Оценка гидролого - экологического состояния устья Волги по данным космических фотосъемок

АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ , 2004, том 10 ,№ 21

====----==ОХРАНЯЕМЫЕ ПРИРОДНЫЕ ТН1ТИТО1)ИИ====--=======

УДК 528.7.91

ОЦЕНКА ГИДРОЛОГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УСТЬЯ ВОЛГИ ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКИХ ФОТОСЪЕМОК

© 2004 г. Г.Ф. Красножон, Е.Э. Ковалев

Институт водных проблем Российской академии наук 119991, Москва, ул. Губкина, 3, Россия

Введение

Прошло примерно 30 лет со времени обработки первых космических фотосъемок устьев крупных рек и выхода в свет работ по результатам этой обработки (Красножон, 1985; Красножон и др., 1979; 1980; 1984; Красножон, Соколов, 1984).

В настоящее время техника обработки космических снимков с помощью электронных средств значительно усовершенствовалась. Если раньше тематические карты создавались в определенной мере за счет отказа от части "избыточной" информации на космических снимках, то в настоящее время большая часть информации снимков может составлять основу специального электронного байка, который будет существовать одновременно с создаваемой тематической картой. Это открывает новые возможности в использовании космических съемок для изучения сезонной динамики природных объектов (гидрографической сети, береговой линии, растительности) не только дельты, но и более быстро меняющейся ее части мелководного устьевого взморья (МУВ). Особенно информативным оказалось создание электронных картосхем растительности, течений и положения морского края дельты особенно в районах впадения рукавов на разные даты съемок.

В начале 80-х годов Институтом водных проблем на основе обработки космических фотоснимков (КФС) (Красножон, Соколов, 1984) была впервые создана гидрографическая карта дельты Волги в масштабе 1:200000. Эта карта была разработана с помощью традиционных картографических приборов. В настоящее время с помощью электронных средств обработки созданы несколько электронных вариантов космических фотокарт дельты Волги и мелководного устьевого взморья, проведены масштабирование и корректировка по топографическим картам соответствующего масштаба. Для обработки были использованы спектрозональные снимки, сделанные аппаратом КФА—1000, в масштабе 1:200 000 — 1:250 000, в безледный период 1975-1997 гг. Как вспомогательный материал были использованы снимки более мелких и более крупных масштабов.

В итоге работы нами были сопоставлены две созданные карты дельты Волги на начало и конец указанного периода. Наиболее важные результаты этого сопоставления, имеющие значение для оценки экологического состояния устья, приведены в настоящей работе.

Краткая характеристика дельты и мелководного устьевого взморья р. Волги

Река Волга обладает наиболее сложной в мире дельтой, площадь которой составляет 19188 км2. Через дельту протекают, пересекаясь и разветвляясь, сотни рукавов и проток. От вершины дельты отходят два основных рукава, которые затем многократно делятся на меньшие рукава и соединяющие их протоки, так что через морской край дельты в 1975 г. проходило около 260 крупных и средних рукавов (Красножон, Соколов, 1984). Густота речной сети в дельте достигает 5 — 7 км/км2, и наибольшая в нижней части дельты. К дельте с юга примыкает взморье площадью около 28000 км2. Взморье по глубинам разделяется на две части: мелководное (9 095 км2) с глубинами до 2.5 м и глубоководное с глубинами более 3 м. К вершине дельты Волги поступает около 250 км3 воды и 7.5 млн.т речных наносов (Полонский и др., 1998). Особенности дешифрирования

космических снимков дельты р. Волги были описаны ранее (Красножон и др., 1979; 1980; Красножон, Соколов, 1984). Общий вид дельты р. Волги, мелководного устьевого взморья и схема районирования приведены на рис. 1.

Рис. 1. Районы дельты и мелководного устьевого взморья р. Волги. 1 — номер района; 2 — граница района; 3 — канал на взморье. Fig. 1. Volga delta and shallow offing regions. 1 — region number; 2 - region border; 3 — channel on shallow offing. Имеются существенные различия в данных различных авторов по количественным характеристикам дельты и ее площадям. До настоящего времени нет установившегося районирования дельты с четкими границами. В связи с этим на основе изучения по КФС пространственно-временной изменчивости природной среды дельты было проведено ландшафтное районирование.

Дельта Волги

Схема выделенных районов показана на рисунке 1, а их площади и использование земель приведены в таблице 1. Методика ландшафтного районирования основана на

Таблица 1. Площади районов дельты р. Волги и их использование. Table 1. Volga delta region areas and their employment.

