Сток взве́шенных нано́сов, масса выносимых рекой твёрдых частиц неорганического и органического происхождения, находящихся во взвешенном состоянии в водном потоке, за какой-либо период времени (месяц, сезон, год и т. д.). Необходимое условие устойчивого взвешивания частицы в потоке – превышение вертикальной пульсационной составляющей скорости потока над гидравлической крупностью частицы.

Формирование наносов

Исходным продуктом формирования наносов являются мелкий и крупный обломочный материал горных пород, частицы почвы, остатки растительного и животного мира. Основные источники поступления наносов в реки – эрозия поверхности водосборов (склоновая и овражная), зависящая от эродирующей способности стекающих по поверхности вод и от противоэрозионной устойчивости почв и грунтов водосбора, и русловая эрозия, выражающаяся в размыве русловыми водными потоками коренных пород, дна и берегов русел и склонов долин. Склоновая эрозия развивается как результат размыва и смыва с поверхности частиц почвы и горных пород талыми весенними и дождевыми водами. При овражной эрозии происходит процесс размыва подстилающей поверхности водами временных водотоков, сопровождающийся образованием и дальнейшим развитием малых эрозионных форм рельефа – борозд, балок и оврагов.

Наносы, поступающие в реки, представляют собой смесь частиц разного размера, определяемого их геометрической крупностью, совокупность значений которой в процентном соотношении даёт представление о гранулометрическом составе взвешенного материала. Наиболее мелкие частицы, как правило, являются продуктами склоновой эрозии поверхности водосбора, тогда как более крупные фракции поступают при овражной и русловой эрозии.

Количественная оценка стока взвешенных наносов

Сток взвешенных наносов напрямую связан с водным стоком рек. Для его количественной оценки в первую очередь путём прямых полевых или косвенных измерений определяют мутность воды. Через произведение мутности на расход воды в реке можно рассчитать расход взвешенных наносов – массу твёрдых частиц, проходящих через поперечное сечение реки в единицу времени (г/с или кг/с). Сток взвешенных наносов определяется, как правило, за какой-либо период времени (год, сезон, месяц, сутки и т. п.). Для этого предварительно производят осреднение мутности воды за интересующий интервал времени и рассчитывают сток наносов через произведение осреднённой мутности (г/м³) на объём стока воды (м³) за расчётный период, равный произведению расхода воды на продолжительность периода в секундах. В окончательном варианте величина стока наносов обычно выражается в тоннах.

Мутность поступающей в русло воды тем больше, чем интенсивнее поверхностный сток и смыв твёрдых частиц с поверхности водосбора; таким образом, во время прохождения половодья и паводков мутность воды сначала возрастает, затем уменьшается. Поэтому бо́льшая часть стока взвешенных наносов проходит именно в эти фазы водного режима, причём на большинстве средних и крупных равнинных рек максимум расхода наносов по времени несколько опережает наибольший расход воды. На малых реках, наоборот, происходит отставание максимума мутности от пика половодья, поскольку начало половодья развивается при замёрзшей поверхности земли, трудно поддающейся размыву.

Поступление наносов в реку и их перенос потоком также существенно зависят от геометрической крупности наносов. На малых реках максимумы содержания мелких и более крупных наносов совпадают, а на больших – не совпадают, поскольку в формировании пика половодья участвует вода, поступающая в русло с различных участков водосбора, а значит, стекавшая по его поверхности в разные моменты времени, соответствующие различной интенсивности поверхностного стока и степени размыва поверхности водосбора. Наибольшее содержание мелких частиц на больших реках приурочено к подъёму половодья, когда в реке проходит вода, поступившая с ближних участков водосбора в момент наиболее интенсивного поверхностного стока, обильно насыщенная наносами. К моменту наступления максимальных расходов воды средняя геометрическая крупность наносов за счёт русловой эрозии заметно возрастает, а на спаде снова уменьшается.

По поперечному сечению реки взвешенные наносы распределены неравномерно, наиболее ярко это проявляется на участках, подверженных интенсивному размыву. Обычно наблюдается увеличение мутности ко дну, в основном за счёт средних и более крупных по размеру частиц. Чем мельче наносы, тем равномернее они распределяются по сечению. По ширине реки мутность незначительно возрастает к середине потока.

Вдоль потока вниз по течению происходит постепенное уменьшение крупности наносов, происходящее как вследствие уменьшения уклонов и связанных с ними скоростей течения, так и вследствие истирания наносов при их перемещении. В целом количество переносимых потоком наносов увеличивается от истока к устью. Нарушение этой закономерности может быть связано с частичным осаждением взвешенных наносов на пойме в половодье и паводки, в протоках и дельтах рек, а также в водохранилищах.

Дноуглубление и добыча строительных материалов, прокладка трубопроводов, строительство различных гидротехнических сооружений и переходов через реки приводят к значительному увеличению мутности и, соответственно, стока взвешенных наносов.

