Водные ресурсы, 2023, T. 50, № 1, стр. 3-14

Выбор и подготовка снимков

Для исследования современного состояния дельты использованы снимки со спутника Sentinel 2B с атмосферной и геометрической коррекцией, полученные через архивы Европейского космического агентства ESA. Съемка с этого спутника ведется в 12 спектральных каналах видимого, ближнего и среднего инфракрасного диапазона с разрешением 10 м в основных из них. В качестве основного выбран безоблачный снимок за 18.07.2020, сделанный в период межени при отсутствии нагонов, до достижения среднего уровня прилива.

Для характеристики по возможности наиболее раннего состояния дельты по снимкам относительно высокого разрешения использованы безоблачные снимки с американского разведывательного спутника KeyHole-9, полученные через архивы USGS на 7.07.1977 г. – также в меженный период при отсутствии нагонов и в близкой по времени съемки в 2020 г. фазе прилива. Фазы приливно-отливных колебаний и уровня воды в момент получения снимков установлены по данным Морских гидрометеорологических станций “Северодвинск” и “Мудьюг” и Морского гидрометеорологического поста “Соломбала” (табл. 1).

Панорамные снимки KeyHole на панхроматическую фотопленку, покрывающие территорию дельты в виде восьми кадров – полос шириной 17 км, соединены в фотоплан с коррекцией панорамных искажений исходных снимков по методике [17], применением блочной фототриангуляции, ортотрансформирования с использованием цифровой модели рельефа AsterDEM и составлением мозаики из обработанных снимков. Для геометрического согласования разновременных материалов трансформирование фотоплана в проекцию UTM/WGS84 проводилось с использованием координат свыше 100 опорных точек, опознанных на более детальном снимке Sentinel 2B (18.07.2020). Точность фотоплана оценивается исполнителями в 10–30 м на различных его участках в зависимости от их обеспеченности опорными точками.

Для учета приливно-отливных колебаний положения береговой линии были отобраны восемь снимков Sentinel 2B, полученных в разные фазы прилива–отлива в период межени 2020 г.

Кроме основных сравниваемых снимков KeyHole/9 07.07.1977 и Sentinel-2B 18.07.2020 для контроля промежуточных изменений использованы снимки со спутника Landsat/ETM 2000, 2001 гг., а также снимки высокого разрешения, включенные в “историческую линейку” снимков информационной системы GoogleEarth.

Для увеличения временнóго интервала анализа использовались обзорно-топографические карты масштаба 1 : 500 000 1966 г. и масштаба 1 : 200 000 1980 г.

Определение береговых линий (границы вода–суша) на разновременных снимках, их совмещение (создание “предкарты”) и составление карты динамики дельты

Положение береговой линии на начальную дату 1977 г. определено визуальным дешифрированием снимков KeyHole с точностью 20–50 м, зависящей от степени выраженности береговой линии на панхроматических снимках и точности фотоплана. Береговая линия 2020 г. определена по контролируемой классификации “воды” и “суши” по снимку Sentinel-2B методом минимального расстояния с точностью, сопоставимой с разрешением исходного снимка 10 м. При совмещении береговых линий 1977 и 2020 гг. получена “предкарта”, отображающая появление воды на месте суши (размыв берегов, затопление) и образование суши на месте воды (выдвижение берега в результате аккумуляции наносов, образование островов). Для оценки достоверности выявленных многолетних изменений использовалась рабочая карта, составленная путем сложения восьми предварительно преобразованных снимков Sentinel 2B, показывающих положение береговой линии в разные фазы прилива–отлива. “Предкарта” содержит информацию об изменениях береговой линии и площадей участков суши и акватории и играет роль источника для создания карты динамики дельты, при составлении которой выполняется отбор контуров в соответствии с определенной ранее точностью обработки снимков и масштабом создаваемой карты, и при необходимости осуществляется переход к внемасштабным обозначениям.

