Падалко Ю.А., Чибилёв А.А. Опасные проявления речной эрозии в бассейне реке Урал. / Водные ресурсы Центральной Азии и их использование: мат-лы. междунар. научно-практ. конф. Кн. 2 – Алматы, 2016. – С. 409-413.

ПАДАЛКО Ю.А. , ЧИБИЛЁВ А.А.

Институт степи Уральского отделения РАН, Оренбург, Россия

ОПАСНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ РЕЧНОЙ ЭРОЗИИ В БАССЕЙНЕ РЕКЕ УРАЛ

АННОТАЦИЯ:

Рассматриваются проблемы опасного проявления боковой эрозии в бассейне р. Урал. На основе данных архива спутниковых изображений с 1984 по 2016 г. выявлены плановые смещения русла рек бассейна р. Урал. Установлены динамика разрушения береговой линии на наиболее потенциально опасных участках рек Урал и Сакмара. Обозначены пограничные вопросы русловых переформирований р. Урал между Россией и Казахстаном.

ABSTRACT:

In the article discusses the issues of lateral erosion of the Ural river basin. Displacement of river beds is identified in the Ural river basin. Dynamics of destruction of the coastline are established on the most potentially dangerous sections of the Ural river and the Sakmara river. Border questions of riverbed reformations of the Ural river between Russia and Kazakhstan are discussed.

Введение. Природной особенностью равнинных и горных рек является извилистость русла связанные с ней эрозионные процессы. В естественных условиях водному потоку не свойственно прямолинейное движение, что проявляется в плановом развитии русла, процессов меандрирования и формировании излучин. Процесс их образования объясняется рядом природных факторов: глобальным действием силы Кориолиса, гидравликой руслового потока, гидрологическими процессами, тектоникой и морфометрическими особенностями водосбора и водотока.

При образовании излучин имеет место действие боковой эрозии водотоков, в результате которой происходит разрушение берегов рек и переформирование русел. Развитие данных процессов охватывает пойму и прилегающие коренные берега долины реки. Образование излучин и эрозионные процессы в руслах рек составляют существенную неопределенность при хозяйственном использовании и освоении прибрежных пространств. В ряде случаев проявления боковой эрозии представляют опасность для селитебных территорий и транспортных коммуникаций. Негативное действие русловых процессов развито повсеместно, где река соприкасается с освоенным ландшафтом. Река Урал и её притоки не является исключением.

Постановка проблемы. Бассейн реки Урал располагается на границе Восточно-Европейской равнины и Уральских гор. Восточная часть бассейна дренирует склоны гор Южного Урала, западная – периферийные окраины Восточно-Европейской равнины. В геологическом плане горы Южного Урала – это складчатая область с литологическим составом, включающая метаморфические и осадочные породы. Часть Восточно-Европейской равнины – платформенная область со значительной толщиной осадочного чехла.

Исток р. Урал находится на высоте 637 м над уровнем моря, а устье – ниже уровня моря на 28 м (уровень Каспийского моря) в балтийской системе высот. Падение реки от истока до устья в среднем – 30 см на 1 км течения. Средняя амплитуда высот в бассейне реки составляет 426,6 м [1], максимальный перепад высот – 809 м.

Климатические особенности р. Урал обусловлены значительным простиранием территории бассейна с севера на юг и орографией. Показатели среднегодовых атмосферных осадков и температур находятся в обратной зависимости. Максимальное количество осадков наблюдается в верхней части бассейна и уменьшается к устью, но при этом возрастают среднегодовые

температуры воздуха. Такую же закономерность можно проследить с востока на запад бассейна р. Урал. Климатические условия обусловили неравномерность в гидрологическом режиме рек, где на весенний сезон приходится 60–80 % годового стока.

Острой проблемой для населения и хозяйства в бассейне р. Урал является экзогенная деятельность речных потоков. Вследствие эрозионной деятельности в российской части бассейна ежегодно утрачивается территория площадью более 1 км2, в том числе сельскохозяйственного назначения [2]. В процессе боковой эрозии рек подвергаются риску близко расположенные населенные пункты, инфраструктурные сооружения и осложняются процессы демаркации государственной границы по изменяющемуся фарватеру р. Урал.

В бассейне Урала на реках выделяют три группы естественных морфодинамических типов русел: 1) врезанные – формируются в ограниченных условиях развития русловых деформаций; 2) адаптированные – развиваются в переходных условиях; 3) широкопойменные – вырабатываются в свободных условиях широкой поймы. Отдельно выделяют русла искусственно измененные, которые подверглись антропогенным преобразованиям, а также прудов и водохранилищ [2]. На основных реках бассейна р. Урал преобладают свободные излучины широкопойменной группы. В верховьях р. Урал и на притоках развиты врезанные и адаптированые русла из-за отражения руслом структуры залегания коренных пород. В пределах равнинной платформенной части среднего и нижнего течения на формирование излучин оказывает действие солянокупольная тектоника. Наиболее распространено такое влияние на притоках р. Урал в месте границы Восточно-Европейской равнины и Уральских гор (Предуральского прогиба) и прикаспийской части нижнего течения р. Урал. Примером может служить происхождение изгибов в плане русла р. Урал возле посёлка Индерборский [3] в Атырауской области Казахстана.

