Sheet, rivulet, and gully erosion form the basin runoff. A new hydrological method of basin and riverbed components of erosion assessment is proposed. The method is based on functional dependence: ri=АэрIQµ , where ri and Q – monthly averages water suspended sediments (SS) runoff, Аэр – empirical complex erosion coefficient, I – slope of riverbed, µ – power coefficient. This dependence was obtained for drought periods in different years with different low water runoff and was extrapolated on other phases of hydrological regime. This extrapolation allows calculating riverbed and basin components of SS runoff in its bulk multiyear average. Data of more than ten years observation on 124 small and average rivers of East European Plain, the Urals, East Carpathian, Cis-Caucasus, mountains of Middle Asia were used. The average share of riverbed erosion and SS runoff was shown to be 8.8±1.6% with minimum of 6.3±2.3% in the low mountain rivers and maximum of 11.8±3.9% in the plain river basins.

geomorf

Геоморфология и палеогеография

Geomorfologiya i Paleogeografiya

2949-17892949-1797

10.15356/0435-4281-2013-2-23-38

geomorf-71

Research Article

Методика научных исследований

Scientific Research Methods

Оценка русловой и бассейновой составляющих эрозии и стока взвешенных наносов в речных бассейнах

Riverbed and basin components of erosion and suspended sediments runoff within river basins: a new method of assessment

Гусаров

А. В.

Gusarov

A. V.

avgusarov@mail.ru

Казанский (Приволжский) федеральный университет, КазаньРоссияKazan (Volga Region) Federal University, KazanRussian Federation

2013

17032015

Геоморфология

2338

2015

Гусаров А.В.

Gusarov A.V.

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/71

Новый гидрологический метод количественной оценки русловой и бассейновой (плоскостная, ручейковая и овражная эрозия) составляющих в общей интенсивности эрозии представлен в работе по итогам анализа стока взвешенных наносов рек. Предлагаемый метод основывается на установление функциональной связи между среднемесячными величинами стока воды (СВ, Qi) и стока взвешенных наносов (СВН, ri), рассчитанной для меженных фаз водного режима рек в разные по меженной водности годы: ri= AэрIQiμ (где Aэр– эмпирический комплексный эрозионный коэффициент, I – уклон русла реки, μ – степенной показатель связи), и дальнейшей экстраполяции этой связи на другие фазы гидрологического режима. Таким образом, экстраполяция позволяет рассчитать долю наносов руслового и бассейнового происхождения в среднем многолетнем СВН. Исходный материал работы – результаты многолетних (не менее 10 лет) режимных наблюдений за СВ и СВН 124 преимущественно малых и средних рек Восточно-Европейской равнины, Урала, Восточных Карпат, Предкавказья и Кавказа, гор Средней Азии, содержащие сведения о среднемесячных величинах СВ и СВН и характеризующиеся отсутствием в бассейнах этих рек крупных водохранилищ.

Предварительные оценки показывают, что по всему массиву анализируемых речных бассейнов равнинных и горных рек доля русловой эрозии и связанного с ней СВН (δr) не превышает, в среднем, 8.8 ± 1.6% с относительным минимумом (6.3 ± 2.3%) в низкогорной группе речных бассейнов и относительным максимумом (11.8 ± 3.9%) – в бассейнах равнинных рек.

Дается сравнение оценок по предлагаемому методу с оценками, полученными по методам других авторов.

Sheet, rivulet, and gully erosion form the basin runoff. A new hydrological method of basin and riverbed components of erosion assessment is proposed. The method is based on functional dependence: ri=АэрIQµ , where ri and Q – monthly averages water suspended sediments (SS) runoff, Аэр – empirical complex erosion coefficient, I – slope of riverbed, µ – power coefficient. This dependence was obtained for drought periods in different years with different low water runoff and was extrapolated on other phases of hydrological regime. This extrapolation allows calculating riverbed and basin components of SS runoff in its bulk multiyear average. Data of more than ten years observation on 124 small and average rivers of East European Plain, the Urals, East Carpathian, Cis-Caucasus, mountains of Middle Asia were used. The average share of riverbed erosion and SS runoff was shown to be 8.8±1.6% with minimum of 6.3±2.3% in the low mountain rivers and maximum of 11.8±3.9% in the plain river basins.