Острова вдоль морского края дельты

С СЗ дельту окаймляет баровая отмель, отделяющая дельту от Двинского залива. На баровой отмели между выходами в залив основных рукавов сформировались под влиянием речных и морских аккумулятивных процессов острова морского края дельты. Крайний северо-восточный из них – небольшой о. Кошка-Скандия, представляющий собой песчаную отмель у левого борта морского судоходного канала, проложенного через Березовый бар от устья судоходного рук. Маймакса. Размеры и конфигурация о. Кошка-Скандия меняются в зависимости от фазы приливного цикла. На снимках 1977 и 2020 гг. отобразилась лишь юго-западная часть гребня отмели в виде вала длиной 350 м и шириной 50 м. Сравнение снимков показывает, что в 1977 и 2020 гг. остров имел разные положения; за 43 года отмель переместилась на ЮВ на 700 м co среднегодовой скоростью 16 м/год. Дополнительное совмещение со снимком 2000 г. позволяет увидеть промежуточное положение острова (рис. 2). Такое существенное перемещение гребня отмели не соответствует большой стабильности рисунка отмелей в Корабельном устьевом расширении, наблюдаемой при просмотре “исторической линейки” снимков этого участка в системе GoogleEarth, и, скорее всего, связано с регулярно выполняемыми работами по расчистке морского судоходного канала от наносов.

Рис. 2.

Изменение положения гребня отмели и острова Кошка-Скандия в 1977–2020 гг. 1 – о. Мудъюг, 2 – п-ов Лебедин, 3 – морской судоходный канал.

Между устьевыми расширениями Корабельного и Мурманского рукавов, судя по карте 1966 г., существовала группа островов Голец (рис. 3) и Разбойник (рис. 3), которые показаны как отдельные острова и на всех предыдущих картах. К 1977 г. эти острова сблизились, были разделены лишь двумя небольшими протоками шириной 20–50 м, а снимки 2000 и 2020 г. зафиксировали полное соединение этих островов (рис. 3).

Рис. 3.

Острова вдоль морского края дельты (фрагмент карты динамики дельты Северной Двины). На врезке – фрагмент обзорно-топографической карты 1966 г. Здесь и на рис. 5, 6: 1 – участки аккумуляции отложений, нарастания суши; 2 – смещение береговой линии в сторону моря, не выраженное в масштабе, сужение и исчезновение водотоков и проливов; 3 – участки размыва берега, затопления суши; 4 – смещение береговой линии в сторону суши, не выраженное в масштабе. Острова: 1 – Голец, 2 – Разбойник, 3 – Кумбыш, 4 – Гремиха, 5 – Варгай, 6 – Тайнокурья, 7 – Подостров, 8 – Лясомин, 9 – Лайда.

Пролив между островами Голец и Лайда – Сафроновская Губа – в 1966 г. был свободным, в 1977 г. ширина его составляла 1 км. К 2020 г. мелководный пролив почти полностью зарос, и лишь извилистая протока шириной 150–300 м разделяет острова Голец и Лайда (рис. 3), который в свою очередь почти полностью присоединился к крупному о. Никольскому дельты.

Существенные изменения морского края произошли между Мурманским и Пудожемским устьями, где расположены острова Кумбыш и Гремиха (рис. 3).

В 1966 г. о. Кумбыш по площади был вдвое меньше, чем сейчас. Со стороны моря его окаймляли узкие левые устьевые косы Мурманского рукава. К 1977 г. косы расширились и причленились к острову, лагуны между ними заросли и площадь острова увеличилась. К 2020 г. продолжилась аккумуляция материала внешней косы, которая расширилась и удлинилась на 1 км, остров приобрел квадратную форму. На морском берегу о. Кумбыш продолжается формирование серий береговых валов, 3–4 вала видны под водой на снимках 2000 и 2020 гг. В то же время на северо-западном берегу острова, со стороны залива, и на северо-восточном, со стороны Мурманского устья, произошел размыв с смещением береговой линии на 200 м. Территория вновь образовавшейся западной части о. Кумбыш, как видно по снимкам высокого разрешения в системе GoogleEarth, представляет собой серию песчаных гряд с развивающимся в их повышенной части дюнным рельефом. В старой восточной части острова песчаные гряды заняты сосновым лесом, в ложбинах между грядами сохранились озерки.

