geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.15356/0435-4281-2017-4-3-15geomorf-1325Research ArticleОбщетеоретические статьиArticlesЕСТЕСТВЕННЫЕ И  АНТРОПОГЕННЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РУСЕЛ РЕКNATURAL AND ANTHROPOGENIC IRREVERSIBLE VERTICAL RIVERBED DEFORMATIONSБерковичК. М.BerkovichK. M.

географический факультет,

Москва

Faculty of Geography, Moscow

berkovitch@yandex.ruЗлотинаЛ. В.ZlotinaL. V.

географический факультет,

Москва

Faculty of Geography, Moscow

zleonora@yandex.ruТурыкинаЛ. А.TurykinL. A.

географический факультет,

Москва

Faculty of Geography, Moscow

filigorod@list.ruМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20173001201804Геоморфология315Copyright © Беркович К.М., Злотина Л.В., Турыкина Л.А., 20182018Беркович К.М., Злотина Л.В., Турыкина Л.А.Berkovich K.M., Zlotina L.V., Turykin L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://geomorphology.igras.ru/jour/article/view/1325

Направленные вертикальные деформации — это систематическое врезание или отложение наносов на значительном протяжении реки, в процессе которого происходит повышение или понижение высотного положения продольного профиля реки и изменение его формы.

Современные деформации происходят во временном интервале, документируемом историческими материалами и непосредственными наблюдениями, который охватывает несколько столетий, развиваются под влиянием человека или имеют чисто антропогенное происхождение, хотя известную роль играют естественные деформации, обусловленные тектоникой и изменениями климата.

Для анализа динамики процесса вертикальных деформаций русла использованы, кроме литературных источников по ряду рек Мира, материалы исследований участков р. Оби выше и ниже Новосибирского водохранилища, участка нижнего бьефа Воткинского гидроузла на р. Каме, участков рек Томи, Оки, Белой с массовыми русловыми карьерами, на которых авторами выполнялись и выполняются в настоящее время исследования русловых процессов. Постройка плотин и создание водохранилищ, а также добыча строительных материалов из русел рек наиболее заметно способствуют развитию вертикальных деформаций.

Анализ материалов показал, что как процесс врезания ниже плотин и на участках русловых карьеров, так и процесс регрессивной аккумуляции выше водохранилищ описывается экспоненциальной зависимостью, отражающей асимптотический характер понижения или повышения дна. Коэффициенты зависимости зависят от подвижности русла. В ходе врезания русло реки становится все менее подвижным, и его восстановление может происходить в другой гидрологической и геоморфологической обстановке.

Irreversible vertical deformation implies the systematic incision or sediment deposition within a considerable length of the river, in the course of which rise or lowering of river long profile and change of its general shape occur. Contemporary deformations occur in time intervals documented by historical materials and direct observations, that span several centuries, develop under the human influence or have a purely anthropogenic origin, although natural deformations due to tectonics and climate change play some role as well.

To analyze the dynamics of the riverbed vertical deformations process, published sources for several rivers over the World were used as well as authors’ own studies in a number of rivers: Ob river upstream and downstream of Novosibirsk reservoir, Kama river downstream of the Votkinsk dam, Selected reaches in rivers Tom’, Oka, Belaya Rivers with a large scale in-stream mines. Dam construction and creation of reservoirs as well as in-stream extraction of building materials most notably contribute to the development of vertical deformations.

Results show that both the process of incision downstream of dam and in sections with in-stream mines and the process of regressive accumulation upstream of the reservoirs are described by an exponential relationship reflecting the asymptotic nature of the lowering or rise of the riverbed. The relationship coefficients depend on the mobility of the channel. In the course of incision, riverbed becomes less movable, and its recovery may occur in other hydrological and geomorphological setting.