Сток взвешенных наносов рек России

Объём стока взвешенных наносов может изменяться в широких пределах в зависимости от средней мутности воды и определяющих её физико-географических условий, в которых протекает река. В пределах Европейской части России, например, наименьшая мутность воды, около 10–50 г/м³, характерна для рек лесной зоны. Это территория с большой увлажнённостью, сглаженным рельефом, значительной заболоченностью, большим количеством озёр и лесными подзолистыми почвами. В южном направлении мутность воды увеличивается до 50–150 г/м³ в чернозёмных областях с неустойчивым увлажнением и переходом от лесной к лесостепной растительности (Среднерусская возвышенность), достигая 500 г/м³ и более в южных степных районах, характеризующихся малой влажностью почв, а сами почвы представляют собой слабоустойчивые к размывам глинистые, лёссовые и суглинистые чернозёмы и каштановые почвы Среднерусской, Приволжской и Калачской возвышенностей, на юго-востоке переходящие в солончаки. Исключительно высокая мутность рек Кавказа (Терек, Сунжа, Аргун, Гудермес и др.) и широкие пределы её изменения определяются прежде всего большими уклонами местности, бурным течением рек, ливневыми выносами наносов и интенсивностью денудационных и эрозионных процессов, вызывающих обрушение и размывы крутых склонов речных долин.

На горных реках в районах, сложенных легкоразмываемыми отложениями, во время ливней большой интенсивности, бурного снеготаяния или вследствие других причин (например, прорыва горного озера) часто проходят сели – грязекаменные водные потоки, содержание взвешенной фракции в которых может изменяться от 10 до 70–80 % от общей массы, а вынос твёрдого материала одного селя может варьировать от менее чем 10 тыс. до более чем 1 млн м³ (Перов. 2012).

Мутность рек Сибири и Дальнего Востока незначительна (до 150 г/м³), за исключением горной части Алтая, южной части Приморья, бассейнов рек Яна и Индигирка, где мутность воды увеличивается до 500 г/м³. Основными факторами, обусловливающими небольшую мутность, являются: значительные залесённость и заболоченность территории, устойчивость пород Среднесибирского плоскогорья и вечная мерзлота. Тем не менее, благодаря многоводности и значительным скоростям течения, сибирские реки обладают огромной транспортирующей способностью, поэтому при незначительной мутности выносят в приёмные водоёмы большой объём наносов, достаточный для формирования обширных дельт в их устьях.

На сток взвешенных наносов оказывают значительное влияние хозяйственная деятельность человека на водосборе (опосредованное воздействие) и непосредственное преобразование русел рек (прямое воздействие). К преобразованию поверхности водосбора, увеличивающему сток наносов, относят сведение лесов, распашку земель, горные работы, изменение исходного рельефа. Прямое воздействие на русла рек, приводящее к сокращению стока наносов, оказывают строительство водохранилищ, водозабор и регулирование стока. Так, например, среднегодовой объём стока взвешенных наносов на посту Дубовка (ныне нижняя часть Волгоградского водохранилища) оценивался в 1934–1953 гг. в 18,5–25,5 млн т (Шамов. 1954). После создания Волжского каскада водохранилищ он сократился более чем вдвое (Устьевая область Волги … 1998). В вершине дельты Волги сток взвешенных наносов составляет теперь 7,3 млн т. Сток взвешенных наносов Кубани ниже Краснодарского гидроузла, построенного в 1973 г., уменьшился с 8,51 млн т/год в 1929–1948 гг. до 2,12 млн т/год через 30 лет (Иванов. 2008). На Дону, по данным наблюдений в станице Раздорская, среднегодовой объём взвешенных наносов сократился с 4–5 млн т в 1934–1950 гг. до 1,7 млн т в 2024 г. В отдельные маловодные годы он уменьшается до 0,3–0,4 млн т. Наибольший объём стока проходит, как и прежде, весной; тем не менее заметно вырос зимний сток наносов. Сток взвешенных наносов Оби в условиях регулирования в районе Новосибирска уменьшился с 14 до 4 млн т/год, а средняя годовая мутность – с 247 до 71 г/м³ (Вострякова. 1975). Средний годовой сток взвешенных наносов Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС сократился почти в 20 раз – с 7,25 до 0,345 млн т. При этом доля взвешенных наносов в весенний период уменьшилась почти в два раза, а в осенний и зимний возросла в 14 и 25 раз по сравнению с естественными условиями.

Современные оценки стока взвешенных наносов крупнейших рек России (таблица 1) позволили получить уточнённые величины потоков твёрдого материала в омывающие Россию моря. Подсчитано, что арктические реки РФ выносят в Северный Ледовитый океан около 122 млн т/год, реки бассейна Тихого океана – 81,8 млн т/год. Сток в Балтийское море заметно скромнее – 2,3 млн т/год, а в Чёрное и Азовское моря – 14,7 млн т/год. Из области внутреннего стока в Каспийское море ежегодно попадает около 33,6 млн т взвешенных наносов. До строительства каскадов ГЭС и зарегулирования стока эта величина была в два раза больше – около 60 млн т/год.

Сток взвешенных наносов в Мировой океан

Многочисленные оценки объёма взвешенных наносов, выносимого в Мировой океан реками, проводившиеся в 20 в. разными исследователями, имеют довольно большой разброс величин – от 8 до 51 млрд т, бо́льшая часть которых находится в диапазоне от 15 до 22 млрд т/год (Walling. 1996). По современным уточнённым представлениям, среднегодовой сток взвешенных наносов с континентов в Мировой океан составляет 19,2 млрд т/год (Milliman. 2011), причём ⅔ этого объёма поступает с территории Юго-Восточной Азии и Океании, Северной и Южной Америки (таблица 2).

По современным оценкам, на большинстве крупных рек водохранилищами перехватывается более 75 % речных наносов, на некоторых из них (например, реки Нил и Колорадо) – до 100 %, а объём ежегодно аккумулирующихся в водохранилищах взвешенных наносов, по разным оценкам, составляет от 10 (Anthropogenic sediment retention. 2003) до 25 млрд т (Walling. 2008).