Устья рек Байкала

На экологическое состояние Байкала большое влияние оказывает речной сток. Реки приносят в озеро не только наносы и питательные вещества, но и загрязнения. Пограничными районами между приемным водоемом и речными бассейнами служат устьевые области рек. Это целые природные системы, формирующиеся в результате сложных гидролого-морфологических, гидрохимических и биологических процессов, происходящих при взаимодействии вод реки и водоема. Устья рек — наиболее уязвимые объекты озерной системы, они в первую очередь откликаются на природные и антропогенные изменения речного стока и уровня озера. Но процессы в устьях и сами могут оказывать влияние на режим водоема. Усиливающееся влияние глобальных и региональных природных изменений, а также антропогенных воздействий на сток рек и уровни водоемов приводит к перестройке режима устьевых областей. Сток воды и наносов изменяется, выдвижение дельт замедляется, а в ряде случаев сменяется отступанием и деградацией. При этом в устьевых областях происходят более сильные и негативные изменения режима, чем в реках и водоемах. Следовательно, при освоении речных бассейнов или проведении любых крупных хозяйственных мероприятий необходимо учитывать возможные экологические последствия для устьев рек. Сегодня становится очевидной важность изучения устьевых областей и происходящих здесь гидролого-морфологических процессов. Такие исследования представляют большой научный, экологический и практический интерес, они востребованы в целях рационального природопользования и охраны уникальных природных объектов на границах крупных водоемов и впадающих в них рек.

Гидролого-геоморфологические процессы в устьевых областях рек Байкала остаются почти неизученными. При этом за последние полвека в них под воздействием изменений окружающей среды тоже происходили необратимые трансформации. Растет с каждым годом антропогенная (рекреационная) нагрузка на береговую зону Байкала и устьевые области впадающих в него рек.

Для определения современного состояния и перспектив дальнейшего развития (а такие оценки ранее не проводились) устьевых областей байкальских рек, а также в целях их рационального использования и охраны начато детальное изучение устьевых процессов и составление классификации типов речных устьев и их составных частей.

Выполнение классификации стало возможным благодаря предложенной в 2012 г. новой гидролого-морфологической типизации устьев рек [1]. Кроме того, использовались фотографии и космические снимки устьевых областей и их частей, а также карты разного масштаба, выпущенные в 1900-х и 1950-70-х годах.

Байкал — рифтовое озеро. Его возраст около 25 млн лет. Объем котловины 23 тыс. км³, площадь водного зеркала 31.5 тыс. км². Длина озера 636 км, ширина изменяется от 25 до 80 км.

Общая площадь бассейна (не считая акватории Байкала) составляет 545 тыс. км². В пределах России находится 45% площади водосбора Байкала, остальная часть — на территории Монголии [2]. Отношение площади акватории к площади водосбора составляет 1:17, что свидетельствует о существенной роли суши в питании озера, и главное звено в этом процессе — речной сток.

Бассейн Байкала отличается преимущественно горным рельефом с высотами от 456 до 2840 м. Хребты вытянуты параллельно котловине озера и ориентированы главным образом с юго-запада на северо-восток. Бассейн расположен в умеренном климатическом поясе с резко континентальным типом климата. Многолетняя средняя годовая температура воздуха здесь составляет -3.7°. Наибольшее количество осадков выпадает в горах (средняя годовая их сумма 1300 мм), наименьшее (250-300 мм) — в долинах рек Селенги, Баргузина, Уды, на о. Ольхон и в дельте р. Селенги. На теплый период года (май-сентябрь) приходится 80-90% годовой суммы осадков. В бассейне озера широко развита многолетняя мерзлота.

В Байкал несут свои воды около 500 водотоков. Основные реки (самые крупные по протяженности, стоку воды и наносов) впадают в озеро с восточной стороны. Их водосборы выделены в большую питающую провинцию и связаны с водоемом только через устья рек. Эта провинция в сумме занимает более 90% площади водосбора озера. Крупнейшая из здешних рек — Селенга (82% площади водосбора), среди других — Баргузин (3.8%), Верхняя Ангара (3.9%) и Турка (1.1%), относящиеся к категории средних рек. Малая питающая провинция Байкала — это узкая полоса побережья и обращенные к Байкалу склоны окружающих хребтов. Большая часть рек малой провинции имеет горный характер.

Очевидно, что происходящие почти на всей территории бассейна Байкала изменения природного и антропогенного характера находят отражения в многолетних данных по стоку воды и наносов впадающих в него рек. Эти изменения влияют на устьевые процессы, а те в свою очередь сами оказывают воздействие на режим озера.