На интенсивность процессов боковой эрозии непосредственное влияние оказывает увеличение водности. Так, средняя скорость размыва берегов р. Урал увеличивается на отдельных участках с 0,18 до 1,80 м/год от верховьев к нижнему течению. На крупном притоке р. Сакмара средняя интенсивность берегоразрушения возрастает с 0,42 до 3,60 м/год. При этом максимальная величина размыва берега на р. Урал составляет 4,69 м/год, а в русле р. Сакмара – более 8 м/год [2]. Наиболее эрозионно опасная береговая линия отмечается на следующих участках рек бассейна р. Урал: в среднем течение р. Урал, на пограничном участке, среднем и нижнем течении р. Сакмара.

Методика исследований и источники данных. Для изучения интенсивности боковой эрозии в руслах рек применялись данные дистанционного зондирования – архивные спутниковые снимки среднего разрешения с 1985 по 2015 г. Landsat (MSS, TM, ETM+, OLI).

Данные по динамике русловых процессов получены путем дешифрирования снимков с использованием многоканальных водных индексов [4, 5] MNDWI, AWEI по средствам программного обеспечения QGIS 2.16:

MNDWI=b2-b5/b2+b5,

где b2, b4 – спектральные каналы Landsat (TM, ETM+);

AWEInsh=4,0(b2-b5)-(0,25b4+2,75b7),

где b2, b4, b5, b7 – спектральные каналы Landsat (TM, ETM+, OLI)

Полученные результаты анализировались с помощью геоинформационного инструментария MapInfo Professional 11.5 с модулем Vertical Mapper 3.7, свободного программного обеспечения SAGA GIS 2.3.1.

Результаты и их обсуждение. Ключевые участки исследования. В зону изучения попал участок пограничного течения р. Урал от населенного пункта Облавка (Западно-Казахстанская область, Казахстан) до впадения р. Иртек (рисунок 1). Протяженность участка составляет порядка 60 км. Падение реки по топографическим данным уреза воды 6,5 м. Пойма реки на этом участке изобилует озёрами-старицами и густо покрыта древесной растительностью.

За исследуемый период наибольшее смещение береговой линии наблюдалось у с. Облавка до постройки берегоукрепления. Глубина разрушения берега в сторону села составила около 200 м (6,6 м/год), у автодороги – 400 м (более 7 м/год). В целом отмечается левобережное смещение русла с разрушением коренных берегов.

По данным других исследований за 1978–2012 гг. [6], проведенных на этом участке реки Урал, наибольшее смещение, поперечно направленное относительно русла, наблюдается в вершинах меандр от 2,1 до 5,7 м/год. Интенсивное смещение русла и разрушение коренных берегов объясняются значительными расходами воды и легкоразмываемым составом пород [6, 7].

Рисунок 1 – Анализ динамики русла р. Урал в пограничной зоне РФ и РК

В результате размыва оснований излучин наблюдается отход русла в правую сторону. Так как граница двух государств была демаркирована по руслу р. Урал, то из-за русловых переформирований фактически от РФ отделилось около 10 км2 территории. Процесс переформирований русла продолжается, вследствие которых площадь приграничных территорий двух государств будет изменяться.

Ниже по течению р. Урал опасность вызывает разрушение берега у с. Владимировка. Здесь интенсивность негативного процесса снижена за счет строительства поперечных берегу дамб немного выше по течению.

Опасные ситуации с берегоразрушением складываются на притоках реки Урал: Сакмара, Орь, Гумбейка, Бол. Кумак, Таналык, Салмыш, Илек. Наиболее интенсивно данные процессы проявлены на р. Сакмара на участках нижнего течения реки, где основной формой русла являются свободные излучины, а на пойме прослеживаются веера блуждания русла, многочисленные старицы [2].

Исследуемый участок р. Сакмары находится между населенными пунктами с. Мухамедьярово и пос. Саракташ Оренбургской области Российской Федерации (рисунок 2). Падение реки на участке составляет 45 м, или около 35 см на 1 км. Для излучин характерны устойчивость форм и менее выраженное продольное смещение русла. Основной рост излучин наблюдается в её вершине. На исследуемом участке можно выделить две потенциально опасные излучины.

Первая излучена у с. Жёлтое за исследуемый период в вершине увеличилась на около 120 м, что составляет 4 м/год. Вторая излучина р. Сакмары между с. Мухамедьярово и станцией Кондуровка за аналогичный период вытянулась в вершине на 110 м (3,5/год).