№ района Название района Общая площадь, км2 Площадь, занятая сельским хозяйством Площадь, занятая населенными

2 км % 2 км %

A.1 Западные ильмени 5 958.31 104.37 1.8 94.27 1.6

A.2 Восточные ильмени 1 053.70 11.08 1.1 20.67 2.0

B.1 Северная дельта 1 007.00 220.56 21.9 58.44 5.8

B.2 Центральная 1 370.83 525.80 38.4 141.58 10.3

дельта, запад

B.3 Центральная 1 029.80 591.74 57.5 27.47 2.7

дельта, середина

B.4 Центральная 1 754.46 259.65 14.8 39.27 2.2

дельта, восток

B.5 Южная дельта 7 013.93 100.42 1.4 12.80 0.2

Итого 19 188.04 1 813.63 9.5 394.50 2.1

выделении районов со своим специфическим обликом и набором природных объектов, тесно связанных друг с другом и с природными условиями (с: особенностями геологического строения и геоморфологического, гидрологического режима и почвенно-растительных условий).

Среди косвенных дешифровочных признаков для устья Волги наибольшее значение имеют геоморфологические признаки, особенности гидрографической сети и обводненности территории, особенности распространения почвенно-растительного покрова (Красножон, 1985; Красножон и др., 1980; Красножон, Соколов, 1984).

Выделение основных ландшафтных районов произведено так, чтобы способствовать пониманию эволюции дельты и возможных направлений ее дальнейшего развития. При этом были учтены наши данные радиоуглеродных датировок раковин моллюсков, залегающих в первом слое песка на поверхности шоколадных хвалынских глин, на которых расположены бугры Бэра. По этим данным их возраст изменялся от 11700 ± 300 лет у п. Яхонтово до 12400 ± 200 лет у п. Линейное (Аносова и др. 1981; Красножон, 1988), что позволяет оценить возраст дельты Волги.

Необходимо подчеркнуть,, что основным геоморфологическим признаком древней дельты является наличие бэровских бугров. Они присутствуют даже в южной части современной дельты вблизи Тишковского канала, но в основном они здесь сохранились плохо. Наиболее четко бугры Бэра маркируют древнюю дельту. В современной части дельты основным признаком является разветвляющаяся гидрографическая сеть, бугры сохранились хуже, так как были размыты или занесены речными наносами. В устьевой области Волги выделены три основные ландшафта (района).

A. Район древней дельты, ранее известный как подстенные ильмени. Подразделяется на 2 подрайона: западные (А. 1) и восточные (А.2) ильмени.

Основные черты района определяются волнообразным чередованием повышений (бугры Бэра) и понижений (ильмени), сформированных в далеком прошлом волнами прорыва тающего ледника в пределах древней и современной дельты Волги. Это происходило в период после регрессии, когда русло формировалось на поверхности хвалынских глин.

B. Район современной дельты занимает всю центральную часть дельты с дельтовыми рукавами. Он делится на 5 подрайонов, наибольший из них южный,

занятый наиболее низкой, часто затапливаемой, заросшей частью дельты.

C. Район мелководного устьевого взморья.

В ландшафтном районировании использована выдвинутая гипотеза образования бэровских бугров (Краспожон, 1988) мощными волнами прорыва вод тающих льдов в период последнего Валдайского оледенения, что позволяет нам принимать границы распространения бэровских бугров за границы древних дельт в этом регионе. Именно в этот период закладывалась речная сеть нижней Волги и ее дельты.

Смещение морского края дельты

На смещение морского края дельты (МКД) основное влияние оказывают изменения стока реки, уровня моря и строение подводной части дельты. Наиболее точной картой дельты Волги в начале прошлого века являлась карта Мейснера (Мейснер, 1914), по данным которой и материалам космических съемок было оценено нарастание МКД за период 19101980 гг. в 10-50 м в центральной части дельты. Сопоставление космических фотоснимков (КФС) за разные годы выявило сложный характер смещения береговой линии в районе МКД. Это смещение может быть за небольшой период как положительным, так и отрицательным. Анализ КФС показал, что с 1975 но 1997 гг. мелководное устьевое взморье продолжало усиленно зарастать, а дельта — нарастать. Это объяснялось тем, что в начальный период повышения уровня моря никакого изменения уровня воды на МУВ в районе МКД не происходило. Повышение уровня от -29 м БС до -28 м БС вызвало изменение уровня на МУВ только на 3 см. Наиболее заметное нарастание дельты наблюдается в местах выхода проток и каналов, Интенсивность нарастания МКД при постоянном уровне моря и одинаковых геоморфологических условиях в местах выхода проток зависит только от количества приносимых рекой наносов.

