Якутский «Разбой»: природная система, преобразованная человеком

ЯКУТСКИИ «РАЗБОИ»: ПРИРОДНАЯ СИСТЕМА, ПРЕОБРАЗОВАННАЯ ЧЕЛОВЕКОМ

Н. И. Тананаев, В. Н. Смердов

Никита Иванович Тананаев,

кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории подземных вод

и геохимии криолитозоны Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН

Владимир Николаевич Смердов,

ветеран водного транспорта РС(Я), главный инженер Ленского объединённого речного пароходства в 1981 - 1995 гг.

Речной «разбой» - общепринятое название многорукавного участка реки, на котором её поток разбивается (делится) на многочисленные крупные и малые протоки. Русло на таких участках называют разветвлённым. Единый «ствол» речного потока разделяется на отдельные ветви песчаными отмелями, отдельными устойчивыми островами или их группами, а также участками поймы. Такие участки русла называют, соответственно, русловыми и пойменными разветвлениями (рис. 1). Нередко

на одном участке русла пойменные и русловые протоки сосуществуют, образуя сложные пойменно-русло-вые разветвления.

Возникновение разветвлённых русел связано с сочетанием геоморфологических и гидравлических условий, при которых речной поток имеет наибольшую мощность [1, 2]. В верховьях рек, в горах и предгорьях, разветвления образуются при малых расходах воды в речных долинах с большим уклоном. В низовьях равнинных рек, где расходы воды

Рис. 1. Типы разветвлений на северных реках: русловые разветвления, р. Обь у г. Нижневартовска

заметно возрастают, уменьшается и уклон долины, необходимый для развития разветвлений. По этой причине многорукавные русла типичны для нижних течений большинства крупнейших рек мира.

На территории Северной Евразии разветвлённые русла составляют от 17 до 35 % общей протяжённости рек в основных речных бассейнах. Многорукавность « наиболее развита на больших реках Восточной Сибири и Дальнего Востока, где их доля достигает 70 % длины [3]. Самые известные «разбои» в верхнем и среднем течении р. Лены - Олёкминский и Якутский. Они возникли и развиваются в расширениях долины реки, на участках широкопойменного песчаного русла.

Протяжённость Якутского «разбоя» от г. Покровска до местности Песчаная гора по правому берегу р. Лены составляет более двухсот километров (рис. 2). Долина реки на этом участке плавно меняет своё направление с северо-северо-восточного на северо-северо-западное у Кангаласского мыса, в 40 км ниже г. Якутска. Основное русло имеет слабоизвилистые очертания. Вершины некоторых излучин располагаются в центральной части долины, однако речной поток тяготеет преимущественно к её правой, восточной части. Современный пояс руслоформирования в правобережном примыкании местами бывает ограничен высокой надпойменной террасой (аккумулятивная Бестяхская терраса, по [4]).

Разветвления Якутского «разбоя» - простые сопряжённые, сложносопряжённые и чередующиеся односторонние, согласно классификации Р С. Чалова [5] (рис. 3). В простых сопряжённых разветвлениях расположенные друг за другом небольшие острова разделяют поток на два рукава. В чередующихся односторонних разветвлениях основное течение отделяется от поймы группами островов. Основное течение в одном и другом случаях располагается поочередно у правого и левого берегов. На участках сложносопряжённых разветвлений поток разбивается островами на несколько ветвей, нередко сопоставимых по водности.

На всём протяжении Якутского «разбоя», помимо русловых разветвлений, в пониженной части долины существуют пойменные протоки различных размеров. Большинство из них заполняется водой лишь в период половодья, в результате подъёма уровня воды в русле и зеркала грунтовых вод. В окружении таких проток располагается большинство поселений в долине Туймаада, в том числе и город Якутск.

Изменение очертаний потока р. Лены от года к году на участках разветвлений кажется хаотическим и беспо-

130*0'0"Е -L

А

река Алдан

о Песчаная гора

> местность Красный маяк

Пок^ювск^—— ^

о Усть-Ботомское обнажение

Рис. 2. Обзорная схема Лено-Таттинского междуречья, составленная на основе цифровой модели рельефа

рядочным. В русле реки появляются и исчезают песчаные отмели, отмирают старые и развиваются новые протоки. Эти изменения каждый может заметить на спутниковых снимках, находящихся в открытом доступе в Интернете1. Однако каждому типу разветвлений соответствует определённая общая направленность развития.

