мест расположения и объемов добычи ПГМ, и выбрать наиболее экономически и экологически эффективный.

7. Недостаток данных по стоку донных наносов необходимо компенсировать натурными измерениями с использованием батометров с более тщательной проверкой формул для подсчета расхода донных наносов

Направления дальнейших исследований будут сосредоточены на уточнения влияния карьерных разработок на перераспределение стока в разветвленных руслах, отработку методики измерения и расчета стока влеко-

мых наносов р.Томи на нарушенных и ненарушенных участках, установлении критериальных зависимостей типов руслового процесса и уточнении типизации на Сибирских реках.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Лещенко П.Н., Вершинин.ДА., Малевич В.Г. Проблемы экологии при добыче ПГС в пределах речных комплексов (методы наблюдения и контроля) // Мат. науч. практ. конф. посвященной 40-летию кафедры гидрологии Томского государственного университета, Томск, ТГУ, 1997. С. 40-41.

2. Вершинин Д.А. Влияние добычи ПГС на русловой режим р. Томь у г.Томска // П областная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тез. докл. - Томск, 1998. С.48-49.

3. Земцов ВА., Лещенко П.Н., Вершинин Д.А. Опыт компьютерного моделирования русловых процессов при проектировании карьеров ПГС на р.Томи // XIV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. - Уфа, 1999. С. 125-126.

4. Вершинин Д.А. Использование водолазного труда при исследованиях донных наносов в руслах рек. // Тр. межд. науч. прак. конф. "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности" 1011 сентября 1999 г. - Томск, 1999. С.78-79.

5. Земцов ВА., Инишев Н.Г.,Лещенко П.Н., Вершинин Д.А.. Гара-гатая Ю.С. Опыт использования компьютерного моделирования при составлении раздела ОВОС проекта карьеров ПГС // Тр. 5 конф. "Динамика и тер-мика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей". - М., 1999. С. 282-285.

6. Земцов ВА, Крутовский А.О., Льготин ВА., Егоров Б.А., Вершинин Д.А. Оценка деформаций берегов на крупных реках западной Сибири // XV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. - Волгоград, 2000. С.95-96.

7. Земцов В.А., Вершинин Д.А.. Инишев Н.Г. Добыча нерудных строительных материалов в русле и пойме Томи и проблема оценки воздействия на окружающую среду // Экология пойм сибирских рек и Арктики. Тр. II совещания. - Томск, 2000. С. 267-273.

8. Крутовский А.О., Льготин ВА. Егоров БА, Вершинин.ДА. Исследование эрозионной деятельности р.Чулым у с. Зырянское // "Ш века горно-геологической службы России": Тез. докл. рег. науч. конф. геологов Сибири, Дальнего Востока и северо-востока Сибири 18-23 сентября 2000. -Томск, 2000. Т. 2. С. 214-215.

9. Вершинин Д.А., Копысов С.Г., Лещенко П.Н. Результаты исследования расходов влекомых наносов для рек с гравийным руслом (на примере р.Томи).//Вестн. ТГУ. -2001.-Т. 274. С.114-117.

10. Состояние поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Томской области в 2001 г: Информационный бюллетень / О.Г.Савичев, Б.А.Егоров..., ДА .Вершинин и др.; под ред. АВ.Льготина. - Изд-во Территориального центра Томскгеомониторинг,

2002.-70 с.

11. Земцов ВА., Вершинин Д.А.. Инишев Н.Г., Лещенко П.Н., На-рожный Ю.К. Добыча гравия в русле Томи: уроки и возможности // Томское отделение СНИИГГиМС: 30 лет на службе Томской геологии: Сборник научных трудов / Под ред. В.Е.Пешкова, Н.Л.Падалко. - Новосибирск: СНИ-ИГГиМС, 2002. С.222-225.

12. Состояние поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Томской области в 2002 п Информационный бюллетень / О.Г.Савичев, Б.А.Егоров..., Д.А.Вершинин и др.; под ред. А.В.Льготина. - Изд-во Территориального центра Томскгеомониторинг,

2003.-84 с.

13. Вершинин Д.А. Изменения гидравлики и режима деформаций русла реки Томи под влиянием антропогенной нагрузки // Вест. Том. гос. унта. Прилож. № 3 (IV) - Томск, 2003. С. 126-128.

14. Земцов ВА., Вершинин Д.А.. Инишев Н.Г., Лещенко П.Н. Опыт исследования русловых деформаций р.Томи в условиях интенсивного антропогенного воздействия // Эрозионные и русловые процессы в Сибири. -Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2003. С. 97-102.

