geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.7868/S0435428118010029geomorf-1334Research ArticleМетодика научных исследованийScientific Research MethodsГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ВЕЛИЧИНЫ РЕЧНОГО СТОКА В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПРОШЛОМ (СТ. 3. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ СЕТИ ВОДОТОКОВ)GEOMORPHOLOGICAL APPROACH TO THE RIVER RUNOFF EVALUATION IN THE GEOLOGICAL PAST (PAPER 3. DRAINAGE NET STRUCTURE ANALYSIS)СидорчукА. Ю.SidorchukA. Yu.

Географический факультет

Faculty of Geography

aleksey.sidorchuk@geogr.msu.ruПанинА. В.PaninA. V.

Географический факультет МГУ

a.v.panin@yandex.ruБорисоваО. К.BorisovaO. K.

Москва

Moscow

ЕременкоЕ. А.EremenkoE. A.

Географический факультет

Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт географии РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Institute of Geography RASRussian FederationИнститут географии РАНРоссияInstitute of Geography RASRussian Federation20182002201801Геоморфология1832Copyright © Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К., Еременко Е.А., 20182018Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К., Еременко Е.А.Sidorchuk A.Y., Panin A.V., Borisova O.K., Eremenko E.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/1334

Между параметрами структуры современных речных систем и их гидрологическими характеристиками существуют как косвенные, так и прямые связи. Такие связи используются для оценки гидрологических характеристик древних русловых систем по параметрам их структуры в случае совпадения ландшафтно-климатических и литолого-геоморфологических условий на современных и древних водосборах. Эрозионный рельеф Русской равнины сохраняет информацию о прошлых событиях максимального стока воды. Максимальный сток во время валдайского позднеледниковья оставил в рельефе фрагменты больших меандрирующих палеорусел в речных долинах и сеть балок на водосборах. На склонах водосборов широко распространена и хорошо сохранилась сеть ложбин, многие из которых сформировались во время события максимального стока воды в период деградации московского покровного оледенения. Густота сети балок и ложбин является индикатором гидрологических условий их формирования, в первую очередь максимального стока. Применены два способа оценки этих гидрологических условий: 1) распространение на прошлое современных статистических регрессионных связей густоты речной и долинно-балочной сети областей распространения вечной мерзлоты с величинами стока воды; 2) математическое моделирование формирования эрозионного рельефа в верхних частях водосбора с поиском таких гидрологических характеристик стока, которые соответствуют фактическому эрозионному рельефу. Первым способом получены значения годового слоя стока воды для всего бассейна р. Хопер для валдайского позднеледниковья 200–250 мм, для московского позднеледниковья 600–700 мм. Вторым способом для небольшого водосбора балки Переполье в средней части бассейна Хопра получены величины 230 и 690 мм соответственно. В поздневалдайское время формирование эрозионного рельефа происходило при стоке в 2–3 раза, а во время московского позднеледниковья – в 6–7 раз больше современного.

Both direct and indirect relationships exist between the structure of the modern river systems and their hydrological characteristics. These relationships can be used to estimate the hydrological characteristics of ancient channel systems in case of similarity of landscape, climatic, geological and geomorphological conditions of modern and ancient catchments. Erosional relief of the Russian Plain preserves the information about past events of extremely high water runoff. The maximum runoff during the Late Valdai (end of MIS 2) produced large paleochannels in river valleys and networks of small dry valleys (balkas) over the catchment areas. On the slopes of watersheds, widespread and well-preserved are networks of gentle shallow hollows, many of which were formed in the event of high water runoff in the end of the Moscow epoch (MIS 6). Thalweg density (total length per unit area) of the hollow and dry valley networks serves the indicator of the hydrological conditions of their formation (mostly, of the maximum runoff value). Two methods to evaluate these hydrological conditions were used: 1) the statistical regression relations between the density of thalwegs and water flow characteristics in permafrost territories (analogues for the Russian Plain settings in cold epochs of the past); 2) mathematical modelling of erosion relief formation under different hydrological conditions and selecting such runoff parameters that predict the formation of the observed erosional topography. The first method applied to the Khoper river catchment (middle Don river basin; modern runoff depth 110 mm/yr) predicted annual runoff depth of 200–250 mm for the Late Valdai period, and 600–700 mm for the Late Moscow period. The annual runoff depth 230 and 690, respectively, was estimated for the small catchment Perepolye dry valley with the second method. Therefore, during the Late Valdai and Late Moscow epochs, the erosion topography was produced by water runoff, respectively, two-three and six-seven times greater than the present-day runoff in the same catchments.

