ГІДРОМОРФОДИНАМІЧНА ОЦІНКА РУСЛОВИХ ПРОЦЕСІВ ГІРСЬКИХ РІЧОК НА ПРИКЛАДІ БАСЕЙНУ ВЕРХНЬОЇ ТИСИ

Короткий зміст

В першому розділі дисертації аналізуються фактори руслоформування для гірських річок.

Для виконання даної роботи було обрано гірську частину басейну Тиси. Враховуючи погляди ряду авторів і власні дослідження є підстави виділення (гірського) східного регіону по басейн Ріки включно. Такий підхід узгоджується з районуванням за екорегіонами, що наведено в Водній Рамковій Директиві ЄС. Вказаний регіон досліджень є характерним при аналізі умов формування русел гірських річок і є показовим  при оцінці паводків, з огляду на прояв процесів руслоформування.

 Аналізом факторів гірського руслоформування  займалися ряд дослідників: М.І. Маккавеєв, Р.С. Чалов, Н.С.Знаменська, О.Г. Ободовський, О.Н. Кафтан, Ю.С.Ющенко та ін. Дослідженням особливостей гідрологічного режиму річок басейну Тиси присвячені роботи П.М.Лютіка, П.Ф. Вишневського, А.І.Шерешевського, М.М.Сусідко, О.І.Лук’янець.

 Серед основних факторів руслоформування виділені: гідрологічний режим (режим рівнів води, амплітуда їх коливань, характеристики стоку та максимальні витрати води), умови формування стоку наносів (витрати завислих наносів, гранулометричний склад та його часова зміна). Встановлено, що особливо яскраво руслові деформації виражені під час проходження високих  паводків. Ці паводки в значній мірі обумовлюють процеси руслоформування. Суттєве  зростання швидкостей у потоці і насичення його наносами призводить до збільшення його транспортуючої здатності, що виражається в активних розмивах дна і берегів, значних змінах у морфології русла на поверхні заплави.

З огляду на вищевикладене, пропонується визначення гідроморфодинамічної оцінки руслових процесів гірських річок  – це дослідження оптимальних гідравлічних показників у паводки та їх впливу на руслову динаміку  через руслоформуючі витрати води, встановлення стійкості русел, їх деформацій та визначення типів русел гірських річок. 

 У другому розділі дисертаційної роботи розглядається руслоформуюча роль паводків, що пройшли на річках басейну Верхньої Тиси протягом 1990-2005 рр.

Оцінкою паводків річок Закарпаття займалися Ободовський О.Г., Онищук В.В., Ромащенко М.І., Савчук Д.П., Лук’янець О.І., Сусідко М.М., Шерешевский А.І., та ін. В цілому, було оцінено 42 паводки, амплітуда коливань яких перевищувала 0,5 м від меженних відміток, що пройшли протягом вказаного періоду. Для визначення впливу кожного з паводків на формування русел за класифікацією паводків на гірських річках за умовами прояву руслових процесів та їх впливу на господарську діяльність людини (Ободовський О.Г., 2002), вони були розділені на п’ять основних типів, які мають чітку ієрархічну послідовність у формах їх взаємодії з руслом. Це такі паводки – руслозберігаючий, руслоконтролюючий, руслоформуючий, руслоруйнуючий, руслоруйнуючий з катастрофічними наслідками.  За типами живлення ці паводки були розділені  на сніго-дощові і дощові. Такий поділ дозволив виділити селеву компоненту кожного з паводків.

Встановлено, що руслозберігаючі і руслоконтролюючі паводки проходять майже кожного року і є пасивними з огляду їхнього впливу на руслові процеси. Під час їх проходження  відбуваються незначні руслові переформування, які локально виражені. Рівні води  піднімаються від 0,5 до 1 м від меженних відміток. Забезпеченість цих паводків становить 40-90%. Під час їх проходження має місце лише стік завислих наносів.

 Руслоформуючі паводки (січень 1990, грудень 1995 і жовтень 1998, квітень 2000р.) є активними щодо процесів руслоформування. Їх забезпеченість складає 5-35%. Досить високі витрати води обумовлюють значні руслові переформування, при їх проходженні, здебільшого в межах руслових брівок.