15. Крутовский А.О., Льготин В.А, Егоров Б.А., Четвергов Д.Н., Краснощекое С.Ю., Вершинин Д.А. Усиление геоэкологической напряженности в г.Томске как следствие процесса самовосстановления дна русла Томи // Самоорганизация и динамика геоморфосистем: Мат. XXVII Пленума Геоморфологической комиссии РАН 25.08-02.09.2003. - Томск, Изд-во ИОА СО РАН. 2003. С.297-298.

16. Вершинин ДА. Практические исследования влекомых наносов для рек с гравийным руслом (на примере р.Томи) // Тр. 3 межд. науч. прак. конф "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности" 21-23 октября 2004 г. -Томск, 2004. С.91-98

Подписано к печати 11.01.2005г. Тираж 100 экз. Заказ № 2. Бумага офсетная. Усл.печ.л. 1,28. Уч.-издл. 1,16 Печать RISO. Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбХ»

Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 052. тел. (3822) 56-44-54

2 2 ФЕВ 2005 ' *

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Вершинин, Дмитрий Александрович

Введение.

1. Современное состояние исследований влияния русловых карьеров на ускорение темпов рельефообразующих процессов.

1.1. Теоретические предпосылки типизации русловых процессов и формы проявления вертикальных деформаций.

1.2. Величина "посадки" уровней как определяющий фактор объема годовой добычи НСМ.

1.3. Существующие способы расчета расхода донных наносов.

1.4. Возможности прогнозов русловых деформаций с использованием моделирования.

2. Особенности формирования жидкого и твердого стока р.Томи и русловой процесс на участке исследования.

2.1. Рельеф и геология.

2.2. Общая характеристика водного режима бассейна р.Томи.

2.3. Водный режим р.Томи у г.Томска.

2.4. Русловой процесс на участке исследования.

2.5. Виды воздействия хозяйственной деятельности на русловой и гидравлический режимы р.Томи.

2.6. Общие сведения о добыче НСМ в руслах и поймах рек и водохранилищ.

2.7. Краткая история добычи НСМ из русловых карьеров Томской области.

2.8. Современное состояние русла реки Томи на участках отработанных карьеров па территории Томской области.

3. Методика оценки влияния хозяйственной деятельности на изменения водного и гидравлического режимов и русловые деформации.

3.1. Влияние добычи НСМ на уровенный режим р.Томи.

3.2. Изменения положения кривой расходов Q = f(H).

3.3. Анализ гидравлических характеристик на водомерном посту

Томск-гидроствор.

3.4. Влияние падения уровней на уклоны свободной поверхности.

3.5. Исследование изменений продольного профиля и кривых свободной поверхности.

3.6. Влияние хозяйственной деятельности на перераспределение стока по протокам.

4. Исследование изменений гидравлических характеристик на компьютерных моделях.

4.1. Теоретические подходы к моделированию взаимодействия потока и русла в моделях серии НЕС.

4.2. Калибровка системы на примере модели р.Томи.

4.3. Моделирование участка речной сети с учетом добычи НСМ

4.4. Исследование стока влекомых наносов инструментальными методами.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Техногенные воздействия на вертикальные деформации русла и гидравлику потока"

Актуальность работы. В современных представлениях о русловом процессе рек как формы взаимодействия потока и русла наибольшее внимание уделено плановым деформациям русла т.к. прогноз таких деформаций позволяет принимать решения о расположении различных объектов вблизи рек. Вертикальные деформации в данном контексте считаются вторичными и их расчет, в основном, основывается на проявлении их в естественных условиях. Аллювиальный материал рек, песок, песчано-гравийная смесь, гравий и галька в большом количестве используются в строительстве уже в течение многих десятков лет. Это и строительство дорог, а также различных жилых и промышленных зданий и сооружений и т.д. Добыча нерудных материалов плавучими техническими средствами на русловых затопленных месторождениях или обводненных непродуктивных пойменных землях и перевозка этих материалов водным транспортом, являются экономически эффективными. Многие реки России в течение длительного времени являлись поставщиками песчаного и гравийно-галечного материала и остаются ими по сей день. Естественно, выемка аллювия в количестве многократно превышающем естественный сток наносов не могла не отразится на их русловом режиме (деформации русла, стоке наносов) и гидравлических характеристиках (уклонов свободной поверхности, скоростей течения). Участки многих рек в результате длительной добычи песчано-гравийных материалов (ПГМ) из их русел необратимо преобразили свой облик. Это такие реки как Иртыш у г.Омска, Белая, Терек, Волга, Томь и т.д.

Кроме выемки ПГМ из русел рек немаловажным фактором, влияющим на гидравлический и русловой режимы реки является гидротехническое строительство на самой реке, ее притоках и главной по отношению к ней реке. Важно правильно определить возможное влияние и процессы, возникающие в результате такого строительства и мероприятия но предотвращению переформирования русла и разрушения самих гидротехнических сооружений.

