Morphological diversity of channel patterns of braided rivers

Full Text

Введение

Русла рек, разветвленных на рукава (русловая многорукавность), представляют собой наиболее сложный и разнообразный по морфологическим проявлениям тип речных русел. Из-за рассредоточения стока воды по рукавам, зависящего от формы узлов разделения и слияния, в них возникает неодинаковая специфическая гидродинамическая структура потока, характеризующаяся большим разнообразием переформирований. Формируясь в широкопойменном и врезанном русле, они вызывают большие затруднения при эксплуатации рек как водных путей сообщения, прокладки через реки коммуникаций, использовании водных ресурсов, защиты берегов рек на освоенных территориях от размыва и т. д. При этом, чем больше река и ее водоносность, тем больше вероятность разветвленности ее русла. Действительно, многорукавность свойственна большинству больших и крупнейших рек (Обь, Лена, Енисей, Амур, Северная Двина, нижняя Волга и др.), формируясь даже на участках с врезанным руслом (верхняя и средняя Лена, Северная Двина, Ангара). На средних и малых реках преобладают неразветвленные, главным образом, меандрирующие русла, а разветвления, как правило, относительно простых форм встречаются лишь в определенных условиях (например, в зонах подпора потока от сужения днища долины).

Русла рек, разветвленные на рукава — один их трех основных морфодинамических типов русел. По протяженности они составляют в пределах бывшего СССР около 30–35% длины всех русел. На некоторых больших и крупнейших реках они абсолютно преобладают: на Северной Двине — 75% длины, Оби — более 60%, нижней Печоре — 43%, на Лене от г. Якутска до Ленской “трубы” — более 90%. Это определяет пристальное внимание к русловым разветвлениям в отечественной [1–15] и зарубежной [16–19] литературе. Тем не менее, анализ морфологии разветвлений, условий их развития и режима переформирований в большинстве существующих классификаций ограничивается наиболее общими характеристиками, не учитывающими их огромного разнообразия. Выделяется не более двух-четырех их разновидностей, основывающихся на разных признаках, например, осередковая или русловая и пойменная многорукавность [14]; двурукавные и многорукавные русла с разделения их на равнинных и горных реках [19] и т. д. Исключение представляет подход к русловым разветвлениям, развиваемый в МГУ [1, 10, 11]. В разработанной здесь классификации рассматриваются 11 их разновидностей, присущих рекам с широкопойменными руслами. Из них 5 встречаются также у адаптированных и врезанных русел. Причем у последних важным является и генезис разветвлений — аккумулятивный или скульптурный (на выступах коренных пород). При этом учитываются, с одной стороны, взаиморасположение островов, образующих узлы (звенья) разветвлений, размеры островов и островных массивов, количество островов, составляющих каждый узел разветвления и соответственно степень разветвленности русла, определяющие сопряженность или автономность в развитии отдельных узлов разветвлений, а с другой, в каждом узле разветвления, наличие вторичной разветвленности или извилистости рукавов. Главное в таком подходе — соответствие морфологии разветвлений режиму и специфике их переформирований, вследствие чего сама классификация называется морфодинамической. Каждый тип разветвлений характеризуется присущими только ему гидролого-морфологическими зависимостями [1, 15, 20, 21], что свидетельствует, наряду с особенностями режима переформирований, об объективности выделения типов русла. Такое построение классификации позволяет добавлять новые ячейки, соответствующие типами разветвлений, которые выявляются по мере их изучения, создавать в ней новые уровни (блоки), позволяющие учесть все бóльшее морфологическое и динамическое разнообразие разветвлений. Именно это морфодинамическое разнообразие разветвлений — предмет рассмотрения настоящей статьи.

Многоуровенность классификации (типы русловых процессов — горные, полугорные, равнинные → геоморфологические типы русла — широкопойменные, врезанные, адаптированные → морфодинамические типы русел — извилистые, разветвленные, относительно прямолинейные → подтипы каждого из них → разновидности последних) отражают дискретные свойства русловых процессов, с одной стороны, и их континуальность, взаимосвязанность и последовательность развития русла на каждом уровне, с другой. Это позволяет использовать ее в зависимости от степени учета русловых процессов при решении водохозяйственных, гидротехнических, воднотранспортных и других задач. В одних случаях достаточно выделения только основного типа русла (например, разветвленного или извилистого), в других — нужно знать тип разветвления, а иногда — и разновидности последних, сопровождая их характеристику оценкой устойчивости русла, состава руслообразующих наносов и т. д.

