УДК 627.141; 627.15: 556.537(234.421.1; 234.9)
Крыленко И.В., Дзагания Е.В., Крыленко В.И.
О СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ РУСЕЛ МАЛЫХ ГОРНЫХ РЕК
(НА ПРИМЕРЕ УКРАИНСКИХ КАРПАТ И ЗАПАДНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ)
Донецк 2006 УКРАИНА ООО <ЭКОТЕХНОЛОГИЯ>
За последние десятилетия острый характер и важное практическое
значение приобрела проблема малых горных рек, вызванная, во-первых,
хозяйственным освоением горной зоны (то есть территории водосборов
малых горных рек) и, во-вторых, определяющим влиянием малых
горных рек на водоносность, гидрологический режим и др.
характеристики средних и больших рек (которые они образуют), а также
тем, что они легче подвержены отрицательному влиянию
антропогенных воздействий, вызывающих в ряде случаев опасные
природные явления или усиливающих их разрушительные свойства.
Для сравнительного анализа и выявления зоналтных закономерностей
на малых реках выбраны две горные системы - Западный Тянь-Шань и
Украинские Карпаты, отличающиеся географиче-ским положением,
климатом, степенью хозяйственной освоенности и антропогенных воз-
действий на русловые процессы малых рек, и в то же время имеющие
схожие физико-географические условия, годовое количество осадков и
паводковый режим, т.е. те факторы, от которых в значительной степени
зависят характеристики русловых процессов на горных реках. Если на
их средних и крупных реках русловые процессы относительно изучены и
учитываются при решении инженерных и др. хозяйственных задач, то на
малых реках они мало исследованы (имеются лишь отдельные сведения,
полученные в ходе исследования более крупных рек, истоками или при-
токами которых являются малые реки).
В данной рукописи даны анализ особенностей и общая характеристи-
ка структурной организации русел малых горных рек (на примере
Украинских Карпат и Западного Тянь-Шаня). Работа выполнена авторами
по своей инициативе, с использованием доступных сведений по теме. Ав-
торы выражают благодарность М.В.Крыленко, Г.В.Крыленко,
Е.З.Кодрянской-Лиман за помощь в организации и проведении полевых
исследований и В.И.Крыленко - за помощь в обработке материалов руко-
писи и подготовку их к публикации.
Принято считать, что русловые процессы имеют довольно четкую
дискретную структуру, позволяющую выделить характерные структур-
ные уровни [1] и др. В пределах одного русла в принципе возможны
структурные образования всех уровней - от микроформ до макроформ
руслового рельефа. В горах на малых реках (с их глубиной, измеряемой
скорее сантиметрами, чем метрами), русла которых большей частью
врезаны в монолиты коренных пород, а фрагменты маломощного аллю-
вия состоят в основном из обломков скал, глыб и валунов с заполните-
лем из гальки и гравия, маловероятно образование структур низшего
уровня - микроформ руслового рельефа, имеющих высоту не более 0,1*h
(где h - глубина водотока) и длину не более 0,1*В (где В - ширина водо-
тока), поскольку размеры частиц превышают размеры микроформ. Ти-
пичные размеры мезоформ (их высота и протяженность соизмеримы с
глубиной и шириной потока) уже позволяют их создание, но также не на
крутых уклонах и не из обломков скал (для которых характерен хаос, а
не структура), а там, где русло выполаживается и материал становится
пригодным для создания упорядоченных структур силами потока и ру-
словых переформирований на уровне мезоформ. На уровне мезоформ за-
канчивается иерархия русловых процессов, если русло зафиксировано
(естественно или искусственно). Русловые деформации на более высоком
уровне (макроформ) могут развиваться лишь при незакрепленной бере-
говой линии и при наличии поймы (макроформы в целом определяют
русловые процессы реки и ее морфологический тип [1-4]. Продолжи-
тельность деформаций на уровне макроформ весьма велика и соизмери-
ма со сроками, в течение которых могут меняться природные факторы,
влияющие на русловые процессы. Размеры плановых деформаций русла,
приводящие к его коренной перестройке, имеют порядок нескольких его
ширин. Скорость плановых деформаций естественных водотоков обыч-
но лежит в пределах 1 м/год, поэтому, характерный временной период
русловых деформаций, приводящих к качественной перестройке русла, в
?500 раз больше, чем на уровне мезоформ (то есть достигает нескольких
столетий). Однако, это касается в основном равнинных рек и лишь в не-
которой степени может быть приемлемо для условий горных рек.