Особенности устьевых областей

Природный комплекс устьев рек Байкала формируется в результате сложных гидролого-морфологических процессов: динамического взаимодействия и смешения вод реки и озера, морфодинамики дельты и дна устьевого взморья, русловых процессов в рукавах и протоках и дельтообразования в целом.

Природные условия Байкальского региона, а также крупные хозяйственные мероприятия, проводимые в нем, определили ряд особенностей в развитии устьев впадающих в Байкал рек.

Берега Байкала делятся на два типа: ровные и бухтовые. Их контур и в целом борта котловины озера определяются тектоническими разломами [4]. Наиболее ровным считается западный берег, вдоль которого на сотни километров протянулся Обручевский сброс. Здесь многочисленны крупные мысовые выступы, представляющие конусы выноса в устьях протяженных долин или рек. Эти мысы либо далеко вдаются в озеро, принимая полукруглую форму, либо выступают слабо и содержат в себе вложенные устья. Новейшие тектонические процессы (поднятия, растрескивания, погружения и проседания отдельных блоков Байкальской впадины) несомненно оказывают влияние на формирование устьевых областей рек, впадающих в озеро. Частые землетрясения (700-800 в месяц) ускоряют процессы тектонического опускания впадин (где как раз расположены некоторые устьевые области, и в частности дельты) и интенсивность уплотнения дельтовых отложений, что в конечном итоге отражается на процессах в устьях.

Кроме тектонических факторов на сток байкальских рек влияют климатические характеристики региона, а также общее потепление климата. Связанное с ним изменение режима речного стока приводит к переформированиям в устьях. Так, со второй половины 1970-х годов на реках Байкала наблюдается уменьшение стока наносов на 48-81%, в то время как водоносность рек увеличивается (до 5.3%). Исключением стала река Селенга, сток воды которой уменьшился на 3.2% [5]. Бассейн Селенги простирается далеко на юг и охватывает районы с разными климатическими условиями (умеренно влажные, сухие и очень сухие). По площади преобладают (более 80%) территории, испытывающие дефицит влаги, который в условиях потепления климата усиливается и влияет на водоносность реки. Связанная с потеплением деградация мерзлоты в Байкальском регионе способствует появлению дополнительной влаги и увеличению водоносности рек [5]. Уменьшение стока наносов в реках Байкала приводит к переформированиям в устьях (например, Верхней Ангары) и в береговой зоне озера. Кроме природных факторов на этот процесс влияет и антропогенная деятельность.

Устьевая область реки Верхняя Ангара в 1974 (слева) и 2013 гг. Красными линиями показаны промоины, образовавшиеся в теле берегового бара Ярки.

На Байкале широко известны три случая грандиозного антропогенного вмешательства в естественное состояние его природной системы. Это строительство Кругобайкальской железной дороги (1896-1905), Иркутской ГЭС (1959-1962) и Байкало-Амурской магистрали (1972-1984). Самым значимым воздействием на экосистему озера было антропогенное повышение его уровня в среднем на 0.8 м в результате возведения Иркутской ГЭС. Это привело к целому ряду геоэкологических последствий в первую очередь в береговой зоне озера и устьях рек. Были подтоплены низменные участки и устьевые области, ускорились заболачивание и частичное разрушение естественных перемычек (кос, береговых баров), отделяющих мелководные заливы (лагуны, соры) от озера, усилились абразия и геодинамические процессы в береговой зоне. Уже более 50 лет (с 1962 г.) уровень озера регулируется работой Иркутской ГЭС и устьевые области рек находятся в условиях антропогенного (техногенного) воздействия. С 2001 г. постановлением Правительства РФ в целях охраны берегов озера, в том числе устьевых областей, колебания уровня Байкала ограничены метровым диапазоном. Несмотря на это, последствия техногенного повышения уровня будут сказываться и в будущем. Так, в северной части Байкала, в устье Верхней Ангары, произошли существенные переформирования. В последние десятилетия здесь происходят необратимые процессы — озерный край дельты отступает, увеличивается площадь акватории устьевой лагуны, а отделяющий ее от озера песчаный береговой бар интенсивно размывается и в будущем может полностью исчезнуть [6]¹. Причиной таких изменений в устье Верхней Ангары послужило совместное действие природных и антропогенных факторов.

Устьевая область реки Анга в 1902 (слева) и 2013 г. На космическом снимке Google Earth изображен продольный профиль дна эстуария (красной линией показано местоположение линии профиля). На фотографии (внизу) желтой стрелкой отмечены подводные очертания бывшего пляжа.