Мелководное устьевое взморье

Площадь МУВ на 1975 г. составляла 10 187 км2, из них 1 969 км2 было занято надводной растительностью, и около 5 500 км2 — подводной. Дно мелководного устьевого взморья

представляет собой слабонаклонную неровную поверхность занесенной наносами древней дельты, сформированную на отметках примерно — 27.5 —30.0 м. Основные черты рельефа дна: подводные и надводные косы, ямы, бороздины и каналы, речные и морские баровые отмели. Глубины обычно не превышают 1.5 м, за исключением участков с ямами, мористого края МУВ и искусственных рыбоходных и судоходных каналов. Всего построено 3 судоходных, 8 магистральных рыбоходных и 15 подводящих каналов. По ним проходит около 30% стока в межень, и 10% в половодье. Остальная часть стока проходит через мелководное устьевое взморье в виде обособленных струйных течений. На их положение оказывает влияние сложная конфигурация морского края дельты с впадающими речными протоками, острова, рельеф дна и водной поверхности, пространственное расположение и густота высшей водной растительности (ВВР). Соответственно в зоне сильных течений обычно формируются отмели без растительности, в зоне слабых течений сильно развита надводная растительность (тростник), в зоне средней силы — подводная растительность.

По существу мелководное устьевое взморье является речной, а глубоководное — морской частью взморья Волги. От моря речную часть отделяет полоса, где образуются морские бары — такие как Барская коса, ширина которой составл51ет 2 км. Здесь действуют вдольбереговые течения, и впервые происходит существенное перемешивание речных вод с водами глубоководного взморья. Речную часть взморья стоковые струи в большинстве случаев проходят не перемешиваясь. Это удивительно, но факт: поперечное перемешивание настолько слабое, что если на участок МКД вышли несколько обособленных струй, то они так и доходят не смешиваясь до морского края МУВ. Схема выделенных для изучения районов МУВ, расположение каналов и острова показаны на рис. 1. Каждый район имеет четкие границы с координатами. Все материалы КФС по районам обрабатываются в электронном виде, что облегчает наложение материалов и изучение районов. Количественная характеристика районов, площади распространения надводной растительности и стоковых течений приведены в табл. 2 и 3. Границы районов разделяют всю транзитную часть на участки, не имеющие между собой существенного водообмена, что облегчает расчеты по районам. Но это ничего не говорит об их сходстве по многим процессам в близких к МКД, морскому устьевому бару и промежуточной зоне. Это вызывает необходимость дополнительного деления районов МКД на зоны (верхнюю, среднюю и нижнюю), в которых процессы протекают однотипно. Высшая водная растительность (ВВР). Небольшие глубины, хорошая прогреваемость и отсутствие в некоторых районах значительных скоростей течений и большого переноса наносов являются причиной интенсивного зарастания МУВ водной растительностью. Знание распространения ВВР имеет большое значение при изучении динамики МУВ, так как ВВР является индикатором определенных условий, указывающих на глубины воды, скорости течений, характер и количество осаждающихся донных отложений (Казмирук, 1990). Именно тростник, прежде всего, отвоевывает у воды участки суши, увеличивая количество осаждаемых наносов, маркирует процессы деления рукавов, проток и т.п. Область распространения ВВР различных типов и густота проективного покрытия не только маркирует районы с разными глубинами, скоростями течений, донными отложениями, но и способствует их поддержанию и распространению при благоприятных условиях. Они изменяются, если изменяются гидрологические условия. Изменение площадей распространения надводной ВВР на МУВ с 1975 до 1997 гг. приведено в таблице 2.

Таблица 2. Динамика надводной растительности на мелководном устьевом взморье р. Волги с 1975 по 1997 гг. (в границах на 1975 г.). Table 2. Volga shallow offing above — water vegetation dynamics in 1975 - 1997 (in borders of 1975).

