ИСТИНА

Цель проекта - целостный гидролого-морфодинамический анализ широкопойменного русла рек Оби и Лены с выявлением закономерностей и корреляционных связей между факторами руслоформирования и проявлениями русловых форм.

Hydromorphology of river beds establishes quantitative and correlation links between morphological, morphometric and dynamic parameters characterizing river bed size and the configuration and forms of riverbed relief (bends and ramifications, rolls, mesos and macroforms of the ridge relief), cross-section (width, depth, area) and river bed slopes, speed of erosion of shores, displacement of bends, islands, rolls and point bar, wedgeding into or accumulation of sediments, rates of development or shallowing of sleeves, etc.). Wide floodplain beds are characterized by free conditions for the development of river bed processes with the prevalence of water flow dynamic factors and sediment over statistical factors of geomorphological nature. The largest rivers, in turn, have different hydromorphology from small and medium-sized rivers, which is determined by a multiple increase in the water flow, leading to an increase in the quantitative characteristics of the flow and forms of river bed relief. At the same time, for different sections of the Ob and Lena rivers within the wide floodplain of river bed, cardinal differences in the morphology and dynamics of the river bed forms are characteristic, which cannot be explained solely by an increase in water content as a result inflow into the river some tributaries. The variety of various geographic environmental factors form the complex dynamics of river bed types when moving downstream by analyzed rivers; contribute to the emergence of specific manifestations of river bed processes. The scale of the rivers leads to the interdependence of the occurrence of certain hydrological and morphological connections between the sections of river bed along their entire length. To date, there is a significant imbalance in the number of scientific works in the field of river bed processes in favor of small and medium rivers, especially in foreign literature. At the same time, available studies of river bed processes on the largest rivers in the overwhelming number of cases are local in nature and do not cover wide floodplain river beds along their entire length. The deficit of research, coupled with the complexity and diversity of river bed forming factors in the wide floodplain sections of the largest rivers, leads to the insufficiency of methods for river bed processes predicting and the low elaboration of existing hydromorphological relationships, determining thereby the relevance and novelty of the research within the project. As a result of its implementation, hydrologo-morphodynamic dependency unify for wide floodplain river bed will be obtained, their differences depending on the river bed forming factors of a regional nature will be determined. Methods for analyzing the specific meandering characteristic of the largest rivers will be developed; criteria for determining the complexity of branching will be calculated; the criterion of quasi-uniformity of the flow for large natural rivers will be analyzed. It is planned to carry out a comparative analysis of perennial river bed re-formations for the period of instrumental observations based on a comparison of different-time cartographic materials and satellite images in order to identify the characteristic changes in the river bed necessary for qualitative prediction of potential river bed re-formations in the future. The results obtained will drastically improve approaches to solving water transport problems and the problem of coastal erosion on the Ob and Lena rivers.

1. Будет разработана концепция параметризации широкопойменыых русел, позволяющая оценивать морфологическую динамику русла по мере увеличения водности и сравнивать русла между собой. 2. Будут построены гидролого-морфодинамические зависимости и корреляционные связи, позволяющие оценивать и анализировать влияние динамических и статических факторов руслоформирования. 3. Будет уточнена морфодинамическая типизация русла рек Оби и Лены, что обусловлено происходящими на реках русловыми переформированиями, влекущими за собой изменение морфодинамического типа. Типизация является отражением схемы переформирования русла и позволяет определить основные тенденции развития морфологически однородного участка, учитывая таким образом в первом приближении гидравлику потока и направленность переформирований. Морфодинамическая типизация русел будет представлена в виде мелкомасштабной схемы широкопойменных участков исследуемых рек. 4. Будет создана концепция анализа излучин для крупнейших рек, позволяющая оценивать излучины и учитывать степень растекания потока по пойме. Для крупнейших рек характерно отсутствие связи между водностью и параметрами русла, свойственной для малых и средних рек. 5. Разработана методика анализа разветвленных русел с учетом сложности разветвлений, площади водной поверхности, ширины русла, площади островов и т.д. 6. Будет осуществлен расчет модулей сопротивления в рукавах разветвлений, позволяющий определять долю расхода воды в рукавах при различных условиях водности (межень, половодье). Полученные расчетные данные будут верифицироваться на измеренных значениях расходов воды во время экспедиционных исследований. 7. Получены материалы натурных исследований русловых процессов на Оби и Лене, что позволит проверить полученные зависимости на измеренных данных; проанализировать русловые процессы путем анализа гидравлической (поле скоростей) структуры потока в отдельных створах и на протяженных участках. 8. Будет проведен ретроспективный анализ русловых переформирований на основе сравнения картографических данных и космических либо аэрофотоснимков за различные годы. Ретроспективный анализ позволяет выявить тренд либо цикличность русловых переформирований и использовать полученные результаты для прогнозирования изменений русла в дальнейшем. 9. Создана ГИС "Гидроморфология широкопойменных русел рек Оби и Лены". 10. На отдельных участках русла будет осуществлен прогноз горизонтальных и вертикальных русловых переформирований, необходимый для решения существующих проблем, связанных с негативными проявлениями русловых процессов.

