CC BY
49
УДК 551.435.3.556.557(282.247.415)
Н.Н. Назаров, Д.Г. Тюняткин, И.В. Фролова, A.B. Черепанов
МОРФОЛИТОГЕНЕЗ В ЗОНЕ ВДОЛЬБЕРЕГОВОГО ПЕРЕНОСА НАНОСОВ НА КАМСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ (ст.1. АККУМУЛЯТИВНЫЕ ФОРМЫ)
В прибрежной зоне Камского водохранилища сформировались аккумулятивные тела значительного размера. Объем крупнейших форм (пересыпей, береговых террас, кос) в настоящее время превышает 12000 м3. Образование и продольный рост штормовых валов происходит при низких (осенних) отметках уровня. Продвигаясь вдоль берега своей вершиной, валы пересекают участки с полным отсутствием донного питания.
Ключевые слова: наносы; аккумуляция; вдольбереговое течение; продольный перенос; пляж, перейма; штормовой вал.
Введение
Одним из вопросов, от решения которого зависит эффективность противодействия абразионному размыву берегов, является поиск возможностей использования для их защиты наносов, образующихся в результате волнового воздействия [6;8;9]. Имеющиеся на данный момент немногочисленные примеры искусственного накопления наносов при формировании защитных аккумулятивных форм (пляжей) на крупных равнинных водохранилищах свидетельствуют об эффективности берегозащитных сооружений активного типа и требуют более внимательно взглянуть на процессы морфолитогенеза, протекающие на прибрежных отмелях. Как показывает анализ результатов проведенных исследований, наименьшей изученностью отличаются вопросы, связанные с «вторичными» источниками формирования наносов - аккумулятивными телами, являющимися промежуточным звеном между участками берегов, с которых поступают наносы, и местом их искусственной аккумуляции (как правило, подножья активных клифов «проблемных» берегов).
Район и методика исследований
Комплексное изучение аккумулятивных тел и источников их формирования проводилось в центральной части Камского водохранилища в 2009-2012 гг. на тринадцатикилометровом участке берега, который уже в течение полутора десятков лет является опорным в изучении экзогенных геодинамических процессов [5]. Северная граница участка - с. Слудка (устье Обвинского залива), южная граница - левобережный мыс залива р. Гаревая (рис. 1). В плане этот участок берега представляет собой большую дугу, практически автономную геоморфологическую систему, состоящую из нескольких более мелких вогнутостей различной степени выраженности.
Начиная с северного мыса в южном направлении на протяжении 2 км в абразионном уступе высотой около 20 м обнажаются отложения третьей надпойменной террасы р. Камы. В нижней части уступа залегает трехметровый слой аллювия, состоящий из мелких кварцевых песков и алевритов, которые подстилаются русловой фацией из песчано-гравийных отложений. Верхнюю часть разреза слагают делювиально-солифлюкционные и делювиальные суглинки. Далее к югу береговую линию образует абразионный уступ цокольной террасы, в основании которого обнажаются переслаивающиеся пермские песчаники, алевролиты, аргиллиты. Против центральной части большой
* Назаров H.H., Тюняткин Д.Г., Фролова И.В., Черепанов A.B., 2013
1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (№ 12-05-00735)
Назаров Николай Николаевич, доктор географических наук, заведующий кафедрой физической географии и ландшафтной экологии Пермского государственного национального исследовательского университета; 614099, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15; [email protected]
Тюняткин Дмитрий Геннадьевич, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и ландшафтной экологии Пермского государственного национального исследовательского университета; 614099, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15; [email protected]
Фролова Ирина Викторовна, кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии и ландшафтной экологии Пермского государственного национального исследовательского университета; 614099, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15; [email protected]
Черепанов Александр Владимирович, инженер кафедры физической географии и ландшафтной экологии Пермского государственного национального исследовательского университета; 614099, Россия, г. Пермь, ул.
Букирева, 15; [email protected]
1
дуги на удалении примерно в 1 км от берега расположен остров Туренец, прикрывающий его от ветров восточной составляющей. По этой причине невысокий (2-4 м) противолежащий береговой склон, сложенный суглинками, разрушается в основном за счет оползания. Материал, поступивший в его подножье, отмучивается волнением даже незначительной силы и оседает на небольшом удалении от берега, что приводит к появлению здесь островков высшей водной растительности и аккумулятивных тел алевритового состава. Самая южная часть участка исследований практически на всем протяжении - это высокий коренной берег, где в уступе обнажаются породы верхней перми. Почти вертикальные стенки переслаивающихся песчаников, алевролитов и аргиллитов чередуются со ступенчатыми абразионно-оползневыми склонами.
