CC BY
31
УДК 911.2.551.482.212 В.В. Тимофеева
МОРФОДИНАМИЧЕСКИЕ ТИПЫ РУСЛА НИЖНЕГО ДОНА1
Основным морфодинамическим типом русла Нижнего Дона является меандрирование, значительному развитию которого способствовали геолого-геоморфологические факторы и условия прохождения руслоформирующих расходов воды в условиях естественного стока. Меандрирование наиболее распространено в верхней части Нижнего Дона, где расположены наиболее развитые и крутые излучины. Придельтовый участок имеет более прямолинейные очертания в плане, излучины здесь молодые пологие, русло более устойчивое. Широкое распространение имеет пойменная многорукавность.
Ключевые слова: Нижний Дон, морфологическое строение русла, излучины, русловые разветвления, антропогенная нагрузка.
Введение. Русло Нижнего Дона в значительной степени преобразовано человеком по сравнению с естественным состоянием. Цимлянское водохранилище затопило бывшие русло и пойму, а нижний бьеф и приустьевой участок реки представляют собой природно-техногенную систему, в которой русловые процессы определяются не только природными факторами, но и в значительной мере антропогенными. В силу выгодного географического положения Нижний Дон имеет большое экономическое значение для Южного федерального округа и России в целом. В перспективе Нижний Дон приобретет значение международного транспортного коридора. Для реализации этого проекта федеральной целевой программой "Модернизация транспортной системы России" на 2002—2010 гг. предусмотрены реконструкция гидросооружений и общее углубление русла реки. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки исследования русловых процессов этого участка реки приобретают особую актуальность.
Систематические работы по изучению и описанию Донского речного бассейна проводились с конца XIX до середины XX в. Исследования касались всей реки в целом и посвящались в основном ее судоходным условиям, возможности соединения с Волгой, а также различным аспектам проявления русловых процессов Дона [1, 2, 4, 5, 8, 9, 11, 13]. Последние исследования особенностей руслоформирования Нижнего Дона после зарегулирования его стока проводились в 1952—1960 гг. [2, 12]. В 1990-е гг. были составлены мелкомасштабные карты русловых процессов рек на территории СССР [6, 10]. Однако степень генерализации данных на картах не позволила отразить все многообразие русловых форм Нижнего Дона.
В статье рассмотрен участок реки, однородный по современному ведущему геоморфологическому процессу, — русло Нижнего Дона от плоти-
ны Цимлянского гидроузла до ответвления первого дельтового рукава Мертвый Донец. В задачи исследований входило выделение морфодинамических типов современного русла, определение причин их формирования и современных условий развития, анализ морфометрических показателей типичных форм русла.
Методика исследования. В работе использована методика определения и классификация морфо-динамических типов русла, разработанные в научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева географического факультета МГУ [17, 18]. Формы русла Нижнего Дона анализировались на разных уровнях проявления русловых процессов согласно морфоди-намической классификации речных русел [16, 17]. Основой для выделения той или иной формы русла служили его конфигурация в плане и морфо-метрические параметры. Морфометрическая характеристика форм русла проводилась по топографическим картам масштаба 1 : 25 000, отражающим состояние местности на 1985—1990 гг.
Условия формирования русла Нижнего Дона. Морфология современного русла Нижнего Дона определяется как природными факторами руслофор-мирования, так и антропогенной деятельностью в пределах бассейна. Очевидно, что большую часть времени ведущими факторами развития Донской речной системы были природные, определяющие характер стока воды и наносов в бассейне Дона. С зарегулированием стока Дона Цимлянским водохранилищем в середине XX в. ведущим стал антропогенный фактор.
Главными особенностями истории формирования долины Нижнего Дона являются относительный тектонический покой, отсутствие покровного плейстоценового оледенения, господство на протяжении всего антропогена речного режима в долине, а также напряженное развитие эрозионных, флювиальных и денудационных процессов.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 07-05-00421).