речной бассейнэрозиярусловая эрозиябассейновая эрозиясток взвешенных наносовгидрологический режимэкстраполяция

river basinerosionriverbed erosionbasin erosionwater suspended sediments runoffhydrological regimeextrapolation

References1

Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань: Изд-во КазГУ, 1984. 264 с.

Dedkov A.P., Mozzerin V.I. Eroziya i stok nanosov na Zemle (Erosion and sediment runoff on the Earth). Kazan: Izd-vo KazGU, 1984, 264 p.

Львович М.И., Карасик Г.Я., Братцева Н.П. и др. Современная интенсивность внутриконтинентальной эрозии суши земного шара // Результаты исслед. по междунар. геофизич. проектам. М.: Изд. Межвед. геофизич. комитет, 1991. 336 с.

Lvovich M.I., Karasik G.Ya., Bratseva N.P. and others. Contemporary intensity of inner continental land erosion of the globe, in Rezultaty issled. po mezhdunar. geofizich. proektam (Research results of international geophysic projects). Moscow: Izd. Mezhved. Geofizich. Komitet (Publ.), 1991, 336 p (In Russ.).

Бобровицкая Н.Н. Водная эрозия на склонах и сток наносов: Автореф. дис. … докт. геогр. наук. СПб.: ГГИ, 1995. 59 с.

Bobrovitskaya N.N. Vodnaya erosiya na sklonakh i stok nanosov (Water erosion on the slopes and sediments runoff). PhD thesis. St.Petersburg: GGI (Publ.), 1995, 59 p.

Walling D.E. Erosion and sediment yield in the changeable environment // Study of erosion, river bed deformation and sediment transport in river basins as related to natural and man-made changes /

Walling D.E. Erosion and sediment yield in the changeable environment, in Study of erosion, river bed deformation and sediment transport in river basins as related to natural and man-made changes (Int. Hydr. Programme). Paris: UNESCO, 1997, v. 5, no. 10.

Int. Hydr. Programme. Paris: UNESCO, 1997. V. 5. № 10.

Dedkov A.P., Gusarov A.V., Mozjerin V.I. Two erosion systems in riverbeds of the Earth’s plain and their mutual transformation (part I). Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 2008, no. 4, pp. 3–16 (In Russ.).

Дедков А.П., Гусаров А.В., Мозжерин В.В. Две системы эрозии в речных бассейнах равнин Земли и их взаимная трансформация (часть I) // Геоморфология. 2008. № 4. С. 3–16.

Karasyov I.F. Ruslovye protsessy pri perebroske stoka (Riverbed processes in case of water diversion). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1975, 288 p.

Карасёв И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 288 с.

Kopaliani Z.D. Concerning proportion of settled and water suspended sediments runoff in rivers, in Gidrofizicheskie protsessy v rekakh i vodokhranilishchakh (Hydrofiz. Processes in rivers and water collecting areas). ?oscow: Nauka (Publ.), 1985, pp. 143–147 (In Russ.).

Копалиани З.Д. О соотношении расходов донных и взвешенных наносов в реках // Гидрофизические процессы в реках и водохранилищах. М.: Наука, 1985. С. 143–147.

Chalov R.S. Ruslovedenie: teoriya, geografiya, praktika. T. 1: Ruslovye protsessy: factory, mekhanizmy, formy proyavleniya i usloviya formirovaniya rechnykh rusel (Riverbed studies: theory, geography, practice. V. 1: Riverbed processes: factors, schemes, forms of appearance and development conditions of riverbeds). Moscow: Izd-vo LKI (Publ.), 2008, 608 p.