Рис. 1. Участок проведения исследований
Как показывает анализ лоцманских карт, разгон ветра северного, северо-восточного и юго-восточного румбов (более 20 км) и достаточно большие глубины в прилегающей к участку части акватории благоприятствуют формированию здесь волнения значительной силы [2]. В процессе проведения режимных наблюдений и дешифрирования космо- и аэроснимков неоднократно фиксировалась устойчивая вдольбереговая транспортировка наносов в южном направлении. В короткие периоды действия сильных южных ветров, которые случаются здесь практически ежегодно, поток наносов может иметь и противоположное направление с емкостью, достаточной для появления временных локальных скоплений материала. На это указывают примеры формирования разновеликих скоплений наносов, периодически образующихся перед локальными выступами берега или искусственными сооружениями с двух сторон. Аккумулятивные тела, образованные с северной стороны препятствий, всегда имеют больший объем и размеры по сравнению с аккумулятивными формами, «прислонившимися» с южного фланга.
С целью определения источников и состава наносов, условий и путей их транзита на всем протяжении участка большой дуги производился отбор и изучение отложившегося материала. Пробы отбирались в период временной осушки отмели в апреле-мае и/или сентябре-октябре с «летней» линии уреза (подножья абразионного уступа), а также из аккумулятивных тел в ее средней и внешней части на удалении в десятки и сотни метров от берега. Изучались наносы, образующие как постоянные, так и временные формы. Отбор материала осуществлялся строго с поверхности аккумулятивных образований. Гранулометрический анализ проводился с использованием ареометрического метода [1]. Минеральный состав фракции 0.25-0.01 мм определялся по результатам микроскопического исследования [3].
Расположение, видовой состав и параметры аккумулятивных форм По особенностям морфологии, пространственно-временной устойчивости и направленности развития аккумулятивные формы, закартированные в пределах большой дуги, образуют две группы. Первую представляют относительно устойчивые во времени образования: пляжи, береговые террасы,
подводные прислоненные террасы, устьевые пересыпи заливов, косы, а также скопления рыхлого материала в заливах и перед искусственными или естественными препятствиями на пути движения наносов. В долгосрочной перспективе морфолого-морфометрические изменения данных форм обычно направлены на расширение их площади и/или увеличение высоты. Менее прогнозируемы в отношении развития неширокие и, обычно, короткие пляжи в вершинах береговых дуг. После сильных штормов некоторые из них иногда теряли до половины своего первоначального объема.
Как показали исследования, расположение аккумулятивных тел и состав образующих их наносов характеризуется дифференцированностью в полном соответствии со сложившимися геологогеоморфологическими и гидрологическими условиями (рис. 2). Значительные по своей длине и объему пересыпи зафиксированы в устьевых частях двух бывших заливов в южной части участка исследований. Образованные долинами небольших рек, заливы в настоящее время практически полностью потеряли гидрологическую связь с водоемом. Один из них сейчас представляет собой болото, отделенное от водоема пересыпью. Ее тело объемом более 2000 м3 сложено щебнем и дресвой коренных пород - материалом, образовавшимся в результате разрушения песчано-аргиллито-алевритовых абразионных уступов, примыкающих к бывшему заливу. Второй залив в настоящее время полностью заполнен наносами с прилегающих водоразделов и склонов долины. Пересыпь с объемом наносов более 8000 м3 (при мощности отложений более 3 м) сложена песчано-гравийным материалом с примесью аргиллитово-алевролитовой крошки и слабоокатанных обломков песчаника (рис. 3).
Еще более грандиозное скопление наносов сформировалось на мысе залива р. Гаревая (южная оконечность большой дуги). В дистальной части косы ее высота составляет 5 м, а ширина - 25 м (рис. 4). При длине аккумулятивного тела более 150 м объем скопившихся наносов в настоящее время превышает 12000 м3. Коса сложена переслаивающимися аргиллитово-алевритовой дресвой, крупнозернистым песком, обломками песчаника, галькой и даже булыжником из уральских пород. Слабонаклонное подножье косы в ее средней и проксимальной частях представлено довольно мощной толщей песков, изъятых из аккумулятивного тела в результате волнового перемыва наносов с последующим их смещением вниз по подводному склону.
Одним из наиболее эффективных катализаторов аккумулятивного процесса в акватории водохранилищ является «рисунок» береговой линии. Любое появление выпуклостей или вогнутостей берега сопровождается скоплением наносов. Обычно активное формирование аккумулятивных тел наблюдается в районе концевых мысов береговых дуг. Концентрация и осаждение наносов происходят вследствие отклонения (отрыва) наносонесущего потока от берега, увеличения глубин, дивергенции вдольбереговых струй течения и, как результат, замедления скорости движения влекомого материала. В центре большой дуги в районе северной границы зоны заостровной волновой «тени» при огибании вдольбереговым потоком берегового мыса сформировалась береговая терраса площадью около 6000 м2, объемом более 9000 м3. Тыловая часть террасы, примыкающая к отмершему клифу, в настоящее время уже заросла лесом, но на всем протяжении ее внешней части и в настоящее время продолжается активное накопление песка и мелкого гравия.
