Многолетние изменения морского края дельты Дуная
- Авторы: Михайлова М.В.1, Кравцова В.И.2, Морозов В.Н.3
-
Учреждения:
- Институт водных проблем РАН
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Дунайская гидрометеорологическая обсерватория
- Выпуск: Том 46, № 5 (2019)
- Страницы: 474-484
- Раздел: Водные ресурсы и режим водных объектов
- URL: https://journals.eco-vector.com/0321-0596/article/view/16185
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0321-0596465474-484
- ID: 16185
Цитировать
Полный текст
Аннотация
С помощью наземных (экспедиционных) и дистанционных (космических) методов проведены детальные исследования многолетних изменений морского края дельты Дуная. Установлено, что смещения морского края дельты (выдвижение или отступание) могут быть эффективным индикатором процесса дельтоформирования в целом: динамики русловой сети дельты и перераспределения стока воды и наносов между рукавами, воздействия на дельту внешних факторов (стока воды и наносов реки, ветра и морского волнения, повышения или понижения уровня моря). Для определения причин и особенностей изменения морского края дельты Дуная на семи генетически однородных участках оценен вклад разных факторов в баланс песчаных наносов. Определены места выдвижения или отступания морского края. Сравнение результатов исследования динамики морского края Дуная с данными об изменении строения и режима других крупных дельт может позволить оценить причины и тенденции современных процессов в речных дельтах.
Ключевые слова
Полный текст
Недавние публикации, посвященные современным изменениям строения, гидрологического режима и экологических условий дельт рек мира, выявили явную тенденцию к замедлению выдвижения многих дельт в моря, а в ряде случаев – к отступанию дельт или их частей, а также деградации дельтовых ландшафтов [5–7]. В качестве основных причин таких изменений указывается естественное и антропогенное сокращение стока воды и особенно наносов рек, а также повышение уровня Мирового океана, активизация циклонической деятельности и связанного с ней морского волнения. Главные причины перечисленных гидрометеорологических изменений – современное потепление климата и расширение хозяйственной деятельности в бассейнах рек и самих дельтах. Разработка методов анализа, расчета и прогноза изменения гидролого-морфологических и гидролого-экологических характеристик речных дельт становится важной задачей гидрологии устьев рек; без таких методов невозможны рациональное использование богатых земельных, водных, биологических, энергетических ресурсов речных дельт и их защита от опасных гидрологических процессов и событий.
При разработке упомянутых методов ключевой задачей становится исследование многолетних изменений не столько внутреннего строения дельт, сколько морского края дельты (МКД), который в первую очередь реагирует на изменения факторов дельтоформирования.
Уникальный материал для такого исследования представляют результаты многолетних исследований дельты Дуная [2, 4, 11], в которых участвовали Дунайская гидрометеорологическая обсерватория, Государственный океанографический институт, географический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Институт водных проблем РАН. Кроме того, авторы статьи принимали участие в написании украинско-российской монографии по дельте Дуная [1].
В настоящей статье продолжены упомянутые исследования, представлен анализ изменений МКД Дуная после выхода в свет монографии [1], обзор новых космических снимков и данных полевых наблюдений, сопоставление динамики МКД с дельтоформирующими факторами – стоком воды и наносов Дуная, его распределением по рукавам дельты, влиянием изменения уровня Черного моря. Также использованы результаты новых исследований румынских специалистов [9, 10, 12].
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Современная дельта Дуная (рис. 1) имеет площадь 4200 км2, на украинскую и румынскую части приходятся 830 и 3370 км2 соответственно [1]. Граница между Украиной и Румынией в пределах дельты проходит по Килийскому рукаву и водотокам, входящим в его систему: Иванешть и Прямой (первая и вторая внутренние дельты соответственно); Старостамбульский и Лимба (внешняя или морская Килийская дельта) и далее на восток через бухту Мусура. Длина дельты Дуная от ее вершины (мыс Измаильсий Чатал) до моря по Килийскому рук. составляет 116 км, по прямой до МКД – 70–80 км; длина МКД от вершины Жебриянской бухты на севере дельты до середины косы, блокирующей лагунный комплекс Разельм-Синое, на юге ~215 км.
Рис. 1. Картосхема дельты Дуная с выделенными участками ее морского края (1–7).
Голоценовая дельта Дуная начала формироваться 10–8 тыс. лет назад в обширном морском заливе между плато Буджак на севере и Добруджа на юге в результате резкого повышения уровня Черного моря [1, 8]. В настоящее время устьевая область Дуная относится, согласно [6], к дельтово-эстуарному типу. Устьевую область Дуная составляют частично выдвинутые в море русловые системы трех крупных рукавов – Килийского (северного), Сулинского (среднего) и Георгиевского (южного). Наиболее сложное строение имеет очень изменчивая частная дельта в устье рук. Килийского (так называемая Килийская дельта, с вершиной у г. Вилково) (рис. 1). В устьевую область реки также входят крупные водоемы эстуарного типа (лагуны Разельм, Синое, Головица, Змейка и др.).
