Channel morphodynamics of the mouth section of the Olha River over a ten-year period.pdf Введение С развитием пригородного строительства, увеличением площади садовых и сельскохозяйственных участков произошло усиление антропогенного прессинга на водные объекты юга Иркутской области. Наиболее чувствительными элементами гидрологической сети являются малые реки, чутко реагирующие на изменения со стороны природных и антропогенных факторов, например скачков расходов воды из-за выпадения ливневых дождей или сброса сточных вод. Их морфометрические показатели (к малым рекам принято относить реки длиной до 100 км и площадью бассейна до 2 тыс. км2 [Ротмистров, 2004]) обусловливают отличный от средних и крупных рек гидрологический режим со своей малой регулированностью, например равнинные малые реки не способны переносить большое количество взвешенных наносов в периоды половодья и дождевых паводков, аллювий чаще всего отлагается на дне и влечется ровным слоем по центру русла с образованием микрогряд [Чалов, 2008]. Строительство в пределах поймы и преобразование формы русел малых рек способствуют изменениям их морфодинамического профиля со всеми дальнейшими изменениями гидрологических показателей. Нестабильность природных комплексов ведет к нарушению стабильности антропогенно преобразованных территорий, например размыв и обрушение берегов у грунтовых дорог, образование отмелей ниже по течению от места строительства песчаного пляжа и т. д. Малые реки Сибирского региона в настоящее время малоизучены, основные работы по данной тематике затрагивают территорию европейской части России [Варенов, 2013; Варенов и др., 2015; Тар-беева, 2016]. Цель данного исследования - анализ русловой морфодинамики р. Олха на ключевом участке д. Олха - устье за краткосрочный период наблюдения 2009-2018 гг. Для достижения цели поставлены следующие задачи: 1) с помощью данных дистанционного зондирования и разновременных космических снимков провести анализ динамики русловых форм рельефа, морфометрических и морфодинамических показателей; 2) обработать данные гидропоста на р. Олха за период с 2009 по 2018 г. для корреляции кривых гидрологических показателей с зафиксированными процессами изменения русловой морфодинамики; 3) выявить изменения морфометрических и морфологических показателей антропогенно преобразованных пойм, охарактеризовать морфологические типы речных пойм. Объект и методы исследования В качестве ключевого участка автором выбран устьевой отрезок р. Олха (правый приток р. Иркут), активно осваивавшийся человеком с 1950-х гг. после строительства города Шелехов. Отличительной особенностью бассейна реки является положение в области контакта Алтае-Саянской горной области и Сибирской платформы: Олха берет начало с Олхин-ского плоскогорья и далее протекает по Иркутско-Черемховской равнине и относится к Иркутско-Черемховскому гидролого-морфологическому району [Атлас, 2004], который характеризуется средневысоким уровнем половодья и высокими дождевыми паводками, с обеспеченностью опасными уровнями воды выше 50 и 30-50 % соответственно. Протяжённость реки 84 км (с Большой Олхой), площадь бассейна 639 км2. Средний годовой расход воды 3,17 м3/с. Главные притоки реки слева - Безы-мянка и Ханчин, справа - Сырой Кук-Юрт. Питание реки дождевое и снеговое. Летние (июль-август) дождевые паводки превышают весеннее половодье. Олха с притоками замерзает в середине-конце ноября, ледоход в конце апреля - начале мая. По геологическому строению изучаемый бассейн можно разделить на три части: мотская свита кембрийской системы в южной части исследуемого участка, присаянская свита юрской системы в периферийной части бассейна, а также отложения среднего, верхнего и современного отделов четвертичной системы. В составе мотской свиты кембрийской системы выделяются доломиты, мергели, песчаники и алевролиты. По периферии, ограничивая развитие русловых процессов, расположены юрские отложения, в составе которых песчаники, алевролиты, аргиллиты и прослои угля. Центральную часть бассейна слагает покров четвертичных отложений, в составе - аллювиальные песчано-галечные местами с супесями и суглинками отложения. В пределах кембрийских отложений долина р. Олха имеет узкий поперечный профиль, а после выхода на участок более легко размываемых юрских отложений увеличивает ширину долины в 3 раза. В зависимости от геолого-геоморфологических и тектонических характеристик изучаемого участка, а именно косвенного воздействия неотектоники через литологию пород и структуру залегания, а также через уклон реки [Чернов, 2009], морфометрические