Рис. 2. Карта-схема расположения аккумулятивных форм на прибрежной отмели:
1 - подводные аккумулятивные формы (подводная песчаная прислоненная терраса, приостровная терраса);
2 - надводные аккумулятивные формы (песчано-галечные пляжи, пересыпи и береговые террасы; коса из переслаивающегося песка, гравия, дресвы); 3 - затопленная надпойменная терраса; 4 - скопления глинистоалевритового состава (оплывные шлейфы) с высшей водной и кустарниковой растительностью; 5 - абразионная часть береговой отмели с временными аккумулятивными формами (валами, валиками, конусами выноса); 6 -активный клиф; 7 - отмерший клиф; 8 - остовы замытых песком барж; 9 - русла водотоков
Рис. 3. Внешний край пересыпи, вскрытый ручьем
Как показали визуальное весеннее обследование береговой отмели в центральной части большой дуги, а также дешифрирование «зимнего» космоснимка, на котором обсохший лед четко «отрисовал» донный рельеф, данный участок подводного склона формируется по типу двухвершинной переймы между берегом и островом на месте древних конусов выноса из долин небольших притоков Камы (рис. 2). В настоящее время обе ее вершины растут за счет аккумуляции вдольбереговых наносов и поступления материала, выносимого водотоками. В ближайшем будущем может произойти соединение северной вершины переймы с активно растущей в южном направлении аккумулятивной террасой у северной оконечности острова.
Следует отметить, что аккумулятивный тип морфолитогенеза береговой отмели, получивший свое развитие в волновой тени острова, тем не менее, пока не стал фактором ограничения переформирования здесь берегового уступа. Оползневое, а местами и абразионное разрушение
невысокого берега в днище долин притоков присутствует практически вдоль всей линии берега данного участка.
Рис. 4. Дистальная часть косы. Уступ маркирует подводную и надводную части аккумулятивного тела
Описание группы относительно устойчивых аккумулятивных тел завершает подводная прислоненная терраса. Обычно образование подобных форм берегового склона связывают с деятельностью поперечного перемещения наносов, поступивших с противолежащего участка берега. Однако, как показали наблюдения за распространением таких форм, довольно часто они сложены материалом, по гранулометрическому составу и минералогии не соответствующим породам местных берегов, но близким к отложениям, слагающим берега смежных участков (механизм питания прислоненной террасы будет рассмотрен ниже). Часто при малопродуктивных в части образования наносов коренных берегах на внешней окраине слабопологого дна присутствует песчаная подводная терраса.
Вторая группа аккумулятивных форм включает в себя временные4 пространственно неустойчивые аккумулятивные тела, периодически образующиеся в абразионной части отмели. К таковым относятся штормовые валы и валики, ежегодно, часто целыми сериями появляющиеся в период осеннего снижения уровней, а также шлейфы и конусы выноса материала, формирующегося на отмели в ранневесенний период после активного оплывания береговых уступов или вследствие разгрузки наносов крупными временными водотоками против устьев оврагов и балок. Дальность весеннего перемещения («выброса») наносов по поверхности обсохшего льда может достигать первых сотен метров, толщина слоя - десятков сантиметров, а площадь его скоплений - нескольких тысяч квадратных метров. Кроме того, к временным микро- и мезоформам, оказывающим влияние на качественный состав и количество наносов в прибрежной зоне, можно отнести микроформы эолового генезиса, периодически образующиеся на прибрежной отмели в период ее весенней осушки [4].
Режимные наблюдения за динамикой аккумулятивных тел второй группы показали, что процесс их зарождения, развития и разрушения происходит при разных уровнях водной поверхности водоема. Если время формирования «устойчивых» аккумулятивных тел приходится в основном на период максимальных (летних) уровней, то образование и продольный рост штормовых валов (валиков) происходит при низких (осенних) отметках уровня. Формируются они из наносов, поступивших ранее на прибрежную отмель из «зоны летнего уреза». В продольный перенос вовлекаются отложения, состоящие п ре и м у щ е ст в е н но из уже перемытых мелко- и среднезернистых песков и алевритов (гравий, галька и булыжник остаются в прибрежной полосе). На пологих участках подводного берегового склона весь материал из прибойной полосы отмели, ширина которой достигает 20-30 м, собирается в зоне нового уреза, образуя условия для питания штормового вала. При косом подходе волн его формирующееся тело в результате постоянной подпитки наносами начинает продвигаться («расти») своей головной частью. Продвигаясь вдоль сформировавшегося на данный момент нового (осеннего) уреза, голова вала может пересекать участки с полным отсутствием донного питания. Масса материала, перемещаемого через створ зоны уреза и полосы наката волн, за один час может достигать нескольких сотен килограмм [7].