Важная особенность дельты Дуная (как и всех многорукавных неприливных дельт) – это единство всей русловой сети дельты, заключающееся в том, что любое естественное или искусственное изменение морфометрических характеристик (длины, ширины, глубины) любого участка этой сети приводит к изменению гидравлического сопротивления ее элементов и, как следствие, к перераспределению стока воды и наносов между рукавами (теоретическое обоснование этих закономерностей приведено в [6]). Данные наблюдений подтверждают эту особенность. Так, гидротехнические работы по спрямлению и углублению рук. Сулинского в 1868–1902 гг. и искусственное спрямление излучин в Георгиевском рук. в 1981–1992 гг. [1] привели к увеличению доли стока этих рукавов в стоке Дуная в вершине дельты с 7.0 до 20% и с 23 до 26% соответственно. В итоге доля стока рук. Килийского с конца 1980-х до начала 2000-х гг. уменьшилась с 58 до 54%. К перераспределению стока между рукавами ведет и крупный водозабор [1, 6].
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ
При исследовании многолетних изменений МКД (его выдвижения или отступания) главным методическим вопросом становится подразделение МКД на генетически однородные участки. В качестве границ между участками МКД использованы устья основных рукавов, через которые выносятся речные наносы, наиболее крупные фракции которых и формируют МКД. При этом необходимо учитывать преобладающее направление ветра, течений, волнения и вдольберегового потока наносов.
Для устьевого взморья Дуная наибольшей повторяемостью и силой обладают северо-восточные ветры, они и приводят к преобладающим течениям, волнению и вдольбереговому потоку наносов вдоль МКД с севера на юг [1].
При определении границ между участками МКД важно учитывать размер рукава и количество наносов, поступающих из него на МКД. Большие рукава в дельте Дуная (Потаповский, Быстрый, Георгиевский) имеют в своих устьях крупные неустойчивые устьевые бары, волновой размыв которых питает направленный к югу поток наносов. Кроме того, бары этих рукавов являются препятствием для наносов, поступающих вдоль МКД с севера. Поэтому в качестве границ смежных участков МКД следует принимать более устойчивые северные (левые) устьевые косы в устьях упомянутых рукавов. Малые рукава (Полуденный, Восточный), наоборот, имеют в своих устьях более устойчивые южные (правые) устьевые косы, поэтому границы между смежными участками в таких случаях следует проводить по этим косам. Особое место в МКД Дуная занимают устья Старостамбульского и Сулинского рукавов. Они впадают в море рядом и выносят свои наносы далеко от своих устьев. Молы в устье рук. Сулинского имеют длину ~13 км и служат препятствием для переноса в южном направлении наносов, поступающих с севера, в том числе и из рук. Старостамбульского. Поэтому в качестве границы между северным и южным участком МКД здесь следует принять сулинские молы. При назначении границ участков в румынской части МКД учитывались результаты исследований [1, 9, 10, 12].
В итоге для исследования динамики МКД выделено семь участков от вершины Жебриянской бухты на севере до прол. Портица в косе, блокирующей лагунный комплекс Разельм-Синое южнее дельты (рис. 1).
Один из основных методов, используемый авторами статьи при изучении динамики МКД Дуная, – это сравнение имеющихся в свободном доступе разновременных космических снимков высокого разрешения. Этот метод был применен еще в монографии [1]. В процессе новых исследований использованы усовершенствованные приемы дешифрирования космических снимков и компьютерные способы их наложения и точного расчета площадей выдвижения или отступания МКД. Подробности усовершенствованной методики изложены в [3].
