Водные ресурсы, 2023, T. 50, № 6, стр. 686-700

Средняя и нижняя Обь

Средняя и нижняя Обь характеризуется развитием излучин русла и излучин рукавов разветвлений, направленным изменением их параметров в результате размывов одних берегов и “намывовˮ других. Примером этого служит русло Малой Оби – левого рукава раздвоенного русла нижней Оби, меандрирование которого преимущественно сопровождается продольным, продольно-поперечным и поперечным смещением излучин, что приводит в свою очередь к искривлению и изменению их параметров (увеличение степени развитости излучин l/L и уменьшение их радиусов кривизны r). Многие крутые излучины характеризуются нарушением условия безотрывного обтекания потоком берегов – правило Миловича (r < 2.5 – 3b_р). В этом случае динамическая ось потока смещается к выпуклому берегу, вызывая его размыв, тогда как у вогнутых берегов формируется водоворотная зона, где происходит аккумуляция наносов (рис. 2). Это может, с одной стороны, создать неблагоприятные условия для судоходства, с другой – затруднить работу водозабора, если таковые располагаются в зоне обмеления акватории [9].

Рис. 2.

Деформации на Войкаровской излучине Малой Оби на 438–435 км при нарушении на ней правила Миловича (линией показано положение судового хода) [9].

В результате размыва берегов и смещения излучин реальная угроза на Малой Оби наблюдается для двух населенных пунктов в ХМАО-Югре – Устрема и Теги (рис. 3). На них фиксируется средняя скорость размыва берегов от 3.6 до 5.3 м/год, что приводит к утрате значительной части их территорий (в пределах них размывается соответственно 200 и 1000 м береговой линии).

Рис. 3.

Деформации на излучинах Малой Оби на 640–622 км: 1 – фронт и скорость размыва берегов [9].

В другом случае при достижении критических значений l/L (~1.6) образуются прорванные излучины. Это связано с формированием во время половодья в пониженной тыловой части пойменной шпоры спрямляющей протоки, забирающей значительную часть общего стока воды и расширяющейся за счет активных размывов берегов в ней. Одновременно с этим старое русло постепенно мелеет, а русловые деформации затухают. В случае отсутствия благоприятных условий для сохранения обводненности старого русла оно со временем вовсе может отмереть, превратившись в пойменное озеро или залив – “курьюˮ. В XX в. на средней Оби образовались две порванные излучины, характеризующиеся достаточно высокими темпами русловых деформаций (до 3.6 м/год) в спрямляющих рукавах. Это повлекло за собой перестройку русла и поступление большого количества наносов в поток. Последнее в свою очередь приводит к обмелению нижерасположенного переката, что неблагоприятно сказывается на условиях для судоходства, снижая гарантированные глубины. В то же время спрямление излучины (рис. 4) обеспечивает сокращение длины судового хода и уменьшениe времени, которое тратится на перевозку грузов и пассажиров [9].

Рис. 4.

Сахалинская прорванная излучина на 1318–1313 км: а – 1970 г., б – 2020 г. 1 – см. рис. 3 в [9].

В другом (правом) рукаве раздвоенного русла нижней Оби – Горной Оби отмечаются активные русловые деформации при отступании от реки коренного берега, появлении правобережной поймы и общем расширении днища долины (пойма + + русло). На Горной Оби встречаются прорванные излучины, старые русла которых получают бόльшую часть стока за счет направляющего воздействия на поток крупных мысов коренного берега, а скорость размыва в них – до 2.6 м/год, тогда как спрямляющие рукава, имеющие заход почти под прямым углом и относительно прямолинейное русло, характеризуются незначительными по интенсивности размывами берегов (рис. 5а). В прорванной Чуэльской излучине на 689–686.5 км спрямляющий рукав забирает ~40% суммарного стока, а средняя скорость размыва в нем составляют 1.9 м/год, тогда как в другом рукаве (старом русле – крутая сегментная излучина), куда идет значительная часть стока, скорость больше – до 4 м/год (рис. 5б). В данном случае опасность – потенциальная для прибрежных территорий и реальная для судоходства из-за поступления большого количества наносов и формирования перекатов ниже по течению [9].

Рис. 5.

Прорванные излучины Горной Оби: а – Пугорская на 775–762 км, б – А – Чуэльская на 689–685.5 км. 1 – см. рис. 3 в [9].