Рис. 1. Морфодинамические типы русла Нижнего Дона: I ленное русло; III — русло, разветвленное на рукава; IV
— меандрирующее русло; II — относительно прямолинейное неразветв-
— линия коренного берега. Рукава: 1 — Мертвый Донец (дельтовый),
2 — Аксай, 3 — Старый Дон, 4 — протока Сухая; притоки: 5 — р. Маныч, 6 — р. Сал, 7 — р. Северский Донец, 8 — р. Кагаль-ник; 9 — Цимлянское водохранилище. Цифрами в кружках обозначены населенные пункты: 1 — г. Ростов-на-Дону, 2 — г. Аксай,
3 — ст. Багаевская, 4 — ст. Мелиховская, 5 — ст. Раздорская, 6 — ст. Кочетовская, 7 — г. Константиновск, 8 — ст. Николаевская, 9 — ст. Мариинская. Диаграмма: Морфодинамические типы широкопойменного (А) и адаптированного (Б) русла (протяженность участков, % от длины Нижнего Дона)
Такая история формирования бассейна Нижнего Дона способствовала накоплению легкоразмы-ваемых отложений. Ложе долины выполнено толщей четвертичных осадков мощностью 10—15 м, а в дельте более 30 м. Пойменные отложения преимущественно песчано-глинистные, коренные берега сложены песками и известняками. Русловой аллювий Нижнего Дона представлен мелкими и средними песками со средней крупностью 0,2—0,3 мм [7]. Преимущественное распространение рыхлых аллювиальных отложений обусловило слабую сопротивляемость берегов реки эрозии.
До зарегулирования стока Цимлянским водохранилищем руслоформирующие расходы воды на Нижнем Дону проходили при уровнях, близких к высоте пойменных бровок, и при затопленной пойме. Такой режим создавал благоприятные условия для интенсивного развития и смещения излучин, а также их спрямления. В условиях естественного стока Нижний Дон характеризовался слабой устойчивостью и значительной извилистостью русла, причем коэффициент извилистости часто изменялся в результате быстрого спрямления излучин. В связи с изрезанностью дна долины староречья-ми и легкой размываемостью ложа поток быстро переходил в староречья, используя их для своего нового русла.
После зарегулирования стока руслоформиру-ющие расходы воды стали проходить в пределах пойменных бровок, что обусловило активные деформации перекатов. Такой режим способствует стабилизации русла, снижает вероятность и увеличивает время перехода русла в новое положение — в староречья, пойменные и спрямляющие
излучины протоки. В результате сезонного и многолетнего регулирования стока реки, а также комплекса выправительных работ, выполнявшихся для улучшения условий судоходства, повысилась устойчивость русла, чрезмерно развитые излучины были искусственно спрямлены [14, 15].
Для Нижнего Дона характерны свободные геолого-геоморфологические условия формирования русла: около 70% длины рассматриваемого участка имеет двухстороннюю пойму и 30% — одностороннюю левобережную. К коренному правому берегу русло подходит на участках у ст. Мариинской, от хут. Ведерников до г. Константиновска, от ст. Раздорской до ст. Мелиховской, от г. Аксая до г. Ростова-на-Дону (рис. 1). В настоящее время на долю меандри-рующего русла приходится 59% длины русла Нижнего Дона. Относительно прямолинейное неразвет-вленное русло занимает 26%, русло, разветвленное на рукава, — 15% протяженности Нижнего Дона. При двухсторонней пойме наибольшую протяженность имеет меандрирующее русло, наименьшую — разветвления на рукава. Адаптированное русло Нижнего Дона на большем протяжении относительно прямолинейное неразветвленное и разветвленное на рукава. При подходе к коренному берегу русло образует вынужденные излучины.