В результате техногенного повышения уровня воды Байкала оказалась подтопленной устьевая область реки Анга. Сегодня под водой сохранились очертания бывшего пляжа. Изменения произошли и в устьевой зоне р. Голоустная. Если в начале 1900-х годов в дельте существовало шесть рукавов, то в настоящее время осталось лишь три. В устье Голоустной активно развивается туристическое дело. В настоящее время растет и усиливается часто бесконтрольный прессинг рекреационных мероприятий на устья рек и прилежащее побережье Байкала.

Устьевая область реки Голоустная в 1902 (слева) и 2013 гг.

Например, в устьевой области реки Турка ведется строительство особой экономической зоны, цель которой — круглогодичный туризм. Укрепляются берега, строятся причалы и другие инженерные сооружения, углубляется русло реки. Это, очевидно, повлечет за собой изменения гидролого-морфологических процессов в устье, которые приведут к активизации экзогенных процессов в береговой зоне озера. Таким образом, с интенсивным вовлечением природных ресурсов в хозяйственный оборот деятельность человека оказывает все большее воздействие на устьевые процессы, которые в свою очередь влияют на режим озера.

Устьевая область реки Турка и проект планируемой здесь особой экономической зоны «Байкальская гавань».

В процессе перемещения речных наносов в водоем устьевым областям принадлежит роль так называемых маргинальных фильтров. Это зоны, в которых происходит кардинальная перестройка структуры потока речного материала на границе река-водоем. В маргинальных фильтрах преобразуются как терригенная составляющая поступающего из рек материала, так и его взвешенная, коллоидная и растворенная части. Наиболее обоснованные и детализированные представления о механизме этого явления даны А.П. Лисицыным [7, 8]. Маргинальный фильтр — уникальная и глобальная по масштабам система: ежегодно на планете в нее подается 35 550 км³ речной воды, в которой содержится 18.5 млрд т взвешенных веществ, из них в пределах фильтра ежегодно осаждается около 17 млрд т (92%). Здесь же осаждается значительная часть (20-40%) растворенных в речной воде элементов и соединений. Столь мощный захват осадочного вещества системой маргинального фильтра приводит к седиментационному голоданию пелагических частей океана и к глубоким преобразованиям осадочного вещества, поступающего с суши. Поэтому устьевые области (области маргинальных фильтров), занимающие менее 10% поверхности океана и менее 0.5% по объему, забирают более 90% осадочного вещества, поступающего с суши [7, 8]. Таким образом, основная часть речного материала осаждается на небольших по площади участках, прилегающих к устьям рек. Зоны действия маргинальных фильтров по праву считаются главными на Земле областями седиментации. Это открытие изменило сложившиеся ранее и считавшиеся классическими представления о закономерностях потоков вещества с суши в океан, о безусловном диктате речного стока. Данные многочисленных балансовых подсчетов, которые не учитывают явление маргинального фильтра, а также построения моделей седиментации и определения других средних показателей осадочного процесса, приходится считать ошибочными [7, 8].

Действие маргинальных фильтров следует принимать во внимание в литодинамических, седиментологических и экологических исследованиях.

Сток воды и наносов на реках Байкала измеряется, как правило, в створах, расположенных значительно выше устьевых областей, и фактически означает приток к ним. Так, 59% от объема наносов, приносимых Селенгой к своей устьевой области, осаждается в ее дельте, 41% выносится в озеро, из них около 30% поступает в донные осадки мелководья. Таким образом, в устьевой области Селенги осаждается около 90% речного материала [10, 11]. Устьевая зона Верхней Ангары перехватывает, по предварительным данным, около 70% стока наносов [6]. Река Баргузин почти весь материал выносит в эстуарий — Баргузинский залив. В его прибрежной зоне осаждается около 60% речных наносов, а 40% поступает в глубоководную часть и выходит в открытый Байкал. Роль маргинального фильтра Баргузина фактически выполняет Баргузинский залив. В устьевых областях рек наблюдаются максимальные скорости отложения наносов. Например, в устьевой области Селенги скорость осадконакопления составляет 1.9 мм/год, в то время как в глубоководном Байкале она на один-два порядка ниже [11]. С учетом действия маргинальных фильтров фактические значения притока речного материала в Байкал будут заметно отличаться от расчетных.

 Итак, устьевые области рек — это маргинальные фильтры, где идет отделение и осаждение взвешенных и части растворенных форм вещества литосферы суши, а также разных форм загрязнений. Устья рек — природный защитный барьер для озера.