Развитие излучин в результате размыва берегов – основная форма переформирований рукавов пойменно-русловых разветвлений. В Кривошеевском пойменно-русловом разветвлении (1049–1074 км) основной сток проходит по правому более кроткому рукаву с тремя пологими излучинами (l/L с 1980-х гг. по 2011 г. изменилась с 1.14–1.39 до 1.17–1.48), на которых средние скорости размыва берегов ≤2.3 м/год. Левый рукав, имеющий меньшие расходы воды, сильно искривлен и образует пять преимущественно крутых излучин (l/L изменилась с 1.54–1.98 до 1.57–2.04 с 1980-х гг. по 2011 г.), смещающихся со скоростью от 2.2 до 3.8 м/год на бόльших по протяженности размываемых берегах (рис. 6а). Но на данном участке размывы берегов представляют только потенциальную угрозу, они могут повлиять на условия судоходства, в то время как населенным пунктам на левом коренном берегу ничего не угрожает [9].

Рис. 6.

Размывы берегов в пойменно-русловых разветвлениях: а – Кривошеевское пойменно-русловое разветвление на 1049–1074 км, б – Сытоминское-Салманское сложное трехрукавное пойменно-русловое разветвление на 1348–1322 км. 1 – см. рис. 3 в [9].

На широтном участке средней Оби встречаются сложные трехрукавные пойменно-русловые разветвления. В них в основном получает развитие центральный рукав, тогда как остальные два продолжают свое развитие или имеют тенденцию к обмелению. Этому способствуют пойменные протоки между рукавами, обеспечивающие перераспределение расходов воды между ними, определяя в них интенсивность русловых деформаций [15]. В Сытоминско-Салымском разветвлении до 1960-х гг. в основном интенсивно развивались правый и левый рукава, каждый из которых образовывал по несколько излучин. В 1980 г. активизировался центральный спрямляющий рукав (его ширина возросла более чем в 2 раза – с 200 до 500 м), тогда как заход в левый рукав сузился ввиду зарастания крупного побочня и превращения его в молодую пойму. Это нашло отражение в русловых деформациях: средние скорости размыва берегов в бывшем левом судоходном рукаве ≤2.3 м/год, а их протяженность одна из минимальных (рис. 6б). При этом и правый рукав характеризуется довольно низкими темпами отступания берегов – от 1.2 до 4.8 м/год. В центральном рукаве в связи с его активным развитием наблюдаются наибольшие средние скорости размыва – до 6.5 м/год, а относительная протяженность фронта размыва составляет ~50% длины рукава. Если в целом для узла опасность потенциальная, то на участке реки у с. Сытомино она становится реальной в связи с размывом берега со скоростью 3.5 м/год (26% длины береговой линии в пределах населенного пункта).

Значительные русловые переформирования могут быть характерны и для относительно прямолинейного, неразветвленного русла средней Оби с последующей его трансформацией в другой морфодинамический тип – разветвление. Происходит аккумуляция наносов и образование осередков, приводящих к формированию элементарных островов, в том числе за счет отчленения прибрежных отмелей побочневыми протоками. Это приводит к изгибу потока, возникающего при обтекании отмелей, и затем – к подходу потока к берегам под большим углом, что вызывает размыв берегов и образование местного расширения русла. Это прослеживается на участке от 1713 до 1737 км, где сформировалась система сопряженных разветвлений (рис. 7). В данном случае для участка наблюдается потенциальная опасность из-за осложнения условий судоходства: необходимость корректировки судового хода, обмеление перекатов ниже зон размыва, на которых темпы размыва колеблются от 2.6 до 4 м/год [9].

Рис. 7.

Сопряженное разветвление от 1713 до 1737 км (рис. 3 в [9]).

Нижний Иртыш

Нижний Иртыш характеризуется активными русловыми переформированиями, которые, как и на средней и нижней Оби, проявляются в развитии и смещении излучин в продольном, продольно-поперечном и поперечном направлениях, сопровождающимися изменениями их параметров. Важные факторы их морфологических изменений – ширина днища долины и влияние коренных берегов: первая обусловливает свободное их развитие, второе – ограничивает деформации. При подходе к коренному берегу формируются вынужденные и адаптированные излучины, в которых русловые деформации небольшие (≤1 м/год), а на склонах часто встречаются оползни (рис. 8). В то же время оползни могут перекрывать часть русла, отклонять поток и приводить к размыву противоположного пойменного берега, способствуя формированию потенциальной опасности на участке.