речная сетьложбинно-балочная сетьрегрессионные связиматематическое моделированиереконструкция стока водыriver networkdry valleysbalkahollow networkregression relationshipsmathematical modellingreconstruction of the water flowРабота выполнена по теме “Эволюция и трансформация эрозионно-русловых систем в условиях изменения природной среды и антропогенных нагрузок (ГЗ)” (А.Ю. Сидорчук), по теме госзадания № 0148-2018-0002 (Программа ФНИ, раздел 9, подраздел 127; НИОКТР № 01201352492) “Динамика и механизмы изменения ландшафтов, климата и биосферы в кайнозое, история четвертичного периода” (О.К. Борисова), при поддержке РФФИ (проект № 14-05-00119) (А.В. Панин)The study was founded by the State Program (GZ) “Evolution and transformation of erosion-channel systems in conditions of changing the natural environment and anthropogenic impact” (A. Yu. Sidorchuk), FSR Program, section 9, part 127, NIOKTR No. 01201352492, State Task No. 0148-2018-0002 “Dynamics and mechanisms of changing landscapes, climate and biosphere in the Cenozoic, history of the Quaternary” (O.K. Borisova) and by the Russian Foundation for Basic Research (project No. 14-05-00119) (A.V. Panin)ReferencesКозменко А.С. Борьба с эрозией почв. М.: Гос. изд-во сельхоз. лит-ры, 1954. 232 с.Kozmenko A.S. Bor’ba s eroziei pochv (Fight against soil erosion). Moscow: Gos. izd-vo sel’khoz. litry. (Publ.), 1954. 232 p.Панин А.В. Вековые тенденции в развитии верховий речных систем // Современные глобальные изменения природной среды. Т. 1. М.: Науч. мир, 2006. С. 404–409.Panin A.V. Centennial trends in the headwaters of river systems, in Sovremennye global’nye izmeneniya prirodnoi sredy (Modern global environmental changes). Vol. 1. Moscow: Nauchnyi mir (Publ.), 2006. P. 404–409.Еременко Е.А., Панин А.В. Ложбинный мезорельеф Восточно-Европейской равнины. М.: МИРОС, 2010. 192 с.Eremenko E.A. and Panin A.V. Lozhbinnyi mezorel’ef Vostochno-Evropeiskoi ravniny (Mesorelief of hollows on the East European Plain). Moscow: MIROS (Publ.), 2010. 192 p.Еременко Е.А., Панин А.В. Происхождение ложбинной сети в центральных и южных районах Восточно-Европейской равнины // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2011. № 3. С. 59–66.Eremenko E.A. and Panin A.V. An origin of the net of hollows in the central and southern regions of the East European Plain. Vestn. Mosk. Univ. Ser. 5. Geogr. 2011. No. 3. P. 59–66. (in Russ.)Хортон Р.Е. Эрозийное развитие рек и водосборных бассейнов. М.: Изд-во иностр. лит., 1948. 156 с.Horton R.E. Eroziinoye razvitiye rek i vodosbornykh basseinov (Erosional development of rivers and their drainage basins). Moscow: Izd-vo inostrannoi lit-ry (Publ.), 1948. 156 p.Гарцман И.Н. Речная сеть и водоносность территории в условиях юга Дальнего Востока // Тр. ДВНИГМИ. 1968. Вып. 27. С. 15–22.Gartsman I.N. River network and basin outflow in the southern Far East. Tr. DVNIGMI. 1968. No. 27. P. 15–22. (in Russ.)Гарцман И.Н. Топология речных систем и гидрографические исследования // Водные ресурсы. 1973. № 3. С. 109–124.Gartsman I.N. The topology of the river systems and hydrographic studies. Vodn. Resur. 1973. No. 3. P. 109–124. (in Russ.)Алексеевский Н.И. Индикационные методы гидроморфологических исследований // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 2000. Вып. 12. С. 232–240.Alekseevskiy N.I. Indication methods of hydromorphological research, in Eroziya pochv i ruslovye protsessy (Soil erosion and channel processes). Moscow: Izd-vo MGU (Publ.), 2000. Vol. 12. P. 232–240.Gregory K.J. Dry valleys and the composition of the drainage net // J. of Hydrology. 