Меандрирующее русло. Дон относится к рекам с типичным меандрирующим руслом. Последовательно расположенные излучины, соединяющиеся иногда относительно прямолинейными вставками, формируют серии из 2—9 излучин, составляющие морфологически однородные участки. Меандриро-ванию Дона способствуют свободные геолого-геоморфологические условия развития русловых про-
Морфометрические параметры излучин Нижнего Дона*
Тип излучины Число Средние значения параметров излучин
излучин l, м L, м r, м h, м B, м l/L а, град. r/h
сегментная пологая 24 3139 2542 1427 775 368 1,23 — 2,16
1051 800 463 323 134 0,06 0,94
Свободные сегментная развитая 10 4157 1339 2735 872 1230 506 1147 322 297 122 1,52 0,06 — 1,06 0,23
сегментная крутая 3 3458 805 1833 439 800 200 1254 253 358 61 1,89 0,02 — 0,63 0,07
омеговидная 1 7500 3625 1300 2925 350 2,07 — 0,44
синусоидальная 1 2750 1163 500 1075 400 2,37 — 0,46
о я н е пологая 1 4000 3200 2000 1000 1050 1,25 30 2
развитая 3 6416 1278 4192 994 1150 767 2042 328 267 44 1,55 0,08 53 9 0,59 0,34
ну ы я крутая 1 4750 3125 1050 1525 250 1,52 80 0,68
Итого 45 3762 2672 1301 1056 417 1,41 54 1,58
1305 888 501 454 167 0,21 15 0,83
* Над чертой — среднее значение, под чертой — отклонение от среднего.
цессов, малая высота поймы, а также характер грунта дна и берегов реки.
Современное русло Нижнего Дона образует 44 излучины, из которых 39 развиваются в пойменных берегах, и лишь 5 — на подходе к правому коренному берегу. В таблице приведены средние для каждого типа излучин морфометрические показатели (измеренные по методике [18]): длина излучины по руслу l, шаг излучины L, радиус кривизны r, стрела прогиба h, ширина меженного русла в вершине излучины B, степень развитости излучины (l/L для свободных излучин и а для вынужденных излучин), коэффициент формы излучины r/h.
Из данных таблицы видно, что большинство излучин Нижнего Дона находится на ранней стадии развития (по классификации [18]). Это связано с изменившимися условиями прохождения рус-лоформирующих расходов воды, величины которых теперь недостаточно для интенсивного развития излучин, а также с искусственным спрямлением излучин с показателем степени развитости l/L >3,0. Искусственные протоки Романовская, Каргальская, Кагальницкая, Алитубская, спрямление Горелого колена разрабатывались с целью улучшения условий судоходства на Нижнем Дону в период строительства Волго-Донского судоходного канала.
Наиболее развитые излучины находятся в верхней части рассматриваемого участка — от плотины Цимлянского гидроузла до ст. Мариинской, а также между г. Константиновском и ст. Раздорской. Ниже ст. Раздорской преобладают пологие сегментные излучины (85% излучин этого участка). Такое положение более развитых излучин в верхней части Нижнего Дона, а менее развитых в нижней связано
с различной скоростью русловых переформирований на этих участках. Более высокая скорость развития излучин на участке выше ст. Раздорской определяется как значительными уклонами, так и преобладанием песчаной фракции в руслообразую-щих наносах на этом участке. Действительно, многочисленные озера-старицы подковообразной формы в верхней части Нижнедонской поймы свидетельствуют об активно развивавшихся переформированиях меандрирующего русла.
При движении вниз по течению содержание тонких наносов в аллювиальных отложениях Дона увеличивается, что ограничивает скорость развития излучин. Так, ниже ст. Раздорской руслообразую-щие наносы представлены в основном суглинками, супесями, а также илами, глинами. Незначительные уклоны приустьевого участка также не способствуют интенсивным горизонтальным деформациям. Излучины здесь имеют большие размеры, их плановые очертания более пологие.
Морфометрические показатели излучин закономерно изменяются вниз по течению реки с увеличением ее водоносности. Так, на участке реки ниже г. Константиновска повышенные значения имеют длина излучины по руслу I, шаг излучин Ь и стрела прогиба к, что объясняется преобладанием на этом участке молодых пологих излучин.
Радиус кривизны г значительно возрастает у излучин ниже ст. Мелиховской. Так, излучины выше ст. Мелиховской имеют средний радиус кривизны около 1000 м, тогда как ниже ст. Мелиховской — около 1800 м. Ширина русла в вершине излучин В также увеличивается на участке ниже ст. Мелиховской, что объясняется, помимо увеличения водо-
носности реки, наличием разветвлений второго и третьего порядка (островов и осередков) в вершинах излучин. В целом пониженные значения радиуса кривизны г и ширины русла в вершине излучин В соответствуют участку распространения развитых и крутых излучин (т.е. выше ст. Раздорской).