В простых сопряжённых и чередующихся односторонних разветвлениях основная ветвь руслового потока, его динамическая ось, периодически перемещается между рукавами. Ведущим поочередно становится то левый, то правый рукав, который начинает пропускать наибольшее количество воды (до 80 % от общего расхода воды выше узла разветвления).

Последовательно расположенные разветвления сопряжены друг с другом. Основное течение в них последовательно переходит, «переваливает» от берега к берегу (см. рис. 3). Поэтому перераспределение расхода воды между протоками одного разветвления приводит к симметричным изменениям в разветвлениях выше и ниже по течению.

Старое и новое положения динамической оси, вычерченные на схеме русла, образуют вместе контур, схожий с цифрой «8». По этой причине выдающийся советский геоморфолог Н. И. Маккавеев назвал описанную выше закономерность «правилом восьмёрки» [6]. Это правило характеризует сопряжённость, связанность в развитии соседних участков русла.

1 Некоторые англоязычные онлайн-сервисы поиска и скачивания космических снимков, доступные пользователям Сети после регистрации: Геологическая служба США: www.earthexplorer.usgs.gov; Европейское космическое агентство: https://scihub.copernicus.eu/dhus.

Рис. 3. Классификация разветвлённых русел (по Р. С. Чалову, [5]).

Простые разветвления: а - простое одиночное; в - одностороннее; г - сопряжённое. Сложные разветвления: б - сложное одиночное; д - параллельно-рукавное разветвление; е, ж - пойменно-русловые разветвления; з - сложносопряжённое разветвление; и - чередующиеся односторонние разветвления. Цифрами отмечены: положения динамической оси потока: 1 - современное; 2 - 4 - в другие годы; 5 - прирусловые отмели; 6 - пойма; 7 - коренные берега

Русловые переформирования на крупных реках происходят постепенно и имеют периодический характер. Продолжительность циклов переформирований связана с циклами водности и в среднем течении р. Лены составляет от 20 до 25 лет. С такой периодичностью происходит перемещение динамической оси потока между рукавами разветвлений.

В естественных условиях, в результате движения донных наносов, оставленные рекой рукава постепенно заносятся и отмирают, пропуская в среднем не более 10-20 % общего расхода воды. Однако в развитии сопряжённых разветвлений есть промежуточный этап. Водность двух конкурирующих рукавов примерно одинакова по всей протяжённости участка реки, хотя в одних рукавах она постепенно увеличивается, а в других уменьшается. Возникает параллельно-рукавное русло с двумя примерно равными по водности ветвями потока. В таких случаях водность отмирающего рукава и его глубина, достаточные для судоходства, могут поддерживаться искусственно. Приоритет - большее удобство судоводителей, использующих привычный маршрут движения (судовой ход).

Активное вмешательство человека в природный ход русловых процессов включает строительство гидротехнических сооружений, стесняющих поток или изменяющих его направление, а также проведение дноуглубительных работ [7]. На малых ре-

ках более эффективно строительство выправительных сооружений вследствие их небольших размеров, высокой эффективности и относительно небольшой стоимости. Так, на участке верхней Лены от г. Усть-Кут до г. Киренска в 1970-х и 1980-х годах было построено более 100 шпор и полузапруд для увеличения судоходных глубин. На крупных реках для поддержания навигационных условий используются специализированные дноуглубительные суда: грейферные, одно- и многочерпаковые, рефулерные (землесосные) земснаряды (рис. 4). Даже

Рис. 4. Рефулерный земснаряд «Вилюй» на дноуглубительных работах в районе газопровода Хатассы - Павловск

сейчас, когда отечественный технический флот деградировал физически и морально, а местами и вовсе завершил существование, годовой объём перемещаемого земснарядами руслового материала на реках Ленского бассейна составляет несколько миллионов кубических метров.

Техническое вмешательство в ход естественных русловых процессов необходимо для гармоничного решения проблем водохозяйственного комплекса Якутии, в том числе и на участке Якутского разветвления р. Лены. О существующих проблемах не раз упоминалось в печати [8]. Они и сейчас остаются актуальными, хотя и находятся вне фокуса общественного интереса.