1966. No. 4. P. 327–340.Gregory K.J. Dry valleys and the composition of the drainage net. Journal of Hydrology. 1966. No. 4. P. 327–340.Gregory K.J. Drainage networks and climate // Geomorphology and Climate / E. Derbyshire (ed). Chichester: Wiley, 1976. P. 289–315.Gregory K.J. Drainage networks and climate, in Geomorphology and Climate. E. Derbyshire. Ed. Chichester: Wiley, 1976. P. 289–315.Gregory K.J. Changes of drainage network composition // Acta Universitatis Ouluensis. Series A. 1979. Vol. 82. P. 19–28.Gregory K.J. Changes of drainage network composition. Acta Universitatis Ouluensis. Series A. 1979. vol. 82. P. 19–28.Gregory K.J. and Walling D.E. The variation of drainage density within a catchment // Bul. Int. Ass. Sci. Hydrol. 1968. Vol. 13(2). P. 61–68.Gregory K.J. and Walling D.E. The variation of drainage density within a catchment. Bull. Int. Ass. Sci. Hydrol. 1968. Vol. 13(2). P. 61–68.Карасев М.С., Лобанова Н.И. Строение и водоносность речной сети Дальнего Востока (к методологии гидрографических индикационных исследований) // Тр. Дальневост. регион. НИИ. Вып. 88. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 135 с.Karasev M.S. and Lobanova N.I. The structure and basin outflow of the river network of the Far East (on the methodology of hydrographic indicator investigations), in Trudy Dal’nevostochnogo regional’nogo NII (Proceedings of the Far East Regional Research Institute), Vol. 88. Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1988. 135 p.Калинин Г.П. О пространственно-временном анализе и эргодичности гидрологических элементов // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1966. № 5. С. 19–34.Kalinin G.P. Space-temporal analysis and ergodicity of hydrological elements. Vestn. Mosk. Univ. Ser. Geogr. 1966. No. 5. P. 19–34. (in Russ.)Sidorchuk A. Yu. and Borisova O.K. Method of paleogeographical analogues in paleohydrological reconstructions // Quaternary Int. 2000. Vol. 72(1). P. 95–106.Sidorchuk A. Yu. and Borisova O.K. Method of paleogeographical analogues in paleohydrological reconstructions. Quaternary International. 2000. Vol. 72(1). P. 95–106.Сидорчук А.Ю., Панин А.В. Геоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом. (ст. 1. Морфометрические зависимости) // Геоморфология. 2017. № 1. С. 55–65.Sidorchuk A. Yu. and Panin A.V. Geomorphological approach to the river runoff evaluation in the geological past. (Paper 1. Regime equations). Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2017. No. 1. P. 55–65. (in Russ.)Сидорчук А.Ю., Панин А.В. Геоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом. (ст. 2. Гидравлические методы реконструкции расходов палеорек) // Геоморфология. 2017. № 2. С. 3–13.Sidorchuk A. Yu. and Panin A.V. Geomorphological approach to the river runoff evaluation in the geological past. (Paper 2. Estimation of river palaeo-discharges based on channel hydraulics). Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2017. No. 2. P. 3–13. (in Russ.)Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М.: Колос, 1970. 240 с.Mirtskhulava Ts.E. Inzhenernye metody rascheta i prognoza vodnoi erozii (Engineering methods of calculation and prediction of water erosion). Moscow: Kolos (Publ.), 1970. 240 p.Маккавеев Н.И. Сток и русловые процессы: Тексты лекций для геоморфологов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1971. 115 с.Makkaveyev N.I. Stok i ruslovye protsessy: Teksty lektsiy dlya geomorfologov (Water runoff and channel processes: Texts of lectures for geomorphologists). Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta (Publ.), 1971. 