Результат 1. Наиболее распространенным типом русла на верхней Оби является разветвленное, на средней – меандрирующее; на нижней Оби – раздвоенное. Для р. Оби свойственно многократно большее разнообразие морфологически однородных участков по сравнению с Леной. Методы и подходы. Определение типов русла на исследуемых реках осуществлялось на основе анализа детальных космических снимков, лоцманских карт, планов русла и построения в отдельных случаях скоростных полей. Преобладающие типы русла на различных участках рек устанавливались путем расчета долей в процентах, которые занимает тот или иной тип русла от совокупной протяженности рассматриваемого участка. Новизна. Детальная типизация русла рек Оби и Лены проведена в первые. Выделены все встречающиеся типы русла не только в основном рукаве, но и в рукавах раздвоенного русла. Результат 2. Сложность разветвлений р.Оби резко снижается вниз по течению, что согласуется с увеличением устойчивости и уменьшением ширины русла. Методы и подходы. Определен расчет сложности разветвлений. В качестве параметра, характеризующего сложность разветвлений выбрано отношение количества островов к длине разветвления. По архивным и натурным данным подсчитана устойчивость русла (по Лохтину), уклон вычислялся по топографическим картам и архивным материалам. Новизна. Анализ сложности разветвления для всего широкопойменного русла Оби (исключая участки раздвоенного русла) и Лены и сравнение рек между собой по данному критерию выполнено впервые. Результат 3. Для р. Лены характерно планомерное увеличение сложности разветвлений, ширин акватории и ширин русла с островами при движении вниз по течению. Методы и подходы. Анализ ширины русла и ширины пояса руслоформирования выполнялся для всех морфологически однородных участков (более 200 на Оби и около 20 на Лене). Для выполнения данных расчетов был создан ГИС проект, в котором очерчивались полигоны рассматриваемых участков и полигоны островов, что необходимо для расчета ширин и сложности разветвлений. Новизна. Сопоставление рек на всем протяжении широкопойменного участка осуществлено по данным показателям впервые. Получена динамика сложности разветвлений по всему протяжению широкопойменных участков. 4) Связь водности с радиусом кривизны и шагом излучин на средней Оби отсутствует; для r и L излучин разветвленного русла свойственно смещенное влево распределение и меньшие значения математических ожиданий данных показателей. Методы и подходы. Определение параметров излучин осуществлялось исключительно на Оби, так как на Лене меандрирующее русло не представлено. Вычисления выполнялись в ГИС проектах, для чего выл выполнен подбор космических снимков на все широкопойменное русло Оби и Лены. Подсчет параметров излучин произведен для всех излучин, расположенных в основном русле и наиболее полноводных рукавах. Сопоставление излучин, их динамика по длине реки и последующая обработка параметров излучин выполнена с использованием инструментов статистики. Новизна. Исследования излучин на Оби ранее выполнялись лишь эпизодически. Комплексный подход, охватывающий все разнообразие излучин на реке выполнен впервые. 5) Значения критерия Карасева кратно выше, чем полученные экспериментально и четко дифференцируется по типам русла. Методы и подходы. Расчет критерия квазиоднородности потока (критерий Карасева) выполнялся для морфологически однородных участков. Для этого на основе лоцманских карт рассчитывалась средняя ширина и глубина участка, оценивался коэффициент шероховатости. Полученные значения усреднялись для различных типов русла, что позволило выполнить сравнение значений критерия извилистого, прямолинейного и разветвленного русла на исследуемых реках. Новизна. Изучение русел рек с применением критерия квазиоднородности потока в научной литературе отражено крайне слабо, на крупнейших реках данный показатель ранее не применялся. 6) Уменьшение ширины русла на верхней Оби связано с увеличением устойчивости, а ее увеличение на средней и нижней Оби с возрастанием водоносности; для р.Лены характерно планомерное увеличение ширины с возрастанием водности и уменьшением устойчивости. Методы и подходы. С помощью вышеописанной методики получены кривые, характеризующие динамику ширины русла рек по их длине. На основе архивных и экспедиционных данных рассчитана динамика устойчивости и водоностности (по методике Шайдегера) по длине рек. Далее выполнено сопоставление полученных кривых между собой. Новизна. Полученные данные уточняют, актуализируют и обобщают ранее выполненные исследования. 7) На Лене наблюдается тенденция к увеличению доли параллельно-рукавного русла. Методы и подходы. На основе сравнения разновременных космических снимков, лоцманских карт и планов русла установлено, что наблюдается тенденция к трансформации сопряженных разветвлений в параллельно-рукавные, вследствие чего происходит увеличение их доли. Причины трансформации типов русла вероятнее всего связаны с климатическими изменениями, вследствие которых возрастает водность р. Лены. Новизна. Выполнен количественный анализ участков трансформированных в параллельно-рукавное русло или находящихся в процессе трансформации. Впервые посчитана доля параллельно рукавного русла от длины широкопойменного участка. 8) Двурукавное русло на нижней Оби является уникальным русловым образованием и не имеет аналогов на других реках мира. Методы и подходы. На основе программного комплекса Google Earth были визуально проанализированы русла крупнейших рек мира на предмет аналогичных раздвоенному руслу Оби морфологических структур. Сопоставимых по масштабам и степени разветвленности участков раздвоенного русла выявлено не было. Новизна. Сопоставление раздвоенных русел различных рек мира в литературе практически не представлено. Комплексный подход применен впервые.