Многоканальные русла реки Брахмапутра, Бангладеш. Источник: Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center
Географы наконец выяснили, почему некоторые реки образуют один канал, а другие делятся на множество переплетённых потоков. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Science, могут изменить подходы к планированию борьбы с наводнениями и восстановлению рек.
«Вопрос о том, что заставляет реку быть одноканальной или многоканальной, почти так же стар, как и сама геоморфология», — говорит доцент Вамси Ганти, старший автор исследования из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
«Мы обнаружили, что реки образуют несколько каналов, если они размывают свои берега быстрее, чем откладывают наносы на противоположных берегах», — добавляет ведущий автор доктор Остин Чедвик. «Это приводит к тому, что канал расширяется и разветвляется со временем».
Ганти, Чедвик и соавтор доктор Эван Гринберг отслеживали эрозию и отложения, которые происходили на берегах 84 рек по всему миру. Они проанализировали 36 лет (1985–2021) глобальных спутниковых снимков с помощью алгоритма обработки изображений.
Алгоритм, изначально разработанный для отслеживания движения частиц на лабораторных фотографиях жидкости, был адаптирован для отслеживания положения каналов в поймах рек.
Они обнаружили, что в одноканальных реках эрозия и отложения уравновешены. В результате ширина канала остаётся постоянной, что позволяет ему формировать извилистые пути с широкими изгибами.
В многоканальных реках наносы, размытые с берегов, повторно откладываются на дне реки. Этот дисбаланс приводит к тому, что река расширяется, и образуются острова и отмели, которые разделяют отдельные каналы.
Такая динамика возникает, когда реки находятся в «устойчивом состоянии» — не растут и не сокращаются.
«Дело не в том, что многоканальные реки в среднем получают больше воды. Они по-прежнему переносят одинаковое количество воды с течением времени, но делают это, постоянно меняя размер отдельных потоков», — говорит Ганти.
Влияние географических факторов
Различные географические факторы влияют на баланс между отложением наносов и эрозией на берегах рек, что объясняет, почему одноканальные и многоканальные реки часто встречаются в разных условиях. Например, многоканальные русла способствуют более высокому расходу воды, более грубому наносу и более крутым склонам.
Модели каналов формируют риски наводнений, эрозионные опасности и экосистемные услуги для более чем 3 миллиардов человек, населяющих речные коридоры по всему миру.
«Растёт признание того, что многие реки исторически переходили от многоканальных к одноканальным моделям после вмешательства человека (например, строительство плотин, обвалование, добыча наносов, расчистка и удаление коряг, развитие сельского хозяйства)», — пишут авторы.
«Устойчивое управление реками на основе природных факторов направлено на восстановление рек до их естественных моделей каналов, но успех этих многомиллиардных усилий зависит от понимания причин формирования моделей каналов, особенно там, где до вмешательства человека модели каналов неизвестны».
Команда разработала формулу для определения того, какой ширины коридор требуется данной реке для возвращения в естественное состояние, сколько времени это займёт и вернётся ли она в одноканальное или многоканальное состояние.
Они обнаружили, что ширина и время восстановления сильно различаются между одноканальными и многоканальными реками. Одноканальной реке требуется примерно в 10 раз больше пространства и времени для восстановления по сравнению с многоканальной рекой с такой же мощностью потока (количеством энергии, которое поток имеет для эрозии и перемещения наносов).
Эти выводы помогут в реализации проектов по развитию инфраструктуры и восстановлению рек.
«Учёные, инженеры и менеджеры по водным ресурсам исторически отдавали предпочтение одноканальным каналам при восстановлении, смягчении последствий стихийных бедствий, ландшафтном дизайне и исследованиях», — пишут авторы.
«Это связано с опасностями широко распространённой боковой эрозии вдоль многоканальных каналов, которую мы определяем как механистическую причину их формирования. Несмотря на эти риски, чрезмерная эрозия может способствовать восстановлению речных экосистем.
«Решения по восстановлению на основе природных факторов, такие как удаление дамб, более эффективны для многоканальных каналов, которым требуется меньше времени и пространства для восстановления своей модели каналов. Наши выводы указывают на многообещающее будущее для восстановления на основе природных факторов в экологически богатых, исторически многоканальных речных коридорах».