Чалов Р.С. Русловедение: теория, география, практика. Т. 1: Русловые процессы: факторы, механизмы, формы проявления и условия формирования речных русел. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 608 с.

Shcheglova O.P. Geneticheskij analiz i kartografirovanie stoka vzveshennykh nanosov rek Srednej Azii (Genetical analysis and mapping of water suspended sediments runoff of the Centra Asian rivers). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1984, 127 p.

Щеглова О.П. Генетический анализ и картографирование стока взвешенных наносов рек Средней Азии. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 127 с.

Polyakov B.V. Gidrologicheskij analiz i raschety (Hydrological analysis and calculations). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1946, 480 p.

Поляков Б.В. Гидрологический анализ и расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1946. 480 с.

Lopatin G.V. Nanosy rek SSSR (USSR rivers sediments). Zap.GO (Publ.), 1952, v. 14, 366 p.

Лопатин Г.В. Наносы рек СССР // Зап. ГО. 1952. Т. 14. 366 с.

Kabanova K.S. Genetical analysis of the water suspended sediments runoff regime of the Central Asian rivers. Uch. Zap. LGU. Ser. Geogr., 1952, v. 3, no. 152, pp. 107–158 (In Russ.).

Кабанова К.С. Генетический анализ режима стока взвешенных наносов рек Средней Азии // Уч. зап. ЛГУ. Сер. геогр. 1952. Вып. 3. № 152. С. 107–158.

Grimshaw D.L., Lewin J. Source identifi cation for suspended sediments. Journ. Hydrology, 1980, no. 47, pp. 151–162.

Grimshaw D.L., Lewin J. Source identifi cation for suspended sediments // Journ. Hydrology. 1980. № 47. P. 151–162.

Garrad P.N., Hay R.D. Sources of suspended and deposited sediment in the Broadland river. Earth Surface Processes and Landforms, 1989, no. 14, pp. 41–62.

Garrad P.N., Hay R.D. Sources of suspended and deposited sediment in the Broadland river // Earth Surface Processes and Landforms. 1989. № 14. P. 41–62.

Kovalchuk I.P., Shtojko P.I. Western Podolia river systems: scale and causes of multiannual changes of their structure and ecological state: methods of analysis. Geomorfologiya (Geomorphology RAS), 1989, no. 4, pp. 27–34 (In Russ.).

Ковальчук И.П., Штойко П.И. Речные системы Западного Подолья: методика выявления масштаба и причин многолетних изменений их структуры и экологического состояния // Геоморфология. 1989. № 4. С. 27–34.

Prytkova M.Ya. Sediments runoff, in Resursy poverkhnostnykh vod SSSR, T. 8 (USSR resources of surface waters, V.8). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1973, pp. 217–258 (In Russ.).

Прыткова М.Я. Сток наносов // Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 8. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. С. 217–258.

Mozjerin V.I. New results of creep stationary studies in Middle Volga region, in Ekzogennye protsessy i evolutsiya reliefa (Exogenous processes and relief evolution). Kazan: Izd-vo KazGU, 1989, pp. 124–138 (In Russ.).

Мозжерин В.И. Новые результаты стационарного изучения крипа в Среднем Поволжье // Экзогенные процессы и эволюция рельефа. Казань: Изд-во КазГУ, 1989. С. 124–138.

Hasholt B., Mernild S.H. Glacial erosion and sediment transport in Mittivakkat Glacier catchment, Ammassalik Island, southeast Greenland, in Sediment Dynamics and the Hydromorphology of Fluvial Systems (Proc. of Dundee Int. Symp. (July, 2006)). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ., 306, 2006, pp. 45–55.

Hasholt B., Mernild S.H. Glacial erosion and sediment transport in Mittivakkat Glacier catchment, Ammassalik Island, southeast Greenland // Sediment Dynamics and the Hydromorphology of Fluvial Systems / Proc. of Dundee Int. Symp. (July, 2006). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 306, 2006. P. 45–55.