показатели р. Олха различны и представлены разными морфодинамическими типами русла. Ширина дна долины реки изменяется от 0,5-0,7 до 2-2,5 км (при ширине русла от 10 до 50 м). Высота низкой поймы 1-2 м, высокой - 2-3 м, высота первой террасы - 5-8 м, второй - 10-11 м. Общая протяженность исследуемого участка русла р. Олха составляет 22,5 км. Общая лесистость исследуемого участка р. Олха составляет 31,6 %, где наиболее залесен правый борт долины. В остальной части территории леса сведены под сельскохозяйственные земли (пашни, сенокосы), вырубки, застроены загородными домами, садовыми участками. Часть земель заброшена и проходит процессы сукцессии. На реке Олха расположены населенные пункты: д. Олха, с. Смоленщина и садовые участки «Труд», «Дружба», «Юбилейный», «Лаванда» и др. В своем исследовании мы опирались на труды по русловым процессам и русловой морфодинамике как российских исследователей - А.В. Чернова [2009], А.Л. Варенова [2013], Р.С. Чалова [2008, 2020], так и зарубежных - К.Д. Грегори [Gregory, 2006], М. Наби, С. Гири, Т. Ивасаки, И. Кимура, С. Шими-зу [Nabi et al., 2014], М. Чёрч, Р. И. Фергюсон [Church, Ferguson, 2015]. Изучение литературных и статистических источников, данных дистанционного зондирования, а также полевого и картографического материала позволил провести анализ русловой морфодинамики р. Олха. Для создания карты-схемы типов русловых процессов на участке русла «д. Олха - устье р. Олха» (рис. 1) использовались разновременные космические снимки Maxar Technologies за 2009, 2012, 2014 и 2018 гг., топографические карты (масштаб 1:25 000), данные полевых исследований. Привязка, оцифровка и анализ космических снимков проводились с помощью ГИС-пакета ArcGIS 10. Для выявления специфики развития и динамики русла р. Олха за короткий период времени необходимо измерение морфометрических показателей и определение морфодинамических типов излучин. Анализ изменения морфодинамических типов излучин выполнялся на участке русла «д. Олха - устье р. Олха» за период 2009-2018 гг. Дополнительно проведен анализ гидрологических показателей по данным гидропоста АИС ГМВО [Автоматизированная..., 2020], расположенного в д. Олха (абсолютная высота поста 450 м). На основе показателей построены графики мутности воды, расходов взвешенных наносов, среднего значения среднемесячных расходов воды и среднего значения среднемесячного уровня воды. Анализ космоснимков Maxar Technologies за 2009-2018 гг. показал, что в целом русло р. Олха имеет стабильный в плане профиль, за исключением трёх участков: искусственно спрямленный участок в районе д. Олха, осушенный старичный комплекс в районе садового товарищества «Энергетик», периодически осушаемый участок русла в районе озеровидного расширения. Снимки выбраны таким образом, чтобы отразить наибольшую изменчивость русловых форм и процессов, соответствующую фазе межени, и высокого уровня воды в русле во время половодья и ливневых паводков. Результаты и обсуждение На протяжении всего участка р. Олха имеет широкопойменный тип русла, который чередуется незначительными по протяженности участками адаптированного типа, например в районе садового товарищества «Труд» (рис. 1). Связано это с тем, что с правого борта долины реки развитие русловых процессов ограничивается комплексом юрских отложений присаянской свиты. Общее количество излучин, по данным космоснимка за 2009 г., - 32, за 2018 г. - 30. Наблюдается общее снижение извилистости русла, что связано как с природными, так и антропогенными факторами, последние при этом оказывают наибольшее воздействие, например спрямление русла и строительство мелиоративных каналов в д. Олха и в районе отстойника алюминиевого завода. Выделено три типа русловых процессов (рис. 1): свободное меандрирование в районе д. Олха с высокой антропогенной преобразованностью русла, а также еще два участка в районе озеровидного расширения и южнее садового товарищества «Труд»; ограниченное меандрирование на участке сады «Чайка» - устье р. Олха. Протяженность участков свободного меанд-рирования составляет 10,3 км и ограниченного - 10 км, адаптированного типа - 2,2 км. Выполнены измерения основных морфометрических параметров: длина (l), шаг (L), стрела прогиба (h), ширина русла (Ьр). Определены параметрические коэффициенты: степень развитости излучины (l/L), отношение длины к стреле прогиба (l/h) (таблица). На участке свободного меандрирования в районе д. Олха, по данным космоснимка за 2018 г., выделено четыре излучины. Развитие свободного меандри-рования связано с выходом р. Олха из узкой, ограничивающей русловые