Результаты расчета величин площадей выдвижения или отступания морского края по каждому из семи участков за 2002–2016 гг., а также интенсивности этих изменений приведены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты расчета смещения морского края дельты (МКД) Дуная за 2002–2016 гг. по космическим снимкам
Приморский район дельты Дуная | Участок МКД (рис. 1) | Длина L, км | Выдвижение МКД (отложение наносов) ΔF, км2 | Отступание МКД (размыв) ΔF, км2 | Итоговое выдвижение (отступание) МКД | Итоговое среднее выдвижение (отступание) МКД | ||
ΔF, км2 | ΔF/Δt, км2/год | ΔF/ΔL, м | ΔF/L Δt, м/год | |||||
Северный (Килийская дельта) | 1 | 44.2 | +1.58 | –0.79 | +0.79 | +0.056 | +17.9 | +1.27 |
2 | 14.9 | +3.31 | –1.94 | +1.37 | +0.098 | +91.9 | +6.58 | |
3 | 7.5 | +1.00 | 0 | +1.00 | +0.071 | +133.3 | +9.47 | |
4 | 8.8 | +0.89 | –0.43 | +0.46 | +0.033 | +52.3 | +3.75 | |
5 | 36.5 | +9.54 | –0.81 | +8.73 | +0.624 | +239.2 | +17.1 | |
1–5 | 111.9 | +16.32 | –3.97 | +12.35 | +0.882 | +110.4 | +7.88 | |
Центральный | 6 | 33.9 | +0.84 | –1.71 | –0.87 | –0.062 | –25.7 | –1.83 |
Южный | 7 | 69.5 | +4.75 | –4.63 | +0.12 | +0.0086 | +1.73 | +0.124 |
Вся дельта | 1–7 | 215.3 | +21.91 | –10.31 | +11.6 | +0.829 | +53.9 | +3.78 |
В качестве дополнительного метода количественной оценки смещения МКД авторами применены полевые измерения расстояния до МКД от установленных на берегу дельты специальных реперов. Метод отработан еще в 1970–2002 гг. и изложен в [1]. В 2003–2016 гг. измерения на профилях были продолжены. Результаты измерений расстояний от реперов до МКД на профилях А, B, C и D в наиболее характерных местах МКД за 1970–2016 гг. приведены на рис. 2. Профиль А отражает процесс изменения МКД в конце участка 2. Профили В, С и D находятся в середине участков 3, 4 и 5 и характеризуют изменения в МКД на этих участках в целом.
Рис. 2. Схема размещения профилей на морском крае Килийской дельты (а) и графики изменения расстояний от реперов до МКД за 1975–2016 гг. (б).
При анализе причин изменения МКД также учтены сведения об основных внешних факторах, влияющих на строение и гидрологический режим дельты. Сведения о стоке воды и наносов Дуная в вершине дельты за разные годы приведены в табл. 2. Данные этой таблицы показывают, что во второй половине ХХ в. водный сток Дуная в его устье увеличился на 12 км3/год. Причина – в увеличении атмосферных осадков в бассейне реки. Сток взвешенных наносов, наоборот, сократился почти в два раза в результате сооружения многочисленных водохранилищ как на самом Дунае (самое крупное – Железные Ворота-1 в 1970 г.), так и на притоках реки.
Таблица 2. Сток воды и взвешенных наносов Дуная в вершине дельты, осредненный за отдельные периоды
Период, годы | Число лет | Qср, м3/с | WQ, км3/год | Rср, кг/с | WR, млн т/год |
1840–1920 | 81 | 6140 | 194 | 1990 | 62.8 |
1921–1960 | 40 | 6320 | 199 | 1660 | 52.4 |
1961–2002 | 42 | 6700 | 211 | 1230 | 38.8 |
2003–2016 | 14 | 6730 | 212 | 790 | 24.9 |
Результаты измерений на посту Приморское (Жебриянская бухта) свидетельствуют о том, что среднегодовые уровни воды на устьевом взморье Дуная в период с середины 1950-х гг. до начала ХХI в. относительно быстро повышались (с интенсивностью >0.3 см/год). Причина этого – положительный водный баланс Черного моря, обусловленный увеличением атмосферных осадков и ростом водного стока рек, включая Дунай. В начале ХХI в. повышение уровня моря замедлилось.
СОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОРСКОГО КРАЯ ДЕЛЬТЫ ДУНАЯ НА ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКАХ
Новые исследования изменений МКД Дуная за 2002–2016 гг. в основном подтвердили предположения о тенденциях динамики МКД, высказанные по результатам предыдущих исследований авторов [1]. Вместе с тем новые исследования позволили получить более детальные и надежные оценки современных процессов на МКД Дуная.
Рассмотрим эти процессы на выделенных участках 1–7 (рис. 1).
Участок 1 простирается от вершины Жебриянской бухты до косы к северу от устья рук. Потаповский (рис. 3а). МКД на этом участке сильно изрезан, глубоко вдающиеся в сушу заливы разделены выступами трех рукавов – действующего рук. Белгородского и отмерших рукавов Полуночного и Шабаш. По данным предыдущих исследований [1], на участке 1 за период с 1970 по 2002 г. выделены районы выдвижения МКД (косы, блокирующие вершину Жебриянской бухты, и устье рук. Белгородского) и отступания (размыв выступа бывшего рук. Полуночного). С 2002 по 2016 г. величина прироста площади дельты на участке 1 в два раза превышала величину размыва (табл. 1). На западном берегу бухты продолжает нарастать система Жебриянских кос. Источником песчаного материала с примесью битой ракуши для этих кос служит вдольбереговой поток наносов (продуктов волнового размыва морского берега к северу от дельты). Этот вдольбереговой поток наносов заполняет песчаными отложениями лишь вершину Жебриянской бухты и формирует МКД на западе участка 1. На его восточную часть этот поток наносов не распространяется и до участков 2, 3 и других не доходит. Дельтовые выступы отмерших рукавов Полуночный и Шабаш продолжают размываться. В целом для участка 1 характерна тенденция к выравниванию МКД. По-видимому, будут отчленяться и превращаться в лагуны вдающиеся в сушу заливы.