Peart M.R., Walling D.E. Fingerprinting sediment sources: the example of a small drainage basin in Devon, UK / Drainage Basin Sediment Delivery (ed. by R.F. Hadley). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 159, 1986. P. 41–55.

Oldfi eld F., Rummery T.A., Thompson R., Walling D.E. Identifi cation of suspended sediment sources by means of magnetic measurements: some preliminary results // Water resources research. 1979. № 15. P. 211–218.

Stott A.P. Sediment tracing in a reservoir catchment system using a magnetic mixing model // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1986. № 42. P. 105–112.

Foster I.D.L., Grew R., Dearing J.A. Magnitude and frequency of sediment transport in agricultural catchments: a paired lake-catchment study in Midland England // Soil Erosion on Agricultural Lands. Chichester: Willey, 1990. P. 153–171.

Slattery M.C., Burt T.P., Walden J. The application of mineral magnetic measurements to quantify within-storm variations in suspended sediment sources // Tracers Technologies for Hydrological Systems / Proc. of Boulder Int. Symp. (July, 1995). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 229, 1995. P. 143–151.

Peart M.R. Using sediment properties as natural tracers for sediment source: two case studies from Hong Kong // Tracers in Hydrology / Proc. of the Yokohama Int. Symp. (July, 1993). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 215, 1993. P. 313–318.

Wasson R.J. Sediment budgets, dynamics and variability: new approaches and techniques // The Structure, Function and Management Implications of Fluvial Sedimentary Systems / Proc. of Alice Springs Int. Symp. (September, 2002). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 276, 2002. P. 471–478.

Collins A.L., Walling D.E., Leeks G.J.L. Sediment sources in the Upper Severn catchment: a fingerprinting approach // Hydrology and Earth System Sciences. 1997. V. 1 (3). P. 509–521.

Zhang X., Wen Z., Feng M. et al. Application of 137Cs fingerprinting technique to interpreting sediment production records from reservoir deposits in a small catchment of Hilly Loess Plateau, China // Science in China. Series D: Earth Sciences. 2007. V. 50. № 2. P. 254–260.

Jeong J., McDowell S.D. Characterization and Transport of Contaminated Sediments in the Southern Central Lake Superior // Journ. of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2003. V. 2. № 2. P. 111–135.

Голосов В.Н. Эрозионно-аккумулятивные процессы в речных бассейнах освоенных равнин. М.: ГЕОС, 2006. 296 с.

Мозжерин В.И., Курбанова С.Г. Деятельность человека и эрозионно-русловые системы Среднего Поволжья. Казань: Арт Дизайн, 2004. 128 с.

Государственный водный кадастр СССР (до 1978 года под названием Ресурсы поверхностных вод СССР). Л.: Гидрометеоиздат, Т. 6, 8–12, 14.

Чернов А.В. Влияние геолого-геоморфологических условий на формирование и распределение руслообразующих наносов на реках Восточной Европы // Геоморфология. 2010. № 2. С. 115–120.

Dedkov A.P. The relationship between sediment yield and drainage basin area // Sediment Transfer through the Fluvial Systems / Proc. of Moscow Int. Symp. (August, 2004). Wallingford (UK): IAHS Press. IAHS Publ. 288, 2004. P. 197–204.

Борщенко Е.В., Завадский А.С., Иванов В.В. и др. Условия формирования русел в бассейне р. Амур и их морфодинамические типы // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 2010. Вып. 17. С. 129–150.

Виноградова Н.Н., Крыленко И.В., Сурков В.В., Тарбеева А.М. Ледниковые реки Приэльбрусья – условия руслоформирования и взаимосвязь морфодинамики долин и русел // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ, 2010. Вып. 17. С. 96–115.

Беркович К.М., Злотина Л.В., Турыкин Л.А. Современные изменения русла Оки // Маккавеевские чтения – 2009. М.: Изд-во МГУ, 2010. С. 4–12.

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