В западной части Мурманского устьевого расширения, в районе Поганого устья, также наблюдается расширение площади островов и консолидация групп островов в единые массивы. К 1977 г. о. Гремиха удлинился на 1 км по сравнению с 1966 г. в юго-западном направлении. Удлинение южного конца острова продолжалось и в 1977–2020 гг., он выдвинулся еще на 200 м. Серия бывших береговых валов – песчаных гряд – протягивается на острове вдоль берега залива, на повышенных участках гряд развивается дюнный рельеф. Однако сравнение снимков 1977 и 2020 гг. показывает, что береговая линия о. Гремиха со стороны залива отступила к суше на 50–100 м в северной и до 400 м в южной части; в этой полосе затопленного берега на современных снимках просматривается до шести подводных валов. В противоположность этому в восточной части о. Гремиха в это время расширялся, зарастали вдающиеся в него заливы, процессы аккумуляции охватили его вместе с группой расположенных восточнее островов Варгай, Тайнокурья, Подостров (рис. 3), которые расширились, а проливы между ними, имевшие ширину 500–700 м, сузились до 100–200 м. Группа объединившихся островов Варгай почти полностью присоединилась к северо-западному окончанию крупного дельтового о. Лясомин (рис. 3), их разделяет лишь протока шириной ~50 м.

Самый крайний западный остров морского края дельты – Ягры (на котором теперь расположен микрорайон Северодвинска) уже к 1966 г. практически присоединился к дельтовому о. Угломин, был отделен от него лишь узкой (100 м) мелководной протокой. От северной оконечности острова в прошлом отходила левая приустьевая коса устья рук. Никольского. К 1966 г. она была размыта у основания, отчленилась от берега и образовался о. Ягорский Рог. В 1977–2020 гг. его северо-западный берег подвергался размыву с отступанием береговой линии до 200 м.

В целом для всей группы островов морского края дельты характерны начавшиеся при потеплении климата процессы размыва или затопления их берегов со стороны Двинского залива при продолжающихся со стороны дельты процессах аккумуляции отложений, нарастания площади островов, сужения проливов, отделявших их от островов внутренней дельты.

Устьевые расширения основных рукавов

Для мелководных расширенных участков рукавов панхроматические снимки KeyHole, достаточно хорошо выявляющие береговую линию, но не отражающие рельеф дна, мало информативны. Поэтому для анализа динамики мелководной зоны устьевых расширений привлекаются разновременные снимки Landsat и Sentinel, а карта динамики отражает изменения лишь берегов. На правом берегу Корабельного устьевого расширения (как и Мурманского) проявляется слабо выраженное отступание берега со среднегодовой скоростью 1–2 м/год. Для левых низменных берегов характерно небольшое аккумулятивное выдвижение берега до 100 м, зарастание отмелей со среднегодовой скоростью ~2 м/год.

Снимок Landsat 19.06.2001 хорошо передает картину рельефа дна мелководной зоны. В Корабельном устьевом расширении среди обширных отмелей четко выделяются подводное продолжение русла рук. Корабельного с его крутыми поворотами и прямолинейный искусственный морской судоходный канал. Валы, обрамляющие подводные русла и канал, а также повышенные участки отмелей между ними создают выразительный рисунок рельефа дна. Этот рисунок полностью повторяется и на снимках 2020 г., а просмотр “исторической линейки” снимков в информационной системе GoogleEarth, где представлены почти ежегодные снимки со спутника Landsat начиная с 1984 г., убеждает в чрезвычайной стабильности форм рельефа дна этой мелководной устьевой зоны, вполне соответствующих изобатам на топографической карте масштаба 1 : 200 000.

В Мурманском и Пудожемском устьевых расширениях, в большей степени закрытых баровыми островами, чем Корабельное устье, формы рельефа дна мелководной зоны выражены менее четко, и здесь при сравнении снимков 2000 г. и 2020 гг. изменений не заметно.

Основные рукава дельты

Во внутренней части дельты, где ее преобразования связаны преимущественно с речными факторами, во всех основных ее рукавах прослеживаются изменения в первую очередь русловых островов, и в меньшей мере – берегов рукавов и проток.