И.В.Розовский с соавт. [5] в результате обследования рек Украинских
Карпат сделали вывод о сходстве горных и предгорных рек с равнинны-
ми, поскольку они подчинены тем же основным закономерностям рус-
лоформирования, а основные различия выражаются в проявлении огра-
ничивающего фактора и в способах питания наносами. Это позволило
использовать для Карпат существующие типизации [3-4], делая к ним
некоторые добавления или уточнения. А.Н.Кафтан [6] выделил следую-
щие типы русел на реках Укр. Карпат: скальное, стесненное, осередко-
вое, ограниченное меандрирование, незавершенное меандрирование,
свободное меандрирование.
Структурная организация русла на любом участке реки определяет-
ся его продольным и поперечным профилями, а также взаимным и про-
странственным распределением их элементов: тальвега, дна, откосов дна
и берегов, бровок и линий урезов меженных и высоких уровней вод. В
продольном микро-профиле русла выделяются участки горизонтальные
и с уклоном, направленным преимущественно вниз по течению, но на
отдельных коротких участках - и навстречу течению. В зависимости от
соотношения этих элементов и их пространственного распределения,
формируется структурная организация русел малых горных рек. Для ру-
сел различных типов характерны свои структуры и формы продольного
и поперечного профиля. Для русел с развитыми аллювиальными фор-
мами (РАФ) характерна грядовая структура; горные реки на участках с
небольшими уклонами и числом Фруда Fr<<1 (р.Ахангаран ниже устья
Каинды-сая, Ломница от с.Ясени, Быстрица от с.Зеленая и др.) харак-
терны образованием аккумулятивных гряд преимущественно антидюн-
ной формы с отложением крупного аллювия на изгибах потока так, что
гребни гряд почти параллельны линии вогнутого берега, образующего
отвесный (а местами и нависающий уступ), вдоль которого располагает-
ся глубокий, относительно спокойный плес, в пределах которого стре-
жень потока делает поворот на ?90 градусов; здесь возникает глубокая
плесовая лощина - зона со спокойным потоком, отложением и устойчи-
вым скоплением наносов, образующих перекат. На горных реках, по ме-
ре увеличения уклона, происходит перенос гребней перекатов, возможны
антидюнные формы, соизмеримые с параметрами живого сечения, раз-
виваются гряды только одной генерации - соизмеримые с шириной рус-
ла. Во время половодий обычно происходит размыв дна плесов и нара-
щивание нижележащих перекатов, а на спаде половодья наблюдается
обратный процесс - размыв переката. В результате происходит то
уменьшение, то увеличение уклона русла и на участках с выработанным
профилем эти изменения взаимно погашаются. В циклы высокой водно-
сти (такой цикл с 1993г. наблюдается в Карпатах) [7], когда высокие по-
ловодья следуют одно за другим в течение ряда лет, наращивание пере-
ката накапливается, и профили на участке изменяются.
При увеличении уклона и бурности потока грядовая форма транс-
порта наносов исчезает, формируется русло с равномерным распределе-
нием глубин по длине потока, нарушаемым крупными валунами и глы-
бами; отдельные скопления валунного аллювия не образуют грядовых
форм, а создают лишь узкие полоски-площадки, полого наклоненные в
сторону меженного русла и строго приуроченные к зонам замедления те-
чения у выпуклых берегов, ниже мысов и у крупных глыб. Отдельные
редкие углубления-плесы, на которых поток изменяет бурный характер
на спокойное течение, возникают лишь на свале течения к скалистым
берегам. Такие русла с неразвитыми аллювиальными формами (НАФ)
считаются бесструктурными. Для них характерны более крупный аллю-
вий, преобладание врезанных русел, слабое развитие поймы.