русловые процессыпродольный профиль рекиантропогенные нарушенияchannel processesriver long profileanthropogenic disturbancesReferencesЛохтин В.М. О механизме речного русла. СПб: 1897. 80 с.Lohtin V.M. O mehanizme rechnogo rusla (On river channel mechanisms). Sankt-Peterburg, 1897. 80 p.Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 347 с.Makkaveyev N.I. Ruslo reki i erozia v ee bassejne (Riverbed and erosion within its watershed). M.: Izdvo AN SSSR (Publ.), 1955. 347 p.Чалов Р.С. Главные виды русловых деформаций, формы их проявления и особенности соотношений в различных природных условиях // Докл. секции русловых процессов Научн. совета “Комплексное использование и охрана водных ресурсов”. ГКНТ. Вып. 2. Общие вопросы теории русловых процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С. 100–113.Chalov R.S. Main types of riverbed deformations, their phenomenon and correlation in various natural condition, in Doklady sektsii ruslovykh protsessov Nauchnogo soveta “Kompleksnoe ispolzovanie i ohrana vodnykh resursov” (Reports of riverbed processes Section “Water resources complex use and conservation”). Iss. 2. Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1986. P. 100–113.Dröge B., Engel H., and Gölz E. Channel erosion and erosion monitoring along the Rhine River // Erosion and Sediment Transport Monitoring Programs in River Basins. Oslo: IAHS Publ., 1992. No. 210. P. 493–503.Dröge B., Engel H., and Gölz E. Channel erosion and erosion monitoring along the Rhine River. Erosion and Sediment Transport Monitoring Programs in River Basins. Oslo, IAHS Publ., 1992. No. 210. P. 493–503.Whipple K.X. and Tucker G.E. Dynamics of the stream-power river incision model: Implications for height limits of mountain ranges, landscape response timescales, and research needs // J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104. P. 661–674.Whipple K.X. and Tucker G.E. Dynamics of the stream-power river incision model: Implications for height limits of mountain ranges, landscape response timescales, and research needs. J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104. P. 661–674.Маккавеев Н.И., Мандыч А.Ф., Чалов Р.С. Влияние восходящего развития рельефа на глубинную эрозию и твердый сток рек Западной Грузии // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1968. № 4. С. 52–58.Makkaveyev N.I., Mandych A.F., and Chalov R.S. Relief rising development impact on erosion and sediment yield of West Georgia’s Rivers. Vestn. Mos. Univ. Ser. 5. Geogr. 1968. No. 4. P. 52–58. (in Russ.)Никонов А.А. Определение скорости врезания реки // Геоморфология. 1973. № 1. С. 24–35.Nikonov A.A. River incision rate determination. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 1973. No. 1. P. 24–35. (in Russ.)Щеглова О.П. Формирование стока взвешенных наносов и смыв с горной части Средней Азии. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 228 с.Shcheglova O.P. Formirovanie stoka vzveshennyh nanosov i smyv s gornoj chasti Srednej Azii (Suspended sediment yield formation and erosion in Middle Asia mountain Area). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1972. 228 p.Schumm S.A. Alluvial river response to active tectonics // National Research Council. Active Tectonics: Impact on society. Washington, DC: The National Academies Press, 1986. P. 80–94.Schumm S.A. Alluvial river response to active tectonics. National Research Council. Active Tectonics: Impact on society. Washington, DC: The National Academies Press, 1986. P. 80–94.Harkins N., Kirby E., Heimsath A., Robinson R., and Reiser U. Transient fluvial incision in the headwaters of the Yellow River, northeastern Tibet, China // J. of geophysical res. 2007. Vol. 112. P. 1–21.Harkins N., Kirby E., Heimsath A., Robinson R., and Reiser U. Transient fluvial incision in the headwaters of the Yellow River, northeastern Tibet, China. Journal of geophysical research. Vol. 112. 