В настоящее время остро встает вопрос о достижении максимума эколого-экономической эффективности добычи нерудных строительных материалов (НСМ) из русел рек. Следует отметить, что до сих пор методы исследования влияния карьеров имеют слабое теоретическое обоснование. Исследования гидравлики потока в речном карьере проводились лишь на лабораторных установках с небольшим количеством вариантов относительных размеров и гидравлических характеристик потока. Предлагаемые в различных руководствах и рекомендациях способы оценки влияния карьеров на режим потока и русла могут быть применены для одиночных карьеров в однорукавных руслах.

Предметом исследования данной работы является влияние техногенных воздействий на изменения гидравлических характеристик потока и морфометрических характеристик русла.

Объектом исследования является русло реки Томь на участке от устья до границы с Кемеровской областью, гидрологические и гидравлические характеристики потока.

Целмо диссертационной работы является научное обоснование и разработка методики исследования и прогнозирования последствий техногенного воздействия на окружающую среду антропогенных нарушений системы поток-русло с точки зрения вертикальных деформаций.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1) исследование природных условий формирования долины реки Томи и ее строения в пределах Томской области;

2) анализ особенностей морфологии русла в нижнем течении реки Томи и определение типов руслового процесса на различных участках;

3) исследование динамики переформирований русла реки Томи в последнее столетие;

4) определение влияния карьеров ПГМ на гидравлические характеристики и русловые переформирования в реке;

5) определение динамики русловых переформирований в реке Томь выше и ниже по течению города Томска за период русловой добычи ПГМ и выявления влияния последней на русловой процесс;

6) исследование стока наносов по деформациям в карьерах, натурным измерениям и на физических и компьютерных моделях.

Исходные материалы. При выполнении автором работы использовались фондовые материалы Томского государственного университета, ОАО «Томская судоходная компания», ОАО «Сибречпроект», а также материалы, полученные в результате полевых экспедиционных исследований в ходе собственной профессиональной деятельности (лоцманские карты 1959, 1975, 1990 годов, русловые съемки масштаба 1:5000 1983, 1987, 1991, 1997 годов, геологические карты, данные о бурении в местах месторождений ПГМ, кривые свободной поверхности и продольные профили за 1983, 1987, 1991, 1998 годы, гидрометрические данные).

Применялись следующие методы исследования:

1) классификация участков р.Томи с учетом типизаций различных авторов и ранее проведенных исследований на данном участке;

2) сравнение гидрологических, гидравлических и морфометрических характеристик потока и русла (уровней и расходов воды, скоростей течения, уклонов, площадей поперечного сечения, ширины, глубины) за многолетний период

3) компьютерное моделирование участков русловой сети и вариантов устройства карьеров в русле и протоках с оценкой их влияния на гидравлический и русловой режим речной системы в целом.

Научная новизна выражается в том, что в работе впервые:

1)на основе систематизации многочисленных материалов режимных и изыскательских раб< количественно определено индивидуальное и кумулятивное воздействие множественных карьеров ПГМ на вертикальные русловые переформирования и гидравлический режим реки Томи;

2) выявлдд>генез^^ уровней на исследуемом участке реки Томи в условиях различной техногенной нагрузки. На основе выполненных исследований разработана методика определения посадки уровней воды на любом временном промежутке в различные периоды водности потока;

3) созданы постоянно действующие модели участков реки Томи для прогнозирования последствий отработки карьеров ПГМ, деформаций многорукавных русел и изменений гидравлических условий, учитывающие синергетический эффект воздействий. На этой основе предложена программа мониторинга и изысканий русловых месторождений ПГМ.

С практической точки зрения результаты моделирования стали основой решений проектов карьеров ПГМ и предложения по порядку и объемам отработки месторождения с максимальной эколого-экономической эффективностью. Проведены натурные измерения стока донных наносов и инструментальные наблюдения гранулометрического состава материала, слагающего речное русло приборами, разработанными коллективом кафедры гидрологии ТГУ и с использованием водолазной техники. Результаты исследований используются в преподавании курса «Динамика русловых потоков и русловые процессы» на кафедре гидрологии ТГУ.