Наибольшие затруднения связаны с неустойчивым состоянием ленского потока в Якутском разветвлении, расположенном непосредственно в черте города (рис. 5). Устойчивое функционирование и развитие Якутского водохозяйственного узла требует, чтобы динамическая ось потока располагалась в левом рукаве разветвления, т.е. в Адамовской протоке. В эту протоку открывается подходной канал Якутского речного порта (ЯРП), затон Якутского района водных путей и судоходства (ЯРВПиС), в ней же расположен городской водозабор. Русловые переформирования на выше- и нижерасположенных участках русла периодически приводят к тому, что основное течение стремится переместиться из левого рукава в правый, т. е. в Буорыларскую протоку, в которой оно располагалось, начиная с середины XIX в. Положение судового хода в Адамовской протоке по меньшей мере с середины 1980-х годов поддерживается с помощью дноуглубительных работ, которые с каждым годом все менее и менее эффективны.

В районе посёлков Нижний Бестях, Жатай и в Намском районе более актуальна проблема разрушения речных берегов. Скорость их отступления на этих участках может достигать от 45 до 50 метров в год. В результате интенсивной береговой эрозии речной поток становится извилистым, меандрирует. Это создаёт предпосылки для возникновения заторов и связанных с ними опасных наводнений, поскольку в вершинах излучин наблюдается наибольшая глубина потока. Во время ледохода именно на самых глубоких участках, где поля льда беспрепятственно подныривают под ледяной замок, возникает голова затора, удерживающего собой, как плотиной, всё возрастающий поток половодья. Искусственное разрушение таких замков требует рискованных мер и далеко не всегда эффективно.

Снижение рисков негативного воздействия реки требует принятия научно обоснованных мер. Такие меры могут отступать от принятой практики, поскольку классические методы разрабатывались и апробировались по преимуществу вне условий криолитозоны. В условиях Якутии проекты, основанные на классических

подходах и догмах, могут трещать по швам в унисон с трескучими якутскими морозами.

Научное обоснование таких нестандартных мер должно основываться на знании местных особенностей, на понимании специфических процессов, связанных с особенностями климата, геологии, распространением, параметрами и динамикой многолетнемёрзлых грунтов в русле и на пойме р. Лены. Для этого необходима мощная научно-образовательная база, которой сейчас в Республике Саха (Якутия) нет. Нужно понимать, что только наличие такой базы позволяет на региональном уровне разрабатывать и реализовывать яркие инфраструктурные проекты. И в том числе - проекты гидротехнических

мероприятий, для которых, в первую очередь, необходимо изучение поведения р. Лены в Якутском «разбое».

Одна из первых карт окрестностей г. Якутска, которая позволяет оценить очертания русла р. Лены, была составлена в 1867 г. по материалам экспедиции А. Ф. Миддендорфа. По всей видимости, Якутское разветвление в то время было, скорее, сложносопряжён-ным. На месте острова Пономарёв показана разрозненная группа островов. В своём современном виде остров Пономарёв ещё не существовал, как и Адамов-ская протока, сплошь мелководная на всём протяжении от нынешнего завода землеройной техники до затона ЯРВПиС. Основная ветвь течения проходила по современной Буорыларской протоке. Также на карте показаны имеющая значительные размеры Городская протока, проходящая вдоль современных улиц Чернышевского и Хабарова, и крупная затопленная отмель, ставшая впоследствии Зелёным лугом.

На позднейших картах дореволюционного времени и фотографиях Городская протока показана неглубокой, петляющей между песчаными побочнями (рис. 6). В вершинах этих излучин, вероятно, наблюдалось быстрое разрушение берега. В 1908 г. по настоятельной просьбе властей и предпринимателей экспедиция Томского

Рис. 5. Якутское разветвление р. Лены

(космический снимок Keyhole 1980 г.). Цифрами отмечены: 1 - подходной канал Якутского речного порта (ЯРП); 2 - затон ЯРП; 3 - городской водозабор

Рис. 6. Вид на центр г. Якутска и Городскую протоку в 1910-х гг.

округа путей сообщения выполнила подробную съёмку участка реки в левом ответвлении Городской протоки, у Зелёного луга. Задачей этих работ было предотвращение разрушающего воздействия реки на набережную г Якутска и склады Якутской ярмарки.