Район взморья Год Сплошна я Густая Редкая Вся Площа дь

2 км % 2 км % 2 км % 2 км %/ 2 км

1 Волго— 1975 55.46 2.3 41.34 1.7 67.79 2.8 164.59 6.7 2463.73

1997 145.48 5.9 143.90 5.8 82.55 3.4 371.94 15.1

Прирост 90.02 3.7 102.57 4.2 14.76 0.6 207.35 8.4

II 1975 96.49 8.9 185.10 17.1 171.03 15.8 452.62 41.9 1081.12

Гандуринский 1997 165.24 15. 36.96 3.4 308.72 28.6 510.92 47.3

Прирост 68.76 6.4 - - 137.69 12.7 58.31 5.4

III Никитинский 1975 5.03 0.8 91.18 15.0 125.31 20.6 221.52 36.4 608.88

1997 19.03 3.1 17.08 2.8 212.78 35.0 248.89 40.9

Прирост 14.00 2.3 -74.10 - 87.47 14.4 27.37 4.5

Кировский 1975 0.00 0.0 3.89 1.1 86.71 24.0 90.61 25.0 361.81

'IV 1997 17.21 4.8 4.48 1.2 79.31 21.9 101.00 27.9

Прирост 17.21 4.8 0.58 0.2 -7.40 -2.1 10.39 2.9

V Бардынинск 1975 19.90 2.1 93.79 10.1 185.97 20.0 299.66 32.2 929.81

1997 187.62 20. 104.08 11.2 147.01 15.8 438.70 47.2

Прирост 167.72 18. 10.29 1.1 - -4.2 139.05 15.0

VI 1975 0.00 0.0 3.09 0.5 40.42 6.4 43.51 6.8 637.03

Белинский 1997 15.74 2.5 27.58 4.3 127.29 20.0 170.60 26.8

Прирост 15.74 2.5 24.49 3.8 86.86 13.6 127.09 20.0

1975 23.64 4.5 14.04 2.7 61.09 11.5 98.77 18.6 530.58

VI Карайский 1997 62.60 11. 28.37 5.4 127.68 24.1 218.65 41.2

Прирост 38.95 7.3 14.34 2.7 66.59 12.6 119.88 22.6

Васильевский 1975 93.10 12. 33.18 4.6 54.37 7.5 180.64 25.0 721.57

VII I 1997 122.49 17. 76.68 10.6 90.87 12.6 290.05 40.2

Прирост 29.40 4.1 43.51 6.0 36.50 5.1 109.41 15.2

IX Обжоровский 1975 48.72 6.6 32.53 4.4 33.44 4.6 114.69 15.6 734.52

1997 93.34 12. 59.86 8.2 41.86 5.7 195.06 26.6

Прирост 44.62 6.1 27.33 3.7 8.42 1.2 80.38 10.9

X Иголкинский 1975 62.28 5.5 18.94 1.7 19.79 1.8 101.00 8.9 1129.68

1997 154.64 13. 21.39 1.9 91.96 8.1 267.99 23.7

Прирост 92.36 8.2 2.45 0.2 72.17 6.4 166.99 14.8

Ганюшкинский 1975 147.22 14. 7.45 0.8 47.10 4.8 201.77 20.4 988.67

XI 1997 300.97 30. 109.91 11.1 21.86 2.2 432.74 43.8

Прирост 153.75 15. 102.46 10.4 - -2.6 230.97 23.4

1975 551.83 5.4 524.52 5.2 893.01 8.8 1969.36 19.3 10187.39

Итого 1997 1284.3 12. 630.30 6.2 1331.8 13.1 3246.55 31.9

Прирост 732.54 7.2 105.78 1.0 438.86 4.3 1 12.5

Площади распространения надводной ВВР выросли несмотря на повышение уровня моря с 19 до 32% и увеличились с 1975 по 1997 гг. примерно на 1000 км2. Наибольшее увеличение (в два раза) площадей зарастания ВВР наблюдалось в годы с малым стоком р. Волги с 1970 по 1975 гг. В настоящее время ВВР (с учетом донной растительности) занимает не менее 70% площади МУВ. Общая схема распространения

надводной ВВР приведена на рис. 2.

Рис. 2. Распространение надводной растительности в дельте и МУВ р. Волги в 1997 г. 1 — номер района; 2 — граница района; 3 — канал на взморье; 4 — сплошная надводная растительность; 5 густая надводная растительность; 6 — редкая надводная растительность. Fig. 2. Volga delta and shallow offing above —water vegetation areas in 1997. 1 — region number; 2 — region border; 3 — channel on shallow offing; 4 — closed above —water vegetation; 5 — sparse above —water vegetation; 6 dense above —water vegetation.

Рис. З. Антропогенная нагрузка в дельте р. Волги и общая схема распространения течений на мелководном устьевом взморье. 1 — номер района; 2 — граница района; 3 — канал на взморье; 4 - населенный пункт; 5 — сельскохозяйственный объект; 6 — область частого расположения струй; 7 — область редкого расположения струй. Fig. 3. Volga delta anthropogenic load and shallow offing streams layout. 1 — region number; 2 — region border; 3 — channel on shallow offing; 4 — settlement; 5 - agricultural object; G — frequent stream placement area; 7 — infrequent stream placement area.

Течения. Большая часть стока (более 80%) проходит н половодье струями по плоскости МУВ. На рис. 3 показано распространение струйных течений по МУВ за наблюдаемый период путем взаимного наложения всех снимков. Места с наиболее частым расположением течений имеют на рисунке наиболее темную окраску, места с редким положением струй — светло-серую окраску.

Очевидно, что белым цветом приведены пассивные части МУВ, где стоковые течения практически не наблюдаются, а серым и темным тонами — наиболее активные области распространения стоковых течений. Если скорости течений в половодье на МУВ достигают 20-30 см/с и более, то в пассивных областях они не превышают 5 см/г. Характеристика районов МУВ по площадям струйных течений приведена в табл. 3.