Рис. 8.

Оползень на нижнем Иртыше (ниже устья р. Ишим). Фото автора.

На Иртыше переформирование прорванных излучин происходит по-разному. В одном случае русловые деформации сосредотачиваются только в активно развивающемся спрямляющем рукаве, где формируются новые излучины русла (средние скорости размыва берегов – 6 м/год), а старое русло отмирает (Староиртышская излучина на 235–231 км) (рис. 9а). В другом – функционируют и переформировываются оба рукава (Надцынская излучина на 573–564.5 км) (рис. 9б), в которых скорости размыва могут достигать 2.6 м/год – в одном и встречаться локально – в другом. Петлеобразные излучины Иртыша спрямляются за счет встречного размыва берегов на их крыльях, а в образовавшиеся и расширяющиеся прораны уходит бόльшая часть стока воды и наносов; одновременно происходит постепенное обмеление и отмирание старого русла, как это произошло в 1988 г. на Артукской излучине (1191–1190 км) (рис. 9в) [9].

Рис. 9.

Прорванные (а, б) и спрямленная (в) излучины нижнего Иртыша. 1 – см. рис. 3 в [9].

Прорванные или спрямленные излучины и размывы берегов на них в данных случаях несут в основном угрозу потенциальную ввиду отсутствия угрозы разрушения объектов жилой и хозяйственной инфраструктуры, но для условий судоходства они вполне благоприятны ввиду сокращения длины водного пути. Поэтому на Иртыше во второй половине XX в. проведено искусственное спрямление нескольких излучин [5]. При естественном спрямлении на некоторое время (несколько лет) создаются серьезные затруднения для водного пути из-за возникающего разворота судового хода на 180° и местного размыва берега (это произошло на Укинской излучине в 2019 г.) [11]. Но при спрямлениях населенные пункты нередко лишаются водного подхода к ним.

Развитие многих излучин сопровождается формированием на их крыльях и в привершинных частях островов, протоки за которыми обычно маловодны, а русловые деформации в них локальны и не несут никакой угрозы [11, 16].

Средние и крупные реки Обь-Иртышского бассейна

Для всех средних и крупных рек, как и для Оби и Иртыша, главной формой переформирования русла являются развитие и смещение излучин русла и размывы берегов, темпы которых зависят от l/L. Сегментные излучины (пологие, развитые или крутые) характеризуются направленным смещением русла, и по мере их развития и искривления (увеличения l/L и уменьшения r) происходит активизация циркуляционных течений; по форме они становятся со временем омеговидными (петлеобразными) с преобладанием поперечного смещения.

На более крупных реках, преимущественно в их нижнем течении, при прохождении Q_ф при затопленной пойме могут образовываться прорванные излучины, иногда с сохранением и переформированием как старого русла, так и спрямляющей протоки. Но чаще всего происходит спрямление излучин за счет встречных размывов берегов на крыльях излучин с дальнейшим образованием стариц. При этом ввиду небольшой плотности населения на территориях бассейнов притоков Оби и Иртыша такого рода трансформации излучин несут только потенциальные угрозы, изменяя условия судоходства в худшую сторону (формирование перекатов и уменьшение на них гарантированных глубин), но иногда они способствуют сокращению длины водного пути, уменьшая время, затрачиваемое на редкие перевозки пассажиров и грузов.

На немногочисленных русловых (островных) и пойменно-русловых разветвлениях отмечены периодическое отмирание и развитие рукавов, огибающих острова. Отмирание или развитие рукавов разветвлений может быть вызвано последовательным надвижением на узел разветвления лево- и правобережных побочней, сформированных в том числе за счет поступления наносов от размыва берегов выше по течению, развитием и смещением излучин меандрирующих рукавов. Чаще всего эти переформирования несут только потенциальную угрозу для прибрежных территорий, отражающуюся только на условиях судоходства. Это же касается и маловодных проток за островами на излучинах, в которых русловые деформации локальны, а темпы размыва берегов в них невелики [9].