Рис. 3. Изменения МКД Дуная за 2002–2016 гг. на участках 1 (а) и 2 (б): 1 – выдвижение МКД, 2 – отступание МКД.
Участок 2 тянется от конца участка 1 до правой косы в устье рук. Полуденного (рис. 3б); рук. Потаповский (главный рукав в пределах этого участка) в прошлом был многоводным, его наносы в 1960–1970 гг. сформировали обширный устьевой бар. Волновой размыв гребня этого бара в дальнейшем привел к образованию огромной Новой Потаповской косы, примкнувшей к старому берегу и протянувшейся на юг от устья рукава. Возникшая в последней четверти ХХ в. коса названа Новой, так как в прошлом южнее устья рук. Потаповского уже возникали подобные косы, которые постепенно смещались к суше, смыкались с ней и зарастали густым лиственным лесом. По мере уменьшения водоносности рук. Потаповского Новая Потаповская коса стала размываться [1].
За 2002–2016 гг. на рассматриваемом участке МКД произошли большие изменения. Северная часть Новой Потаповской косы к югу от устья рук. Потаповского подверглась сильному волновому размыву и переместилась к суше на 250–300 м, отчленив лагуну. Однако в косе все еще остается небольшой проран (шириной всего 30 м). Южная часть Новой Потаповской косы блокирует устье рук. Правый Гнеушев; рук. Левый Гнеушев полностью зарос. Южная оконечность косы продвинулась в сторону устья рук. Полуденного. За 1990–2002 гг. удлинение косы в этом направлении (профиль А на рис. 2) составило 531 м (40.8 м/год). Удлинение косы подтверждает и рис. 3б. В целом размер Новой Потаповской косы немного увеличился. Дальнейшее продвижение косы к югу может привести к сужению устья рук. Полуденного. Это неизбежно приведет к уменьшению водоносности верхней части рук. Полуденный и впадающего в него рук. Анкудинов.
Участок 3 находится между правым берегом в устье рук. Полуденного и левой устьевой косой бара рук. Быстрого (рис. 3б, 4а). Участок 3 МКД ровный, слегка вогнутый, для него характерно наличие широкого пляжа и системы береговых валов. По данным [1], до 2002 г. на этом участке преобладал процесс выдвижения МКД. В 2002–2016 гг. площадь нарастания берега увеличилась (табл. 1), а размыв не проявился. На этом участке МКД раньше в море выходили рукава Отножный и Песчаный [1]. В последней трети ХХ в. устья этих рукавов были блокированы песчаными отложениями во время сильных осенних штормов. Источником наносов для формирования МКД на участке 3 служит поток наносов с севера, который создают выносы рук. Потаповского и продукты размыва его бара, не полностью отложившиеся на Новой Потаповской косе. Этот поток наносов частично обходит устье рук. Полуденного и поступает на участок 4. Выдвижение МКД на участке 3 подтверждают рис. 4а и данные измерений на профиле В (рис. 2).
Рис. 4. Изменения МКД Дуная за 2002–2016 гг. на участках 3 (а), 4 (б) и 5 (в): 1 – выдвижение МКД, 2 – отступание МКД.
Участок 4 тянется от левой устьевой косы бара в устье рук. Быстрого до правого берега в устье рук. Восточного (рис. 4а). “Входящий угол” между концом участка 3 и левой устьевой косой бара рук. Быстрого постепенно заполняется наносами, поступающими с севера. В сторону моря от этой косы отходит каменно-насыпная дамба, защищающая косу от размыва и предотвращающая занесение судоходной прорези через бар рукава.
