Natural and anthropogenic factors of small riverbed's formation of the Tunka depression (Republic of Buryatia).pdf Введение Актуальность работы состоит в том, что в настоящее время малые реки относятся к наименее изученным в русловедении, хотя они требуют повышенного внимания вследствие высокой чувствительности на различные внешние воздействия как со стороны природных, так и антропогенных факторов. Это связано с их относительно малой водоносностью и стоком наносов, соизмеримостью глубины и ширины русел [Чалов, 2008]. Чаще всего к малым рекам относят реки, расположенные в единой географической зоне и имеющие длину не более 100 км и площадь бассейна в пределах 1-2 тыс. км2. В данное понятие могут включать расход воды, где одни исследователи к малым относят реки с расходом до 50 м3/с, другие - до 100 м3/с и менее [Ротмистров, 2004]. Высокая экологическая напряженность на малых реках возникает в освоенных районах, особенно в пределах крупных городов, сельскохозяйственных районов и в местах сведения лесов. Любое механическое воздействие на малую реку со стороны человека равняется или даже превышает по своей эффективности естественную работу водного потока [Варенов, 2015]. То, что можно не принимать во внимание на средней или большой реке, на малой реке становится важным фактором формирования русла или его трансформации. Нарушение целостности малых рек может привести к нарушению всей речной системы, т. е. сказывается влияние на средние и большие реки, которые получают питание от малых. В связи с увеличением интенсивности хозяйственной деятельности человека в пределах территории Тункинской котловины появилась необходимость оценки условий и факторов формирования русел малых рек для разработки критериев устойчивости речных русел. © Безгодова О.В., 2019 DOI: 10.17223/25421379/13/1 Цель данной работы - оценка влияния природных и антропогенных факторов на формирование русел малых рек на примере бассейна реки Тунка. Были поставлены следующие задачи: выявить характер влияния и значимость различных природных и антропогенных воздействий, их динамику и соотношение с естественными факторами русловых процессов, определить основные морфодинамические типы русел малых рек в пределах бассейна р. Тунка. Объект и методы исследования Река Тунка берет начало со склонов хребта Тун-кинские Гольцы (Тункинский район, Республика Бурятия) и является левым притоком р. Иркут. Протяженность реки 48 км, площадь бассейна 811 км2, средний расход воды составляет 6,7 м3/с [Tunka... 2019], модуль стока равен 8,26 л/с*км2. Основными притоками Тунки являются реки Булу, Кынгарга, Барун-Хандагай, Талая, Талта, Угутэрэ, Харангин-Гол (см. рис. 3; таблицу). При исследовании автором применялись следующие методы: математический, описательный, полевой, картографический, геоморфологический, дистанционного зондирования и геоинформационного картографирования. Методической основой работы являются труды отечественных исследователей в области русловедения Р.С. Чалова [Чалов, 2008], А.Л. Варенова [Варенов и др., 2015], А.В. Чернова [Беркович и др., 2000]; а также зарубежных -К. Д. Грегори [Gregory, 2006], T. Нагата [Nagata T. et al., 2014] и др. При описании природных условий использовались данные по тектонике и геоморфологии В.Б. Выркина [Выркин, 1991], Г.Ф. Уфимцева и др. [Уфимцева и др., 2006]. Статистическая информация получена по данным гидрологических постов на реках Кынгарга и Тунка [Автоматизированная... 2019; Tunka... 2019]. Полевые исследования проведены автором в 2018-2019 гг. Анализ данных дистанционного зондирования, литературных источников, а также полевого и картографического материала позволили определить условия формирования русел малых рек бассейна р. Тунки. Для создания карты-схемы морфодинамических типов русел малых рек (см. рис. 3) использовались разновременные космические снимки Landsat (MSS, ETM+), топографические карты (М 1:100 000), данные полевых исследований. Привязка, оцифровка и анализ космических снимков проводились с помощью ГИС-пакета ArcGIS 10. Геологическое и геоморфологическое строение территории отличается разнообразием и сложностью факторов развития руслоформирующих процессов. Бассейн Тунки расположен в пределах горного обрамлении и равнинной части Тункинской котловины. Центральную часть котловины занимает сильно опущенная