Рис. 5. Прекращение роста в длину штормового вала после окончания роста
В зависимости от местных гидролого-геоморфологических условий, продолжительности, силы и частоты штормов вал может или остановить свой рост, сохранив при этом четко выраженную в рельефе головную часть (рис. 5), или продолжить его и стать донором аккумулятивного тела другого вида (береговой или подводной террасы, косы). Полное или частичное (в зависимости от уровенного режима и активности волновой деятельности) разрушение штормовых валов и валиков обычно происходит уже в следующем году при весеннем наполнении водоема до НПУ и окончательно на стадии нового летне-осеннего понижения уровней. Местоположения штормовых валов относительно береговой линии на определенном участке отмели и их количество год от года меняются.
Выводы
В прибрежной зоне Камского водохранилища, по истечении шестидесяти лет после его заполнения, сформировались аккумулятивные тела значительного размера. Объем крупнейших относительно устойчивых форм (пересыпи, береговые террасы, косы) в настоящее время может превышать 12000 м3. Значительно большими объемами, значения которых на данной стадии исследования установить пока не представляется возможным, обладают подводные прислоненные террасы.
Образование и продольный рост штормовых валов происходит при низких (осенних) отметках уровня. В продольный перенос вовлекаются отложения, состоящие из уже перемытых мелко- и среднезернистых песков и алевритов с поверхности отмели. Продвигаясь вдоль берега своей вершиной, валы пересекают участки с полным отсутствием донного питания.
Библиографический список
1. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
2. Матарзин Ю.М. Гидрология водохранилищ. Пермь: Изд-во ПГУ, ПСИ, ПССГК, 2003. 296 с.
3. Методы изучения осадочных пород / под ред. Н.М. Страхова. М.: Госгеолтехиздат, 1957. Т. 1. 612 с.
4. Назаров H.H. Экзогенный морфолитогенез зоны сезонной осушки камских водохранилищ // Геоморфология. 2010. № 4. С. 72-80.
5. Назаров H.H., Тюняткин Д.Г., Фролова И.В., Черепанов A.B. Геолого-геоморфологические условия накопления наносов и формирование их свойств (на примере Камского водохранилища) // Создание искусственных пляжей, островов и других сооружений в береговой зоне морей, озер и водохранилищ. Новосибирск: СО РАН, 2011. С. 269-272.
6. Назаров H.H., Тюняткин Д.Г., Фролова И.В., Черепанов A.B. Факторы и условия дифференциации наносов в береговой зоне камских водохранилищ // Географический вестник. 2011. № 4. С. 4-10.
7. Назаров H.H., Тюняткин Д.Г., Черепанов A.B. Некоторые результаты изучения формирования и транзита наносов в прибрежной зоне Камского водохранилища // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов. Пермь, 2007. Т. I, С. 163-167
8. Хабидов А.Ш. и др. Управление состоянием берегов водохранилищ. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 239 с.
9. Шуйский Ю.Д. Проблемы исследования баланса наносов в береговой зоне морей. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 240 с.
N.N. Nazarov, D.G. Tyunyatkin, I.V. Frolova, A.V. Cherepanov MORFOLITOGENESIS IN THE ZONE OF LONGSHORE DRIFT OF KAMA RESERVOIR (art. 1. ACCUMULATIVE FORMS)
In coastal zone of Kama reservoir accumulative bodies of the significant size were generated. The volume of the largest forms (spits, coastal terraces) now exceeds 12000 m3. The formation and longitudinal growth of storm shafts occur at low (autumn) marks of a level. Moving ahead along the coast with their top, shafts cross sites with a full absence of ground food.
Keywords: deposits; accumulation; coastal current; longitudinal carry; a beach; spits; storm shaft.
Nikolay N. Nazarov, Doctor of Geography, Professor, Head of Department of Physical Geography and Landscape Ecology, Perm State National Research University; 15 Bukireva, Perm, Russia, 614990; [email protected]
Dmitriy G. Tyunyatkin, Candidate of Geography, Associate Professor of Department of Physical Geography and Landscape Ecology, Perm State National Research University; 15 Bukireva, Perm, Russia, 614990; [email protected]
Irina V. Frolova, Candidate of Geography, Associate Professor of Department of Physical Geography and Landscape Ecology, Perm State National Research University; 15 Bukireva, Perm, Russia, 614990; [email protected]
Aleksandr V. Cherepanov, Engineer of Department of Physical Geography and Landscape Ecology, Perm State National Research University; 15 Bukireva, Perm, Russia, 614990; [email protected]
