УДК 556.535.6; 556.166
В.И.Крыленко, И.В.Крыленко, В.В.Крыленко, Е.В.Дзагания
О РОЛИ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В
ОБРАЗОВАНИИ И СТОКЕ ТВЕРДЫХ НАНОСОВ ГОРНЫМИ РЕКАМИ
Донецк 2005 г. УКРАИНА ООО <ЭКОТЕХНОЛОГИЯ>
В условиях неоднородных ландшафтных и иных характеристик
горных стран и большой изменчивости водного режима рек
отмечается и разнообразие стока твердых наносов - разнодисперсных
частиц горных пород. Хотя степень его изученности еще недостаточна
для глубоких обобщений, сведения об источниках и факторах
образования наносов и режиме их стока на малых горных реках
весьма важны с различных точек зрения. Роль физико-
географических факторов в образовании и стоке твердых наносов
рассмотрена в данной работе на примере рек трех горных регионов:
Западного Тянь-Шаня, Северо-Западного Кавказа и Украинских
Карпат.
Из всего многообразия факторов Т.В.Гусева с соавт. выделили сле-
дующие их группы [1]: 1) физико-географические (рельеф, климат,
выветривание, почвенный покров); 2) геологические (состав горных
пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия); 3) фи-
зико-химические (химические свойства элементов, кислотно-
щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод
и катионный обмен); 4) биологические (деятельность растений и жи-
вых организмов); 5) антропогенные или экономико-географические (все
факторы, связанные с деятельностью человека).
Природные (физико-географические) факторы весьма разно-
образны, как и сама природа. Многие из них при соответствую-
щих условиях могут служить источниками и причинами образо-
вания и стока наносов горными реками, определяя характер, сте-
пень и масштабы последствий различных процессов и явлений Их
можно подразделить на активные и пассивные, прямые (непосредст-
венные) и косвенные, а также комбинированные. Из всей совокуп-
ности факторов, определяющих характер, направленность, интен-
сивность, степень и масштабы образования и стока наносов гор-
ными реками, можно выделить следующие виды комплексных
факторов, приуроченных к территории водосборного бассейна (с
учетом их видов, генезиса, места и времени действия и характера
проявления последствий): тектоника и геологическое строение;
геоморфологические и климатические условия; почвенно-
растительный покров; склоновые процессы и явления (эоловые, ни-
вальные, флювиальные, лавинные, селевые, оползневые, осыпные,
обвальные, денудационные, эрозионные и др.); гидрологический ре-
жим и русловые процессы постоянных и временных водотоков. Всё
их многообразие можно рассматривать по двум факторно-
генетическим зонам: 1) в зоне площадного развития (где проис-
ходит образование (генерация), накопление и перемещение нано-
сообразующих материалов); 2) в руслах и в прирусловой зоне
рек и временных водотоков (где происходит сток всех видов на-
носов, а также обработка, переотложение и образование новых
наносов).
Исходя из этого, дана характеристика и оценка физико-
географических факторов, как источников и причин образования и
стока твердых наносов горными реками.
1. Тектонические, геологические и геоморфологические условия формиро-
вания рельефа и речной сети в водосборном бассейне исследуемой террито-
рии
Геологические условия и геоморфологическое строение территории во-
досборов и речных долин в первую очередь определяют петрографический,
минералогический и фракционный состав и физико-химические свойства
материалов, поступающих в речную сеть с бортов долин, приносимых при-
токами и вскрываемых при размыве подстилающих горизонтов русел рек и
временных водотоков. От них зависят условия и темпы эрозионных процес-
сов, русловых деформаций, размеры, формы, продольный и поперечный
профиль долин, уклоны и условия формирования русел водотоков.
Конфигурация горных хребтов, их высота и ориентация по
отношению к влагонесущим воздушным потокам определяют степень
развития гидрографической сети.
Долины основных рек обычно заложены по синклинальным
прогибам, осложненным в последующем тектоническими разломами
разного масштаба, характера и направления, обусловившими
основные очертания долин и места впадения рек, стекающих со
склонов гор, что определило динамику и морфологию местности и
особенности выноса наносов. Например, южный макросклон Северо-
Западного Кавказа представляет собой горную страну со сложным
сочетанием положительных и отрицательных структур,
испытывающих неравномерное общее поднятие. Район рассечен
системой разрывных нарушений; преобладающими здесь являются
надвиговые и всбросо-надвиговые разломы, способствующие
развитию узких врезанных долин в условиях сжатия впадин.