2007. P. 1–21.Сидорчук А.Ю., Чалов Р.С. Врезание горных рек: скорости и причины // Природа. 1996. № 12. С. 36–45.Sidorchuk A.Yu. and Chalov R.S. The incision of the rivers of mountain: rates and causes. Priroda. 1996. No. 12. P. 36–45. (in Russ.)Wyżga B. A review on channel incision in the Polish Carpathian Rivers during the 20th century // Gravel-Bed Rivers VI: From Process Understanding to River Restoration. Amsterdam: Elsevier, 2008. P. 525–555.Wyżga B. A review on channel incision in the Polish Carpathian Rivers during the 20th century. Gravel-Bed Rivers VI: From Process Understanding to River Restoration. Elsevier, Amsterdam, 2008. P. 525–555.Simon A. Energy, time, and channel evolution in catastrophically disturbed fluvial systems // Geomorphology. 1992. No. 5. P. 345–372.Simon A. Energy, time, and channel evolution in catastrophically disturbed fluvial systems. Geomorphology. 1992. No. 5. P. 345–372.Назаров Н.Н., Чалов Р.С., Чалов С.Р., Чернов А.В. Продольные профили, морфология и динамика русел рек горно-равнинных областей // Географический вестник. 2006. № 2. C. 40–52.Nazarov N.N., Chalov R.S., Chalov S.R., and Chernov A.V. Rivers longitudinal profiles, riverbed morphology and dynamics in mountain and plain areas. Geogr. Vestn. Iss. 2. 2006. P. 40–52. (in Russ.)Babiński Z. Wspólczesne procesy korytowe dolnej Wisly // Prace Geogr. 1992. 157. 185 s. (Contemporary riverbed processes of lower Vistula River // Geographical Works. 1992. Iss. 157. 185 p.).Babiński Z. Wspólczesne procesy korytowe dolnej Wisly. Prace Geogr. 1992. Vol. 157. 185 s. (Contemporary riverbed processes of lower Vistula River. Geographical Works. 1992. Iss. 157. 185 p).Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Некоторые особенности дна долин больших рек, связанные с периодическими изменениями нормы стока // Вопр. геогр. Сб. 79. Ритмы и цикличность в природе. М.: Мысль, 1970. С. 156–167.Makkaveyev N.I. and Chalov R.S. Some features of large river valley bottom related to the periodical changes of the rate of flow, in Voprosy Geografii (Geographical Issues). Vol. 79. Moscow: Mysl’ (Publ.), 1970. P. 156–167.Gray J.R., Osterkamp W.R., and Xu Jianhua.Effects of Water Use Diversion Regulation and Conservation on Sediment Transport in China’s Yellow River with Comparisons from the United States // 12th ISCO Conference. Beijing 2002. P. 565–569.Gray J.R., Osterkamp W.R., and Xu Jianhua. Effects of Water Use Diversion Regulation and Conservation on Sediment Transport in China’s Yellow River with Comparisons from the United States. 12th ISCO Conference Beijing. 2002. P. 565–569.Slater L.J. and Singer M.B. Imprint of climate and climate change in alluvial riverbeds: Continental United States, 1950–2011 // Geological Society of America. 2013. Vol. 41. No. 5. P. 595–598.Slater L.J. and Singer M.B. Imprint of climate and climate change in alluvial riverbeds: Continental United States, 1950–2011. Geological Society of America, 2013. DOI: 10.1130/G34070.1Алексеевский Н.И., Ободовский А.Г., Самохин М.А. Механизмы изменения уровней воды в реках // Эрозионные и русловые процессы. Вып. 4. М: МГУ, 2005. С. 216–237.Alekseevski N.I., Obodovski A.G., and Samohin M.A. Water level changes mechanisms in Rivers, in Eroziya i ruslovye protsessy (Erosion and riverbed processes). Iss. 4. Moscow, MSU (Publ.), 2005. P. 216–237.Колтунова М.