Таблица 3. Площади струйных течений МУВ р. Волги с 1975 по 1997 гг. Table 3. Volga shallow offing stream areas in 1975 — 1997.

Район взморья Струи без Струи через Все струи Площадь без Площад

растительности растительность струй и ь

растительности района

2 км % 2 км % км2 1 % 2 км 1 % 2 км

I Волго — Каспийский 1207.00 50.3 102.51 4.3 1309.51 54.6 887.63 37.0 2398.63

11 Гандуринский 361.29 34.3 230.48 21.9 591.76 56.2 210.19 20.0 1053.22

III Никитинский 245.81 41.1 186.00 31.1 431.81 72.3 114.19 19.1 597.66

IV Кировский 232.52 67.5 73.85 21.5 306.37 89.0 28.88 8.4 344.34

V Бардынинско --Тишковский 50.20 10.1 41.08 8.3 91.28 18.4 253.48 51.1 495.62

VI Белинский 383.56 61.4 99.48 15.9 483.04 77.3 83.26 13.3 625.11

VII Карайский 264.59 53.3 142.06 28.6 406.66 81.9 46.70 9.4 496.26

VII Васильевский 319.59 45.3 105.79 15.0 425.38 60.3 109.06 15.5 705.06

IX Обжоровский 256.87 36.3 41.46 5.9 298.33 42.2 282.65 39.9 707.68

X Иголкинский 391.35 39.9 90.70 9.3 482.05 49.1 433.08 44.2 980.99

XI Ганюшкинский 96.00 13.9 2.84 0.4 98.83 14.3 461.42 66.8 690.88

Итого 3808.77 41.9 1116.25 12.3 4925.02 54.2 2910.55 32.0 9095.44

Знание направлений и мест расположения течений в каждом районе позволяет определять области размыва, переноса и отложения наносов, что делает возможным давать оценку правильности расположения существующих каналов или предложения по трассированию новых каналов и прокосов, которые часто делают на МУВ. На рис. 4 приведена схема течений в Гандуринском районе, существующие и рекомендуемые трассы каналов.

Ориентировочная оценка экологической роли основных ландшафтов

Оценка экологической роли или ситуации на определенный момент времени эволюции какого-либо ландшафта или природно-территориального комплекса должна быть основана на изучении процессов обмена веществом и энергией между всеми компонентами ландшафта (воздух, вода, почво-грунты — абиотическая составляющая, растительность и животный мир — биотическая составляющая) в его естественном состоянии и в процессе или в результате антропогенного воздействия. Последнее предполагает изменение каких-либо элементов и свойств ландшафта, нарушающие нормальные условия жизни человека и живых организмов.

Следовательно, для оценки экологической роли необходимо использовать все исследования по гидрометеорологии (температура воды и воздуха, скорость и направление ветра, сток воды, наносов и их распределение по дельте и изменение при регулировании стока), почвенно-растительному покрову и биоте, включая ихтиофауну.

Вероятно, прежде всего необходимо решить ниже перечисленные основные группы экологических проблем:

1. изменение гидрометеорологического режима дельты Волги (эволюционная и антропогенная составляющие);

Рис 4. Распространение течений в Гандуринском районе МУВ р. Волги, существующие и рекомендуемые трассы каналов. 1 — граница района; 2 — правильно расположенный канал; 3 — правильно расположенный канал; 4 — рекомендуемое расположение канала; 5 — граница надводной растительности; 6 — сплошная надводная растительность; 7 — густая надводная растительность; 8 — редкая надводная растительность; 9 — область частого расположения струй; 10-область редкого расположения струй. Fig. 4. Streams layout in Gandurinsky region of Volga shallow offing, existing and recommended channels. 1 —region border; 2 — properly traced channel; 3 -nonproperly traced channel; 4 — recommended channel placement; 5 — above —water vegetation border; 6 — closed above— water vegetation; 7 — sparse above —water vegetation; 8 —dense above — water vegetation; 9 — frequent stream placement area; 10 — infrequent stream placement area.

2. хозяйственное освоение дельты и бассейна Волги (с точки зрения геосистемного подхода);

3. изменение функциональных возможностей каждой части дельты при ее эволюции и наличии значительных колебаний уровня моря.

При решении этих проблем нельзя исходить только из использования материалов разовой космической съемки. Обычно требуется привлечение материалов многих съёмок в сочетании с составлением для каждого компонента ландшафта вещественного и

энергетического баланса. "Изучение полного природного комплекса представляет большие трудности. Оно нуждается в участии значительного коллектива разносторонних специалистов..." (Арманд, 1975). Поэтому наша оценка экологической роли основных ландшафтных районов дельты и МУВ р. Волги будет исходить, прежде всего, из принятой цели ландшафтного районирования, которая способствовала бы пониманию эволюции дельты, устья Волги.