Апробация работы. Основные положения и предложенная методика стали основой при составлении разделов ОВОС проектов: 1) Карьер ПГМ в пр.Светлая Айдаковского месторождения 1999; 2) Ледозащитная дамба затона зимнего отстоя судов Томской судоходной компании 2003. 3) Карьер ПГМ Коларовского месторождения 2004. Кроме того, результаты моделирования. Результаты работы доложены на 13 научных конференциях, совещаниях и семинарах и опубликованы в 16 научных изданиях.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы основана на современных достижениях таких наук как гидрология, гидрометрия, гидроморфологическая теория руслового процесса и не противоречат их положениям, базируются на строго доказанных выводах этих научных дисциплин. При исследованиях автора применялась проверенная, тарированная техника и методики исследования.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, а также 6 приложений. Материал изложен на 188 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 56 рисунков, список литературы содержит 121 источник.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Вершинин, Дмитрий Александрович

Выводы:

1. При использовании сочетания двух одномерных моделей серии НЕС с достаточной точностью достигается решение задач в проектах добычи ПГМ карьерным способом в руслах различной сложности - от относительно простой задачи расчета гидравлических характеристик до более сложной задачи прогнозирования русловых деформаций по глубине, перераспределения стока по протокам и изменения гидравлических характеристик в русловой системе сложного строения, включающей в себя главное русло и протоки.

2. Для расчета расхода влекомых наносов с песчано-гравийным руслом предпочтительнее использовать формулу В.Н. Гончарова, применив ее для расчета расхода по отдельным фракциям.

3. Для определения восполнения запасов ПГМ и заполнения карьеров необходимо детальное изучение характера движения донных наносов в русле реки с уже нарушенным рельефом. В качестве способов определения стока донных наносов предпочтительней использовать инструментальные методы: разновременные русловые съемки с исследованием гидрологического режима в течение их периода и натурные измерения стока влекомых наносов с использованием батометров.

4. По результатам моделирования автором разработаны рекомендации для ведения мониторинга с целью своевременного обнаружения не учтенных прогнозами негативных изменений и соответствия реальной динамики результатам прогнозирования, а также определен состав гидрометрических изысканий для выполнения последующих проектов оценки воздействия гидротехнических сооружений на гидравлику потока и вертикальные русловые деформации с использованием предложенных выше компьютерных моделей исключающий возможные недостатки в исходных данных в составе:

1) наблюдения за плановыми деформациями берегов на участках расположения карьеров;

2) подробные съемки рельефа дна в межень, и после прохождения последующего половодья для анализа деформаций и стока влекомых наносов;

3) наблюдения за изменением уклона водной поверхности во все фазы водного режима;

4) построение связей расходов и уровней по протокам и распределения стока между ними.

5) определять сток влекомых наносов на нетронутых участках выше карьеров, чего до настоящего времени не проводилось.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие основные выводы: ф 1. Значительная антропогенная нагрузка на русло р.Томи в виде изъятия большого количества аллювиального материала привела к необратимым в течение нескольких столетий вертикальным деформациям как русла реки, так и гидравлических характеристик потока: режима уровней воды, уклонов свободной поверхности, скоростей течения и т.д.

2. На протяжении р.Томи в Томской области существуют участки, полностью или частично совпадающие по разделению ГГИ и автора, и участки, полностью не совпадающие. В связи с этим, при описании многорукавных русел в условиях существования ограничивающих факторов возникает необходимость ее дополнения, учитывая типизации других авторов, например, Р.С. Чалова (1979) дополнение ограниченного меандрирования вынужденными и адаптированными излучинами и И.Ф. Карасева (1975) - необратимая аккумуляция донных наносов вблизи общего или местного базиса эрозии.

3. Посадка уровней на некоторых участках не всегда обусловлена врезом русла на этом же участке: когда продвижению попятной эрозии мешают трудно размываемые породы, посадка уровня возникает за счет изменения гидравлических характеристик — увеличения скоростей воды.

4. Увеличение транспортирующей способности в районе Лагерного сада в связи с посадкой уровней ниже по течению, совместно с дефицитом донных наносов, обусловленным осаждением их в вышележащих русловых карьерах, может привести к ускорению темпов плановых деформаций, и уже потребовало укрепления берегов выше и ниже коммунального моста и ограждающей дамбы.

5. Количественное определение величины антропогенного воздействия на естественные процессы, происходящие в руслах и поймах рек, должно включать следующий комплекс способов исследований гидрологических, гидравлических и морфометрических характеристик за многолетний период: 1) анализ графиков хода экстремальных уровней в месте воздействия, а также выше и ниже по течению; 2) анализ кривых связи расходов и уровней; 3) сопоставление поперечных и продольных профилей русла реки и кривых свободной поверхности; 4) для многорукавных русел - распределение стока по протокам.

6. Выявление воздействий проектируемых карьеров ПГМ более оперативно и экономически целесообразно с применением компьютерного моделирования на основе программ серии НЕС. Такое моделирование на порядок дешевле физического и позволяет определить максимальный набор гидравлических характеристик потока, проигрывая всевозможные варианты мест расположения и объемов добычи ПГМ, и выбрать наиболее экономически и экологически эффективный.

7. Недостаток данных по стоку донных наносов необходимо компенсировать натурными измерениями с использованием батометров с более тщательной проверкой формул для подсчета расхода донных наносов.