Исходные материалы

В 2017 г. опубликована последняя версия морфодинамической классификации речных русел МГУ [22], согласно которой разветвления подразделяются: у широкопойменных русел на одиночные, сопряженные, односторонние, чередующиеся односторонние, параллельно-рукавные, пойменно-русловые, раздвоенные (фуркация), дельтовые, разветвлено-извилистые, разбросанные и разветвления в узлах слияния рек; у адаптированных — на одиночные, сопряженные, односторонние, параллельно-рукавные, разбросанные; у врезанных — на скульптурные, скульптурно-аккумулятивные, аккумулятивные и разветвления в узлах слияния рек (с текстовым разъяснением, что морфодинамически они такие же, как и разветвления адаптированных русел). Принципиальные схемы деформаций каждого из этих типов разветвлений достаточно подробно разработаны на обширном фактическом материале и содержатся в ряде обобщающих [1, 13, 20, 22, 23] и многочисленных региональных (по конкретным рекам) публикациях. Кроме того, среди широкопойменных русел были выделены также пойменные проточно-озерные разветвления [24–26], в которых рукава или пойменные протоки протекают (впадают и вытекают) через крупные пойменные озера различного происхождении. На Хуанхэ это реликтовое древнее озеро, в значительной мере заполненное наносами; на Тереке — остатки разлива реки в пониженной части поймы, образовавшегося при прорыве прирусловых повышений (валов); на Оби — соры, представляющие собой обширные водоемы в тыловых частях поймы — следствие повышения уровней грунтовых вод при направленной аккумуляции наносов в русле; на Амуре — приустьевые разливы притоков — также следствие направленной аккумуляции наносов на главной реке.

Рассредоточение потока по рукавам возникает при образовании прорванных излучин, в которых одновременно функционируют и старица, и новое спрямляющее излучину русло — рукав. Разветвления формируются также в руслах любого типа как формы 2-го или 3-го порядков [11, 27], выделенные в классификационной схеме отдельным блоком, но сами пока не типизированные. С их учетом перечень типов разветвлений расширяется (рис. 1).

Рис. 1. Основные морфодинамические типы русел рек, разветвленных на рукава (по [1], с изменениями и дополнениями): (а) — односторонние (р. Обь, Кереевское разветвление); (б) — чередующееся односторонние (р. Лена, ниже Кангаласского камня); (в) — одиночное (р. Вычегда, Тимасовское); (г) — сопряженное (р. Обь, Орско-Борское–Гусиное–Белоглинское); (д) — сложное сопряженное (р. Лена, ниже устья р. Вилюя); (е) — параллельно-рукавное (р. Обь, Фоминское–Усть-Ануйское); (ж) — разветвленно-извилистое (р. Обь, Тягловские излучины); (з) — пойменно-русловое (р. Киренга, Щучье); (и) — разбросанное (р. Катунь, нижнее течение); (к) — пойменное озерно-проточное (р. Янцзы, равнина Лянху); (л) — раздвоенное (р. Обь, Юганское).

1–2 — основные положения стрежня потока; 3 — прирусловые отмели; 4 — пойма; 5 — коренные берега

Таким образом, при типизации многорукавных русел к ним следует относить все случаи разделения потока и рассредоточения стока, включая прорванные излучины, разветвления, формирующиеся на крыльях и в привершинных частях излучин, разветвления 2-го и 3-го порядков в меандрирующем или относительно прямолинейном русле. Речь идет об островных и пойменных разветвлениях; осерёдковые и точечные разветвления, относящиеся к другому уровню проявлений русловых процессов, здесь не рассматриваются.

Кроме того, каждый тип разветвления, как показывает изучение руслового режима рек, разветвленных на рукава, имеет разновидности, которые обычно не включаются в классификационные схемы и рассматриваются лишь в рамках руслового анализа конкретных рек. Основу для выделения как разновидностей разветвлений того или иного типа, составляют материалы многолетних (начиная с 1957 г.) исследований рек с многорукавными руслами, позволившие разработать морфодинамическую классификацию русел рек, отличную по своей структуре и принципам построения от известной “типизации русловых процессов” ГГИ. Русловые крупномасштабные исследования разветвлений проводились, иногда с неоднократной повторностью, на Сев. Двине и Вычегде, Печоре, Мезени, Оби, Енисее, Лене, Амуре, их притоках; были привлечены опубликованные данные по нижней Волге [28], Аргуни [29] и другим рекам. При этом в ходе исследований проводились с различной детальностью съемка и промеры русел, измерения расходов воды и взвешенных наносов в рукавах и протоках, определялась структура потоков, строение и интенсивность размыва берегов; для руслового анализа привлекались лоцманские карты и карты русел, фиксирующие состояние русел в разные временные интервалы, начиная с конца ХIХ — середины ХХ вв.