На участках истоков и верхнего течения малые горные реки обычно
находятся на ранних стадиях эрозионного цикла, когда они интенсивно
размывают русло и выносят все образующиеся при этом наносы. По мере
удаления от истока, русло постепенно углубляется, образуя врез с кру-
тыми берегами и откосами берегов; в местах пересечения потоком твер-
дых пород образуются пороги и водопады; продольный профиль еще не
выработан, в плане русло, занимающее всё или большую часть дна до-
лины, делает извилины и повороты, обусловленные первоначальным
рельефом местности и различной размываемостью грунтов. На участках
с небольшими уклонами и скоростями течения (обычно перед выходами
на поверхность трудно размываемых пород, создающими подпор потоку)
начинают отлагаться наносы и образуются фрагменты поймы. Дальше,
по мере врезания потока, продольный профиль несколько выравнивает-
ся, но еще остается ступенчатым; в местах с пониженными уклонами
усиливается боковая эрозия, русло расширяется, его плановые очерта-
ния становятся менее резкими, все чаще появляются участки с поймой,
отмелями и осередками, а после выхода в межгорные котловины или в
предгорья - и с островами, то есть возникают мезоформы. Такова в об-
щих чертах последовательность динамики русловых процессов в струк-
турной организации русел и образовании мезо- и макроформ на малых
горных реках.
Для порожисто-водопадных (ПВ) русел (скульптурных, глыбово-
валунных, безгрядовых, бесструктурных) характерны ступенчатый про-
филь, зачастую беспорядочные скопления аллювия, нагромождения
крупных обломков и глыб в русле. В прибрежной части потока и на за-
топленных валунно-глыбовых отмелях в паводок глубины небольшие.
Естественное образование перепадов уровня, порогов и водопадов на вы-
ходах коренных скальных пород, на глыбах и обломках скал в Карпатах
на многих малых реках дополнено сотнями заброшенных и полуразру-
шенных плотин (высотой до нескольких метров) и многими тысячами
искусственных бревенчатых ступеней-перепадов с вырезами-лотками
для слива воды и прохода рыбы. Выше таких, создающих подпор "квази-
плотин", в межпаводковый период накапливается аллювий и русло вы-
полаживается, а ниже их - под водосливами образуются эрозионные во-
добойные впадины и плесо-подобные лощины, в связи с чем, сформиро-
валась периодически повторяющаяся ступенчатая структура "порог-
плес". На некоторых участках русел чередование перепадов и плесов
происходит через относительно равные расстояния (например, на реках
Западного Тянь-Шаня: Камчик-сай, Карабау-сай, Джигиристан-сай и
др.; на Стужице, Быстром (в бассейне р.Уж), Белом (в бассейне р.Белая
Тиса) и др. реках Украинских Карпат), но большей частью они бессис-
темны, что хорошо прослеживается по результатам продольной ниве-
лирной съемки (см. прилагаемую таблицу в конце рукописи).
Для р.Ахангаран (Западный Тянь-Шань) характерна ступенчатая
структура продольного профиля. В каньонной части преобладает сту-
пенчатая структура русел типов ПВ и переходного ПВ-НАФ. В расшире-
ниях долины и ниже по течению, где уклоны заметно уменьшаются,
также преобладает ступенчатая структура русел типов НАФ-РАФ, РАФ
и ПГ (полугорного). Подобная структурная организация русел характер-
на и для многих малых рек бассейна р.Ахангаран (Карабау-сай, Дукент-
сай, Лояк-сай, Нишбаш-сай и др.).
На большинстве более-менее крупных рек первичная форма долины
и русла имеет тектоническое происхождение, а дальше в развитие струк-
туры русла вносили свой вклад деятельность ледников (создавших эле-
менты ледниковых долин), эрозионная и аккумулятивная деятельность
водных потоков (создавших свои элементы долин и русел), современные
эндогенные и экзогенные процессы. Например, наблюдается повышение
продольных уклонов русел рек и уровней террас вглубь Украинских
Карпат, что обусловлено поднятием осевой части главного водораздель-
ного хребта. Образование зон аккумуляции наносов обусловлено не
только локальными опусканиями днищ котловин, но и поднятиями. На-
пример, Ломницкое поднятие вызвало подпруживание Днестра и нижних
участков его притоков с образованием Верхне-Днестровской заболочен-
ной равнины.