Район подстепных ильменей в настоящее время, как и прежде, играет роль дополнительного хранилища воды при экстремально высоких весенних половодьях. Подаваемое сюда и испаряемое количество воды должно быть учтено при составлении водного баланса всей дельты. Район мало используется под сельское хозяйство (бахчеводство, животноводство) и поэтому, вероятно, мало изменился.

Облик древней дельты определяется расположенными в широтном направлении буграми Бэра, занятыми бурыми супесчаными почвами, и межбугровыми понижениями, занятыми ильменями, лугами, солончаками, влаголюбивой растительностью вдоль водоемов. Созданный рельеф поддерживает установившуюся структуру фитоценозов. При высоких половодьях понижения затапливаются и в настоящее время, за исключением тех, чье высотное положение вышло за пределы зоны затоплений при понижении уровня моря. Поэтому в современных условиях обводнение территории при затоплениях является основным фактором для сохранения создавшейся структуры ландшафта подстепных ильменей.

Важно указать, что периодическое затопление понижений играло положительную роль для процесса воспроизводства рыбных запасов — здесь откладывалась икра, вырастали мальки, которые скатывались с уходящей водой. При понижении уровня моря эта роль перешла от ильменей к центральной затапливаемой части дельты. С увеличением числа обвалованных территорий и понижением уровня моря рыбохозяйственная ситуация будет ухудшаться. Следовательно, в пределах древней дельты основную роль в поддержании физиономичности ландшафта играет связь с гидрографической сетью современной дельты. Обособленность, удаленность оказывает обратное влияние.

В районе центральной дельты — западный и средний подрайоны подверглись более интенсивному сельскохозяйственному освоению, что должно быть учтено при расчетах современного водного баланса дельты. В восточном подрайоне сельскохозяйственное освоение территории в 5 раз меньше, затапливаемые в период половодья площади большей частью используются как нерестовые.

Район южной низкой части дельты — район наиболее часто затапливаемый в половодье, почти полностью заросший растительностью. Аккумулирует и передает по каналам и через поверхность мелководного взморья Волги половодный сток в море. Наиболее развита гидрографическая сеть в районе Бахтемира, Кировского и Белинского банков, где насчитывается 4 рукава на 1 км длины берега против 1 рукава в восточной части. Заросли тростника покрывают острова на мелководном взморье. Заросли тростника являются основным источником поступления в воду фосфора в этом районе (Красножон, 1988; Красножон, Конюшко, 1987).

Гидрографическая сеть в дельте Волги интенсивно зарастает до глубин 2 м, а водотоки — со средними глубинами менее 2 м и шириной менее 20 м. Растительность оказывает значительное влияние на гидравлические условия стока и формирование скоростей течений. Влияние растительности на формирование течений (коэффициенты Шези, коэффициенты шероховатости) исследовалось в нижней части дельты и отмелом взморье и частично описано в работе (Красножон, 1988). Зарастание русловой сети и ее заиление обусловливает последующее отмирание и перераспределение речного стока по рукавам дельты, особенности формирования экосистем, различающихся по степени проточности частоте и глубине заливания, что определяет обводненность и скорость замещения водных масс, а также удаленность от затапливаемых районов.

Район мелководного устьевого взморья Волги — по нашим данным занимает 9 095 км2. Наиболее богатый биогенными веществами. На взморье выделяются три основные зоны: култучная придельтовая, средняя и приморская, в т.ч. участки, заросшие различными типами высшей водной растительностью: 2376 км2 — надводной растительностью, 5500 км2 — подводной.

На основе карт стоковых течений и ВВР было произведено районирование МУВ по условиям водообмена и использована методика ландшафтно-экологического районирования. При районировании использованы данные натурных наблюдений и установленные количественные связи, типичные для разных природных объектов. Нахождение внутренних количественных связей, присущих элементам ландшафта является основой любого ландшафтно — экологического районирования.

Глубина воды для любого элемента ландшафта является первопричиной возможности появления тех или иных скоростей течения и типов ВВР. Морфометрические особенности МУВ, управляя распределением уклонов, также влияют на распределение скоростей течений, типы и биомассу ВВР и ее особенности распределения в воде и по площади (посредством формирования коэффициентов гидравлических сопротивлений). Мутность воды зависит от скоростей течений и распределения ВВР и влияет на продукционно-деструкционные процессы, и вместе с глубиной и скоростью течения оказывает влияние на температуру воды и донные отложения при наличии процессов аккумуляции. К струйным течениям с наличием взвешенных частиц привязан основной перенос соединений фосфора. Зоны произрастания тростника являются районами поставки фосфора из грунтов дна в окружающие водные массы. В работах (Красножон, 1988; Красножон, Конюшко, 1987) изложены попытки связать основные элементы гидрологического режима, особенно течений и обводненности на формирование экосистем устьев рек и проблемы мониторинга природной среды МУВ р. Волги.