На основании выводов экспедиции поперёк русла протоки была сооружена донная запруда из затопленных барж-карбазов. Это сооружение быстро изменило ситуацию: разрушение берега было приостановлено, а в дальнейшем повлияло на развитие всей системы городских проток. Как видим, уже в начале ХХ в. было ясно, что без предварительных исследований и ясного проекта инженерных мероприятий никакое эффективное вмешательство в жизнь реки невозможно.

На первой инструментальной карте Якутского разветвления, составленной в 20-х гг. ХХ в. [9], судовой ход располагался в правой Буо-рыларской протоке (рис. 7). Левая ветвь Городской протоки, проходившая когда-то вдоль городской набережной, окончательно перестала существовать. Городская протока, бывшая в XVI11-Х1Х вв. связующей нитью между городом и рекой, утратила судоходное значение. Сохранилась лишь Монастырская пристань, располагавшаяся близ Спасского монастыря (рис. 8) в начале ул. Ярославского. Товары, предназначавшиеся для города, прибывали весной на пристань, расположенную в с. Пригородное по Покровскому тракту, позже, в течение года, - на осеннюю пристань близ пос. Жатай.

Судовой ход переместился в современное положение в левой Адамовской протоке в начале 1930-х гг. [10] и прочно закрепился там в 1960-х, когда после строительства городской дамбы возникла обособленная акватория, отведённая для Якутского речного порта. В это же время началось постоянное изучение состояния русла на участке Якутского разветвления русловыми партиями Ленского управления речного пароходства (ныне - Администрация Ленского бас-

сейна), Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Новосибирского института инженеров водного транспорта (НГАВТ).

Во главе угла при проведении этих экспедиционных работ чаще всего стояли интересы судоходства, обеспечение требуемой глубины русла на транзите и на отдельных объектах - в подходном канале Якутского речного порта, на заходах в затоны ЯРВПиС и Жатайского завода. Изучалось также влияние разветвлённого потока на береговые и линейные сооружения: городской водозабор, постройки пос. Нижний Бестях, газопровод Хатассы - Павловск, планируемый мост через р. Лену. Существовали и комплексные проекты развития Якутского водного узла, разработанные в МГУ (д.г.н. Р. С. Чалов) или в Якутском управлении водных путей (к.т.н. Г. А. Ухов).

Город Якутск сегодня и в обозримом будущем растёт и будет расти как административный центр и как транспортный узел, центр водных путей региона. Чтобы исключить негативное влияние Якутского «разбоя» на его рост, науке предстоит найти действенные методы и способы управления потоком разветвлённого русла огромной реки, близкие к естественным. Арсенал технических приёмов велик, но многие из них в Ленском бассейне до сих пор не использовались или применялись только в разовом порядке (например, упомянутое сооружение из затопленных карбазов).

Рис. 7. Схема Якутского разветвления р. Лены по материалам инструментальной съёмки 1926 г. [9]

Якутск, вид с р-Ькп Лены.

Рис. 8. Монастырский причал на берегу Городской протоки р. Лены в районе Спасского монастыря

Выход железной дороги к правому берегу р. Лены коренным образом меняет значение водного пути ниже г Якутска, до трассы Северного морского пути. Арктические льды отступают в результате потепления климата, и оживление арктических морских перевозок делает более реальным и выгодным создание международного транспортного коридора Юго-Восточная Азия - Западная Европа через Якутск. Сейчас глубина водного пути на нижней Лене - «бутылочное горлышко» для смешанного «река - море» судоходства. Чтобы его расширить, необходимо увеличить глубину на фарватере р. Лены от Якутска до Тикси до 3,5 м, то есть почти на метр больше современного. Эта мера позволит отправлять в Арктику крупные суда европейского стандарта грузоподъёмностью до 7,5 тысяч тонн в течение минимум ста суток.

Тем не менее выбор методов регулирования потока - вторичная задача. В первую очередь необходимо подробное, доскональное изучение разветвлённого потока р. Лены в районе г Якутска. Это основа всех прогнозов, планов, проектов гидротехнических мероприятий. Без исходных данных нельзя дать рекомендации по строительству сооружений и выбору методов управления речным потоком. Притом изучать необходимо не только естественные закономерности русловых процессов и их проявления, типичные для того или иного типа разветвлений, но и суммарный эффект человеческой деятельности.

