ДИНАМИКА РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА НА УЧАСТКЕ РАЗВЕТВЛЕННОГО РУСЛА Р. АМУР
*, *, **
* Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук, Хабаровск, *****@***as. khb. ru, *****@***as. khb. ru
** Хабаровский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с функциями регионального специализированного метеорологического центра всемирной службы погоды, Хабаровск, *****@***kht. ru
По многолетним натурным данным проведен анализ перераспределения стока воды по основным рукавам на участке разветвленного русла реки Амур в окрестностях г. Хабаровска. Дана оценка современного состояния русловых процессов и их изменения под влиянием строительства полузапруд в протоках.
Рассмотрены виды хозяйственной деятельности, оказавшие влияние на интенсивность русловых переформирований и величину стока наносов и обострившие в последние 50-60 лет многие экологические проблемы. Выявлено, что наиболее сильное преобразование русла реки Амур в пределах Хабаровского водного узла происходило последние 30 лет.
DYNAMICS OF RIVERBED PROCESSES AND REDISRIBUTION OF THE AMUR RIVER FLOW IN ITS MUTI-CHANNEL PASSAGE
Kim V. I.*, Makhinov A. N.*, Salnikov V. I.**
* Institute of Water and Ecology Problems Far Eastern Branch Russian Academy of Science, Khabarovsk, *****@***as. khb. ru, *****@***as. khb. ru
** Khabarovsk Centre for Hydrometeorology and Environmental Monitoring with Functions of Regional Specialized Meteorological Centre of the World Weather Service, Khabarovsk, *****@***kht. ru
Data of long-term field studies allowed describing the redistribution of the Amur flow between its main sub-channels near Khabarovsk. Riverbed processes and their changes under the impact of half-dam construction on the river sub-channels were assessed.
Intensive economic activities in the Amur Basin in the recent 50-60 years sharpened many ecological problems and affected the intensity of riverbed transformations and sediment runoff. In recent 30 years the Amur riverbed near Khabarovsk underwent most significant transformations.
Долина реки Амур на участке Среднеамурской низменности от г. Хабаровска до г. Комсомольска-на-Амуре характеризуется чередованием сужений и пойменных расширений, в которых русло разделяется на множество проток различной конфигурации и размеров. В расширениях поймы образуются сложные пойменно-русловые разветвления, характеризующиеся особенно интенсивной динамикой русловых процессов и перераспределения стока воды между основными рукавами реки [1-3].
В пределах Хабаровского водного узла русло Амура формируется в условиях свободного проявления русловых деформаций. Крупные и мелкие рукава веерообразно расходятся в направлении вниз по течению и образуют исключительно сложную гидрографическую сеть. Крупные рукава, шириной обычно 0,8-1,5 км образуют довольно устойчивый во времени каркас речной сети разветвленно-дельтового типа. Эти рукава дробятся и сливаются с десятками более мелких постоянных или временно действующих потоков. Большинство из них на значительном протяжении свободно меандрируют, однако кривизна излучин невелика. Изредка крупные рукава развиваются по схеме незавершенного меандрирования, образуя прорванные излучины.
Река Амур на всем протяжении нижнего течения (вплоть до устья Сунгари) характеризуется положительным балансом стока наносов, что предопределяет многие специфические особенности развития русловых процессов. Интенсивная аккумуляция аллювиальных отложений в русле и на пойме обусловливает формирование особенно сложных разветвлений русла, высокую активность горизонтальных деформаций русел основных и второстепенных рукавов, небольшую высоту и высотную одноуровенность поймы [5, 6].
Интенсивная хозяйственная деятельность в бассейне реки Амур в последние 50-60 лет обострила многие экологические проблемы и оказала влияние на интенсивность русловых переформирований и величину стока наносов. Особенно сильное преобразование русла реки Амур в пределах Хабаровского водного узла происходило последние 30 лет. Причинами его стали строительство ГЭС на крупных притоках Амура, добыча песка и гравия в русле реки, сооружение польдера на острове Большой Уссурийский, вдольбереговых дамб и другие антропогенные и природные факторы.
Русловые процессы на урбанизированных территориях подвержены разнообразным антропогенным воздействиям, существенно влияющим на их динамику [7]. Особенно это проявляется в пределах больших пойменно-русловых разветвлениях, в частности в пределах Хабаровского водного узла. Русло реки на этом участке в последние десятилетия испытывает значительные преобразования, обусловленные естественными процессами и активной хозяйственной деятельностью.