В процессе выполнения диссертационного исследования получены следующие результаты:

1. Определены участки р.Томи в пределах Томской области с различными типами руслового процесса, выявлены ограничивающие факторы и лимитирующие перекаты, обуславливающие проявление того или иного типа руслового процесса.

2. Изучено современное состояние реки Томи и выявлены причины проявления тех или иных негативных последствий добычи песчано-гравийных материалов из ее русла, а также в результате создания гидротехнических сооружений.

3. Количественно оценено влияние выборки песчано-гравийных материалов из русла реки Томи на изменения максимальных и минимальных уровней на водомерных постах Гидрометслужбы с учетом их естественных изменений.

4. На основе анализа изменений гидравлических характеристик потока на водомерных постах Гидрометслужбы определена величина и генезис происхождения посадки уровней в различные периоды водности в реке Томь, а также тенденция изменений посадки в последние годы.

5. По материалам наблюдений за продольным профилем и уклоном свободной поверхности определены зоны влияния русловых карьеров и судоходных прорезей, а также величины посадки уровней на различных участках и ее изменения во времени.

6. На основе анализа поперечных профилей и распределения стока на разветвлениях русла выявлены тенденции ускорения естественного хода процессов развития и отмирания отдельных рукавов реки Томи.

7. Реализованы в среде HEC-RAS компьютерные модели отдельных участков реки Томи, на основе которых разработаны проекты добычи ПГМ карьерным способом с максимальной эколого-экономической эффективностью. Спрогнозированы возможные последствия отработки нескольких вариантов по объему и расположению карьеров в протоках и в русле Томи. Предложены рекомендации по проведению иослепроектного мониторинга, а также по составу изысканий для обоснования последующих проектов месторождений ПГМ и создания гидротехнических сооружений.

8. Проведены натурные измерения расходов донных наносов на реке с гравийно-галечным руслом с использованием батометра оригинальной конструкции и разработана формула для расчета расхода донных наносов.

Направления дальнейших исследований будут сосредоточены на уточнения влияния карьерных разработок на перераспределение стока в разветвленных руслах, отработку методики измерения и расчета стока влекомых наносов р.Томи на нарушенных и ненарушенных участках, установлении критериальных зависимостей типов руслового процесса и уточнении типизации на Сибирских реках.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Вершинин, Дмитрий Александрович, Томск

1. Базилевич В.А., Козицкий В.В. Расчет пространственных деформаций русел рек. // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 10, кн.1, JI.: 1988. С. 157-163.

2. Барышников Н.Б., Беркович К.М. Опыт исследования влияния русловых карьеров на русловые процессы // XIV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. Уфа, 1999. С.9-13

3. Барышников Н.Б., Попов И.В. Динамика потоков и русловые процессы. Л.:Гидрометеоиздат,1988. - 224 с.

4. Барышников Н.Б., Прохорова Т.И. Русловые карьеры и посадки уровней // XIII пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. — Псков, 1998. С.51-52

5. Барышников Н.Б., Самусева Е.А. Антропогенное воздействие на саморегулирующуюся систему бассейн — речной поток русло. — СПб.: РГГМУ, 1999.-220 с.

6. Беркович К.М. Виды антропогенного вмешательства и его влияние на русловые деформации рек в различных природных условиях // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 10, кн.1, Л., 1988. С.374-380.

7. Беркович К.М. Устойчивость и реакция речных русел на антропогенную нагрузку // XIII пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. -Псков, 1998. С.8-12

8. Беркович К.М., Турыкин JI.A. Антропогенная глубинная эрозия на нижней Белой // XV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. — Волгоград, 2000. С.68-69

9. Беркович К.М. Об изменениях типа русла при антропогенном воздействии // Русловые и эрозионные процессы в Сибири. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2003. С. 66-71.

10. Ботвинков В.М., Дегтярев В.В., Седых В.А. Гидроэкология на внутренних водных путях. — Новосибирск: Сибирское соглашение, 2002. — 356 с.

11. Буланов Е.П. Понижение кривой расходов в нижнем бьефе Волжской ГЭС, связанное с общими размывами русла // XV пленарное межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов: Тез. докл. Волгоград, 2000. С.71-73

12. Великанов М.А. Динамика русловых потоков. JL: Гидрометеоиздат, 1955.-323 с.

13. Великанов М.А. Русловой процесс. М.: Гос. изд-во физ.-мат. литературы. 1958.-395 с.

14. Вершинин Д.А. Влияние добычи ПГС на русловой режим р. Томь у г.Томска // II областная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Тез. докл. Томск, 1998. С.48-49.