Вмешательство человека приводит к нарушению баланса сил в природных системах, поскольку любые действия, направленные на их преобразование, по меньшей мере сопоставимы по эффекту с действием естественных процессов. В результате природные системы становятся антропизованными: они не созданы человеком, но развиваются под его интенсивным воздействием.

Яркие примеры негативного влияния антропизации на русловые системы известны, и наука занималась их

детальным изучением. Это касается, в частности, последствий разработки русловых карьеров для добычи песча-но-гравийной смеси в интересах строительства [11]. Нарушение баланса наносов при избыточной добыче приводит к направленному понижению отметок дна и «посадке» уровней воды. Так, например, из русла р. Томь в черте г. Томска из русловых карьеров в 1980 - 1982 гг. изымалось до 6 млн м3 песка, в результате чего уровень воды понизился на несколько метров. Обнажились водозаборы и водовыпуски, пострадали городские набережные, причалы, а также ухудшились судоходные условия [12].

Негативными последствиями отмечены яркие, наглядные примеры антро-пизации природных систем, в которых влияние хозяйственной деятельности чрезвычайно велико. Однако преобразования, совершаемые человеком, могут быть и фоновыми, то есть относительно незаметными, постепенными, даже рутинными. Зачастую они происходят вне фокуса общественного интереса, поскольку представляют область производственной деятельности, разворачивающейся и обсуждаемой лишь в среде технических специалистов.

Гидротехническое строительство в Якутии - одно из таких «теневых» проявлений антропизации. На сегодняшний день не существует источников сведений о малых плотинах на озёрах Центральной Якутии, об ограждающих дамбах на затапливаемых пойменных территориях долины р. Лены. Эти сооружения зачастую возводились без проектов, хозяйственным способом, на средства муниципальных образований. У таких сооружений отсутствуют декларации безопасности, не ведётся контроль условий их эксплуатации и технического состояния. То же относится и к дноуглубительным работам: данные об объёмах эксплуатационного землечерпания на транзите, выполняемого в течение навигации на наиболее затруднительных для судоходства участках, отсутствуют в открытом доступе и не используются в анализе русловых переформирований.

В недавней работе, посвящённой переформированиям р. Лены на сложноразветвлённом участке выше впадения р. Алдан [13], авторы несколько раз упоминают о систематически выполнявшихся землечерпательных работах. Нет данных об объёмах этих работ, и без обсуждения их влияния невозможно заключить, что временная трансформация русла на этом участке подчиняется природным закономерностям, установленным в результате исследования. Отметим здесь, что только на одном перекате приалданского участка в 2005-2006 гг. было извлечено и перемещено более 1 млн м3 грунта, т. е. свыше 2 млн т., что составляет более 50 % от годового стока влекомых наносов на средней Лене [14]. Следствия человеческого вмешательства, замаскированные под закономерный результат развития

природных процессов, в этом случае - вероятная причина неверных выводов и плохих проектных решений.

Примерно так же скопления песка в русле р. Лены в основании пойменного берега в районе пос. Нижний Бестях названы в нескольких источниках кратерами, сложенными материалом, вымытым из-под основания берега восходящими потоками грунтовых вод. В реальности история этих песчаных скоплений восходит к концу 1980-х - началу 1990-х гг., когда интенсивное разрушение берега на данном участке стало угрожать инфраструктуре связи. Земснарядами Якутского РВПиС по указанию специалистов Ленской русловой партии Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова были отсыпаны песчаные шпоры из руслового материала, позволившие остановить размыв берега. В дальнейшем зона максимального разрушения берега сместилась ниже по течению, шпоры утратили форму и «расплылись», Это обстоятельство вводит в заблуждение авторов производственных отчётов.

Якутское разветвление - антропизованная природная система. На протяжении десятилетий в его пределах с целью поддержания приемлемых судоходных условий перемещались объёмы грунта, сопоставимые с годовым стоком влекомых наносов или превышающие его. Притом это делалось и делается сейчас, в рамках текущей эксплуатации водных путей, то есть вне зоны общественного внимания.