Местные особенности развития продольного профиля определяются,
прежде всего, влиянием рельефа и предистории развития русел рек. Как
известно, для горных рек (включая самые крупные) рельеф водосборов и
долины является определяющим фактором развития продольного про-
филя. Наибольшее влияние особенности рельефа оказывают на самые
верхние участки, где уклоны русловых врезов близки к общему уклону
поверхности. Например, истоки рек Прут (Белый) и Белая Тиса (Квас-
ный) находятся в пределах поверхностей выравнивания различного
происхождения (древнеледниковые долины или тектонически обуслов-
ленные платообразные поверхности). Здесь уклоны русел обычно укла-
дываются в пределы десятков промилле (%). Ниже эти реки пересекают
участки перегибов днищ долин, приуроченных к краевой морене ледни-
ка (р.Прут), тектоническим нарушениям (р.Белый) или к сложному соче-
танию обеих причин (р.Квасный). Здесь реки, еще являясь слабыми по-
токами 1-2 порядка, не имеют достаточной эродирующей способности, и
их уклон продолжает оставаться близким к уклону склонов, причем реки
на перегибах или образуют узкие V-образные врезы (обычно селевые) с
изменяющейся глубиной при общей тенденции к увеличению глубины
вреза вниз по течению (р.Прут, Квасный) или формируют двух-
трехрукавные блуждающие водопадные русла с очень слабо выражен-
ным русловым врезом и практически полным отсутствием собственных
аллювиальных форм. Ниже, где начинается некоторое выполаживание
днищ долин и реки принимают по 2-3 притока, становясь реками третье-
го порядка, начинают появляться следы собственной русловой деятель-
ности и происходит заметное уменьшение уклонов. Для истоков
р.Быстрый (бассейн р.Уж) характерно более плавное изменение уклонов
русла, однако, и здесь уклон водотоков 1-2 порядка близок к общему ук-
лону склонов. Ниже по течению на изменение уклонов все большее
влияние начинает оказывать возрастание водности водотоков и харак-
тер подстилающих пород.
На структуру русел серьезно влияют активные склоновые процессы,
поставляя в русла обломочный материал и воздействуя на русловые
трансформации. Выносы обломочного материала из долины-притока и
его отложения в днище долины-приемника, как правило, вызывают
подпруживание обеих рек, накопление наносов на их подпруженных уча-
стках и уменьшение уклонов на этих участках. Ниже конус выноса
обычно вызывает увеличение уклона русла реки-приемника.
Характерными особенностями русел малых (и многих участков
средних) водотоков в обоих регионах являются:
1) русла узкие, с частыми выходами коренных пород в русле;
2) русла имеют малую мощность речного аллювия;
3) слабая окатанность материала наносов и выступов коренных по-
род в русле;
4) преобладание участков русел с малым количеством отложений
наносов непосредственно в пределах бровок русел (отмелей, побочней,
осередков и др.), то есть русла с НАФ, но с развитием 1-2 хорошо выра-
женных пойменных уровней, в том числе - высокой поймы, выходящей
из режима затопления или затапливаемой при паводках редкой обеспе-
ченности.
На малых горных реках распространены преимущественно три ос-
новных типа русел: порожисто-водопадные, с неразвитыми аллювиаль-
ными формами и с развитыми аллювиальными формами. Почти на всей
горной территории абсолютно преобладают условия ограниченности го-
ризонтальных русловых деформаций, а в обжитых долинах рек (особенно
в Карпатах) - стабилизация русел вследствие их укрепления, фиксиро-
вания изменений естественных поперечных сечений русел в результате
обвалования, устройства крепежных стенок, бетонирования, канализи-
рования и др. Естественные канализированные русла, образовавшиеся в
широкой пойме в результате условий, благоприятных для закрепления
берегов древесной растительностью; они имеют похожие на искусствен-
ные каналы (арыки) прямолинейные участки значительной длины с не-
изменной шириной без каких-либо отмелей. Канализированные русла
характерны для рек бассейнов Тисы и Днестра. В бассейне Тисы канали-
зирование русел вначале (при Австро-Венгерских властях) выполняли
как в целях защиты от наводнений, так и для судоходства (например,
система каналов Серне-Гоман). Во второй половине ХХ века русла рек в
бассейнах Тисы и Днестра спрямляли, обваловывали и канализировали
преимущественно в целях защиты от наводнений, мелиорации и, значи-
тельно реже - при сооружении ГЭС (например, Теребля-Рикская систе-
ма) [8-9]. Значительные участки русел канализированы в низовьях Ужа,
Латорицы, Боржавы; несколько меньше масштабы "преобразования
природы" на других реках бассейна, на Черной и Белой Тисе. Очень зна-
чительны масштабы канализирования русел рек на Верхнем Днестре (до
устья Ломницы); меньше масштабы - на притоках Днестра, где естест-
венные русла преобразовывали в основном для защиты от наводнений и
размывания берегов вдоль населенных пунктов, железных и основных
автомобильных дорог, магистральных трубопроводов (Быстрица-
Надворнянская, Ломница, Стрый, Опор и др. реки). На канализирован-
ных участках русел, как правило, продолжается движение влекомых на-
носов с образованием грядовых форм руслового рельефа; на отдельных
участках (с небольшими уклонами - в пределах нескольких м/км) вслед-
ствие отложения наносов отметки дна русла оказались выше, чем у при-
легающей местности.