озерно-аллювиальная равнина, которая к югу-юго-востоку сменяется полого наклонной аллювиальной равниной. К северу озерно-аллювиальная равнина переходит в предгорную наклонную равнину и затем верховья рек бассейна приурочены к склонам Тункинских Гольцов (рис. 1). Абсолютные высоты бассейна варьируют от 712 (в месте впадения Тунки в Иркут) до 2 010 м (верховья Талты), таким образом, общий перепад высот составляет 1 298 м. При этом бассейн расположен в пределах различных геоморфологических элементов, осложняющихся разным классами экзогенных процессов. Среди крупных геоморфологических элементов выделяются: песчаный массив Бадар, ограничивающий бассейн с запада, а также склоны Еловского отрога, который представляет собой межвпадинную горную перемычку (см. рис. 1). Тектоническая нестабильность территории исследования выражается в наличии сейсмической активности: здесь землетрясения могут достигать 910 баллов. Так, 5 апреля 1950 г. при девятибалльном землетрясении высокие террасы на левобережье р. Иркут были осложнены трещинами общей протяженностью до 2,5 км, а участок ущелья реки засыпан обвально-оползневыми отложениями горных пород [Солоненко и др., 1977]. Тектонический разлом в Тункинских Гольцах преобразовал террасы рек Кынгарги, Толты, Бугатая и Бухоты, по бортам которых образовались скальные стенки отрыва и осыпи [Уфимцев и др., 2006]. Рис. 1. Геоморфологические элементы Тункинской котловины [Нагорья.., 1974] Цифрами обозначены: 1 - предгорная наклонная равнина; 2 - аллювиальная равнина; 3 - озерно-аллювиальная равнина зоны новейшего погружения; 4 - песчаные массивы-увалы; 5 - межвпадинные горные перемычки (а - сложенные докембрийскими отложениями; б - сложенные комплексом неоген-четвертичных пород); 6 - фрагменты базальтовых плато; 7 - вулканические конусы; 8 - котловины выдувания; 9 - линия разлома Тункинских Гольцов Fig. 1. The geomorphological elements of the Tunka depression The numbers denote: 1 - piedmont sloping plain; 2 - alluvial plain; 3 - lake-alluvial plain of the zone of latest immersion; 4 - sand massifs; 5 - inter-valley mountain lintels (a - folded by Precambrian rocks; b - folded by a complex of Neogene-Quaternary rocks); 6 -fragments of basalt plateau; 7 - volcanic cones; 8 -deflation hollows; 9 - fault line of Tunkinsky Goltsy В геологическом строении территории бассейна р. Тунка выделяются следующие комплексы пород [Белоусов и др., 2000]: 1) архейские и верхнепалеозойские интрузии гранитного, пегматитового и гней-со-гранитного состава; 2) аллювиальные и озерно-аллювиальные отложения, представленные песками, супесями и илами; делювиально-пролювиальные песчано-галечные отложения. Высокая водопроницаемость рыхлых грунтов и резкое уменьшение уклонов поверхности приводят к тому, что некоторые небольшие ручьи после выхода со склонов хр. Тункинские Гольцы теряют выраженные очертания русла. Вода уходит в грунт, и потоки теряются в лесном массиве (см. рис. 3). Климат бассейна резко континентальный с холодной зимой и умеренно-теплым летом. Годовое количество осадков варьирует от 365 до 511 мм, наибольшее их количество выпадает на склонах Гольцов [Выркин и др., 1991]. Осадки в течение года распределяются неравномерно, их максимум приходится на теплый период (июль-август) - около 70% годовой суммы осадков, что составляет 260 мм [Картушин, 1969]. Выпадение сильных ливневых дождей и большая крутизна склонов способствуют развитию овражной эрозии и увеличению поступления наносов в русла рек из овражно-балочной сети, а также являются фактором формирования селей. Снежный покров незначительный, так как на зиму приходится всего 30-35 мм осадков. Средние даты схода снега приходятся на середину апреля. Безморозный период длится от 93 дней в с. Тунка до 105 дней в пос. Аршан [Белоусов и др., 2000]. Неравномерное выпадение осадков в течение года определяет средние расходы воды в р. Тунка: максимум расхода приходится на август, минимум расхода воды - на март (см. рис. 2). При этом в течение года выделяются три месяца - июль, август и сентябрь, когда расходы воды превышают 11 м3/с, что связанно с максимумом атмосферных осадков в теплый период. Реки бассейна Тунки по режиму питания характеризуются весенне-летним половодьем и паводками, систематически превышающими половодье. При этом весеннее половодье незначительное по сравнению с летними паводками, вызванными ливневыми дождями. Уровень воды в верховьях рек при таких паводках поднимается на 1,5 м, а в нижнем течении - на 0,5-0,7 м над меженным (в течение 37 дней). На крутых склонах Тункинских Гольцов встречаются сухие русла и ручьи, по которым в отдельные годы проходят сели. С июля по сентябрь водоносность рек бассейна повышается, паводки могут чередоваться друг за другом, образуя многовершинные паводки [Катастрофические... 