Основной рукав реки Амур характеризуется извилистым руслом. Коэффициент извилистости составляет 1,4. Вогнутые берега излучин подвергаются размыву, а вдоль выпуклых берегов происходит формирование кос. Русловые деформации наиболее интенсивно проявляются на излучинах [8-10]. Пемзенская протока, спрямляющая в настоящее время вдвое излучину главного русла, 60 лет назад не существовала, а на ее месте находились узкие ложбины, частично заполненные водой.
Интенсивное преобразование русла р. Амур в окрестностях г. Хабаровск, приняло необратимый характер в связи с развитием проток Пемзенской и Бешеной с 1970-х годов прошлого века. Наиболее динамично эрозионные процессы происходили в протоке Пемзенской, имеющей в настоящее время ширину вблизи истока 400-450 м. Глубина воды в ней зимой составляет 6-7 м, увеличиваясь в паводки до 11-12 м.
В зимний период по ней проходило 60 % всего стока р. Амур, а летом при подъеме уровней на 4-5 м доля стока уменьшалась до 45 %. Скорость течения воды вследствие больших уклонов составляла 1,5 м/с летом и 1,0 м/с зимой. Осенний и весенний ледоходы проходили по протоке Пемзенской.
В основном русле Амура ниже истока протоки Пемзенской активно формировались крупные аккумулятивные образования, быстро развивающиеся в пойменные острова значительных размеров. Их смещение вниз по течению грозило занести песком главный водозабор, снабжающий водой значительную часть Хабаровска.
До 2004 г. в протоку Пемзенскую уходил в основном жидкий сток, а донные наносы продолжали движение в сторону главного русла Амура. В условиях уменьшения количества воды они накапливались в русле, образуя косы, осередки и крупные острова с растительностью. Глубина реки существенно уменьшилась и не превышала 3-4 м в зимний период на плесах и одного метра на перекатах. Скорость роста островов в высоту достигала нескольких метров за 4-5 лет. К настоящему времени на участке русла Амура от истока протоки Пемзенской до места впадения Амурской протоки (у пос. Уссурийский) накопилось около 200 млн. тонн наносов.
В середине первого десятилетия нового века наметилась тенденция к перехвату Пемзенской протокой основного стока донных наносов. Первые подводные формы рельефа уже стали «втягиваться» в исток протоки, что неизбежно вызвало бы интенсивные боковые деформации русла.
Протока Бешеная после этапа активного развития, прерванного интенсивным расширением Пемзенской протоки, довольно быстрыми темпами деградировала – мелела, уменьшалась в размерах и заносилась песком, который образовал обширные косы вдоль берегов. Но ее перекрытие было также необходимо, т. к. в случае строительства полузапруды только в Пемзенской протоке сток в протоке Бешеной резко возрастал бы, и тогда она могла составить конкуренцию главному руслу Амура.
Измеренные расходы воды в зимне-весенний период (март 2005 г.) показали, что сток по рукавам р. Амур распределялся следующим образом: Пемзенская протока – 58 %, Бешеная – 5 %, основное русло Амура – 29 % и Амурская протока – 8 %.
В зимний период 2005-2006 гг. протоки Пемзенская и Бешеная были перекрыты полностью каменной полузапрудой. Перекрытие протоки Пемзенская произошло 10 декабря 2005 г., а протоки Бешеная – в начале 2006 г. После строительства полузапруд сток воды в протоках существенно сократился до минимальных значений, определяющихся фильтрацией сквозь тела полузапруд. В марте 2006 г. расходы воды составляли всего 80 куб. м/с в Пемзенской и 25 куб. м/с в Бешеной протоках.
Непосредственно после перекрытия обеих проток расход воды на участке основного русла реки Амур ниже истока протоки Бешеной возрос до 1110 м3/с (9.02. 2006 г.), что составило 56, 6 % общего стока воды. Глубины увеличились на 1,5 -2,0 м. В дальнейшем доля стока этого участка составляла более половины, снижаясь до 45 % лишь во время прохождений значительных паводков на Амуре.
В летний период 2006 г. расходы воды в протоке Пемзенской в связи с общим повышением уровней воды в Амуре существенно увеличились. При последовавшем переливе воды через гребень плотины летом 2006 г., а также под воздействием ледохода и высоких уровней воды в 2007 г. произошел размыв верхней части отсыпки горной массы. Практически через все протяжение полузапруды в течение всего летнего периода 2007 г. вода переливалась потоком глубиной более 2 м.
Протока Бешеная меньше пострадала от размыва и ледохода. Полузапруда летом при переливе через нее воды ограничивает водопропускную способность протоки на уровне несколько ниже, чем в естественных гидрологических условиях.