Малые горные реки Украинских Карпат состоят в основном (?71%
от общей длины рек региона) из порожисто-водопадных валунно-
глыбовых русел и русел с НАФ (?10,3%); почти в 2 раза меньше русел с
РАФ (?6,1%) [10]. Скальные русла составляют ?4,5%, полугорные русла
?3,2%, ступенчатые участков русел ?2,1% общей длины малых горных
рек Карпат. Канализированы по ?3% от общей длины русел в бассейнах
Тисы и Днестра. Довольно много участков русел захламлены обломками
древесины (причем обломки стволов входят в состав материала отмос-
тки), особенно верхние ?5-10 км-вые участки рек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко В.Ф. Основы
гидроморфологической теории руслового процесса. -Л.:
Гидрометеоиздат, 1982. -272с.
2. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. -М.: МГУ, 1955. -
347с.
3. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. -М.:
МГУ, 1979. -232с.
4. Чалов Р.С. О классификации речных русел //Геоморфология. -1980. -
№ 1. -с.8-16.
5. Розовский И.В., Базилевич И.А.Гайдученко В.И. и др. Русловые про-
цессы предгорных участков рек //Тр. 4 Всесоюз. гидрологич. сьезда. -Л.:
Гидрометеоиздат, 1975. Т.10, -с.61-71.
6. Кафтан А.Н. Исследование основных руслоформирующих факторов
рек Украинских Карпат. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр.
наук. -Львов: ЛГУ, 1983. -26с.
7. Сус_дко М.М., Лук'янець О._. Селев_ явища на тер_тор_ї Карпат
//Укр. географ. журнал. -1999. - №2. -с.43-46.
8. Муха Б.П., Гулянич Р.С., Хомин Б.Є. Ф_зико-географ_чн_ умови
формування катастроф_чного паводку у верх_в'ї Дн_стра вл_тку 1997р.
//Укр. географ. журнал.-1998. - №2. -с.30-35.
9. Ковальчук _.П., Кукурудза М._., Сиротюк М._. Геоеколог_чн_ аспекти
використання г_дроенергетичного потенц_алу малих р_чок Карпат //Укр.
географ. журнал.-1998. -№2. -с.26-30.
10. Крыленко И.В., Дзагания Е.В. Распространенность типов русел на
малых горных реках Украинских Карпат. -Донецк: ООО <Экотехнология>,
2006. -11с. -Деп. в ГНТБ Украины 06.02.2006; № 5-Ук-2006.
Приложение. Таблица. Результаты продольной нивелирной сьемки участков
малых рек Карпат (где ?L, м - длина участков, на которых определен
средний продольный уклон русла J, %; Q - расход волы)
Черная Тиса у устья Белой Тисы, русло НАФ-ПВ
Квасный - верхний участок; слабоизвилистое, бессттруктурное
русло шириной 2,5м, (Q?150 л/с), с хаотическим
нагромождением камней и древесных обломков, с
преобладанием глыб и щебенки
Квасный у устья Маслокруга, русло ПВ
Стужица (приток р.Уж) у устья Быстрого, русло ПВ-НАФ
Стужица у устья Быстрого - окончание
Быстрый у устья, русло ПВ-НАФ
Стужица (створ-11) русло НАФ, слабо извил., Q?1,8 м3/с,
побочни из валунов и навалов хвороста
Прут-левый исток, Q?80 л/с, в 300м ниже, русло ПВ
Прут-Говерлянский у устья
Прут у устья Форещанки
Мирник у впадения в Прут, Q?50 л/с, русло ПВ-НАФ
Примечание: Оригиналы материалов данной статьи и приложений к ней
(в формате DOC) можно получить:
1) В ГОСУДАРСТВЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКЕ
УКРАИНЫ (03680, МСП м.Київ-150, вул.Антоновича (Горького), 180,
ДНТБУкр, Вiддiл депонування наукових робiт);
2) У меня (VIKrylenko):
Крыленко Владимир Иванович
vikrylenko@gmail.com
Телефон по УКРАИНе 0 62 2959895
VIKrylenko 16 октября 2010
StStrukturRuslMalGorRek.txt