Типы речных устьев

От гидролого-морфологического типа устьевых областей рек и их составных частей зависит степень влияния происходящих там процессов на режим озера. Согласно новой гидролого-морфологической типизации [1], зоны взаимодействия вод реки и озера могут состоять из четырех основных частей: устьевого участка реки, дельты, эстуария и устьевой зоны озера. Области, в состав которых входит дельта или эстуарий, целесообразно называть дельтовыми или эстуарными соответственно. Во многих устьях рек одновременно находятся и дельта, и эстуарий — они образуют сложные комплексы, в которых главным морфологическим элементом может быть как первый, так и второй объект. Такие устья подразделяют на эстуарно-дельтовые (где главный элемент — эстуарий, а в нем уже формируется дельта) и дельтово-эстуарные (когда дельта — главный элемент, а эстуарий образован в ее водотоках или проточных водоемах). Те устьевые области, в которых нет ни дельты, ни эстуария называют простыми.

Устьевые области рек большой питающей провинции по морфологическому строению представлены четырьмя типами. К простым относится устье реки Турка. Устьевая область реки Баргузин — эстуарного типа, здесь смешение речных и озерных вод происходит в глубоко вдающемся в сушу Баргузинском заливе. Река Верхняя Ангара имеет дельтово-эстуарную устьевую область, к дельте примыкает эстуарий — крупная устьевая лагуна (залив) Ангарский Сор, отделенная от озера низким песчаным береговым баром Ярки. Дельта Верхней Ангары относится к так называемым дельтам выполнения заливов. Устьевая область Селенги — дельтового типа с дельтой выдвижения на открытом отмелом взморье (прибрежная зона) со свалом глубин. Дельта — это сформированная в результате литодинамических процессов часть устьевой области реки, включающая верхнюю, подверженную руслоформирующей деятельности речного потока, толщу устьевого конуса выноса реки и надводную аллювиальную сушу, обычно имеющую сложную, изменчивую гидрографическую сеть и специфический «дельтовый» ландшафт. Собственно дельты, без признаков эстуария, типичны для рек, впадающих во внутренние моря и озера, не подверженные влиянию приливов, к которым и относится Селенга.

Малую питающую провинцию озера составляют в основном малые реки, устья которых выделены по морфологическому строению в три типа. Семь устьевых областей рек малой питающей провинции относятся к простому, столько же — к дельтовому, а еще две — к эстуарно-дельтовому типу. Устье р. Анга — эстуарно-дельтового типа, в вершине эстуария формируется дельта выполнения. Эстуарно-дельтовая устьевая область Большой Речки имеет эстуарий — лагуну Малый Посольский Сор, к которому примыкает дельта реки, относящаяся к классу дельт выполнения. Устьевые области рек дельтового типа представлены дельтами выдвижения с разной степенью выдвинутости в озеро.

Эстуарий — составная часть устьевых областей некоторых рек. Это полузамкнутая система водных объектов, хотя бы периодически сообщающаяся с озером. В эстуариях действуют общие для всей системы процессы смешения речных и озерных водных масс. На Байкале эстуарии присутствуют в устьях четырех рек — Анги, Большой Речки, Верхней Ангары и Баргузина. В соответствии с типизацией В.Н. Михайлова [1], по главным признакам (морфологическому и генетическому) эстуарии подразделяются на три типа: речные, лагунные и морские. В каждом типе выделяется несколько подтипов в соответствии с особенностями протекающих в эстуариях гидролого-морфологических процессов. К типу лагунных и подтипу собственно лагунных относятся эстуарии Верхней Ангары и Большой Речки. Происхождение и формирование таких эстуариев связаны преимущественно с волнением и движением наносов в прибрежной зоне, благодаря которым в устьях сформировались аккумулятивные образования (береговые бары, косы), отчленяющие лагуны от озера. Собственно лагунные эстуарии похожи на небольшие мелководные озера, вода в которых хорошо перемешивается ветровым волнением, а сами они относительно свободно сообщаются с открытым озером через промоины в береговых барах и косах. Основное отличие лагунных эстуариев от эстуариев других типов состоит в том, что гидролого-морфологические процессы в них так или иначе связаны с динамикой аккумулятивных форм, отделяющих эти объекты от озера.