процессы собственной долины в широкую (до 15 км по диагонали) долину р. Иркут. Русло реки резко меняет направление с северо-восточного на северное, вплотную подойдя к крутому правому борту. В 2009 г. здесь наблюдаются пять излучин сложного, сундучного и синусоидального типов, в вершинах которых развиты острова и побочни. Ширина русла здесь варьирует от 8 до 44 м, ширина поймы 0,3-1 км при ширине долины 2-3 км, падение русла - 1,23 м/км. В 2010 году в пределах д. Олха проведено спрямление русла р. Олха, а также изменение небольшой омеговидной излучины в резервуар площадью 6 375 м2. Рис. 1. Карта-схема типов русловых процессов на участке русла «д. Олха - устье р. Олха» 1 - населённые пункты и садовые участки; 2 - озеровидное расширение, затопленные карьеры и отстойники. Пойменнорусловой тип: 3 - широкопойменный извилистый тип русла с излучинами свободного меандрирования, 4 - извилистый тип русла с адаптированными излучинами; Адаптированный тип русла: 5 - относительно прямолинейное Fig. 1. Schematic map of the channel processes types of the Olha River section “village Olha - the mouth” 1 - settlements and garden plots, 2 - lake-like expansion, flooded quarries and sedimentation tanks. Floodplain-channel type: 3 - wide-floodplain meandering with free meandering bends, 4 - meandering with adapted bends; Adapted channel type: 5 - relatively straight Морфометрические показатели р. Олха на отрезке «д. Олха - устье р. Олха» за 2009-2018 гг. Morphometric indicators of the Olha River section “village Olha - the mouth” for 2009-2018 Год Кол-во излучин Коэффициент развитости излучин Отношение длины к стреле прогиба 2009 32 1,1-3,3 (среднее 1,8) 2,7-4,1 (среднее 3,4) 2018 30 1-2,9 (среднее 1,7) 2,3-4,8 (среднее 3,5) До этого момента в вершинах излучин существовали крутые обрывистые уступы, вплотную подходившие к хозяйственным постройкам и жилым домам. Преобразование снизило степень извилистости русла, стабилизировало русловые процессы. Коэффициенты развитости излучин на участке, по данным космических снимков за 2009 и 2018 гг., - 1,5-1,1-2,5-2,2-3,31,2-1,1 и 1,8-1-1,7-2,1-2,5-1,2-1 соответственно. На данном участке к 2018 г. в местах антропогенного преобразования полностью исчезли побочни и осередки, тогда как ниже по течению они сохранились на всем протяжении вплоть до смены ведущего руслового процесса. Далее русло испытывает изменения в плане под действием природных и антропогенных факторов, где р. Олха приобретает адаптированный тип. Здесь русло искусственно спрямлено, а затем ограничивается с востока бортом долины, которая обусловливает снижение меандрирования реки. Спрямление выполнено в целях защиты от размыва отстойника алюминиевого завода г. Шелехов. Протяженность участка - 1,5 км. Особенностью этого участка является наличие старичных озер, а также следы палеогидросети на правобережье. Палеогидросеть и старичные озера расположены за пределами современной низкой и высокой поймы р. Олха. Это говорит о том, что ранее до строительства отстойника затопляемая пойменная часть реки была шире современной в 2 раза. Рассматриваемый участок обладает большой плановой устойчивостью, а тип русловых процессов не способствует образованию излучин. Ширина русла на данном участке варьирует от 7 до 18 м, поймы 400-900 м при ширине долины 1,3-1,5 км. Падение русла - 2,66 м/км. Высота борта долины правобережья достигает 73 м. Далее следует небольшой участок свободного ме-андрирования протяженностью 1,8 км. Воздействие антропогенного фактора в преобразовании руслового типа здесь отсутствует, вектор русла слегка отклоняется от правого борта долины и препятствий для развития русловых процессов не возникает. На данном участке по состоянию на 2009 г. выделяется шесть синусоидальных, омеговидных и сегметных излучин, аналогично и для 2018 г. Наблюдаемые изменения за изучаемый период незначительные и характеризуются только в изменении площади старичных озер в пределах поймы: с 72 071 до 38 742 м2. Далее прямолинейный адаптированный участок русла, имеющий протяженность 900 м, соединяет тип свободного меандрирования с самым протяженным участком ограниченного меандрирования (6,6 км). По данным космоснимка за 2009 и 2018 гг., выделено 15 и 14 излучин сундучного, сегментного и синусоидального типов. Ширина русла варьирует от 6 до 28 м, ширина поймы 0,07-0,7 км, ширина долины 1,5-2,3 км, падение русла - 0,3 м/км. Здесь для излучин у вогнутой части берега характерно образование крутых обрывистых уступов, а у выпуклой части - побочней. Ландшафты поймы р. Олхи на данном участке сильно преобразованы: большую часть высокой поймы занимают садовые участки, а также поля для покоса травы. На динамику русловых процессов в прошлом указывает рисунок палеогидросети и протяженные (до 720 м) старицы, площадь и количество которых сократились за рассматриваемый период - с 11 стариц в 2009 г. до восьми в 2018 г. В целом же русло не претерпело значительных изменений за 9 лет, что подтверждается расчетами степени развитости излучин. Примеры коэффициентов развитости некоторых излучин на данном участке - 2,1-2,6-1,3-1,2 (2009 г.) и 2,1-2,7-1,2-1,1 (2018 г.). Снижение же количества стариц свидетельствует о снижении уровня воды в русле и частоте затопляемости поймы. Анализ графиков среднего значения среднемесячных расходов и уровня воды р. Олха (рис. 2, 3) показал, что максимальные среднемесячные расходы воды в реке приходятся на май (весеннее половодье) и август (летние паводки), последний при этом особенно выделяется в 2016 г., когда расход воды превысил максимум 2008 г. почти в 3 раза (с 9,57 до 27 м3/е), при этом уровень воды также обновил свой максимум для августа и составил 75 см. За период с 23.06.201608.09.2016, на который пришелся максимум расходов и уровня воды, выпало 424 мм осадков, максимум осадков отмечен 10.08.2016 - 48 мм за 12 ч, при том, что среднее годовое количество осадков для Иркутска -477 мм [Строительная климатология, 2013]. Расходы взвешенных наносов в это же время отметили второй максимум за рассматриваемый период -0,09 кг/с. Сравнение графиков среднего значения среднемесячных расходов и уровня воды р. Олха показало наличие некоторого нарушения в консеквентности явлений: первый максимум уровня воды приходится на март (116 см в 2015 г.), тогда как первый максимум расходов воды - на май (11,1 м3/с в 2012 г.). Это объясняется анализом ледовых явлений на реке, где регулярно отмечается наличие наледной воды и наледи. Далее максимумы двух показателей коррелируются в августе, где линии значений по годам полностью совпадают друг с другом. Анализ графика мутности воды за тот же период позволяет отметить следующее: максимум мутности воды наблюдается в мае с отметкой 7,7 г/м3 (2010 г.), что связано с прохождением весеннего половодья; минимум приходится на июнь - 2,6 г/м3 (2015 г.), для этого времени характерно затухание весеннего половодья и снижение количества атмосферных осадков. ----2008 ^-2009 ----2010 ----2011 ----2012 ^-2013 ----2014 ----2015 2016 ----2017 ----2018 Рис. 2. Среднее значение среднемесячных расходов воды р. Олха за 2008-2018 гг. Fig. 2. Average value of average daily water discharge of the Olha River for 2008-2018 Рис. 3. Среднее значение среднемесячного уровня воды р. Олха за 2008-2018 гг. Fig. 3. Average value of average daily water level of the Olha River for 2008-2018 Эти значения находят корреляцию с графиком расходов взвешенных наносов, проходя те же максимумы и минимумы. Снижение частоты затопляемости поймы наглядно сказалось на площади старичных озер в пределах участка свободного меандрирования в районе озеровидного расширения русла р. Олха (рис. 4). Протяженность участка 3,4 км. Ширина русла до озеровидного расширения - 13 м, после - 7 м; ширина старого русла - 7-9 м; площадь озеровидного расширения 0,25 км2; поймы 0,4-0,9 м при ширине долины 1-1,2 км. Падение русла - 1,75 м/км. Озеровидное расширение русла имеет искусственное происхождение, ранее здесь находился карьер по добыче песка. Строительство ограничило работу основного русла, и в настоящее время оно стало отдельной протокой, через которую не производится транзит воды и не поступают новые взвешенные наносы. С 2009 г. уровень воды в реке начал снижаться, и к 2018 г. наблюдается ее разделение на отдельные старицы. Ранее на этом участке преобладали процессы свободного меандрирования с развитием петлеобразных и сегметных излучин (восемь излучин на 2009 г.). Рис. 4. Русловые деформации р. Олха на участке озеровидного расширения На фрагмент космического снимка Maxar Technologies за 2018 г. нанесено русло р. Олха, соответствующее 2009 г. Fig. 4. Channel deformations of the Olha River on the lake extension The river bed is plotted corresponding to 2009 on a fragment of the Maxar Technologies satellite image for 2018 Основное же русло р. Олхи теперь выносит наносы прямиком в озеровидное расширение, где со временем произошло нарастание площади дельтового конуса и островов из влекомых наносов. К 2018 г. площадь дельтового комплекса увеличилась в 1,7 раз (с 0,026 до 0,044 км2). Исследуемый участок русла «д. Олха - устье р. Олха» завершается ограниченным меандирова-нием протяженностью 