Разветвления и их соотношение с другими морфодинамическими типами русла

Уже само выделение 11 типов разветвлений свидетельствует о многообразии русловой многорукавности — от достаточно простых одиночных разветвлений до сложных по морфологии и динамике параллельно-рукавных. При этом один и тот же тип разветвлений неодинаков на реке с руслами неустойчивыми, слабоустойчивыми и устойчивыми, широкопойменными, адаптированными и врезанными, а среди последних — формирующихся в скальных или пластичных грунтах, с песчаным или галечно-валунным составом руслообразующих наносов, на реках, аккумулирующих наносы или врезающихся. Возникают и другие условия, обусловливающие морфологические и динамические различия типов разветвлений, позволяющие в каждом из них выделять те или иные разновидности.

Проблема усугубляется тем, что, наряду с русловой (основной) разветвленностью, на реках с широкопойменными руслами возникает при определенных условиях (в основном там, где руслоформирующий расход проходит при затопленной пойме и по ней во время высокого половодья/паводков возникает мощное транзитное течение) пойменная многорукавность. Она расчленяет пойму на отдельные массивы (широтный отрезок средней и нижняя Обь, Сев. Двина, Лена, Печора, нижняя Волга), причем часть ответвлений имеет местные названия: полои на Северной Двине, шары на Печоре, воложки на Волге. Пойменная многорукавность свойственна многим меандрирующим рекам (Вычегда, нижний Дон, Вилюй). При этом истоки и устья таких ответвлений часто находятся в рукавах основного русла реки. Суммарная водность их в половодье может достигать 15–20% (т. е. сток воды в них очень существенный), но в межень снижается до долей процента, вплоть до полного обсыхания и превращения в цепочку озер — бывших плесовых лощин. Вместе с тем рукава в пойменно-русловых разветвлениях и тем более раздвоенные русла характеризуются своими морфодинамическими типами и гидролого-морфологическими зависимостями. В пойменно-русловых разветвлениях (они, как правило, приурочены к местам, где река перемещается от одного борта долины к другому, вследствие чего имеет место несовпадение направлений пойменного и руслового потоков), эти характеристики в каждом рукаве практически неизменны. Но в раздвоенном русле они существенно изменяются, т. к., имея протяженность десятки и даже сотни километров, каждый рукав имеет свои водосборы, принимает притоки, а при наличии пойменной многорукавности — пойменные протоки — ответвления, по которым осуществляется гидравлическая связь между основными рукавами. На средней Оби раздвоенное русло образуют Обь и протоки-рукава Юганская Обь, Б. Салманская и Неулёва, на нижней Оби — Горная и М. Обь, на нижней Волге — р. Ахтуба, на нижнем Дону — р. Аксай, на Днестре — р. Турунчук. Например, водность Юганской Оби при ее ответвлении от основного русла в половодье составляет 17%, тогда как в устье — 36%: помимо многочисленных пойменных проток и слива воды с затопленной поймы она принимает два левобережных притока Оби — Б. Юган и Б. Салим. Соответственно, не только изменяются параметры излучин Юганской Оби, но и наряду с ними появляются русловые разветвления.

Генезис раздвоенных русел и водность вторых рукавов очень разнообразны: наименьшей характеризуется Ахтуба, на которую приходится не более 3% от стока Волги (она — реликт дельт заполнения ингрессионного залива при понижении уровня моря [28]); наибольший — рукава средней и нижней Оби (до 40%), являющиеся следствием направленной аккумуляции наносов.

Пойменно-русловые разветвления часто встречаются на меандрирующих реках (Вычегда, Ока, причем оба рукава в них меандрируют), и в рукавах раздвоенных русел (Обь). На меандрирующих реках также встречаются пойменные проточно-озерные разветвления (Янцзы, нижний Терек). Если учесть все возможные варианты разветвлений русел рек и рассредоточения стока воды по рукавам и протокам (имеются в виду пойменные ответвления от основного русла), то, по экспертной оценке, доля многорукавных русел возрастает до 50–60% от общей длины рек Северной Евразии. Поэтому при построении полной классификации речных русел надо исходить из принципа “ножниц”: в зависимости от целей, уровня и масштаба исследования морфодинамически русло реки может быть отнесено к тому или иному типу. Например, на мелкомасштабной (м-б 1:4 000 000) карте [30] русло большей части средней и нижней Оби показано как разветвленное, осложненное пойменной многорукавностью; в “Атласе Ханты-Мансийского (Югра) АО” русла выделены в каждом из рукавов раздвоенных русел Оби и Юганской Оби, М. и Горной Оби [31].