В целом, строительство полузапруд в истоках проток позволило существенно уменьшить их водность. По многолетним натурным исследованиям построен график зависимости расходов воды в протоке Пемзенской от уровней воды до и после строительства полузапруды (рис.). В частности, при относительно низких уровнях воды в протоке Пемзенской расходы в ней уменьшились на 1000-1200 куб. м/с. Однако с повышением уровня воды в Амуре на 1,5-2,0 м эта разница становится несущественной.
Рис. Соотношение уровней (H) и расходов воды (Q) в протоке Пемзенской до строительства полузапруды (1) и после строительства (2)
Таким образом, полузапруда в протоке Пемзенская в современном ее состоянии способна предотвратить дальнейший рост водности протоки (оттока в нее из основного русла), но не исключает возможность продолжения размыва берегов на ее участке от запруды до устья, т. е. способна выполнять лишь часть своей функции [11].
В протоке Бешеной расход воды уменьшился на 150 – 200 м3/с. Однако снижение стока наблюдается только при низких уровнях воды, а при уровнях, превышающих 50 см по водомерному посту г. Хабаровска снижение практически не отмечается вследствие перелива воды через плотину.
Увеличение стока в восстановленном русле Амура обусловило интенсивный размыв берегов, углубление русла особенно ниже истока протоки Бешеной, а также усиленное накопление наносов и формирование аккумулятивных форм на участке ниже зоны активных эрозионных процессов [12]. В зимнюю межень 2011-12 гг. впервые напротив устья протоки Чумной и выше по течению вдоль правого берега Амура образовалась узкая (50-70 м), но протяженная (1000-1200 м) полынья, существовавшая в течение всей зимы.
Следует отметить, что в русле р. Амур ниже центральной части города будет продолжаться процесс переотложения значительная часть вынесенных в паводки песчаных отложений с вышерасположенного участка реки. Как показывает анализ, основанный на изучении тенденции развития рукавов многорукавного русла в процессе перераспределения стока (в частности протоки Пемзенской в ее устье при слиянии с р. Амур), основное накопление вынесенных отложений произойдет вдоль левого берега р. Амур.
Литература
1. Махинов рельефообразование в условиях аллювиальной аккумуляции. Владивосток: Дальнаука, 2006. 232 с.
2. , Махинов паводочной волны и водный режим в нижнем течении р. Амур // Материалы научной конференции по проблемам водных ресурсов Дальневосточного экономического района и Забайкалья. С.- Петербург: Гидрометеоиздат, 1991. С. 513-519.
3. Чалов разветвленные русла равнинных рек: условия формирования, морфология и деформации //Водные ресурсы. 2001. Т. 28. № 2. С. 166-171.
4. Чалов : теория, география, практика. Т. 1. Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 608 с.
5. Махинов процессы и формирование поймы в условиях устойчивой аккумуляции наносов в долине реки //Геоморфология. 1990. №3. С. 75-84.
6. , , Чернов аккумуляция наносов и морфология русла Нижнего Амура //Геоморфология. 1994. № 4. С. 70–78.
7. , , Чернов процессы на проблемных разветвленных участках Нижнего Амура //Комплексные исследования природной среды в бассейне реки Амур: мат-лы межрег. науч. конф. Кн. 1. Хабаровск: ДВО РАН, 2009. С. 72-76.
8. Трегубов эрозия русла рек Амура и Зеи //Амурский сборник, 1. Хабаровск: Приам. фил. Геогр. о-ва СССР, 1959. С. 79-88.
9. , К вопросу о морфологических особенностях многорукавных речных русел на участке впадения притока //Метеорология и гидрология, 1971. № 1, с.48-61.
10. Знаменская русловых процессов в условиях естественной изменчивости стока //Водные ресурсы. 1981. № 1. С. 89-101.
11. , Махинов деформации в пойменно-русловых разветвлениях реки Амур //Материалы Иркутского геоморфологического семинара. Чтения памяти «Теория геоморфологии и ее приложение в региональных и глобальных исследованиях». Иркутск: ИЗК СО РАН, 2010. С. 94-95.
12. , Махинов деформации и перераспределение стока на участке разветвленного русла и их изменение при строительстве гидротехнических сооружений (на примере р. Амур) //Отечественная геоморфология: прошлое, настоящее, будущее. Материалы ХХХ пленума геоморфологической комиссии РАН. Санкт-Петербург: СПбГУ, 2008. С. 211-212.