В настоящее время средний для Нижнего Дона коэффициент извилистости русла составляет 1,41. Значение коэффициента извилистости неодинаково на всем протяжении Нижнего Дона: от Цимлянского водохранилища вниз по течению коэффициент увеличивается, достигая максимума посередине участка, а затем снова уменьшается к дель-
А
В
1 0 1 2км
Рис. 2. Примеры морфодинамических типов русла Нижнего Дона: А — излучины с разветвлениями второго порядка; Б — относительно прямолинейное адаптированное русло и пойменно-рус-ловое разветвление; В — пойменно-русловое разветвление; I — уступ коренного берега долины; II — линия современного фарватера; III — линия фарватера 1956 г.
те. Так, на участке Цимлянское водохранилище— ст. Мариинская коэффициент извилистости русла составляет 1,34 (7 излучин, разделенных прямолинейными вставками), устье Северского Донца— ст. Раздорская — 1,63 (серия из 9 излучин), ст. Ба-гаевская—г. Аксай — 1,27 (8 излучин, чередующихся с относительно прямолинейным неразветвлен-ным и разветвленным руслом).
По данным Н.И. Маккавеева и Н.В. Хмелевой [5], за период с 1704 по 1949 г. за счет активного спрямления излучин коэффициент извилистости русла Нижнего Дона уменьшился с 1,48 до 1,35. Увеличение коэффициента извилистости к настоящему времени до 1,41 объясняется, очевидно, тем, что с антропогенным изменением гидрологического режима изменился и механизм спрямления излучин. В условиях естественного стока Нижнего Дона излучины спрямлялись путем образования пойменного протока при прохождении руслофор-мирующих расходов воды при затопленной пойме. Вероятность спрямления крутых излучин была очень высока, поскольку пойма затапливалась даже в маловодные годы. В условиях зарегулированного стока излучины продолжают развиваться, увеличивается степень их развитости ¡/Ь, однако зарегулированного расхода воды недостаточно для образования спрямляющего пойменного протока.
Для излучин Нижнего Дона характерно наличие осередков и островов в крыльях или вершине излучины (рис. 2, А). В связи с этим можно предположить, что при зарегулированном водном режиме излучины будут спрямляться путем отчлене-ния побочня от выпуклого берега, формирования осередка и перехода динамической оси потока в образовавшуюся спрямляющую протоку. Размеры осередка постепенно увеличиваются, он зарастает и превращается в остров, осложняя излучины разветвлениями второго порядка. Однако такой механизм спрямления излучин более длительный (по сравнению с образованием пойменного протока) и создает некоторые дополнительные трудности для судоходства вследствие постепенного сужения трассы судового хода.
Относительно прямолинейное неразветвленное русло. Относительно прямолинейное неразветвленное русло образует вставки между излучинами и морфологически однородные участки как вдоль коренного берега (60% длины всего прямолинейного русла), так и в пойменных берегах. Наиболее протяженный участок прямолинейного русла в пойменных берегах находится в районе ст. Николаевской (10,6 км), вдоль коренного берега — у городов Ростов-на-Дону и Аксай (14 км).
Прямолинейные участки русла Нижнего Дона имеют различный генезис. Большинство участков в пойменных берегах образовалось в результате спрямления излучин или переформирования разветвлений (у ст. Николаевской, от ст. Багаевской до ст. Манычской). Такие участки относятся к дина-
мически неустойчивым, поскольку представляют собой лишь этап в процессе развития меандриро-вания или разветвления.
На участках вдоль коренного берега (ст. Пух-ляковская—ст. Мелиховская, г. Аксай—г. Ростов-на-Дону) русло, вероятно, изначально сформировалось как относительно прямолинейное и длительное время сохраняло свои плановые очертания, направленно смещаясь параллельно своей оси в сторону коренного берега. Русло на участке г. Аксай—г. Ростов-на-Дону (рис. 2, Б) динамически устойчивое, чему способствуют малые уклоны и более устойчивый к размыву речной аллювий. Общие плановые очертания этого участка неизменны с XVIII в. [2].