Морфологические разновидности разветвлений разного типа

Формирование разветвлений начинается с образования в русле осерёдка, его зарастания и превращения в элементарный остров [1, 10]. Объединение двух и более таких островов приводит к возникновению сначала больших островов, а затем островных массивов. При минимуме гидравлических сопротивлений, которые эти образования оказывают потоку, они имеют каплевидную форму с соотношением длины L_о и ширины В_о острова L_о/В_о = 3–4 [1, 32–34]. При дальнейшей эволюции она может трансформироваться в удлиненную (L_о/В_о > 3–4) при регрессивном смещении или овальную (L_о/В_о < 3–4) форму при поперечном (по отношению к оси русла) развитии острова. Соответственно изменяются очертания одиночных разветвлений (рис. 2), которые в данном случае относятся к простым (рис. 3а). В отличие от них сложные построенные своеобразные “архипелаги” состоят из нескольких больших и/или элементарных островов, а иногда тех и других, разделенных межостровными протоками (рис. 3г) или одной или несколькими поперечными протоками, по которым осуществляется гидравлическая связь между обоими рукавами (рис. 3д). Но если водность межостровных проток составляет доли процента — первые проценты, то поперечные протоки перераспределяют расходы воды между рукавами в пределах 10–20%. Иногда одиночные разветвления бывают трехрукавными, причем центральный рукав, находящийся между островами, относительно прямой, а левый и правый, огибая их, образуют излучины (рис. 3б). Водность всех трех рукавов изменяется в разные фазы водного режима и в многолетнем плане — в зависимости от смещения побочней и деформаций русла на смежном расположенном выше участке реки, водности года и т. д. Если такое разветвление формируется за плечом ведущего берега, чаще коренного, незатопляемого, то в процессе развития оно приобретает веерную форму (рис. 3в), при которой рукава характеризуются все большей изогнутостью в направлении поперек реки. По мере развития излучины одного рукава и достижения им критических размеров (l/L ~1.4–1.6; здесь l –длина изогнутого рукава, L — шаг разветвления) происходит развитие более прямого рукава, в который перемещается большая часть расхода воды и формируется новый остров. Со временем наиболее удаленный рукав превращается либо в пойменное ответвление, либо отмирает, тогда, как благодаря вновь возникшему острову в прямом рукаве восстанавливается многорукавность при продолжающемся развитии излучин, образуемых каждым рукавом. Развивающаяся излучина наиболее удаленного рукава нередко становится со временем заваленной, вследствие чего в китайской русловой литературе такие разветвления получили название “голова утки”.

Рис. 2. Типизация одиночных разветвлений

Еще одна форма усложнения одиночных, в том числе трехрукавных разветвлений — формирование в рукавах островов, вызывающих разветвления этих рукавов и образующих формы 2-го и даже 3-го порядков (рис. 3е). Причины этого различны: снижение транспортирующей способности потока в рукаве с большим стоком наносов, подпор потока в рукаве со стороны другого рукава, местные особенности морфометрии рукава и т. д.

Рис. 3. Разновидности одиночных разветвлений на реках России: (а) — простое, образованное большим островом (р. Обь, Дубровинское); (б) — сложное трехрукавное (р. Северная Двина, Ботовское); (в) — веерное (р. Обь, Елобогатское); (г) — образованное несколькими островами, разделенными межостровными протоками (р. Печора, Каменское); (д) — с поперечной протокой между рукавами (р. Обь, Балинское); (е) — с разветвлением 2-го порядка (р. Лена, Кыллахское).

Усл. обозначения см. рис. 1

Симметричность/асимметричность одиночных разветвлений — важные условия их переформирований. От угла между каждым рукавом и руслом перед узлом разветвления зависят колебания водности рукавов в разные фазы водного режима, в маловодные и многоводные годы меняется структура потока и роль рукавов в распределении стока руслообразующих наносов.