В рук. Никольском (рис. 4) на его широтном участке между поселками Глинник–Рикасиха на карте 1966 г. была показана цепочка небольших островков. К 1977 г., как видно на снимке KeyHole, они сгруппировались в три массива – о. Виченка, группа островов Свинец и Свинецкая Кошка и острова Вагинские Кошки (рис. 4). Острова в этих группах были разделены широкими (500 м) протоками. К 2000 г. протоки сузились до 100–200 м, а к 2020 г. частично были занесены песком, а сами острова, особенно Вагинские Кошки, расширились и приблизились к правому берегу. Как указано в [3], вблизи о. Виченка и выше о. Вагинские Кошки находились пункты складирования грунта после расчистки фарватера. Дополнительное поступление материала от этих свалок способствовало нарастанию островов и отмелей в рук. Никольском.

Рис. 4.

Никольский рукав (фрагмент карты динамики дельты Северной Двины). Условные обозначения – на рис. 3. Русловые острова: 1 – Виченка, 2 – Свинец, 3 – Свинецкая Кошка, 4 – Вагинские Кошки, 5 – Нестеровский, 6 – Чиракин, 7 – Шакилов, 8 – Чаячий.

На излучине русла в районе поселков Шихириха–Бармино в 1977 г. зафиксированы два острова, отсутствующие на карте 1966 г. На снимке 2000 г. к ним добавился третий, и на них появилась растительность. В 2020 г. все три острова окружены отмелями, направленными вниз по течению, что указывает на продолжение аккумуляции отложений.

В нижней части рук. Никольского при переходе из него в Пудожемское расширение, судя по карте 1966 г., существовали две группы небольших островов. Снимок 1977 г. показывает, что площади их расширились, протоки между ними сузились. Процесс сближения островов продолжался, к 2020 г. они объединились в два больших острова Шакилов-Чаячий и Нестеровский-Чиракин (рис. 4), полностью заросших травяно-кустарниковой растительностью. Вниз по течению от островов в их ухвостьях на несколько километров тянутся полосы отмелей, на которых поселяется водная растительность, а ниже о. Нестеровского к 2020 г. образовался длинный (>1 км) песчаный осередок.

Мурманский рукав (рис. 5) более свободен от островных русловых образований по сравнению с Никольским. На его верхнем широтном участке в 2.5 км ниже его истока при отделении от рук. Корабельного, у правого берега, судя по снимку KeyHole, в 1977 г. образовался узкий остров длиной 800 м. К 2000 г. он стал вдвое длиннее и почти присоединился к правому берегу. Ниже по течению на участке рук. Мурманского, вытянутом в меридиональном направлении, произошла консолидация небольших островков, показанных на карте 1966 г. В 1977 г. они объединились в два острова, в 2000 г. почти соединились в один о. Тяжелая Кошка (рис. 5), разделенный лишь узкой протокой, которая к 2020 г. полностью заросла, а остров увеличился по площади. При изменении направления рукава с меридионального на северо-западное на участке перехода к Мурманскому устьевому расширению, на левом берегу на снимках 2000 и 2020 гг. видны песчаные косы, образовавшиеся при изменении направления течения. Для правого возвышенного берега о. Никольского (рис. 5) для этого участка рук. Мурманского характерны процессы размыва, отмеченные многими исследователями [3, 4, 13]. Совмещение снимков 1977 и 2020 гг. показывает, что берег отступил здесь до 70–80 м со среднегодовой скоростью ~2 м/год. Наряду с размывом, ниже по течению образуются шлейфы аккумуляции – видна двойная песчаная коса, сформировавшаяся ниже размываемого выступа правого берега.

Рис. 5.

Рукава Мурманский, Корабельный (северная часть), Маймакса (фрагмент карты динамики дельты Северной Двины). Обозначения – на рис. 3. Острова: 1 – Никольский, 2 – Тяжелая Кошка, 3 – Линский.