2014]. Из этого следует вывод о том, что гидрологический режим бассейна Тунки определяется следующим рядом факторов: отрицательная среднегодовая температура воздуха, повышенная испаряемость в начале лета и умеренная в июле-августе, максимум атмосферных осадков в теплый период года, а также малые запасы снежного покрова. Рис. 2. Средний расход воды (м3/с) реки Тунка по месяцам и за год с 1978 по 1990 гг. [Tunka... 2019] Fig. 2. The average water discharge (m3/s) of the Tunka River by months and per year from 1978 to 1990 [Tunka... 2019] Результаты и обсуждение ет влияние на плановый рисунок малых рек бассейна (см. рис. 3). Бассейн р. Тунки отличается широким Природные факторы морфодинамики речных разнообразием типов рисунка речной сити: древо-русел. Тектоническое строение территории оказыва- видный (р. Тунка), радиальный центростремительный (верховья р. Кынтарги), перистый (реки Талта, Зун-Хандагай, Угутэрэ, Улунтуй), параллельный (Малая Харимта и Харимта). Река Тунка с востока огибает песчаный массив Бадар и протекает по периферии озерно-аллювиальной равнины, тогда как русла рек Зун-Хандагай, Малый Бугатай, Бугатай и Талта тяготеют к участку опускающегося блока земной коры и сливаются в виде озер Большая Ангара и Большая Талта. Озера связаны протоками, которые затем образуют р. Талая (впадает в р. Тунка) (см. таблицу). Заметнее всего проявляется изменение рисунка речной сети у р. Кынгарга. Течение реки как бы отклоняется к западу, в сторону понижения и затем снова выпрямляется ниже по течению. Такое смещение направления течения характерно не только для Кынгарги, но и для ручьев (Безымянные, Первая и Вторая Шихтолайка), в районе п. Аршан (рис. 3). Отклонение рек к западу опасно для населения, так как сток названных ручьев ориентирован по направлению к пос. Аршан с населением 2 553 человека (на 2017 г.) В настоящее время этот населенный пункт периодически подвержен последствиям схода селей по ручьям Безымянный, Первая и Вторая Шихто-лайка, Артемьева. В верхнем течении рек бассейна Тунки в пределах Гольцов наблюдаются узкие ущелья, где скорость течения приобретает наибольшие значения. Далее, выходя на предгорную равнину, реки имеют озеровидные расширения русел (р. Талта), что указывает на наличие здесь зон молодых погружений. Именно для северной части котловины характерны наибольшие амплитуды прогибания фундамента Тункинского рифта, что сказывается на динамике русловых процессов малых рек. Поэтому для данного участка характерно развитие разветвленно-извилистых русел, мелких пойменных озер и озеро-видных расширений. Отсутствие правых притоков реки Тунка связанно с особенностями геолого-геоморфологического строения территории, в частности с наличием в центральной части котловины песчаного массива Бадар, который возвышается над озерно-аллювиальной равниной на 150 м. Массив Бадар относится к молодым структурным геоморфологическим единицам и является крупным водоразделом в центральной части впадины (см. рис. 1, 3). Анализ карты-схемы морфодинамических типов русел малых рек бассейна р. Тунка показал, что доминирующим типом являются врезанные относительно прямолинейные русла. Это связано с тем, что в настоящий момент Тункинские Гольцы испытывают поднятие на 1,9 мм в год [Карта... 