Во второй половине ХХ в. в результате перераспределения стока между рукавами Килийской дельты сток воды и наносов рук. Быстрого заметно увеличился. Из речных наносов в его устье сформировался обширный бар. Морское волнение стало постепенно разрушать гребень этого бара; из продуктов размыва сначала сформировалась ориентированная на юг подводная отмель, а затем – параллельная берегу песчаная коса. В первые годы существования косы ее поверхность была песчаной и ровной. Со временем на поверхности появились песчаные бугры, а сама коса стала зарастать. Постепенно она приблизилась к берегу и увеличила свою длину. Лагуна, возникшая за косой параллельно старому берегу, стала местом обитания большого количества водоплавающих птиц. По этой причине коса получила название Птичьей. К 2005 г. южный конец косы достиг положения профиля С на рис. 2. Это отразилось на резком увеличении расстояния между репером на старом берегу дельты и новым МКД, т.е. внешним (морским) берегом косы. В последующие годы это расстояние стало медленно уменьшаться (рис. 2), что объясняется смещением косы в сторону старого берега дельты (рис. 4б). К 2007 г. южная оконечность Птичьей косы достигла левого берега в устье рук. Восточного. Началась блокировка этого рукава с морской стороны. Позже блокирующая коса была прорвана, уменьшение стока рукава прекратилось.
Участок 5 охватывает пространство от устья рук. Восточного до молов в устье рук. Сулинского (рис. 4в). Это последний и самый протяженный участок морского края Килийской дельты (табл. 1). На этом участке выходит в море крупный рук. Старостамбульский. В северной части этого участка МКД берег ровный, слегка вогнутый, песчаный, с береговыми валами; в южной части берег низменный, сильно заболоченный, с глубоко вдающейся в сушу бух. Мусура, которую с востока блокирует коса Новая Земля. К северу от устья рук. Старостамбульского до 2002 г. МКД находился в относительно стабильном состоянии с некоторым преобладанием аккумуляции наносов [1], поступавших с севера (профиль D на рис. 2). В конце ХХ в. отмерли отделившиеся от рук. Старостамбульского и выходящие на МКД небольшие водотоки Зуев и Заводнинский.
Наносы из рук. Старостамбульского выносятся далеко в море и в формировании МКД на участке 5 практически не участвуют. Продукты размыва устьевого бара этого рукава частично отлагаются слева и справа от бара. Преобладание аккумулятивных процессов на участке 5 объясняется перехватом баром в устье рук. Старостамбульского и сулинскими молами большей части берегового потока наносов вдоль МКД с севера. За 2002–2016 гг. прирост суши на участке 5 был максимальным – 9.54 км2 (почти 60% прироста площади всей Килийской дельты), размыв составил всего 0.81 км2; в итоге площадь дельты только на этом участке увеличилась на 8.73 км2 (табл. 1).
В 1991–2002 гг. южнее устья рук. Старостамбульского образовалась коса Новая Земля. Ее длина составляет >4 км, ширина – от 20 до 150 м. К 2016 г. коса переместилась в северо-западном направлении на 400 м. Увеличение площади суши на участке 5 (табл. 2) частично объясняется разрастанием зарослей тростника на мелководье вдоль берегов бух. Мусура, а также аккумуляцией наносов в этой бухте, в частности по обеим сторонам от устья рук. Лимба.
За период исследований с 2002 по 2016 г. (табл. 1) по всей Килийской дельте прирост суши на МКД составил 16.32 км2 (1.17 км2/ год), а размыв – 3.97 км2 (0.28 км2/год). В итоге дельта приросла на 12.35 км2, из них 71% пришелся на участок 5. По сравнению с данными за 1972–2002 гг. [1], прирост Килийской дельты увеличился в 2.25 раза, а размыв – в 1.5 раза. Возможно, эти изменения связаны также с уменьшением интенсивности повышения уровня Черного моря.
Участок 6 охватывает часть румынского побережья дельты Дуная между рук. Сулинским (точнее – сулинскимии молами) и устьем рук. Георгиевского (рис. 5а). На этом участке МКД ровный, низменный, слегка вогнутый в своей северной части. Вдоль побережья тянется песчаный пляж шириной 50–150 м. Участок 6 оказался единственным на МКД Дуная, где преобладает сильный размыв. Это объясняется отрицательным балансом крупных наносов на этом участке. Поток наносов с севера практически отсутствует (перехватывается сулинскими молами), а наносы рук. Георгиевского сюда не поступают. Размыв МКД на участке 6 выявлен авторами по итогам исследований еще в 2002 г. [1].
Рис. 5. Изменения МКД Дуная за 2002–2016 гг. на участках 6 (а) и 7 (б): 1 – выдвижение МКД, 2 – отступание МКД.
Румынские данные также подтверждают отступание МКД почти на всем участке [9, 10, 12]. Однако у изменений МКД на некоторых секторах участка 6 есть свои особенности. Так, по данным [9, 12], на отрезке протяженностью 5 км к югу от сулинских молов, находящемся в их “тени” от воздействия волнения с северо-востока, местный эпизодический вдольбереговой поток наносов в сторону молов приводит к локальному нарастанию суши со скоростью 5.8 м/год. Южнее участок МКД длиной 2 км относительно стабилен. Центральная часть МКД на участке 6 длиной ~20 км подвержена сильной эрозии интенсивностью от 5 до 20 м/год. К северу от устья рук. Георгиевского отрезок МКД протяженностью 6 км находится в динамическом равновесии (отрезки МКД с эрозией чередуются с отрезками с аккумуляцией наносов).