Для интегральной оценки опасных проявлений русловых процессов на реках Обь-Иртышского бассейна были использованы разные подходы. На крупнейших реках бассейна – Оби и Иртыше применялся показатель устойчивости русла – число Лохтина Л и его изменения по длине реки. Это обусловлено тем, что имеются необходимые данные о диаметре частиц руслообразующих наносов по длине этих рек. Для остальных рек бассейна ввиду отсутствия данной информации рассчитывались баллы опасности русловых процессов. Эти подходы позволяют получить представление прежде всего о потенциальной опасности на реках Обь-Иртышского бассейна, ее изменении по длине их русел, но в то же время такие показатели, как устойчивость русла или балльная оценка, – реальные характеристики опасности, так как основываются на данных о размывах берегов.

Устойчивость русла и степень опасности русловых процессов тесно связны: опасность закономерно увеличивается от нуля (отсутствие опасности) до 5 баллов (очень высокая) с уменьшением показателя устойчивости русла, например числа Л [20]. Для каждой степени опасности русловых процессов и, соответственно, устойчивости русла характерны те или иные темпы русловых деформаций, прежде всего средние и максимальные скорости размыва берегов, а также протяженность зон размыва.

Показатель устойчивости русла средней Оби определялся ниже устья Кети, для Иртыша – ниже впадения Тобола, так как для данных участков рек имелись данные по крупности частиц руслообразующих наносов (донных отложений). Результаты расчета несколько завышены, поскольку данные о среднем диаметре частиц руслообразующих наносов d_ср получены на основе отбора проб преимущественно в стрежневой зоне потока на характерных участках русла. Тем не менее полученные величины устойчивости русла хорошо согласуются с уже рассчитанными значениями для Оби выше по течению (по результатам грунтовой съемки [13]), а также укладываются в теоретические представления об ее изменении по длине реки [14].

Согласно [12], устойчивость русла средней Оби непосредственно ниже устья р. Томи (20–30 км) составляет Л = 6.7, т. е. русло относительно устойчивое (табл. 1).

Ниже по течению русло остается относительно устойчивым, а число Лохтина постепенно возрастает с 7.8 ниже впадения р. Кети до 8.2 перед устьем р. Вах. На широтном участке Оби рост показателя Л сохраняется и в среднем составляет 9.1 при диапазоне от 7.9 до 9.7. Нижняя Обь после слияния с р. Иртыш вдоль правого коренного берега характеризуется дальнейшим ростом устойчивости русла. На этом участке Л колеблется от 8.2 до 10.9 (в среднем 9.7), т. е. русло изменяется от относительно устойчивого до устойчивого (по классификации Р.С. Чалова [14]). В раздвоенном русле нижней Оби число Лохтина в среднем несколько меньше, но это может быть обусловлено масштабным искажением показателя, так как размер каждого рукава зависит от степени рассредоточения стока (в отличие от раздвоенного русла в среднем течении, где правый рукав – собственно Обь – по водности в половодье практически не изменяется из-за растекания потока по пойме и отвлечения части стока в пойменные протоки). На Малой Оби (до ответвления протоки Большой Нюрик) русло относительно устойчивое, число Л изменяется в диапазоне 5.0–7.4 (среднее значение 6.6). Ниже по течению из-за отсутствия данных о руслообразующих наносах адекватных значений Л получить не удалось, но исходя из данных руслового анализа можно предположить, что устойчивость русла там сохраняется примерно такая же, что и на участке Малой Оби от ее истока до протоки Большой Нюрик (Л ~ 6.6). Устойчивость русла Горной Оби, правый берег которой – коренной, в основном больше (Л – 6.2–11.1, в среднем 8.4, местами устойчивое). На Большой Оби степень устойчивости русла определяют в припойменной части распространенные там илистые грунты, в правой – гравий и мелкая галька, источником которых служит правый коренной берег. В начале Большой Оби, где коренной берег отходит от русла, устойчивость русла снижается до 5.6 (относительно устойчивое), но на большем ее протяжении вдоль правого коренного берега Л = 38.6 (русло устойчивое). Ниже слияния Малой Оби и Большой Оби, где русло также сложено илистыми наносами, русло устойчивое (Л = 7.1) [9].

Другая крупнейшая река бассейна – Иртыш в среднем и нижнем течении также имеет относительно устойчивое и устойчивое русло (табл. 2). По данным [12], от устья Тары до устья Тобола Л составляет 11–12 (русло устойчивое). Проведенные расчеты Л на основе отбора проб донных отложений в нижнем течении Иртыша показали, что оно меняется от 8.6 до 10.1 (в среднем 9.7), возрастая к устью [9].