15. Вершинин Д.Л. Использование водолазного труда при исследованиях донных наносов в руслах рек. // Тр. межд. науч. прак. конф. "Экологические, гуманитарные и спортивные аспекты подводной деятельности", Томск, 10 — 11 сентября 1999 г. Томск, 1999. С.78-79

16. Вершинин Д.Л. Изменения гидравлики и режима деформаций русла реки Томи под влиянием антропогенной нагрузки // Вест. Том. гос. ун-та. Прилож. № 3 (IV).-Томск, 2003. С. 126-128

17. Вершинин Д.А., Копысов С.Г., Лещенко П.Н. Результаты исследования расходов влекомых наносов для рек с гравийным руслом (на примере р.Томи)//Вестн. ТГУ.-2001.-Т. 274. С. 114-117.

18. Влияние отработки месторождения на гидравлические характеристики потока и деформации русла, по данным моделирования: Отчет по теме «Составление раздела ОВОС проекта карьера ПГМ в пр.Светлой р.Томи». 4.2, Томск, 1998. 112 с.

19. Воеводин А.Ф., Никифоровская B.C., Овчарова А.С. Математическое моделирование гидравлических, гидрофизических и русловых процессов в одномерных системах открытых водотоков. // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т.10, кн.1, Л.: 1988. С.157-163.

20. География Томской области / А.А. Земцов и др. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 1988.-246 с.

21. Гидробиологические исследования на отработанных карьерах р.Томи: Отчет по изыскательским и исследовательским работам / Сибгипроречтранс. Новосибирск. 1988. 36 с.

22. Гиляров Н.П. Моделирование речных потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-200 с.

23. Гладков Г.Л. Моделирование транспорта разнозернистых наносов в реках // Тр. 5 конф. "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей": -М. 1999. С. 257-260.

24. Глушков В.Г. Морфология речного русла // Тр. 1 Всероссийского гидрологического съезда. Л., 1925. С. 286-290

25. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков — Л.: Гидрометеоиздат, 1962.-373 с.

26. Гришанин К.В. Подобие речных русел // Труды ЛИВТ, 1968. Вып. 116. С.181-188.

27. Гришанин К.В. Теория руслового процесса. М.: Транспорт. 1972. — 216с.

28. Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-310 с.

29. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.- 144 с.

30. Гришанин К.В., Гладков Г.Л., Лавыгин A.M., Москаль А.В., Соколов Ю.П. Реакция речного потока на искусственные изменения его русла // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т.10, кн.1, Л.: 1988. С.362-373.

31. Дубровская Л.И., Земцов В.А. Изменение уровней реки Томи и грунтовых вод поймы в районе города Томска // Вопросы географии Сибири. Вып. 22. Томск, 1997. - С. 100-106.

32. Евсеева Н.С. География Томской области. Томск: Изд-во Том. унта, 2001.-223 с.

33. Евсеева Н.С., Земцов А.А. Рельефообразование в лесоболотной зоне Западно-Сибирской равнины. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990.-242 с.

34. Егиазаров И.В. Сопоставление методов расчета расхода наносов с измерениями в натуре // Методы изучения и исследования водных ресурсов. М., 1964. С.5-23.

35. Егиазаров И.В. Расход влекомых наносов потоком // Изв. ЛН Лрм.ССР. 1949. № 5. С. 321-328.

36. Ехнич М.П., Коваленко Л.Б. К вопросу об оценке полного твердого стока в бассейне р.Десны // Тр. 5 конф. "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей". М., 1999. С. 274-275.

37. Замараев Д.К. Добыча ПГС и экология // Проблемы экологии Томской области. Томск, 1992. С. 21-22.

38. Земцов В.А., Вершинин Д.А., Инишев Н.Г. Добыча нерудных строительных материалов в русле и пойме Томи и проблема оценки воздействия на окружающую среду // Экология пойм сибирских рек и Арктики. Тр. II совещания. — Томск, 2000. С. 267-273.

39. Земцов В.А., Вершинин Д.А., Инишев Н.Г., Лещенко П.Н. Опыт исследования русловых деформаций р.Томи в условиях интенсивного антропогенного воздействия // Эрозионные и русловые процессы в Сибири. — Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2003. С. 97-102.

40. Знаменская Н.С. Гидравлическое моделирование русловых процессов. СПб,: Гидрометеоиздат, 1992. — 240 с.

41. Знаменская Н.С. Единые закономерности формирования речных русел. Спб.: НИИХ СпбГУ, 2002. 61 с.

42. Зубков Н.С., Кожевников B.C., Зубкова К.М. Изменения руслоформирующих факторов под влиянием хозяйственной деятельности // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т.10, кн.1. Л., 1988. С.358-362.

43. Ильин Н.И. Русловая добыча и перевозка нерудных строительных материалов. — М.: Транспорт, 1987. 232 с.

44. Каменсков Ю.И. Русловые и пойменные процессы. — Томск.: Изд-во Том. Ун-та, 1987.-171 с.