Излучины на участке р. Сакмары наибольшую угрозу представляют для расположенной инфраструктуры и транспортных коммуникаций. В настоящее время опасное проявление боковой эрозии р. Сакмары у с. Желтое Оренбургской области, где от бровки обрыва до края насыпи железнодорожного полотна осталось около 50 м, угрожает межрегиональному транспортному сообщению. Приостановка движения железнодорожного транспорта может повлечь значительные издержки для предприятий Оренбургской области и смежных регионов.

Рисунок 2 – Схема русла р. Сакмары с участками интенсивной боковой эрозии

Значительные финансовые затраты требует берегоукрепление для защиты селитебных территорий и инфраструктурных объектов. В Республике Казахстан для предотвращения негативного воздействия русловых процессов р. Урал у с. Облавка Западно-Казахстанской области и нарушения транспортного сообщения Уральск – Оренбург в 2015 г. завершены берегоукрепительные работы общей стоимостью более 6 млн долларов. Сопоставимые проектные расходы озвучены администрацией Оренбургской области для берегоукрепления и отвода русла р. Сакмара у с. Желтое.

Неразрешенной остаётся обстановка на пограничном участке р. Урал. Граница между Россией и Казахстаном здесь привязана к руслу р. Урал. В результате русловых переформирований образовались спорные участки пойменной территории. В то же время этот участок является экологически незатронутой хозяйственной деятельностью территорией, с уникальными ботаническими объектами и фауной. Основными местообитаниями для животных служат участки пойменных озер и рукавов. В частности, пойменные озера играют большую роль для воспроизводства рыбных ресурсов в р. Урал. По ним осуществляются нерестовые миграции леща, язя, сазана, судака и других видов промысловых рыб [8, 9]. Учитывая уникальные ландшафтно-ботанические особенности долины реки Урал, необходимо осуществить специальный комплекс мероприятий по сохранению его фаунистического комплекса и созданию ООПТ [9].

Рисунок 3 – Разрушение берега на р. Сакмары у с. Жёлтое (а). Берегозащитное сооружение на р. Урал у с. Облавка (б)

Заключение. В бассейне р. Урал из-за развития боковой эрозии в руслах рек возникли угрозы безопасности ряду населенных пунктов и инфраструктурным объектам. В приграничной территории в результате русловых переформирований р. Урал образовались участки, имеющие спорную территориальную принадлежность. К таким территориям относятся пойма и долина Урала ниже устья р. Илек до с. Рубежного Западно-Казахстанской области. Вследствие своих ландшафтно-ботанических особенностей эта территория давно уже рассматривается в качестве места организации особо охраняемой природной территории. Организация межгосударственной ООПТ укрепит партнерские отношения двух стран.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №16-45-560410 р_а «Пространственно-динамическая специфика региональных систем природопользования как фактор эколого-гидрологической безопасности в трансграничном бассейне р. Урал».

ЛИТЕРАТУРА:

[1] Падалко Ю.А. Устойчивости водосборных ландшафтов реки Урал к развитию ускоренной эрозии и химическому загрязнению // Инновационные процессы в области естественнонаучного и социально-гуманитарного образования: Третья междунар. научно-практич. конференция. Оренбург, 17–18 марта 2016 г.: сб. статей. – Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2016. – С. 154-158

[2] Схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Урал (российская часть). – Екатеринбург: ФГУП РосНИИВХ, 2010.

[3] Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в её бассейне / Н.И. Маккавеев. – М.: АН СССР, 1955. – 346 с.

[4] Курганович К.А. Использование водных индексов для оценки изменения площадей водного зеркала степных содовых озер юго-востока Забайкалья по данным дистанционного зондирования / К.А. Курганович, Е.В. Носкова // Вестник ЗабГУ. – 2015. – № 06 (121). – С. 16-23.

[5] Feyisa G.L. Automated Water Extraction Index: A new technique for surface water mapping using Landsat imagery / G.L. Feyisa, H. Meilby, R. Fensholt, S.R. Proud //Remote Sensing of Environment. – 2014. – N 140. – Р. 23-35.

[6] Сергалиев Н.Х. Русловые процессы на реке Урал / Н.Х. Сергалиев, К.М. Ахмеденов // Новости науки Казахстана. – 2013. – № 3 (117). – С. 201-205.

[7] Чалов P.C. О классификации речных русел / Р.С. Чалов // Геоморфология. – 1996. – № 1. – С. 3-15.

[8] Чибилев А.А. Бассейн Урала: история, география, экология / А.А. Чилибев. – Екатеринбург: УрО РАН, 2008. – 312 с.

[9] Чибилёв А.А. Ландшафтное разнообразие Урало-Каспийского трансграничного региона и перспективы развития сети ООПТ / А.А. Чилибев // Российско-Казахстанский трансграничный регион: история, геоэкология и устойчивое развитие. – Екатеринбург: УрО РАН, 2011. – С. 118-124.


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!