3,3 км. Ширина русла на данном участке варьирует от 13 до 45 м, поймы -0,3-0,4 км при ширине долины 0,9-1,3 км. Падение русла - 1,21 м/км. Русло р. Олхи смещается ближе к выступу юрских отложений, и развитие излучин в плане стабилизируется. За период 2009-2018 гг. наблюдается незначительное увеличение площади островов, а также отмирание и обмеление протоки р. Иркут на левобережье р. Олха. Выделенные шесть излучин сундучного и петлеобразного типов сохраняются на протяжении всего рассматриваемого периода, на русловые процессы оказывает влияние только хозяйственная деятельность человека. Окрестные садовые участки в устьевой части р. Олха периодически испытывают подтопления, так как они непосредственно находятся на пойме, преобразованной при строительстве. Проблемы с подтоплением решаются с помощью строительства мелиоративных каналов. На снимке 2009 г. наблюдаются каналы мелиорации на левом берегу, который еще не сообщался с руслом р. Олха, но к 2018 г. был расширен и соединен с основным руслом, в результате чего увеличилось поступление вод с хозяйственных и садовых участков, но в то же время снизилась частота подтоплений. Также в 2015 г. часть русла была засыпана песком для формирования пляжа в пределах оздоровительного лагеря, после чего ниже по течению образовалась отмель из того же материала. Степень развитости излучин на данном участке по состоянию на 2009 и 2018 гг. - 2,6-1,9- 1,1-1,3 и 2,6-1,9-1,2-1,4. В целом площадь поймы сократилась на 15,7 % -с 4,82 до 4,06 км2 за счет осушительной мелиорации и строительства садовых участков в пределах поймы. До антропогенного вмешательства пойма р. Ол-хи на исследуемом отрезке относилась к сегментно-му-гривистому типу на участках развития широкопойменного типа, в настоящий момент наблюдается тенденция выравнивания поймы и перехода на сегментный ровный тип. Изменение типа поймы произошло из-за воздействия различных видов хозяйственной деятельности на русловые процессы. Согласно А.В. Чернову [2009], можно выделить следующие группы типов взаимодействия: 1. Изменяющие факторы русловых процессов -мелиоративные и лесотехнические мероприятия в бассейне реки. 2. Влияющие на морфологию русла и его деформации - изменение русла и поймы на урбанизированных участках, выправительные работы, карьеры стройматериалов. 3. Испытывающие влияние русловых деформаций и оказывающие местное воздействие на русло -мостовые переходы, водозаборные сооружения, мероприятия по защите от размыва берегов, создание рекреационных зон возле реки. Заключение Хозяйственная деятельность человека способствует повышению поступления продуктов эрозии, глинистых частиц, что связано с деструктивным воздействием строительства (мелиоративного, гражданского, промышленного, автодорожного), почво-обработкой и с изменением структуры сельхозугодий. В свою очередь это может привести к усилению процессов заиления на широкопойменных участках р. Олхи. Заиление и уменьшение расходов воды уже привели к отмиранию русла в районе озеровидного расширения, что напрямую влияет на сложившийся режим грунтовых вод в близлежащих ландшафтах. Антропогенный прессинг на русло и пойму способствует развитию заболачивания и подтопления, негативные последствия которых сейчас решаются садовыми товариществами путем строительства и расширения мелиоративных каналов. Таким образом, устьевой участок р. Олхи является наиболее антропогенно преобразованным на всем протяжении реки. Тем не менее морфодинамические типы русла остаются стабильными за последние 10 лет, за исключением элементов речной долины и русла - стариц, побочней, проток. Произошло изменение поверхности поймы, а также наблюдается тенденция к смене ее типа. Анализ параметрических коэффициентов степени развитости излучины и отношения длины к стреле прогиба показали, что за период 2009-2018 гг. произошло снижение степени меандрирования с 1,8 до 1,7, при этом отношение к стреле прогиба увеличилось с 3,4 до 3,5. Для участка свободного меандрирования у д. Олха наблюдается общее снижение коэффициентов степени развитости излучин, как и для адаптированного участка. Из-за антропогенного преобразования территории на всем протяжении устьевого участка р. Олхи произошло снижение извилистости русла и общее снижение частоты затопляемости поймы, что сказалось на количестве и обводненности стариц. Незначительное повышение степени развитости излучин выявлено для двух пологих сегметных излучин в пределах участка с ограниченным меандированием, что обусловливается естественной эволюцией излучин [Чалов, 2008].

Скачать электронную версию публикации