Руслоруйнуючі паводки (жовтень 1992, грудень 1993, листопад 1995), призводять до значних руслових переформувань, навіть до зміни типів русел. Забезпеченість цих паводків становить 2-8%. Під час цих паводків відбувається локальний зрив шару самовимощення.

Стосовно руслоруйнуючих паводків з катастрофічними наслідками (забезпеченість – 0,5-3%), то їх було два (листопад 1998 і березень 2001 рр.). Головна особливість  паводку 1998 року – це значна кількість наносів, яка надійшла в річки (дощовий змив ґрунту, наявність селевих потоків, що приносила значну кількість транспортувальних наносів у русла), що сформували велику кількість осередків, змінюючи на деяких ділянках типи їх русел. Такі зміни відбулись переважно в нижній течії Ріки, Тереблі, Тересви. Тип живлення цього паводку- дощовий. Паводок  2001 року сформувався навесні (сніго-дощовий паводок), коли мерзлий ґрунтовий покрив був вкритий снігом, фільтрація у грунт була незначна. Це сприяло невеликому надходженню наносів у русла. І тому цей паводок мав більшу ерозійну дію на русла, і, зокрема, спрямив їх обриси.

Отже, найактивнішими з огляду на гідроморфодинаміку русел гірських річок є паводки руслоформуючі, руслоруйнуючі і руслоруйнуючі з катастрофічними наслідками

У третьому розділі роботи розглянуті методики розрахунку руслоформуючих витрат води, які запропоновані М.І.Маккавеєвим, визначення руслоформуючих витрат по руслонаповнюючому рівню (bankfull), ІГіМ УААН та виконане їх порівняння  щодо на оцінку стійкості русел гірських річок.

 За методикою М.І.Маккавеєва руслоформуючими (Q_ф) є витрати води, які відповідають найбільш інтенсивному розвитку руслових деформацій і при їх проходженні має місце максимальний стік наносів. Ця методика є детально обґрунтованою. Але в ній в основу розрахунків закладаються середні добові витрати, які не завжди описують пройдені паводки в 12 годинний проміжок часу між вимірами (в гірських умовах паводки можуть проходити протягом кількох годин, і найвища витрата в цей період може перевищувати середньодобову в декілька разів).  З огляду на це, розрахунки Q_ф за вказаною методикою дають дещо занижені результати стосовно реальних руслоформуючих витрат. Тому для гірських умов краще використовувати строкові витрати. Для рівнинних частин басейнів значної різниці у виміряних і розрахованих  витратах не має (дана методика взагалі і розроблялась для рівнинних річок), і вказаний підхід дає достатньо обґрунтовані результати. Числа Фруда для Q_рф становлять від 0,2 до 0,4.

Для оцінки руслових деформацій у якості інтегрального показника можна розглядати параметри потоку в межах руслових брівок (bankfull) (Rosgen, 1996). Використання саме такого підходу обумовлено тим, що русла  гірських річок в  багатьох випадках врізані, і досить легко визначаються брівки русла та відмітки виходу води на заплаву. В руслових системах bankfull stage (руслонаповнюючий рівень) пов’язують з потоком, який проходить в межах руслових брівок, вище відмітки яких починається затоплення заплави. При цьому має місце значна концентрація потоку і високі динамічні його показники, мінімальна шорсткість русла. Таким чином, руслонаповнююча - це така витрата, при якій  потік концентрується в руслових брівках перед самим виходом води на заплаву, починається активний рух наносів, утворення чи руйнування мезоформ, формування берегів і звивин тощо. Відбувається зростання чисел Фруда до 0,6.

З іншої методологічної позиції (методика ІГіМ УААН) для русел гірських річок можна обмежитись лише оцінкою витрат при динамічній рівновазі ГДС_п-р (гідродинамічна система «потік-русло»), коли в руслі спостерігається шар яскраво вираженого самовимощення, який визначає загальну його стійкість при паводковому режимі. Згідно цього підходу, руслоформуюча витрата водотоку (Q_рф) – це витрата, при якій надлишок енергії потоку на фоні процесів збурення і гальмування витрачається на формування в руслі характерних (типових) гідроморфологічних структур на найвищому рівні самоорганізації ГДС_п-р і транзиту неруслоформуючих наносів, які визначають безперервно-дискретну форму їх транспорту  (руслових деформацій) та динамічну рівновагу русла в цілому (Онищук, 1996). Числа Фруда тут складають 0,8 -1.