115 p.Голосов В.Н., Иванова Н.Н. Особенности заиления малых рек зоны интенсивного сельскохозяйственного освоения // Водные ресурсы. 1994. № 6. С. 684–688.Golosov V.N. and Ivanova N.N. Features of the silting of small rivers in the zones of intensive agricultural development. Vodn. Resur. 1994. No. 6. P. 684–688. (in Russ.)Нежиховский Р.А. Русловая сеть бассейна и процесс формирования стока воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 476 с.Nezhikhovskiy R.A. Ruslovaya set’ basseina i protsess formirovaniya stoka vody (Channel network and the process of runoff formation). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1971. 476 p.Гарцман И.Н., Карасев М.С., Лобанова Н.И. Об индикативных свойствах густоты речной сети // Водные ресурсы. 1973. № 6. С. 144–152.Gartsman I.N., Karasev M.S., and Lobanova N.I. On the indicative properties of the river network density. Vodn. Resur. 1973. No. 6. P. 144–152. (in Russ.)Алексеевский Н.И., Ретеюм К.Ф., Чуткина Л.П. Индикационные методы для решения гидрологических задач в бассейне р. Оки // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1998. № 3. С. 39–43.Alekseevskiy N.I., Reteyum K.F., and Chutkina L.P. Indication methods for solving hydrological problems in the Oka River basin. Vestn. Mos. Univ. Ser. 5. Geogr. 1998. No. 3. P. 39–43. (in Russ.)Доманицкий А.П., Дубровина Р.Г., Исаева А.И. Реки и озера Советского Союза. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 104 с.Domanitskiy A.P., Dubrovina R.G., and Isayeva A.I. Reki i ozera Sovetskogo Soyuza (Rivers and lakes of the Soviet Union). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1971. 104 p.http://www.fluvial-systems.net/geomorfologiya_2016/paper3_supplement.htmlhttp://www.fluvial-systems.net/geomorfologiya_2016/paper3_supplement.htmlВеличко А.А., Морозова Т.Д., Панин П.Г. Почвенные полигенетические комплексы как системный феномен плейстоценовых макроциклов // Изв. РАН. Сер. геогр. 2007. № 2. С. 44–54.Velichko A.A., Morozova T.D., and Panin P.G. Polygenetic soil complexes as a system phenomenon of the Pleistocene macrocycles. Izv. Akad. Nauk. Ser. Geogr. 2007. No. 2. P. 44–54. (in Russ.)Шеремецкая Е.Д., Борисова О.К., Панин А.В. Динамика послеледникового выравнивания рельефа междуречий в краевой зоне московского оледенения (на примере бассейна р.Протвы) // Геоморфология. 2012. № 1. С. 92–106.Sheremetskaya E.D., Borisova O.K., and Panin A.V. Planation of Moscow glaciation periglacial zone during postglacial epoch (the example of the Protva R. drainage basin). Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2012. No. 1. P. 92–106. (in Russ.)Панин А.В., Матлахова Е.Ю., Беляев Ю.Р., Бульярт Ж.-П., Дубис Л.Ф., Мюррей А., Пахомова О.М., Селезнева Е.В., Филиппов В.В. Осадконакопление и формирование террас в речных долинах центра Русской равнины во второй половине позднего плейстоцена // Бюл. комиссии по изуч. четвертич. периода. 2011. № 71. С. 47–74.Panin A.V., Matlakhova E. Yu., Belyaev Yu.R., Buylaert J.P., Dubis L.F., Murray A.S., Pakhomova O.M., Selezneva E.V., and Filippov V.V. Sedimentation and formation of terraces in the river valleys of the center of the Russian Plain in the second half of the Late Pleistocene. Bull. Kom. po Izuch. Chetv. Per. 2011. No. 71. P. 47–74. (in Russ.)Панин А.В., Сидорчук А.Ю., Власов М.В. Мощный поздневалдайский речной сток в бассейне Дона // Изв. РАН. Сер. геогр. 2013. № 1. С. 118–129.Panin A.V., Sidorchuk A. Yu., and Vlasov M.V. Powerful late Valdai river flow in the Don basin. Izv. Akad. Nauk. Ser. Geogr. 2013. No. 1. P. 118–129. (in Russ.)