Образование острова в русле вызывает изгиб потока, размыв противоположных острову берегов, увеличение поперечных размеров острова и, как следствие, расширение русла. Если этого не происходит и ширина острова В_о остается меньше 0.4b_р (ширины русла), разветвление квалифицируется как имеющее 2-й или (в зависимости от В_о) 3-й порядок [13]. Но местные расширения русла могут иметь и иное происхождение, и тогда растекание по нему потока служит причиной формирования острова. Таким образом, соответствие разветвления местному расширению русла, вне зависимости от его генезиса, — важное условие развития одиночных разветвлений. Однако иногда встречаются очень узкие и очень длинные острова, вытянутые почти посередине русла параллельно берегам реки, не вызывающие отклонения к ним потока, вследствие чего размыв их не происходит. Подобные острова, у которых L_о/В_о > 10, описаны на Сухоне и Оби. Несмотря на то, что В_о ~0.1b_р, из-за их большой длины и равнозначного распределения стока между рукавами, такие разветвления следует относить к основным (первого порядка) разветвлениям русла.

В морфодинамической классификации МГУ выделяются разветвлено-извилистые русла, в которых шпоры излучин образуют группы островов, формирующихся в зонах замедления течения на излучинах, причленяющихся к выпуклым берегам и вызывающим в итоге развитие самих излучин. Вместе с тем на больших реках острова возникают в привершинных частях сегментных, пологих и развитых излучин, формируясь близ выпуклого берега, от которого они отделяются достаточно многоводным рукавом, спрямляющим излучину; шаг такого одиночного разветвления равен шагу излучины и соответствует длине рукава, проходящего через шпору излучины. По этому рукаву может произойти спрямление излучины при достижении ею достаточно крутой сегментной формы и критического соотношения l/L = 1.4÷1.6. Если в привершинной части излучины образовалось местное расширение русла с выбоиной вогнутого берега, в последней также формируется остров. Причем оба рукава периодически могут быть основными, в зависимости от деформаций русла на смежном участке непосредственно выше по течению. Реже разветвления формируются в нижнем или в верхнем крыльях излучин, захватывая, соответственно, верхнее или нижнее крылья смежных излучин.

К категории одиночных разветвлений следует относить также разветвления, соответствующие прорванным излучинам. На реках с глубоко и длительно затопляемой поймой и с руслоформирующими расходами воды, соответствующими таким половодьям (паводкам), старое русло не отмирает, превращаясь в старичное озеро или курью (залив), продолжает функционировать, забирая до 25–40% расхода воды. Спрямляющий излучину рукав возникает либо путем размыва пониженной части поймы в основании шпоры излучины, либо используя существующие пойменные протоки или ложбины. При этом изначально он получает иногда извилистые очертания в плане или образует излучины в процессе своего развития.

На широтном отрезке средней Оби (между устьями Ваха и Иртыша) находятся три сходных по морфологии и переформированиям сложные трехрукавные разветвления с меандрирующими рукавами (рис. 4). Здесь неоднократно происходили прорывы излучин; причем последнее спрямление относится к 1949–1950 годам. Причина таких разветвлений пока неясна. Возможно, они как-то связаны с тем, что в пределах всех трех разветвлений берут начало либо крупные пойменные протоки Кирьяс (доля расхода в ней 18%), которая, очевидно, в прошлом представляла собой левый рукав бывшего здесь пойменно-руслового разветвления, а также Покомас, являющаяся по существу верхним истоком Юганской Оби — левого рукава раздвоенного русла, либо Б. Салманская протока — левый рукав второго (считая сверху вниз по течению) участка средней Оби с раздвоенным руслом (доля расхода — 30%). Аналоги таких разветвлений на других реках пока не известны.

Рис. 4. Трехрукавное Сытоминское–Салманское разветвление р. Оби с меандрирующими рукавами, сформировавшееся при неоднократном их спрямлении и образовании прорванных излучин

Сопряженные разветвления достаточно подробно освещены в литературе [1, 7, 10, 22], а разработанные (в соответствии с закономерностями их развития) и реализованные проекты выправления русла стали уже хрестоматийными примерами, получив название правила “восьмерки”. Среди этого типа разветвлений выделяется простые, соответствующие выделению с такой же характеристикой одиночных разветвлений, и сложные, в которых по многочисленным протокам между островами осуществляется на протяжении каждого звена перемещение значительной доли расхода воды из одного основного рукава в другой, вследствие чего меняется роль рукавов в рассредоточении стока. Отдельным звеньям сопряженных разветвлений присущи многие из тех морфологических осложнений, которые выше рассмотрены для одиночных разветвлений. Вместе с тем, они встречаются в рукавах пойменно-русловых разветвлений.