45. Каменсков Ю.И. Последствия реализации и недостатки проектов + добычи галечно-гравийной смеси из русла р.Томи // Географические прогнозыпри водохозяйственном строительстве в Обь-Иртышском бассейне. — Новосибирск, 1988. С. 150-156.

46. Каменсков Ю.И. Учет естественного хода русловых процессов при оценке влияния на них русловых карьеров // Проблемы гидрометерологического обеспечения народного хозяйства. — Томск. 1989. С.23-24

47. Каменсков Ю.И. О влиянии русловых карьеров на темпы плановых деформаций русла (на примере рек Томи и Чулыма) // Водные ресурсы Томской области, их рациональное использование и охрана: Тез. докл. — Томск, 1990. С. 17-21.

48. Карасев И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. JI.: Гидрометеоиздат, 1975. — 287 с.

49. Карасев И.Ф. Морфометрические инварианты русловых потоков // Труды Акад. водохоз. наук. 1995. Вып. 1. С. 26-39.

50. Караушев А.В. Речная гидравлика. JI.: Гидрометеоиздат, 1969. — 416с.

51. Карьер на Айдаковском песчано-гравийном месторождении в районе г.Томска: Отчет по изыскательским работам / Сибгипроречтранс. Новосибирск. 1991. — 153 с.

52. Карьер песчано-гравийных материалов в пр.Светлая Айдаковского месторождения: Отчет по изыскательским работам / Сибречпроект. Новосибирск, 1998. 92 с.

53. Крицкий В.А. Русловые процессы в нижнем бьефе Красноярской ГЭС //Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 10, кн.1, JI.: 1988. С.419-424.

54. Константинов Н.М., Петров Н.А., Высоцкий Л.И. Гидравлика, гидрология, гидрометрия: В 2 ч. — М.: Высшая школа, 1987. 41. Общие законы. 304 с.

55. Копалиани З.Д., Тавлавадзе О.А., Носелидзе Д.В. Методика и результаты исследований русловых деформаций на неискаженной модели р.Хара-Мурин // Тр. ГГИ. Вып. 301. 1985. С. 68-80.

56. Русловой процесс / Кондратьев Н.Е., Ляпин А.Н., Попов И.В., Пиньковский С.И., Федоров ГШ. Якунин И.И. Л.: Гидрометеоиздат. 1959. — 372 с.

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

58. Крицкий В.А. Русловые процессы в нижнем бьефе Красноярской ГЭС. // Тр. V Всесоюзного гидрологического съезда. Т. 10, кн.1, Л.: 1988. С.419-424.

59. Леви И.И. Динамика русловых потоков — М. Госэнергоиздат, 1957.224 с.

60. Лопатин Г.В. Наносы рек СССР. М.: География, 1952. - 367 с.

61. Лохтин В.М. О механизме речного русла. СПб., 1897. - 100 с.

62. Льготин В.Л. Русловые процессы на реках Томского Приобья // Вопрсы географии Сибири. 1987. - Вып. 17. С. 117-120.

63. Льготин В.А. Естественные и антропогенные изменения речных русел бассейна средней Оби // "Самоорганизация и динамика геоморфосистем": Мат. XXVII Пленума Геоморфологической комиссии РАН 25.08-02.09.2003. -Томск, Изд-во ИОА СО РАН. 2003. С. 334-338

64. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. — М.: МГУ. 1986. — 246 с.

65. Марусенко Я.И. Ледовый режим рек бассейна Томи. Томск.: Изд-во ТГУ, 1958.-218 с.

66. Невидимова О.Г., Поздняков А.В. Математическое моделирование формирования поймы // "Самоорганизация и динамика геоморфосистем": Мат. XXVII Пленума Геоморфологической комиссии РАН 25.08-02.09.2003. — Томск, Изд-во ИОА СО РАН. 2003. С. 119-121.

67. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 6, Ч 1 .Гидрологические наблюдения и работы на средних и больших реках. Л.: Гидрометеоиздат, 1978,-384 с.

68. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 2, Ч 2. Гидрологические наблюдения на постах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975,-264 с.

69. Освоение русловых месторождений песчано-гравийной смеси в районе г.Томска: Отчет о гидрологических работах / Сибгипроречтранс. Новосибирск. 1984.- 126 с.

70. Освоение русловых месторождений песчано-гравийной смеси в районе г.Томска: Отчет о гидрологических работах / Сибгипроречтранс. Новосибирск, 1985. 68 с.

71. Попов В.А. Добыча гравия на р.Томи // Человек и вода: Томск, 1990. С. 46-48.

72. Попов И.В. Деформации речных русел и гидротехническое строительство. 2-е изд. перераб. и доп. JT.: Гидрометеоиздат, 1969, — 363 с.