В мелководной части авандельты Волги по содержанию взвесей нами выделены 3 . типа вод: мутные, осветленные и промежуточные с содержанием взвесей выше 20 мг/л, до 15 и 15-20 мг/л соответственно. Мутные воды приурочены к основным каналам, банкам, рукавам и участкам без высшей водной растительности со скоростями течения более 30 см/с в половодье, общая площадь их меняется от 1422 км2 в межень до 3584 км2 в половодье. Эти воды, как правило, имеют благоприятный кислородный режим (80 - 110% насыщения), но в различные периоды года отличаются по ряду химических показателей. Так, во время паводка они имеют несколько более высокие значения ХПК, перманганатной окисляемости, нитритов и т.д. за счет выноса органического вещества. В летнюю межень количество органического вещества в мутных водах относительно уменьшается. Ценные породы рыб (осетровые, судак, сазан и др.) предпочитают мутные воды. Зоны осветленных вод (площадь 5721 км2) возникают весной при прохождении мутных вод сквозь тростниковые заросли, а также летом на участках, заросших погруженной и плавающей растительностью. Скорости течения на таких участках 5-15 см/с. Эти воды отличаются большим диапазоном содержания кислорода — от аналитического пуля в некоторых местах весной ночью за счет большего разложения органического вещества (до 200 % пересыщения) летом в солнечную погоду за счет выделения кислорода макрофитами. Величины ВПК несколько выше, чем в мутных водах. Состав осветленных вод изменяется также в зависимости от типа водной растительности, образующей биотоп. Наиболее распространены в авандельте тростниковые заросли и биотопы с преобладанием ежеголовника, чилима, рдеста и в последние годы на Дамчикском участке заповедника — лотоса. В осветленной воде обитают в основном частиковые породы рыб (области распространения тростника и подводной растительности были выделены для мелководного взморья).

Среди осветленных вод следует выделить участки "черной" воды после паводка на

концевых участках Белинского рыбоходного канала (а также и в других районах авандельты), когда при общей глубине канала, равной 2.5 м, над двухметровым слоем жидкого ила расположен полуметровый слой прозрачной воды.

Содержание растворенного кислорода оказывает влияние на скорость и направление трансформации соединений азота и фосфора. Так, в устье Волги обнаружен четкий суточный ход содержания азота и фосфора (общего) в воде. В полдень наблюдается максимальное выделение фосфора из грунтов в воду (максимум содержания азота в воде наблюдается утром), ночью — минимальное содержание фосфора (уходит в грунты) и максимальное азота (ассимиляция из воздуха).

Существуют концентрации кислорода, азота, фосфора, при которых процессы происходят как саморегулирующиеся. Но вероятно существуют и критические условия. Так, азотный цикл нарушался при содержании кислорода менее 5 мл/л.

Изучение в полевых условиях процессов переноса азота и фосфора, кислородного режима, продукционно-деструкционных процессов, переноса водных масс, взвешенных наносов на фоне определенного распределения высшей водной растительности и ее роли в снабжении Северного Каспия фосфором приводит к выводу, что комплексная информация о распределении ВВР, течений и наносов позволяет провести первый этап разработки экологических методов оценки состояния природной среды в устьевых областях крупных рек. На втором этапе экологического районирования должны быть установлены связи между мутностью воды, биомассой ВВР, скоростями течений, содержанием кислорода, фосфора и процессами фотосинтеза и деструкции. Особое внимание необходимо уделить обнаруженной суточной и сезонной изменчивости процессов трансформации различных форм фосфора и азота.

Заключение

На основе разработанной методики дешифрирования космических фотоснимков и методики ландшафтного районирования в работе по материалам космофотокарты дельты Волги и ее мелководного устьевого взморья выделены основные ландшафтные районы. По выделенным ландшафтным районам дельты определены площади, занятые населенными пунктами и сельскохозяйственными землями, что позволяет по-новому оценить антропогенную нагрузку на дельту Волги. Дана ориентировочная оценка экологической роли основных ландшафтных районов. Наиболее значимая роль принадлежит южным районам дельты и мелководному устьевому взморью, где в основном и происходит трансформация веществ.