Их специфическая особенность — сдвинутые сопряженные разветвления, в котором ухвостья верхнего острова спускаются ниже оголовка нижнего (рис. 5). Такие разветвления характерны для относительно устойчивых русел [10]. При их переформированиях и развитии в верхнем звене второго основного рукава их “сдвинутость” не позволяет произойти перераспределению расходов воды в следующем ниже по течению звене, вследствие чего они могут трансформироваться в односторонние.

Рис. 5. Сдвинутое Покурское сопряженное разветвление на средней Оби

Параллельно-рукавные разветвления представляют в широкопойменном слабоустойчивом или неустойчивом русле наиболее сложный по режиму деформации и морфологии тип разветвлений [8]. Таковы (вне зависимости от геоморфологического типа русла — широкопойменное или врезанное) значительные по протяженности участки верхней Оби (от слияния Бии и Катуни до устья р. Чарыша), средней и нижней Лены, Сев. Двины, Печоры, Мезени. Острова, их образующие, характеризуются, как правило малыми размерами, удлиненной формой (отношение L_о/В_о ~6.0) [21] и зачастую многочисленными слабо закрепленными растительностью отмелями между редкими островами. При повышении устойчивости русла или во врезанном даже слабоустойчивом русле размеры островов увеличиваются, а их количество уменьшается, повышается “выраженность” рукавов, т. к. разделяющие их отмели и элементарные острова замещаются большими островами и островными массивами. В ХХ в. на многих реках отмечена трансформация сопряженных разветвлений (Лена, Печора) и чередующихся односторонних (верхняя Обь) в параллельно-рукавные; в то же время даже при проведении крупных выправительных работ, при которых один из рукавов перекрывается глухой дамбой, в течении 20–25 лет происходит восстановление параллельно-рукавных разветвлений, но в той части реки, в которой сосредоточивается после выправления основной поток (верхняя Обь) [36].

Во врезанном с галечно-валунным составом наносов и, соответственно, устойчивым (средняя Лена) русле параллельно-рукавные разветвления образованы крупными островами и островными массивами удлиненных форм. Их длина L_о достигает нескольких километров при ширине до 1–1.5 км (в Еловском разветвлении — 18 км). На Ангаре развитие параллельно-рукавных разветвлений происходило на фоне активного врезания в скальное ложе и в условиях ярко выраженного дефицита наносов, вследствие часто здесь сформировались большие (длиной до 12 км, ширина до 3.5 км), высокие (до 40–60 м над рекой) острова, имеющие коренной скальной цоколь [37].

Таким образом, среди параллельно-рукавных разветвлений выделяются образованные: 1) цепочками элементарных островов, зарастающих отмелей и реже отдельных больших островов; 2) большими островами и островными массивами удлиненной формы с поперечными протоками между ними, по которым осуществляется гидравлическая связь между рукавами; 3) высокими незатопленными большими островами с коренным скальным цоколем. Рукава во всех разновидностях параллельно-рукавных разветвлений осложняются часто разветвлениями второго порядка.

Пойменно-русловые разветвления встречаются двух видов, наиболее часто — на “перевале” реки от одного борта долины к другому (рис. 1, 3), что обеспечивает пересечение пойменного и руслового потоков во время половодья. На меандрирующих реках оба рукава образуют серии излучин (до 5–7, иногда больше), и только тот из них, который подходит к коренному берегу, имеет в нижней своей части прямолинейное неразветвленное русло. На других реках возможны различные комбинации: оба рукава — с разветвленным руслом либо один рукав — разветвленный, второй — меандрирующий.

В основном этот тип разветвлений — прерогатива крупнейших рек с очень широкой поймой. Например, он распространен на средней Оби (ниже устья р. Томи, в пределах Томской области), где при длине русла 951 км 8 участков с пойменно-русловыми разветвлениями занимает 19% [38], замещаясь ниже по течению раздвоенным руслом. В то же время он отсутствует на средней и нижней Лене, где ширина поймы В_п ≈ 3÷4 b_р (на Оби это соотношение достигает 10). В тоже время пойменно-русловые разветвления с меандрирующими рукавами встречаются даже на средних реках с очень широкой поймой (Ока, Вычегда).