73. Похабов В.И., Елисеева А.А. Методы ЭГДА при исследовании * гидродинамики рек и русловых процессов // Динамика и термика рек,водохранилищ, внутренних и окраинных морей: Тез. докл. IV конф. М., РАН, ИБП. 1994. С. 306-307.

74. Ребковец А.В. Добыча НСМ на реках — экологическое обоснование // Проблемы русловых процессов, эрозии и наносов: VI Всероссийский гидрологический съезд, Секция 6: Тез. докл. СПб., 2004. С.66-67.

75. Ребковец Е.К., Гладков Г.Л. Влияние карьеров НСМ на поток, русла и судоходные условия на реках // Тр. 5 конф. "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей". М., 1999. С. 376-379.

76. Рекомендации по учету руслового процесса при проектировании ЛЭП. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 179 с.

77. Рекомендации по прогнозу деформаций речных русел на участках размещения карьеров и в нижних бьефах гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-128 с.

78. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 15. Алтай и Западная Сибирь. Вып.2. Средняя Обь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1973. -408 с.

79. Россинский К.И., Дебольский В.К. Речные наносы. — М.: Наука, 1980. -215 с.

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

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

82. Руководство по разработке раздела "Охрана окружающей природной среды" в проектах карьеров обводненных месторождений песчано-гравийныхматериалов / Департамент речного транспорта. Управление портов и нерудных строительных материалов. М., 1996. - 125 с.

83. Рыбкин С.И. Морфомстрическая классификация рек // Метеорология и гидрология. 1947. - № 4. С. 46-52.

84. Снищенко Б.Ф. Гидроморфологические зависимости // Речная гидравлика и русловые процессы. Ч. 2. М., 1976. С. 34-43

85. Снищенко Б.Ф., Месерлянс Г.Г. Особенности гидравлики потока в речном карьере//Труды ГГИ. Вып. 337. 1990. С. 26-56

86. Состояние геологической среды на территории Томской области в 1999 г: Информационный бюллетень / Б.А.Егоров, А.О.Крутовский, В.А. Базанов и др.; под ред. А.В.Льготина. Изд-во Территориального центра Томскгеомониторинг, 2000. — 70 с.

87. Справочник по климату СССР. Вып. 20, ч.2. Температура воздуха и почвы. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. — 395 с.

88. Справочник по климату СССР. Вып. 20, ч.4. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 332 с.

89. Трофимов С.С. Экология почв и почвенные ресурсы Кемеровской области. Новосибирск: Наука, 1975. - 300 с.

90. Фащевский Б.В. Основы экологической гидрологии. — Минск: Экоинвест, 1996.-240 с.

91. Хромых О.В. Опыт создания ГИС долины Томи и анализ изменения русла Томи в районе г.Томска с 1896 г. // Вест. Том. гос. ун-та. Прилож. № 3 (IV).-Томск, 2003. С. 110-113

92. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. М.: МГУ, 1979.-232 с.

93. Шамов Г.И. Речные наносы. JL: Гидрометеоиздат, 1959.-378 с.

94. Ш.Ярных Н.А. Лабораторные исследования участков русел рек Оби и

95. Иртыша // Труды ГГИ. 1985. Вып. 301. С. 80-87.

96. Ackers P., White W.R. Sediment Transport: New Approach and Analysis //Journal of Hydraulics Division, ASCE, 1973, Vol. 99, No. HY11. P. 2041-2060.

97. Einstein, H.A. The Bed-Load Function for Sediment Transportation in Open Channel Flows // "Technical Bulletin No. 1026, U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, DC, September 1950. 70 p.

98. Engelund F., Hansen E. A Monograf on Sediment Transport in Alluvial Streams // Teknish Forlad, Technical press, Copenhagen, Denmark, 1967. — 62 p.

99. Laursen E.M. The total sediment load of streams // Journal of Hydraulics Division, ASCE, 1958, Vol. 84, No. HY1.

100. Leopold L.B., Wolman M.L. River channel patterns: braided, meandering and straight // U.S. Geol. Survey Prof. Pap.- 1957. N 282-B. - 85 p.

101. Meyer P.E., Muller R. Formulas for bed-load transport // J. Int. Ass. Hydraul. Res. 1948. - Vol. 2. P. 39-64.

102. Shields С. Application of similarity principles and turbulence research to bed-load movement // Mitteilungen der Preussischen Versuchsanstalt fur Wasserbau. 1936.-24 p.

103. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (НЕС), HEC-6. User's Manual. Davis, CA, 1990.

104. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (НЕС), HEC-RAS. User's Manual. Davis, CA, 1995.

105. Yang C.T. Incipient Motion and Sediment Transport // Journal of Hydraulics Division, ASCE. 1973. Vol. 99. No. HY10. P. 1679-1704.183