Панин А.В., Сидорчук А.Ю. Макроизлучины (“большие меандры”): проблемы происхождения и интерпретации // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2006. № 6. С. 14–22.Panin A.V. and Sidorchuk A. Yu. Macrobends (“large meanders”): The problems of origin and interpretation. Vestn. Mosk. Univ. Ser. 5. Geogr. 2006. No. 6. P. 14–22. (in Russ.)Бобровицкая Н.Н., Баранов А.В., Василенко Н.Г., Зубкова К.М. Сток воды и наносов на овражных водосборах // Эрозионные процессы центрального Ямала. СПб: Изд-во РНИИ Культурного и природного наследия, 1999. С. 90–105.Bobrovitskaya N.N., Baranov A.V., Vasilenko N.G. and Zubkova K.M. Water runoff and sediment transport on the gully catchments, in Erozionnye protsessy tsentral’nogo Yamala (Erosion processes in the central Yamal). S.-Petersburg: Izd-vo RNII KPN (Publ.), 1999. P. 90–105.Сидорчук А.Ю. Динамическая модель овражной эрозии // Геоморфология. 1998. № 4. С. 28–38.Sidorchuk A. Yu. Dynamic model of gully erosion. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 1998. No. 4. P. 28–38. (in Russ.)Sidorchuk A. Gully erosion in the cold environment: Risks and hazards // Advances in Environmental Research. Vol. 44. Hauppauge NY: Nova Science Publ., 2015. P. 139–192.Sidorchuk A. Gully erosion in the cold environment: Risks and hazards. Advances in Environmental Research. 2015. vol. 44. Hauppauge NY: Nova Science Publ., P. 139–192.Sidorchuk A., Märker M., Moretti S., and Rodolfi G. Soil erosion modelling in the Mbuluzi river catchment (Swaziland, South Africa). Part I: Modelling the dynamic evolution of gullies // Geografia Fisica e Dinamicca Quaternaria. 2001. Vol. 24. No. 2. P. 177–187.Sidorchuk A., Märker M., Moretti S., and Rodolfi G. Soil erosion modelling in the Mbuluzi river catchment (Swaziland, South Africa). Part I: Modelling the dynamic evolution of gullies. Geografia Fisica e Dinamicca Quaternaria. 2001. Vol. 24. No. 2. P. 177–187.Сидорчук А.Ю. Овражная эрозия // Эрозионные процессы центрального Ямала. СПб: Изд-во РНИИ Культурного и природного наследия, 1999. С. 162–175.Sidorchuk A. Yu. Gully erosion, in Erozionnye protsessy tsentral’nogo Yamala (Erosion processes in the central Yamal). S.-Petersburg: Izd-vo RNII KPN (Publ.), 1999. P. 162–175.Косов Б.Ф., Никольская И.И., Зорина Е.Ф. Экспериментальные исследования оврагообразования // Экспериментальная геоморфология. Т. 3. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1978. С. 113–140.Kosov B.F., Nikol’skaya I.I., and Zorina E.F. Experimental studies of gully formation, in Eksperimental’naya geomorfologiya (Experimental geomorphology). vol. 3. Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta (Publ.), 1978. P. 113–140.Лютцау С.В. Флювиальные формы рельефа Мещеры как показатель изменений гидрологического режима и водности рек во времени // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1968. № 3. С. 93–98.Lyuttsau S.V. Fluvial landforms in Meshchera as an indicator of changes in the hydrological regime and river runoff in time. Vestn. Mosk. Univ. Ser. 5. Geogr. 1968. No. 3. P. 93–98. (in Russ.)Sidorchuk A., Panin A., and Borisova O. Surface runoff to the Black Sea from the East European Plain during the Last Glaciation Maximum–Late Glacial time // Geological Society of America Special Paper. 2011. Vol. 473. P. 1–25.Sidorchuk A., Panin A., and Borisova O. Surface runoff to the Black Sea from the East European Plain during the Last Glaciation Maximum–Late Glacial time. Geological Society of America Special Paper. 2011. Vol. 473. P. 1–25.

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