С 2002 по 2016 г. отступание суши на участке 6 составило 0.87 км2 (табл. 1). По данным [1], в 1883–1972 гг. на этом участке интенсивность размыва была 11–17, в 1972–2002 гг. – 15 м/год. Скорость размыва в 2002–2016 гг., по расчетам авторов статьи, составила 7–10 м/год.
Участок 7 простирается от устья рук. Георгиевского до прол. Портица, соединяющего лагунный комплекс Разельм-Синое с морем (рис. 5б). МКД на участке 7 ровный, слабовогнутый и низменный. Вдоль побережья тянется песчаный пляж. На этом участке МКД площади прироста и размыва за 2002–2016 гг. приблизительно равны друг другу (табл. 1).
Основные многолетние изменения МКД на участке 7 связаны с возникновением и смещением косы Сахалин. В последней декаде XIX в. после крупных половодий в устье рук. Георгиевского образовался обширный бар. Его волновой размыв привел к возникновению ориентированной на юг отмели. В 1897 г. она вышла на поверхность. В прибрежной зоне возникла вытянутая вдоль берега песчаная коса, получившая название Сахалин. В 1900 г. длина и ширина косы составляли 3.2 км и 200 м соответственно [10]. В первой половине ХХ в. под влиянием вдольберегового потока наносов с севера и выноса речных наносов рук. Георгиевского коса Сахалин постоянно удлинялась в юго-западном направлении в среднем на 100–140 м/год. Одновременно с удлинением под воздействием волнения коса смещалась к берегу, иногда со скоростью 70 м/год [9]. В конце 1970-х гг. коса в северной части примкнула к берегу и изогнулась к западу, отделив от моря длинную лагуну. В 1990 и 2006 гг. длина и ширина косы Сахалин составили 16.7 км и 320 м и 19.2 км и 310 м соответственно [10]. Для косы характерен ровный песчаный берег с мористой стороны и изрезанный, поросший тростником – с другой.
Эволюция косы Сахалин за 1911–2006 гг. приведена на рис. 6.
Рис. 6. Эволюция косы Сахалин в устье Георгиевского рук., по [10].
За период исследований с 2002 по 2016 г. (табл. 1) по всей дельте Дуная прирост суши на МКД составил 21.91 км2 (1.56 км2/год), размыв – 10.31 км2 (0.74 км2/год). В итоге вся дельта приросла на 11.6 км2.
ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЙ МОРСКОГО КРАЯ ДЕЛЬТЫ ДУНАЯ
Исследования динамики МКД Дуная до 2002 г. и в 2002–2016 гг. (с использованием новых космических снимков) позволили выявить основные причины и закономерности изменений МКД.
В качестве физической основы для оценки воздействия различных факторов на динамику МКД может быть использовано уравнение баланса песчаных наносов в береговой зоне.
Для любого участка МКД приходная часть этого уравнения включает в себя поступление на участок крупных наносов, формирующих МКД. Во-первых, это сток песчаных наносов за интервал времени Δt (годы) из ближайшего крупного дельтового рукава: k1WRΔt/ρотл, где WR, кг/год, – сток взвешенных и влекомых наносов рукава; k1 – доля в этом стоке крупных наносов (обычно k1 от 0.2 до 0.4), ρотл, кг/м3, – плотность отложений. Во-вторых, это наносы, поступающие из-за пределов рассматриваемого участка с вдольбереговым потоком наносов: WWΔt/ρотл, где WW, кг/ год, – мощность вдольберегового потока песчаных наносов.
Расходная часть уравнения баланса наносов – это песчаные наносы, выносимые за пределы данного участка МКД под воздействием морского волнения. Этот компонент уравнения баланса равен k2ЭΔtL, где Э, Дж/м, – энергия волнения на 1 м МКД; L, м, – длина участка; k2 – размерный коэффициент, связывающий величину волнового размыва МКД с энергией волнения.
Результирующий член уравнения баланса крупных наносов – это изменение за период Δt объема отложившихся или унесенных волнением наносов на участке МКД. Этот член уравнения равен ΔFh, где ΔF, м2, – изменение площади дельты на участке за период Δt в результате выдвижения МКД (при этом ΔF > 0) или отступании МКД (Δ F< 0), h, м, – толщина слоя отложений, близкая по величине к средней глубине взморья вблизи МКД.
