Потенциал анализа морфологии русел меандрирующих рек в задачах диагностики ретроклимата

На слабо наклоненные предгорных равнинах, сложенных лессовыми породами и речными наносами, часто практически отсутствуют выходы скальных пород или иные геологические формы, способные в значительной мере влиять на маршрут речного русла. Такие условия создают речным потокам условия для свободного меандрирования. В этих случаях форма речного русла формируется в результате динамического взаимодействия процессов переноса и осаждения взвешенного в воде материала. Форма русел меандрирующих рек все время меняется, последовательно формируя изгибы, меандры и старицы. Однако для достаточно протяженного участка русла, средняя морфология русла стабильна. Всегда присутствуют различные стадии развития меандров. Конфигурации русел таких рек, и в частности, размеры излучин и стариц, в целом, зависят от среднего многолетнего расхода воды. Крупные по водности реки формируют большие по размеру излучины, маленькие, соответственно маленькие. Морфологический анализ конфигураций речного русла достаточного размера позволяет получить статистически устойчивую характеристику реки, тесно связанную со средним многолетним расходом воды в реке. Временной масштаб такой диагностики определяется типичным временем жизни меандра, от начала искривления русла, до отрыва старицы. Скорость меандрирования зависит от количества переносимого рекой взвешенного материала, скорости течения воды и др. факторов, но в целом, речь может идти о столетиях. В исследовании было рассмотрено шесть свободно меандрирующих рек Казахстана, с диапазоном расхода воды, от 4,5 до 760 м3/сек и уклоне русла от 0,005 до 0,06 %. Морфологический анализ русел рек базировался на Relative Elevation Model (REM) и в частности, ее варианте построенном на основе Copernicus Global Digital Elevation Model (CGDEM), с пространственным разрешением 30 метров. В излучины рек, экспертным образом, вписывались максимальные по диаметрам окружности, которые могли опираться на русло реки своим сектором, с величиной не менее 135°. Размеры диаметров вписанных окружностей в составе таких наборов варьировались, от 4 раз для небольших рек, до 10 раз для крупных. Конфигурация речного русла аппроксимировались через набор вписанных окружностей, статистические характеристики которых (средне медианный диаметр) создавали основу для метрики водности реки. Выборка средних медианных значений диаметров вписанных окружностей для проанализированных рек имела высокую корреляционную связь со средним многолетних расходом воды. Достоверность линейной аппроксимации составила R2=0,997. Столь высокий уровень корреляций, в первую очередь, обеспечивался значительной вариацией (более 150 раз) среднего многолетнего расхода воды анализируемых рек. Область применения разработанной методики оценки водности свободно меандрирующих рек включает ретроспективный анализ изменений величин среднего многолетнего расхода воды. Особый интерес представляет анализ старых следов древних русел рек, которые в определенных условиях, например в пустынном климате, могут сохраняться очень долго. Таким образом, методика диагностики водности свободно меандрирующих рек на основе морфологического анализа конфигураций их русел, расширяет арсенал инструментов для реконструкции элементов палеоклимата, касающихся гидрологии территорий прошлых эпох. Работа выполнена при финансовой поддержке программно-целевого финансирования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, проект Aeroscope № BR28713375.