В рук. Корабельном разделяются участки широкий южный (верхний, до истока Маймаксы), используемый для судоходства (рис. 6), и северный (нижний), не используемый по условиям рельефа дна (рис. 5). Широкая, но мелководная (до 5 м) южная часть верхнего участка, вблизи г. Архангельска, еще в 1966 г. была свободна от островов, а в северной части находился крупный о. Хабарка (рис. 6). На снимке 1977 г. южнее о. Хабарка видна выступившая над водой и превратившаяся в остров большая отмель напротив Соломбалы. На снимке 2020 г. южнее нее четко выделяется частично обнажающаяся отмель с хорошо выраженным грядовым рельефом, протягивающаяся на Ю до створа Архангельского яхт-клуба. На нижнем участке рук. Корабельного (рис. 5) с недостаточными для судоходства глубинами на карте 1966 г. показано и на снимке 1977 г. видно несколько русловых островов. На снимке 2001 г. эти острова обрамлены обширными отмелями и заметно перемещение южных островов к правому берегу, а северных к левому. В 2020 г. это уже покрытые растительностью острова, присоединение среднего острова к правому берегу закончилось. Острова в северной части рукава – Линский (рис. 5) и другие – расширились, удлинились вниз по течению до 700 м и сильнее приблизились к левому берегу. Вдоль правого берега в нижней части рукава цепочка небольших островов ограничивает активную часть руслового потока. На выходе рукава в Корабельное устьевое расширение песчаные валы по обе стороны от фарватера видны как песчаные отмели, обнажающиeся при низких уровнях воды (во время отлива, ветрового сгона и т. д.).

Рис. 6.

Вершина дельты с истоками основных рукавов (фрагмент карты динамики дельты Северной Двины). Обозначения – на рис. 3. Острова: 1 – Хабарка, 2 – Кегостров, 3 – Шилов.

Вершина дельты с истоками основных рукавов. Водотоки внутренней зоны дельты

В вершине дельты вблизи г. Архангельска единый поток Северной Двины разделяется на рукава (рис. 6). Карта динамики дельты показывает, что этот район вполне соответствует высказываемым гидрологами положениям о том, что русловые деформации дельтовых водотоков наиболее активны на участках резкого изменения стока воды вследствие разделения или слияния водотоков [2, 4]. Такие деформации русел проявляются у проток Братиловка, Рыболовка, Онишевка между рукавами Никольским, Корабельным и Мурманским. Для этих проток характерно меандрирование, и на изгибах меандр проявились процессы аккумуляции отложений на выпуклых участках берега и размыва на вогнутых; крутизна меандр увеличилась, а положение русел изменилось. Такие изменения характерны для относительно широких водотоков (шириной 200–500 м), но они сочетаются с заметным уменьшением ширины малых водотоков вплоть до их полного исчезновения.

Сеть малых водотоков между основными рукавами дельты наиболее густа в западной части дельты между Никольским и Мурманским рукавами и значительно менее развита в восточной части дельты. Для левобережья рук. Мурманского (рис. 5, 6) характерно повсеместное уменьшение ширины водотоков вплоть до полного их исчезновения за счет зарастания берегов водотоков кустарниковой растительностью, активно развивающейся при потеплении климата. На островах восточной части дельты (рис. 5) между рукавами Мурманским, Корабельным, Маймаксой и протокой Кузнечихой ширина мелких водотоков, образующих здесь разреженную сеть, также уменьшилась, а некоторые из них исчезли, в том числе, как сообщается в [3], они были засыпаны отходами широко развитого по берегам Маймаксы лесопильного производства. По излучинам берегов рук. Маймакса и протоки Кузнечиха на карте динамики дельты выявлены чередующиеся участки размыва и нарастания берега, обычно шириной до 50 м, т. е. со скоростью изменений ~1 м/год. В то же время в русле Кузнечихи появилось несколько русловых островов, удлинился почти на 600 м о. Шилов напротив Соломбалы, произошло причленение крупных островов к левому берегу (рис. 6).

В целом на островах внутренней части дельты преобладают процессы аккумуляции речных наносов, обмеления и зарастания мелких водотоков, а в привершинной части дельты происходят русловые переформирования сети проток между рукавами.