После небольшого преобразования получим:
ΔF = k1WRΔt/ρотлh + WWΔt/ρотлh – k2ЭΔtL/h – k3ΔHмL/i. (1)
В уравнение (1) добавлен член, учитывающий непосредственное влияние на ΔF (смещение МКД) изменения уровня моря ΔHм (м) за период Δt. Если уровень моря повышается (ΔHм > 0), то МКД при прочих неизменных условиях либо замедляет выдвижение, либо отступает, если уровень моря понижается (ΔHм < 0), то МКД ускоряет свое выдвижение. В добавленном члене k3 – эмпирический коэффициент; L, м, – длина участка; i, ‰, – уклон поверхности либо суши вблизи МКД (если ΔHм > 0), либо дна устьевого взморья в прибрежной зоне (если ΔHм < 0).
Уравнение (1) не может быть использовано для точных расчетов смещения МКД, так как коэффициенты k1, k2, k3 заранее неизвестны. Но уравнение (1) позволяет качественно оценить вклад разных факторов в динамику МКД. Чем больше величины WR и WW, тем активнее выдвигается в море МКД на рассматриваемом участке; чем больше Э и h, тем медленнее выдвижение МКД. При значительной величине энергии волнения МКД может начать отступать.
Использование уравнения (1) позволило на качественном уровне выявить основные причины и особенности динамики МКД Дуная на разных участках.
- На всех участках (кроме 6) баланс песчаных наносов положительный: в последнее столетие на этих участках преобладало выдвижение МКД; на участке 6 преобладал размыв. Основными источниками наносов на участках 2–5 и 7 с выдвижением МКД был сток крупных наносов рукавов, выходящих на эти или смежные участки рукавов (Потаповского, Быстрого, Георгиевского).
- Главный приходный компонент баланса наносов – это сток наносов перечисленных рукавов; второстепенный – вдольбереговой поток наносов. При этом значение имеют преобладающее направление сильных ветров, волнения и, как следствие, мощность вдольберегового потока наносов: в береговой зоне дельты Дуная – с севера на юг. На участке 1 поток наносов с севера от дельты – главная причина заполнения наносами вершины Жебриянской бухты и выдвижения МКД.
- Установлено, что на формирование дельты и ее морского края большее влияние оказывают не многолетние изменения стока наносов самого Дуная (табл. 2), а перераспределение стока между рукавами дельты. В пределах Килийской дельты перераспределение стока воды и наносов между рукавами привело к постепенному сосредоточению стока в наиболее крупных рукавах (Потаповском, Быстром и Старостамбульском). Этот процесс сопровождается отмиранием многих малых рукавов. Процесс отмирания обычно идет с обоих концов малого рукава: его исток “забивается” отмелями, сползающими вдоль подводящего рукава, а устье малого рукава – песком пляжа на МКД при прибое и накате во время осенних штормов. В Килийской дельте число устьев рукавов в середине ХХ в. достигало 19, а к 2018 г. сократилось до 10. Отмершие рукава хорошо выделяются на современных космических снимках по характерной древесной растительности на бывших прирусловых валах среди тростниковых плавней.
- Для дельты Дуная характерны периодические возникновения и трансформации обширных кос к югу от устьев крупных рукавов Потаповского, Быстрого, Георгиевского (рис. 3б, 4б, 5б, 6). Развитие таких кос включает в себя несколько стадий. В период активизации рукава и в год с крупным половодьем в устье рукава формируется обширный устьевой бар. В последующие годы волновой размыв гребня бара приводит к образованию к югу от бара подводной отмели. Позже отмель выходит на поверхность, превращаясь в песчаную косу, которая в дальнейшем увеличивается в длину, смещается к старому берегу дельты, а затем в своей верхней (северной) части примыкает к нему, в результате чего образуется лагуна. Коса, постепенно смещаясь к югу, блокирует и устья небольших рукавов.
- Особую роль играют огромный бар в устье рук. Старостамбульского и молы в устье рук. Сулинского. Они отклоняют наносы этих рукавов на большие морские глубины и практически исключают их из процесса формирования МКД.
- Если вдольбереговой поток песчаных наносов, транзитных и образовавшихся в результате размыва МКД на конкретном участке, “упирается” в выдвинутый в море устьевой бар рукава в начале следующего участка, то во “входящем углу” часть наносов отлагается. Такие зоны аккумуляции отмечены к северу от баров рукавов Быстрого и Георгиевского. Такова же причина аккумуляции на участке 5 перед устьем рук. Старостамбульского.
- На смещение МКД может влиять и изменение (повышение или понижение) уровня Черного моря. Для условий дельты Дуная уклоны поверхности пляжей вблизи МКД и уклоны дна устьевого взморья в прибрежной зоне составляют 3–5‰. При таких уклонах повышение или понижение среднего уровня Черного моря на 0.1 м может привести к смещению МКД в сторону суши (при ΔHм > 0) или в сторону моря (ΔHм < 0) на 33–20 м.