В дальнейшем необходимо на основе экспериментальных исследований раскрыть особенности взаимосвязей между различными природными компонентами, водными массами и потоками по сезонам года. Необходимо уточнить водный и тепловой баланс дельты и мелководного устьевого взморья в пределах геосистемы бассейна р. Волги. Необходимо определить основные пути поступления и прохождения загрязняющих веществ через дельту и взморье, более детально изучить мелководное взморье и попытаться выяснить механизм трансформации веществ в данном районе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аносова Н.Б., Красножон Г. Ф., Онуфриев В.Г. Возраст Бэровских бугров дельты Волги в связи с исследованием русловых процессов // Изотопы в гидрологии. Тезисы доклада. Всесоюзный симпозиум. Таллин. 1981. С. 84.

2. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте // М. Мысль. 1975. 287 с.

3. Казмирук В.Д. Гидравлические сопротивления высшей водной растительности // Водные ресурсы. 1990. №1.

4. Корнеев И.А. Сезонная динамика шероховатости култучной зоны дельты Волги, определяемая высшей водной растительностью // Доклады МОИП. Зоология и ботаника. М. 1984. С. 42-44.

5. Красножон Г.Ф. Проблема исследования устьев рек, береговой и шельфовой зоны

Северного Каспия с помощью методов космической фотосъемки // Гидрофизика Северного Каспия. М. Наука. 1985. С. 10-24.

6. Красножон Г. Ф. Использование космических изображений при изучении влияния течений и обводненности на формирование экосистем устьев рек // СО, "Информационные проблемы изучения биосферы". М. Наука. 1988. С. 116—124.

7. Красножон Г.Ф., Конюшко B.C. Проблема мониторинга природной среды отмелого устьевого взморья р. Волги // Водные ресурсы. 1987. № 1. С. 69 — 74.

8. Красножон Г.Ф., Мазавина С. С. Гидрологический режим устья реки Урал // Сб. "Комплексные исследования Северного Каспия". М. Наука. 1988. С. 5 — 41.

9. Красножон Г.Ф., Салтанкин В.П., Семенов С.С. Использование космической фотосъемки при изучении внутренних водоемов и устьевых областей рек // Водные ресурсы. 1980. № 1. С. 121-137.

10. Красножон Г. Ф., Семенов С. С., Суханова И.Г. Исследование устьев рек, прибрежных зон и Северного Каспия с помощью дистанционных методов // Водные ресурсы. 1979. № 1.С. 88-96.,

11. Красножон Г. Ф., Соколов Ю. С. Изучение дельты реки Волги с помощью материалов космической фотосъемки // Исследование Земли из космоса. 1984. № 3. С. 27 — 3 1.

12. Мейснер В.И. Дельта р. Волги // Материалы к познанию русского рыболовства. 1914. Т. IV. Вып. 10.

13. Полонский В.Ф., Михайлов В.Н., Кирьянов С.В. Устьевая область Волги: гидролого -морфологические процессы, режим загрязняющих веществ и влияние колебаний уровня Каспийского моря. М. ГЕОС. 1998. 278 с.

VOLGA OUTLET HYDROLOGICAL-ECOLOGICAL SITUATION ESTIMATION BASED ON

SPACE PHOTOGRAPHY

© 2004. G.F. Krasnozhon, E.E. Kovalev

Institute of Water Problems, Russian Academy of Sciences 119991, Moscow, 3, Gubkina str., Russia

Herein arc discussed the main results, obtained under processing of Volga delta and shallow offing space photos for the last quarter of past century. The scope of work includes space photos computer processing, delta and shallow offing zoning, calculation of their basic quantitative characteristics. There are also analyzed time-space changes of region borders, basic landscape elements, water vegetation and streams. Evaluation of ecological influence of basic landscapes and anthropogenic load is made.

Separation of landscape elements was performed on base of river outlet evolution analysis by complex of geomorphological and hydrological characteristics, particular features of area watering and soil-vegetation cover distribution. Totally there were separated three basic landscapes (regions) — ancient delta, modern delta, shallow offing — and 18 subregions. For the first time was explained distinctive appearance of Volga delta, precisely defined borders and calculated areas of regions and territory, occupied by settlements and agricultural objects, that lets us evaluate anthropogenic load on the Volga mouth area.

Within this work was made evaluation of ecological influence of basic landscape regions. Herein are pointed out regions, where substances transformation basically occurs. Acquired results showed sophisticated situation in delta area increasing and shallow offing overgrowing, which were independent of Caspian Sea level fluctuations. Thus in spite of sea level increasing since 1978 approximately for two meters, the area covered by water vegetation increased for one thousand square kilometers, and currently it covers area at least of 70% shallow offing. Areas covered by reed are the basic regions of phosphorus supply from ground soils to surrounding water, and phosphorus compounds transfer is performed by streams with suspended particles.

Herein for the first time is made evaluation of area, covered by streams all over Volga shallow offing. This allowed distinguishing of active and passive areas of water circulation and mass transfer. Main results are illustrated by pictures and tables. At the end outlined the basic aims of future investigations.