Таким образом, на средней и нижней Оби и нижнем Иртыше чередуются относительно устойчивые (Л – 5.6–9.7) и устойчивые русла (Л – 10–38.6), для которых, согласно классификации Р.С. Чалова [20], степень опасности русловых процессов умеренная и слабая соответственно. Полученные в ходе исследования скорости размыва берегов и их протяженность на различных участках этих крупнейших рек хорошо укладываются в диапазоны темпов русловых деформаций, присущих для данных характеристик устойчивости и опасности [20]: скорости размыва – в основном от 2 до 5 м/год (средние) и >10 м/год (максимальные) на относительно устойчивых руслах и <2 м/год (средние) и 5 м/год (максимальные) – на устойчивых, не исключая экстремальных проявлений размыва берегов ввиду местных условий. Протяженность размыва берегов варьирует от нескольких десятков на реках с устойчивым руслом и от 30 до 60% на относительно устойчивых [9].

Для средних и больших рек Обь-Иртышского бассейна имеются только общие данные об устойчивости русла: Л меняется от 5 до 7.5, т. е. русла притоков Оби и Иртыша относительно устойчивые; причем устойчивость возрастает к устью [12], т. е. для рассматриваемых рек наблюдается умеренная опасность, согласно классификации Р.С. Чалова [20]. Поэтому средние и большие реки бассейна оценивались баллами опасности русловых процессов по трем критериям, характеризующим размывы берегов: средняя скорость (С_ср, м/год), максимальная скорость (С_макс, м/год) и относительная протяженность фронта размыва (L_фр, %). Каждый из критериев имеет свою градацию в зависимости от степени опасности, которую он характеризует. Каждой градации присваивается свой балл – от 0 (отсутствие размывов) до 5 (наиболее неблагоприятное влияние – интенсивные размывы) (табл. 3). Полученные по каждому критерию баллы складываются, в зависимости от их итоговой суммы присваивается балл суммарной опасности: до 4 – балл опасности 1, от 4 до 8 – балл опасности 2, от 8 до 12 – балл опасности 3, от 12 до 16 – балл опасности 4, от 16 – балл опасности 5.

Каждая из рассматриваемых средних и больших рек Обь-Иртышского бассейна разбивалась на равные по длине участки, чтобы можно было сравнивать их между собой, на них была проведена оценка критериев (табл. 4).

В целом для всех рек либо выдерживается один или близкий уровень опасности, либо наблюдается некоторое ее увеличение вниз по течению. Исключение составляют реки Вах и Конда, на которых интенсивность горизонтальных русловых деформаций несколько снижается вниз по течению. Возможно, это связано, с одной стороны, с тем, что они имеют в нижнем течении общую и широкую пойму с Обью и Иртышом и, соответственно, происходит растекание потока по ней; с другой стороны – с прохождением руслоформирующего расхода воды при затопленной пойме.

Наибольшая опасность (2–3 балла) характерна для правобережных и одних из самых крупных притоков Оби в юго-восточной части бассейна – Томи и Чулыма. При продвижении на С и З она снижается с 2 до 1 балла. Также балл опасности выше в западной части бассейна, где он приурочен к рекам бассейна р. Тобол, а также для рек Конды и Северной Сосьвы. Это, скорее всего, связано с изменениями внутригодового распределения стока (снеговое питание весной в Зауралье и в южной части и грунтовое питание летом в северной) ввиду изменения температуры воздуха и режима осадков, степени заболоченности и заозеренности бассейнов и т. д.

В целом для средних и больших рек Обь-Иртышского бассейна опасность русловых процессов слабая (1–2 балла), тогда как на крупнейших – Оби и Иртыше – она повышается и, согласно классификации устойчивости [20], становится умеренной (относительно устойчивые русла – 2 балла опасности – умеренная степень). При этом как на Оби и Иртыше, так и на их притоках наблюдаются экстремальные размывы, обусловленныe местными условиями (легко размываемые аллювиальные отложения, слагающие пойменные берега или речные террасы; направляющее воздействие выступов (мысов) коренного берега; слив осветленных вод выклинивающейся поймы и т. д.), и, наоборот, участки русла, где при подходе к коренному берегу устойчивость русла возрастает, а темпы горизонтальных русловых деформаций резко снижаются или вообще отсутствуют.