ВЫВОДЫ
Проведенные в дельте Дуная в последние десятилетия детальные исследования с применением комплекса полевых и усовершенствованных космических методов позволили сделать ряд важных выводов: 1) характерным индикатором гидролого-морфологических процессов в дельте в целом могут служить изменения МКД на отдельных участках; 2) смещение МКД – это следствие естественного и антропогенного перераспределения стока воды и наносов между рукавами дельты, изменения ветрового режима, волнения и создаваемого им вдольберегового потока наносов; 3) динамика МКД на каждом участке определяется балансом песчаных наносов.
Полученные выводы могут быть распространены на другие крупные неприливные и микроприливные дельты с приглубым или умеренно отмелым взморьем. Такое распространение (с учетом разрозненных сведений об изменениях в дельтах многих рек мира) позволяет сформулировать основные современные тренды в изменении строения и режима таких дельт.
Основные тенденции следующие. 1. Замедление выдвижения дельт в приемные водоемы. Причины этого замедления: выход дельт на большие глубины; антропогенное сокращение стока наносов многих рек в результате сооружения на них крупных водохранилищ; начавшееся в середине ХХ в. повышение уровня океанов и морей; активизация циклонической деятельности и, как следствие, морского волнения. 2. Сокращение числа устьев дельтовых рукавов, впадающих в море. 3. Увеличение протяженности участков МКД, подверженных волновому размыву. 4. Уменьшение обводнения пресными водами периферийных участков дельт. 5. Усиление роли водохозяйственных и гидротехнических работ в преобразовании естественного режима и строения дельт.
Некоторые из перечисленных тенденций уже проявились в дельтах Дона, Кубани, Терека, Лены, Яны, Индигирки, Колымы, а также Роны, По, Вислы, Хуанхэ, Янцзы, Инда, Годавари, Нила, Нигера, Миссисипи.
Об авторах
М. В. Михайлова
Институт водных проблем РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: mv.mikhailova@gmail.com
Россия, 119333 Москва
В. И. Кравцова
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: valentinamsu@yandex.ru
Россия, 119991 Москва
В. Н. Морозов
Дунайская гидрометеорологическая обсерватория
Email: morozov@dhmo.org.ua
Украина, 68609 Измаил
Список литературы
- Гидрология дельты Дуная. М.: ГЕОС, 2004. 448 с.
- Гидрология устьевой области Дуная. М.: Гидрометеоиздат, 1963. 383 с.
- Кравцова В.И., Инюшин А.Н. Динамика дельты Дуная в XXI веке: исследование по космическим снимкам // Геоинформатика. 2018. № 2. С. 45-62.
- Левашова Е.А. Михайлов В.Н., Михайлова М.В., Морозов В.Н. Естественные и антропогенные изменения стока воды и наносов Дуная // Вод. ресурсы. 2004. Т. 31. № 3. С. 261-272.
- Михайлов В.Н., Михайлова М.В. Дельты как индикаторы естественных и антропогенных изменений режима рек и морей // Вод. ресурсы. 2003. Т. 30. № 6. С. 655-666.
- Михайлов В.Н., Михайлова М.В., Магрицкий Д.В. Основы гидрологии устьев рек. М.: Триумф, 2018. 313 с.
- Михайлова М.В. Многолетние изменения строения речных дельт // Вод. ресурсы. 2016. Т. 43. № 5. С. 488-501.
- Петреску И.Г. Дельта Дуная. Происхождение и развитие. М.: ИИЛ, 1963. 279 с.
- Dan S., Stive M.J.F., Walstra D.-J.R., Panin N. Wave climate, coastal sediment budget and shoreline changes for the Danube Delta // Marine Geol. 2009. № 262. Р. 39-49.
- Dan S., Walstra D.-J.R., Stive M.J.F., Panin N. Processes controlling the development of a river mouth spit // Marine Geol. 2011. № 280. Р. 116-129.
- Mikhailova M.V., Cheroy A.I., Mikhailov V.N. Dynamics of the delta coastline as an indicator of the evolution of the Chilia delta at the Danube mouth // Proc. 23 Conf. Danube Countries on the Hydrological Forecasting and Hydrological Bases of Water Management. Belgrade, Serbia, 2006. P. 1-10 (CD).
- Stanica A., Dan S., Jiménez J.A., Ungureanu Gh.V. Dealing with erosion along the Danube Delta coast. The CONSCIENCE experience towards a sustainable coastline management // Ocean & Coastal Management. 2011. № 54. P. 898-906.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)