А. Кривые расходов воды в анализе вертикальных русловых деформаций // Эколого-географические исследования в речных бассейнах / Мат-лы IV Всерос. науч. – практ. конф. Воронеж: ВГПУ, 2014. С. 42–45.Koltunova M.A. Water discharge curves by vertical riverbed deformation analysis, in Ecologo-geograficheskie issledovaniya v rechnykh basseynakh (4th All-Russia scientific practical conference Materials). Voronezh. 2014. P. 42–45Русловые процессы и водные пути на реках бассейна Северной Двины. М.: “Журнал РТ”, 2012. 492 с.Ruslovye protsessy i vodnye puti na rekah bassejna Severnoj Dviny (Riverbed processes and waterways on the rivers of North Dvina catchment). Moscow: Zhurnal RT, 2012. 492 p.Борсук О.А., Чалов Р.С. О врезании русла р. Лены // Изв. ВГО. 1973. Т. 105. Вып. 5. С. 452–456.Borsuk O.A. and Chalov R.S. On the Lena River channel incision. Izv. VGO. Vol. 105. iss. 5. 1973. P. 452–456. (in Russ.)Алексеевский Н.И., Беркович К.М., Чалов Р.С., Чалов С.Р. Пространственно-временная изменчивость русловых деформаций на реках России // География и природные ресурсы. 2012. № 3. С. 13–21.Alekseevski N.I., Berkovich K.M., Chalov R.S., and Chalov S.R. Spatial and temporal riverbed deformation changeability in Russia’s Rivers. Geogr. Prir. Resur. 2012. No. 3. P. 13–21. (in Russ.)Singh S.K. Erosion and weathering in the Brahmaputra River System // Large Rivers Geomorphology and Management. Ed.A. Gupta. John Wiley & Sons Ltd, 2007. P. 373–391.Singh S.K. Erosion and weathering in the Brahmaputra River System, in Large Rivers Geomorphology and Management. Ed. by A. Gupta. John Wiley & Sons Ltd, 2007. P. 373–391.Billi P. and Rinaldi M. Human impact on sediment yield and channel dynamics in the Arno River basin (central Italy) // Human Impact on Erosion and Sedimentation (Proceedings of Rabat Symposium S6, April 1997). IAHS Publ, 1997. No. 245. P. 301–311.Billi P. and Rinaldi M. Human impact on sediment yield and channel dynamics in the Arno River basin (central Italy) Human Impact on Erosion and Sedimentation (Proceedings of Rabat Symposium S6, April 1997). IAHS Publ. 1997. no. 245. P. 301–311.Torres W.F. and Jain S. Aggradation and degradation of alluvial-channel beds // IIHR report. Iova. 1984. No. 274. 135 p.Torres W.F. and Jain S. Aggradation and degradation of alluvial-channel beds. IIHR report No. 274. Iova, 1984. 135 p.Church M. Bed material transport and the morphology of alluvial river channels // Annual review of Earth and Planetary Sciences. 2006. Vol. 34. P. 325–354. 14Church M. Bed material transport and the morphology of alluvial river channels. Annual review of Earth and Planetary Sciences. 2006. Vol. 34. P. 325–354.Маккавеев Н.И., Белинович И.В., Хмелева Н.В. Русловые процессы в зонах переменного подпора // Русловые процессы. М.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 318–337.Makkaveyev N.I., Belinovich I.V., and Khmeleva N.V. Riverbed processes within backwater zones, in Ruslovye protsessy (Riverbed processes). Moscow: Izd-vo AN SSSR (Publ.), 1958. P. 318–337.Wang Zhaoyin and Hu Chunhong. Interaction between fluvial systems and large-scale hydro-projects // Proceedings of the Ninth International Symposium on River Sedimentation. Yichang, China. 2004. P. 46–64.Wang Zhaoyin and Hu Chunhong. Interaction between fluvial systems and large scale hydro-projects. Proceedings of the Ninth International Symposium on River Sedimentation, Yichang, China, 2004. P. 46–64.Rinaldi M., Wyzga B., and Surian N. Sediment mining in alluvial channels: physical effects and management perspectives // River research and applications. 2005. Vol. 21. P. 805–828.Rinaldi M., Wyzga B., and Surian N. Sediment mining in alluvial channels: physical effects and management perspectives. River research and applications. 2005. Vol. 21. P. 805–828.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.