Вторая разновидность пойменно-русловых разветвлений связана с крупными островами или группами островов, разделенных межостровными протоками, по которым осуществляется гидравлическая связь между обоими основными рукавами. Их шаг превышает ширину неразветвленного русла в 8–9 раз, суммарную ширину островов — в 3–4 раза, что соответствует оптимальной (в отношении гидравлического сопротивления) форме. Находятся они вблизи одного из бортов долины и рукав, проходящий вдоль него, обычно относительно прямой, но осложненный разветвлениями 2-го порядка, второй рукав, огибая остров или “архипелаг” островов, имеет вид большой излучины сундучной (трапециевидной) формы — макроизлучины, размеры которой (шаг, радиус) намного превышают размеры излучин, свойственные данной реке; на крыльях или в привершинной части таких макроизлучин могут быть одиночные разветвления или пологие излучины, размеры которых соответствуют водности рукава. Примеры разветвлений, образованных или большими консолидированными островами (островными массивами), встречаются на Оби выше устья Томи (Умревинское, Битенёвское разветвления) и в среднем течении (Санинское разветвление), или “архипелагами” островов (на нижней Лене Белогорский “разбой”).

Пойменно-русловые разветвления иногда составляют звенья сопряженных разветвлений, но чаще являются одиночными образованиями, отличаясь от обычных (“нормальных” для данной реки) своими размерами, превышая их в несколько раз.

Односторонние разветвления, формирующиеся в русле с односторонней поймой, связаны обычно с развитием островов, вытянутых цепочкой вдоль пойменного берега. Это могут быть большие острова и островные массивы, отделяющие от основного русла второстепенные рукава, но с достаточно высокой водностью до 20–30% расхода воды в реке (верхняя Обь ниже устья р. Чарыша). Переформирования русла иногда приводят к временному (на несколько лет) перемещению в такой рукав за одним-двумя островами большей доли расхода воды и его также временному развитию. Обычно это происходит вследствие образования в основном русле крупного побочня, который перекрывает основное русло и направляет поток во второстепенный рукав. При последующем отторжении побочня от коренного берега восстанавливается присущее односторонним разветвлениям распределение расхода воды по рукавам.

Вторая разновидность односторонних разветвлений характеризуется маловодностью второстепенных проток (в пределах 5–10% в половодье/паводки; в межень — вплоть до пересыхания) вдоль поймы, отделенных от основного русла цепочками небольших по размерам, как правило, удлиненной формы островов.

В чередующихся односторонних разветвлениях основной многоводный рукав последовательно огибает отдельные острова или группы островов, расположенные в шахматном порядке то у одного, то у другого берега, образуя сегментные излучины. Морфология таких разветвлений и степень рассредоточенности воды по рукавам и протокам определяются размерами и количеством островов, их образующих. Это может быть один или несколько больших островов, рукава за которыми достаточно многоводны (до 30% общего расхода воды в реке). Таковы, например, разветвления средней Лены ниже г. Якутска, для которых характерно продольное смещение: острова размываются с верховой стороны (оголовки), наращиваются с низовой (в ухвостьях). На р. Лене этот процесс происходит со скоростью до 40 м/год.

Своеобразной разновидностью чередующихся односторонних разветвлений являются разветвления в прямолинейном русле с выдержанной по длине шириной, образованных удлиненными узкими островами, у которых L_о/В_о ~7–10 (рис. 6).

Рис. 6. Чередующиеся односторонние разветвления с удлиненными островами в относительно прямолинейном русле (Назымское–Петуховское) на средней Оби

На реках с неустойчивым руслом этот тип разветвлений связан с образованием элементарных и больших островов, разделенных многочисленными по маловодности протоками, лишь суммарная водность которых достигает 20–30%. Характерно, что на верхней Оби эти разветвления со временем трансформируются в параллельно-рукавные.

Пойменные ответвления, создающие пойменную многорукавность, обычно имеют меандрирующие или относительно прямолинейные, неразветвленные русла. В межень многие из них пересыхают, но некоторые из них в многоводную фазу режима забирают из основного русла до 15–20% расхода воды, функционируют и в межень, хотя их водность понижается до первых процентов.

Кроме того, практически на всех реках, разветвленных на рукава, выделяются различные прибрежные разветвления. Они существуют между звеньями сопряженных разветвлений, у одного или обоих берегов, вызывая общее сужение основного русла, в выбоинах ведущих берегов, создающих местные расширения русла, ниже выступающих в русло мысов коренных берегов, при слиянии с пойменными протоками и т. д.

Разветвления в узлах слияния рек могут быть пойменно-русловыми (Обь и Томь, Амур и Уссури и др.). В них по короткому рукаву, проходящему вдоль раздельной стрелки, сток воды осуществляется то в одну, то в другую сторону в зависимости от времени прохождения на главной реке притока пика половодья/паводка. В других случаях формируются “дельтовые” разветвления с островами, смещенными ниже раздельной стрелки (“дельта”, выдвинутая в объединенную реку), либо с островами, заполняющими раструбообразное расширение русла перед устьем одной из рек (“дельта выполнения”). При слиянии Лены с Алданом, Бии с Катунью имеет место комбинация обеих разновидностей таких “дельтовых” разветвлений.