На переформирования прямолинейного русла у ст. Пухляковской—ст. Мелиховской влияют выше-и нижележащие участки меандрирующего русла (серии из 10 и 5 излучин соответственно), русло менее устойчивое и трансформируется в серию вынужденных и адаптированных излучин.
Русло, разветвленное на рукава. Хорошо выраженная внутригодовая неравномерность стока воды в естественных условиях, повышенная изменчивость годового стока, насыщенность потока наносами способствовали развитию русловой разветвленности различных уровней (осередковой, русловой, пойменной). На Нижнем Дону встречаются разнообразные морфодинамические типы разветвлений, хотя в целом разветвленное русло занимает небольшое место среди типов русла.
Дельтовое происхождение поймы Нижнего Дона [3] и активные миграции русла по пойме обусловили широкое распространение пойменной много-рукавности. Наиболее крупные протоки — Аксай, Старый Дон, протока Сухая (рис. 1). В настоящее время поверхность поймы в значительной степени преобразована многочисленными мелиоративными каналами, польдерами и дамбами, что способствует ограничению водности пойменных проток. Однако пойменные протоки не заиливаются, поскольку в Нижний Дон поступает осветленная вода из Цимлянского водохранилища.
Значительную протяженность имеют пойменно-русловые разветвления, образовавшиеся в результате интенсивных переформирований русла и использования им староречий, пойменных проток и озер для своего нового русла. На Нижнем Дону существуют 4 пойменно-русловых разветвления (все с правым рукавом вдоль коренного берега): у г. Кон-стантиновска (о. Лучка), у ст. Раздорской (о. По-речный), в узле слияния Северского Донца и Дона (о. Чебачий, о. Куркин), у г. Ростова-на-Дону (о. Зеленый). Для разветвлений характерны попеременная активизация рукавов и их автономное развитие, формирование своих типов русла у каждого из них (обычно меандрирование). В настоящее время в трех разветвлениях основными являются правые рукава, тогда как левые маловодны, в по-
следнем разветвлении рукава примерно одинаковы по водности.
Представляет интерес пойменно-русловое разветвление у ст. Раздорской (рис. 2, В). Правый (основной) рукав является бывшим руслом р. Пореч-ной, левый рукав — старым руслом Дона. Н.П. Пу-зыревский [1] отмечал особенность этого участка, заключающуюся в устойчивости разветвления: несмотря на то что длина р. Поречной превышает длину Старого Дона, рукав не отмирает, продолжая развиваться. В настоящее время правый рукав образует вынужденную излучину, на крыльях которой начинают формироваться излучины второго порядка. Левый маловодный рукав образует 4 свободные излучины.
Помимо пойменно-русловых на Нижнем Дону распространены односторонние разветвления (о-ва Кривой Ерик, Буян, Большой). Острова каплевидной формы имеют в среднем длину около 2—2,5 км, ширину 500—700 м, высоту в межень до 3—5 м и разделяют русло на основной и маловодный рукава. Как правило, основной рукав прямолинейный, а маловодный изогнутый. Адаптированное одиночное русловое разветвление встречается у ст. Пухляковской.
Разветвления русла представлены на Нижнем Дону не только как самостоятельный морфодина-мический тип русла, но и как тип русла второго и третьего порядка. На участке реки ниже устья р. Северский Донец крылья и вершины излучин (рис. 2, А) и относительно прямолинейные участки русла осложнены осередками и островами, размеры которых увеличиваются при движении к дельте Дона.
Заключение. Природные факторы русловых процессов Нижнего Дона в естественных условиях обусловили формирование сложной иерархии форм русла. Меандрирование и разветвления представлены на всех уровнях проявления русловых процессов — от уровня макроформ русла (изгибы оси пояса меандрирования и пойменная многорукав-ность) до форм русла третьего порядка (изгибы динамической оси потока и осередковая разветв-ленность).