Со вниманием нужно относиться к любым мероприятиям, затрагивающим основную водную магистраль Якутии. Река - природная стихия, она живёт своей жизнью, сама по себе, и не желает нам зла. Но стоит лишь замешкаться, пренебречь ею, как это приведёт к негативным последствиям. Недавний пример: недоработки проекта строительства в русловой части р. Лены газопровода Хатассы - Павловск вылились в 2010 г. в заторное наводнение, нанесшее экономике Республики Саха (Якутия) значительный ущерб [15]. Соседство с рекой - вечный вызов, на который у нас всегда должен быть готов быстрый и правильный ответ.

Важно сохранять в памяти не только успехи поколений гидротехников, но и их ошибки. Кроме того, важно располагать в Якутии штатом специалистов, понимающих особенности территории, специфику гидротехнического строительства в криолитозоне.

Всё сказанное выше доказывает необходимость создания в Якутии собственной гидрологической научной школы. Для этого в республике имеется соответствующая образовательная база - Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова и Якутский институт водного транспорта. В содружестве с Академией наук РС(Я), Институтом мерзлотоведения им. П. И. Мельникова и другими институтами Якутского научного центра СО РАН уже сегодня можно начинать создание нового научного подразделения. Его формат и принадлежность необходимо определить совместно с руководством республики. Без работы это подразделение

не останется. Быстро меняющиеся природные условия в Арктической зоне России влияют на жизнеобеспечение и жизнедеятельность людей в районах Севера, снижают надёжность работы водных путей. В обозримом будущем эти проблемы станут главными в регионе, как и на всём Северо-Востоке Российской Федерации.

Список литературы

1. Ромашин, В. В. Типы руслового процесса в связи с определяющими факторами / В. В. Ромашин // Труды ГГИ. - 1968. - Вып. 155. - С. 56-63.

2. Leopold L, Wolman M.G. River channel patterns : braided, meandering and straight. U.S. Geological Survey Prof. Paper 282-B. P. 39-85.

3. Русловой режим Северной Евразии. - М. : Изд-во МГУ, 1994. - 336 с.

4. Соловьёв, П. А. Криолитозона северной части Лено-Амгинского междуречья / П. А. Соловьёв. - М. : Изд-во АН СССР, 1959. - 142 с.

5. Чалов, Р. С. Сложноразветвлённые русла равнинных рек : условия формирования, морфология и деформации / Р. С. Чалов // Водные ресурсы. - 2001. -Т. 28, № 2. - С. 166-171.

6. Маккавеев, Н. И. Русло реки и эрозия в её бассейне / Н. И. Маккавеев. - М. : Изд-во АН СССР, 1955. -343 с.

7. Тананаев, Н. И. Гидротехнические мероприятия на реках Якутии : обоснованность и эффективность // Наука и техника в Якутии. - 2011. - № 2 (21). - С. 24-28.

8. Павлов, А. С. Адамовская протока мелеет / А. С. Павлов // Ленский водник. - 2012. - № 14. -14 апреля.

9. Евгенов, Н. И. Атлас р. Лены от Якутска до дельты / Н. И. Евгенов, П. К. Хмызников, Ю. Д. Чири-хин. - Л. : Изд-во АН СССР, 1929.

10. Водные пути бассейна реки Лены. - Иркутск : Иркутское областное издательство, 1938. - 590 с.

11. Беркович, К. М. Русловые процессы и русловые карьеры / К. М. Беркович. - М. : Изд-во МГУ, 2005. -109 с.

12. Барышников, Н. Б. Гидрологические риски при разработке русловых карьеров на реках России / Н. Б. Барышников // Учёные записки РГГМУ. - 2011. -№ 21. - С. 5-10.

13. Временная трансформация сложноразветв-лённого русла крупнейшей реки (на примере приалдан-ского участка р. Лены / Р. С. Чалов [и др.] // Геоморфология. - 2014. - № 1. - С. 92-103.

14. Tananaev N.I. Seasonal and long-term within-channel permafrost and its effect on northern river navigation // Cold Regions Engineering 2012. DOI: 10.1061/9780784412473.027

15. Шепелёв, В. В. О важности учёта техногенных факторов в формировании ледовых заторов на северных реках // Наука и техника в Якутии. - 2014. -№ 1 (26). - С. 8-11.