2003], которое усиливает процессы вреза рек. Адаптированные извилистые и разветвленно-извилистые типы приурочены к областям опускания блоков земной коры, а также к участкам селевых долин. Гидрографическая характеристика рек бассейна Тунки Hydrographic rivers characteristics of the Tunka basin № п/п Название реки Общая длина, км Куда впадает Площадь водосбора, км2 Порядок реки по [Хортон, 1948], N 1 Тунка 48 Иркут 811 4 2 Кынгарга 26 Тунка 231 3 3 Талая 3,8 Тунка 3,7 3 4 Талта 16,9 Оз. Бол. Ангарга 55 3 5 Зун-Хандагай 19,5 Оз. Бол. Ангарга 26 2 6 Барун-Хандагай 14,4 Тунка 27 2 7 Булу 9,1 Тунка 9 2 8 Угутэрэ 12,7 Тунка 8,6 2 9 Малый Бугатай 13,3 Оз. Бол. Ангарга 5 1 10 Бугатай 13,7 Талта 15 2 11 Хасурта 9,3 Талта 1,8 2 12 Шара-Холой 5,9 Кынгарга 7 1 13 Хобок 18,9 Кынгарга 18,5 2 14 Хурай-Хобок 12,5 - 12,2 2 15 Харангин-Гол 4,3 Тунка 6 2 16 Улунтуй 7,9 Хобок 12,1 1 17 Булук 4,4 Хурай-Хобок 2 1 18 Харимта 14,6 Кынгарга 10,1 2 19 Малая Харимта 12,9 Кынгарга 8,3 1 20 Артемьева 5,9 Харимта 5 1 Рис. 3. Карта-схема морфодинамических типов русел малых рек бассейна р. Тунка Цифрами обозначены морфодинамические типы русел: 1 - широкопойменные извилистые, 2 - адаптированные прямолинейные, 3 - адаптированные извилистые, 4 - адаптированные разветвленно-извилистые, 5 - врезанные относительно прямолинейные, 6 - область смещения направлений течения, 7 - граница бассейна И1 □ * И3 И4 И5 И7 Fig. 3. A schematic map of morphodynamic types of small rivers channels of the Tunka river basin The numbers denote morphodynamic types of channels: 1 - wide-flood meandering, 2 - adapted rectilinear, 3 - adapted meandering, 4 - adapted branched-meandering, 5 - embedded rectilinear, 6 - area of displacement of flow directions, 7 - basin boundary Широкопойменный извилистый тип характерен для рек Тунка и Кынгарга в местах с малой тектонической активностью, с плавным переходом абсолютных высот. Все указанные типы русел могут изменяться под воздействием различных факторов, например, поступающими в реки рыхлыми отложениями со склонов гор. Крупными поставщиками наносов в русла рек являются склоновые процессы, среди которых выделяются ручейковая и овражная эрозии, а также осыпи, особенно в пределах русел, выходящих из каров (Талта, Зун-Хандагай, Барун-Хандагай и др.). Активной деформации русел притоков р. Кынгарга в районе п. Аршан способствуют сели. Селепроявле-ния на исследуемом участке наблюдаются в высотном диапазоне от 800 до 2 600 м в пределах хребта Тункинские Гольцы. Основная часть селей зарождается на абсолютных высотах более 1 600 м в субни-вальном и альпийском поясах. При этом селеопас-ный период в Тункинских Гольцах длится с июня по сентябрь (таяние снега и льда в карах). Так, 28 июня 2014 г. в окрестностях п. Аршан сошли водокамен-ный сель и грязекаменные потоки, которые вызвали частичное разрушение построек и инфраструктуры поселка, а также привели к гибели человека. Влияние селей выражается в том, что они способствуют углублению дна речных долин, разгрузке накопленного рыхлого материала, а также перестройке речной сети. Ярким примером углубления долины является русло р. Кынгарга. Анализ морфо-метрических данных русла р. Кынгарга показал, что после схода селя в 2014 г. общие показатели глубины дна русла (максимальная, минимальная и средняя) увеличились в среднем в 2-3 раза (рис. 4), а скорость течения и расход воды увеличились незначительно. Примером перестройки русла является и ситуация на реках Малая Харимта и Харимта. После прохождения селя в 2014 г. произошел резкий врез русла р. Харимта на глубину более 1 м, при этом вход воды в русло р. Малая Харимта был прегражден селевыми отложениями. Русло Харимты также было закупорено селевыми отложениями выше развилки двух рек. Все это привело к смещению русла Харим-ты, и река продолжила свое движение по сухой ложбине, врезаясь в валунные отложения [Катастрофические... 2014]. Процессы заболачивания в пределах озерно-аллювиальной равнины (среднее течение Тунки) снижают интенсивность русловых процессов, здесь отмечается наиболее низкая динамика формирования наносов и деформации русел рек. В целом на этом отрезке реки типы русел стабильны, кроме участков наиболее сильного погружения фундамента, где продолжают расти озерные расширения, глубина которых достигает 2 м [Иванов, 1978]. При этом генезис котловин озер является гетерогенным по происхождению. Скопление дождевых и снеговых вод, стекающих в теплый период с Гольцов, а также грунтовых вод - все это способствует образованию озер. Рис. 4. График динамики глубины дна русла р. Кынгарга за 2012-2017 гг. по данным АИС ГМВО [Автоматизированная... 2019] Fig. 4. The dynamics graph of bottom depth of the Kyngarga river channel for 2012-2017 according to the AIS GMWO [Avtomatizirovannaya... 