Основным морфодинамическим типом русла Нижнего Дона является меандрирование. Отмечается закономерное расположение более крутых и развитых излучин в верхней части рассматриваемого участка, а более пологих и молодых — в нижней. В целом меандрирующее русло более распространено в верхней части Нижнего Дона (выше ст. Раздорской), тогда как в нижней части русло имеет более прямолинейные очертания. Русловые и пойменно-русловые разветвления на Нижнем Дону встречаются лишь ниже г. Константиновска. Широкое распространение получила пойменная много-рукавность.
Развитию меандрирования и пойменной мно-горукавности на Нижнем Дону способствовали ма-
лые уклоны дна долины, легко размываемые грунты, слагающие русло и пойму реки, значительная сезонная неравномерность стока, прохождение рус-лоформирующих расходов воды при затопленной пойме. Наибольшей изменчивостью в условия ес-
тественного стока характеризовалось русло верхней части Нижнего Дона. Особая устойчивость русла отмечена на 20-километровом участке вдоль правого коренного берега долины непосредственно выше дельты Дона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вопросы гидротехники свободных рек. М.: Изд-во Министерства речного флота СССР, 1948.
2. Гидрология и водное хозяйство Волго-Дона / Под ред. С.Н. Крицкого, М.Ф. Менкеля. М.; Л.: Гос. энерг. изд-во, 1960.
3. Горецкий Г.И. Аллювиальная летопись великого Пра-Днепра. М.: Наука, 1970.
4. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955.
5. Маккавеев Н.И, Хмелева Н.В. Смещение речных излучин // Речной транспорт. 1965. № 1. С. 34—36.
6. Морфология и динамика русел рек Европейской России и сопредельных государств: Карта, масштаб 1 : 2 000 000. М.: Федер. служба геодезии и картографии, 1999.
7. Природа, хозяйство, экология Ростовской области: Учеб. пособие. Батайск: Батайское книжное изд-во, 2002.
8. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 7. Донской район / Под ред. М.С. Протасьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.
9. Русловой режим рек Северной Евразии (в пределах бывшего СССР) / Под ред. Р.С. Чалова. М.: Изд-во МГУ, 1994.
10. Русловые процессы на реках СССР. Масштаб 1 : 4 000 000. М.: ГУГК, 1990.
11. Самохин А.Ф. Дон и его притоки. Ростов н/Д,
1948.
12. Серебряков А.В. Особенности формирования русла Дона ниже Цимлянской ГЭС // Речной транспорт. 1959. № 4. С. 38—40.
13. Справочник по водным ресурсам СССР. Т. X. Северный Кавказ. Л.: Редиздат ЦУЕГМС, 1936.
14. Тимофеева В.В. Гидрологический режим и направленные русловые деформации Нижнего Дона // Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов. М., 2006. С. 239—245.
15. Тимофеева В.В. Условия формирования русла Нижнего Дона // Эрозия почв и русловые процессы. М., 2005. Вып. 15. С. 207—218.
16. Чалов Р.С. Факторы русловых процессов и иерархия русловых форм // Геоморфология. 1983. № 2. С. 16—26.
17. Чалов Р.С, Алабян А.М, Иванов В.В. и др. Мор-фодинамика русел равнинных рек / Под ред. Р.С. Чало-ва. М.: Изд-во МГУ, 1998.
18. Чалов Р.С, Завадский А.С, Панин А.В. Речные излучины. М.: Изд-во МГУ, 2004.
Научно-исследовательская лаборатория эрозии почв Поступила в редакцию
и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева 30.09.2007 географического факультета МГУ: аспирант, e-mail: [email protected]
V.V. Timofeeva
MORPHODYNAMIC TYPES OF THE LOWER DON RIVER CHANNEL
Meandering is the main morphodynamic type of the lower Don River channel. It is widespread due to favorable geological and geomorphologic factors and specific features of channel-forming water flow. Meandering is more common to the upstream part of the lower Don River where the best-developed and sharpest meanders occur. The near-delta reaches are more linear-oriented, with young and gentle meanders and rather stable channel. A lot of by-channels are typical for the river floodplain.
Key words: Lower Don, riverbed morphology, meander, streamflow separation, anthropogenic load.