В морфодинамической классификации МГУ выделяются еще разбросанные разветвления. Это — сборное название многорукавных разветвлений, с большим количеством островов, отличающихся сложным режимом деформации и в отношении своей гидроморфологии практически неизученных. В свое время русловые исследования и получение по ним новых данных по морфологии и динамике таких русел позволили последовательно выделить из них параллельно-рукавные и чередующиеся односторонние разветвления. Таким образом, можно ожидать, что по мере дальнейшего их изучения будет возможность дать более точные гидроморфодинамические определения, возможно, не одной разновидности таких русел.

Заключение

Морфологическое разнообразие разветвленных русел обусловливает столь же большое разнообразие их многолетних, а для рек со слабоустойчивым и неустойчивым руслом и сезонных переформирований, что находится в полном соответствии с названием самой их классификации — морфодинамическая. Вместе с тем существуют определенные общие черты этих переформирований. Например, периодическое развитие рукавов одиночных разветвлений и в верхнем звене — сопряженных происходит вследствие надвижения на них смещающихся побочней; или изгиб русла одного из рукавов превышает критическое значение степени развитости излучины l/L. Также играет роль неодинаковое направляющее воздействие выбоин и мысов ведущих берегов в разные фазы водного режима, многоводные и маловодные годы. Перераспределение стока между рукавами пойменно-русловых разветвлений также происходит под влиянием этих же факторов. Немаловажно определенное сходство в развитии сложных одиночных и сложных сопряженных разветвлений. Наиболее индивидуальны переформирования параллельно-рукавных разветвлений, особенно сложных на реках с неустойчивым руслом.

Морфологическое разнообразие, и в то же время определенное сходство в схемах их развития, создает многочисленность приемов управления русловыми процессами на реках, разветвленных на рукава или их сочетаний, регулирования русел при любых видах использования водных ресурсов, транспортной эксплуатации реки и осуществления мер по предотвращению опасных и неблагоприятных последствий русловых деформации.

Благодарности. Выполнено по планам НИР кафедры гидрологии суши и научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н. И. Маккавеева МГУ имени М. В. Ломоносова (исходные материалы) и проекту РНФ № 18-17-00086 (классификация разветвленных русел).

Acknowledgements. The study was performed in line with research plans of the Department of Land Hydrology and the Makkaveev Research Laboratory of Soil Erosion and Fluvial Processes and project Russian Fundation for Basic Research No. 18-17-00086.

About the authors

R. S. Chalov

Author for correspondence.
Email: rschalov@mail.ru

Faculty of Geography

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. The main morphodynamic types of riverbeds branched into branches (according to [1], with changes and additions): (a) unilateral (Ob river, Kereev branching); (b) - alternating unilateral (r. Lena, below the Kangalassky stone); (c) - solitary (river Vychegda, Timasovskoe); (d) - conjugate (Ob River, Orsk-Borsk – Gusin – Beloglinsk); (e) - complex conjugate (r. Lena, below the mouth of r. Vilyuya); (f) - parallel-tubular (Ob river, Fominskoe – Ust-Anuiskoe); (g) - branched-sinuous (Ob river, Tyaglovsky bends); (h) - floodplain channel (river Kirenga, Shchuchye); (i) - scattered (river Katun, lower course); (k) - floodplain lake-flowing (Yangtze River, Lianghu plain); (l) - bifurcated (Ob river, Yuganskoe).

Download (992KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Typification of single branches

Download (594KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Varieties of single branches on the rivers of Russia: (a) - simple, formed by a large island (Ob River, Dubrovinsky); (b) a complex three-arm (Severnaya Dvina, Botovskoye river); (c) - fan (r. Ob, Yelobogatsky); (d) - formed by several islands separated by inter-island ducts (the Pechora River, Kamenskoye); (e) - with a transverse duct between the arms (the Ob river, Balinskoye); (f) - with a branching of the 2nd order (R. Lena, Kyllahskoye).

Download (760KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Three-sleeve Sytominsk – Salman branch of the river. Ob with meandering sleeves, formed upon repeated straightening and formation of broken bends

Download (511KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. The shifted Pokursky conjugate branching on the middle Ob

Download (472KB)

Indexing metadata

7. Fig. 6. Alternating unilateral branches with elongated islands in a relatively straight channel (Nazymskoe – Petukhovskoe) on the middle Ob

Download (465KB)

Indexing metadata