2019] Антропогенные факторы морфодинамики речных русел. Степень залесенности водосбора является одним из важнейших факторов, влияющих на регулирование стока, поступление наносов в реку и сохранение протяженности речной сети [Чалов, 2008]. Общая лесистость бассейна Тунки составляет 31,7%. Большая часть ее бассейна характеризуется редкими лесами с кустарником, часто перемежающимися с сельскохозяйственными угодьями и сенокосами. Наибольшая площадь лесов приурочена к верховьям рек в пределах склонов Тункинских Гольцов, а также на склонах Еловского отрога. Древостой снижает процессы эрозии, закрепляет борта речных долин. Антропогенное воздействие на бассейн Тунки представлено распашкой земель, вырубкой леса, выпасом скота и осушительными мелиорациями. На конец XX в. общая площадь сельскохозяйственных угодий на территории котловины составляла 109,3 тыс. га земли, из которых 57,9 тыс. га отводились под пастбища, 37,1 тыс. га - под пашни, 14,1 тыс. га - под сенокосы [Комплексная... 1995]. Суммарно эти комплексы составляют примерно 53% от общей площади днища котловины. Около 27% площади сельскохозяйственных угодий приходится на бассейн р. Тунка. Выпас скота, распашка земель и вырубки лесов косвенно влияют на реки бассейна в виде изменения условий формирования стока воды и наносов на водосборе. Осушительная мелиорация проводилась в конце 60-х гг. XX в. и была направлена на получение высокопродуктивных сенокосов и пастбищ. Преобразованию подверглись днища долин и реки Кынгарга, Харангин-Гол, Хобок и Талая, русла которых были осложнены мелиоративными каналами. В районе с. Галбай антропогенная нагрузка на русла рек и прилегающие ландшафты становится наиболее интенсивной. На спрямленном участке р. Шара-Холой (левый приток Кынгарги) в районе с. Хурай-Хобок наблюдаются процессы врезания русла. В местах перегибов русел каналов происходит размыв берегов с образованием песчаных отмелей и изгибов русла. Изменение формы русла на данных участках произошло вследствие резкого снижения напора воды при вхождении русла в поворот, т. е. наблюдаются торможение потока воды и деформация береговой линии. Старые русла рек Шара-Холой и Кынгарга зарастают, и процессы эрозии на них полностью прекратились (рис. 5). В низовьях р. Хо-бок после мелиоративных работ происходят процессы иссушения и зарастания озер, следы которых хорошо видны на космических снимках. Рис. 5. Изменение русла р. Кынгарга после строительства мелиоративного канала Fig. 5. The Kyngarga's riverbed change after the construction of reclamation canal Антропогенный пресс на реки сказывается на качестве воды. В 2013 г., по данным АИС ГМВО [Автоматизированная... 2019], в районе с. Тунка было обнаружено загрязнение водных объектов - источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Две пробы воды из скважины показали ее загрязнение железом (включая хлорное железо), средняя его концентрация составила 1,2 мг/дм3, в том числе до 1 ПДК 50% и более 5,1 ПДК 50%. Выводы Из анализа условий формирования территории бассейна Тунки можно сделать вывод о том, что основными факторами морфодинамики русел малых рек являются: тектонический, климатический, селе-проявления и антропогенное воздействие, наиболее выраженное проведением мелиоративных работ. Тектонический фактор, а именно преобладание опускания блоков земной коры в центральной части котловины, является причиной развития извилистости и русловой многорукавности; геолого-геоморфологические и климатические условия оказывают влияние на врезание рек в горной части исследуемой территории; сели приводят к закупорке долин селевыми отложениями и перестройке речной сети, а также усиливают процессы врезания русла; антропогенное воздействие привело к спрямлению участков русел малых рек широкопойменного типа, тем самым снизив интенсивность процессов, приводящих к извилистости русел. Многообразие условий формирования русел малых рек, их влияние на сток больших рек, а также малая изученность, вызывают необходимость дальнейшего их изучения. К тому же необходима оценка антропогенного воздействия, так как нарушение целостности системы малых рек может негативно отра- бенностям антропогенного воздействия на малые ре-зиться на реках большего порядка. Тем не менее, со- ки [Беркович и др., 2000], бассейн р. Тунка относится гласно районированию территории России по осо- к территориям с минимальной напряженностью.

Скачать электронную версию публикации