К эстуариям морского (а для Байкала — озерного) типа относятся устья рек Баргузин и Анга, впадающих в крупные заливы. В них зона смешения речных и морских (озерных) водных масс происходит в основном в привершинной части, которую и следует считать эстуарием. Отличительные особенности морских эстуариев — их тесная связь с основным водоемом и относительно слабое влияние на них речного стока. Морские эстуарии условно разделены на три подтипа [1]: собственно морские (обычно в устьях средних и больших рек), фьордовые ириасовые² (в устьях малых рек). К собственно морскому (озерному) подтипу по всем морфогенетическим признакам и особенностям протекающих в нем гидролого-морфологических процессов относится Баргузинский залив — эстуарий в устье реки Баргузин. Риасовый эстуарий реки Анга, как и все эстуарии этого подтипа, имеет значительно вытянутую вдоль своей оси форму.

 

Эстуарии разных типов и профили поперечного сечения рельефа их дна (красной стрелкой показаны положения линий профилей) рек Анги (вверху), Баргузина (в центре) и Верхней Ангары.

Следует заметить, что, хотя различия между типами и подтипами эстуариев велики, их определение не всегда бывает легким. Связано это как со сложностью морфологического строения устьевых областей рек, так и с возможностью перехода эстуария в процессе развития из одного подтипа в другой.

Устьевые области рек Байкала развиваются в условиях новейшего тектонического процесса, частых в Байкальской рифтовой зоне землетрясений, искусственной регуляции уровня воды в озере, глобального потепления климата и его региональных проявлений, а также возрастающей рекреационной нагрузки на ландшафты береговой зоны. Эти факторы приводят к переформированиям в устьях рек и береговой зоне Байкала, влияя на режим озера.

Установлено, что на Байкале самыми распространенными типами устьевых областей рек могут считаться дельтовый и простой. В устьях больших и средних рек озера осаждается около 60—90% речного материала. Дельтовые области, по предварительным данным, задерживают в своих пределах больше речных наносов, чем простые.

Современное состояние устьев рек, впадающих в Байкал, характеризуется: связанными с изменением стока воды и наносов переформированиями, подтоплением и отступанием дельт, уменьшением количества дельтовых рукавов, размыванием береговых баров, увеличением акваторий эстуариев и усилением водообмена между ними и озером. Изменения процессов в устьях рек обусловлены как природными, так и антропогенными факторами, которые в разных районах бассейна Байкала проявляются по-разному и с различной интенсивностью.

Изучение устьевых процессов, выявление факторов, влияющих на эти процессы и вносящих изменения в их динамику, а также оценка масштабов изменений в устьях необходимы для анализа и прогноза состояния устьевых областей байкальских рек в целях рационального природопользования и охраны экосистем как устьев, так и самого озера.

Потемкина Т.Г.

кандидат географических наук

старший научный сотрудник Лимнологического института СО РАН (Иркутск)

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Проект 11-05-00140. 

¹ Подробнее об этой природной катастрофе можно прочитать в статье «Исчезающий остров Байкала» (Природа. 2011. №5. C.32-38).

² Риасы — затопленные речные долины неледникового происхождения в горных областях [1].

Литература

1. Михайлов В.Н., Горин СЛ. Новые определения, районирование и типизация устьевых областей рек и их частей — эстуариев // Водные ресурсы. 2012. Т.39. №3. С. 243 — 257.

2. Атлас Байкала. М., 1993.

3. Власова Л.К. Речные наносы бассейна озера Байкал. Новосибирск, 1983.

4. Уфимцев Г.Ф., Потемкина Т.Г., Сковитина ТМ. и др. Геометрические рисунки берегов озера Байкал // География и природные ресурсы. 2009. №4. С. 56—62.

5. Потемкина Т.Г. Тенденции формирования стока наносов основных притоков озера Байкал в XX веке и начале XXI столетия // Метеорология и гидрология. 2011. Т.12. С. 63 — 71.

6. Потемкина Т.Г., Ярославцев НА, Петров ВА. Гидролого-морфологические особенности устьевой области р.Верхняя Ангара // Водные ресурсы. 2012. Т.39. №4. С. 367 — 376.

7. Лисицын А.П. Маргинальные фильтры и биофильтры Мирового океана // Океанология на старте XXI века. М., 2008. С. 159—224.

8. Лисицын А.П. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакоплении в морях и океанах. М., 1988.

9. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М., 1983.

10. Потемкина Т.Г. Литодинамика прибрежной зоны озера Байкал. Автореферат дисс.… канд. геогр. наук. Иркутск, 2000.

11. Потемкина Т.Г., Фиалков ВА. Баланс наносов в дельте Селенги и их распространение в Байкале // Водные ресурсы. 1993. №6. С. 689—692.