0сновные линии раэломов ориентированы параллельно имеющимся
тектоническим структурам. Изменения рельефа за четвертичное
время в результате колебаний климата, периодических оледенений и
тектонических поднятий обусловили широкое распространение
террасированных долин рек; в последующее время в результате
периодического ускорения и замедления врезания русел, изменения
водности рек и количества поступающих в них наносов в долинах
образовалось серии террас. Глобальные, региональные и локальные
горообразовательные процессы создали здесь основу, фон, под
продолжающимся воздействием которого протекают все процессы на
поверхности суши и дна моря. Тектонические подвижки земной коры,
разнообразные поднятия, опускания, надвиги, прогибы, разломы и т. п.
процессы определили общие очертания, абсолютные и относительные
высоты местности, что в свою очередь определило характер,
направленность, масштабы и интенсивность протекания остальных
природных процессов. Абсолютные высоты определяют температурные,
инсоляционные и др. условия протекания физических, физико-химических
и биохимических процессов выветривания и денудации горных пород.
Тектонические образования определили общие направления и
интенсивность развития рельефа местности, поверхностного стока воды и
перемещения твердых материалов. Совместно с направленностью горных
складок и экспозицией склонов они существенно влияют на микроклимат в
различных зонах и участках местности, а в сочетании с геологическими
условиями определяют грунтово-почвенный и растительный покров, что в
свою очередь определяет возможности и условия для хозяйственной
деятельности человека (то есть, для возникновения и проявления
антропогенных факторов). Современные движения земной коры здесь
весьма активны и носят дифференцированный характер. В некоторых
случаях участки стабильны, но на большей части побережья имеются
все признаки новейшего поднятия берегов [2]. Поднятие Большого
Кавказа продолжается, при этом Черное море и побережье России
выполняют роль буфера между движущимися жесткими плитами;
прослеживается закономерность разгрузки стрессовых напряжений
регистрируемыми 3-4-балльными землетрясениями, а для серьезных
напряжений нет благоприятных условий, поэтому ожидать
землетрясений повышенной (выше 7) балльности нет оснований (за
последние 120 лет тут произошло 8 семибалльных, 48 шести- и
пятибалльных и около 200 четырех- и трехбалльных землетрясений)
[3]. Интенсивные тектонические движения способствуют развитию
оползней и мощных потоков осадочного материала вниз по склону в
подводных долинах в их приустьевых областях. Влияние
землетрясений на процессы образования разнодисперсного материала
проявляется в сейсмогенных обвалах и в усилении выноса в реки
обломочного материала в результате активизации склоновых
процессов.
С точки зрения возможного воздействия на процессы образования
разнодисперсного обломочного материала для пояса низкогорного
расчлененного рельефа характерно меньшее (по сравнению с более
высокими поясами) распространение скальных обнажений, более
сглаженные формы рельефа, наличие на водосборах довольно мощно-
го чехла рыхлообломочных отложений различного происхождения,
меньшая глубина расчленения рельефа, хотя на значительных про-
странствах встречается и глубокое расчленение (до 500м) и крутизна
склонов (до 30-45о и более). Значительную роль здесь играют физико-
химическое выветривание и делювиальный смыв, широко распро-
странена овражно-селевая деятельность (развитие сети периодически
действующих водотоков и горных оврагов, а также оползневые про-
цессы, особенно характерные для участков долин с антропогенным
воздействием. Здесь, как правило, запасов рыхлообломочного мате-
риала недостаточно для развития полноценных селей и более харак-
терны селеподобные явления, возникающие за счет размыва покров-
ных пород и вовлечения материала оползней и оплывин с крутых
склонов.
Особенностями геологического строения района является разнооб-
разие горных пород как по возрасту, так и по литологическому соста-
ву. Роль горных пород как рельефообразующих и наносо-образующих
факторов определяется их плотностью, прочностью, устойчивостью к
выветриванию, размыву и смыву.
Важными признаками флиша (горной породы, наиболее
характерной для Северо-Западного Кавказа и Украинских Карпат)
являются ритмичное распределение в нем обломочного материала,
наличие горизонтов глыбовых брекчий и отложений подводных
оползней; в образовании флиша наблюдается ясно выраженная
периодичность. Породы флишевой формации сильно и разнообразно
дислоцированы; многочисленные складки со значительным наклоном
крыльев или даже запрокинутые, определяют самые различные углы,
под которыми плоскость обрыва срезает пласты флиша; основные
складки осложнены вторичными. Пласты флиша резко меняют свое
простирание и падение. Устойчивость флишевых пород против
действия эрозии и абразии в общем невелика [4].
Обломочные породы, в основном алевролиты и песчаники,
образуют обычно сравнительно маломощные прослои в основании
флишей и именно в их текстуре наиболее четко проявлена типичная
для флиша градационная слоистость [2]. Из пород, не играющих
существенной роли в строении флишевой толщи, следует отметить
встречающиеся иногда тонкие (сантиметровые) прослои пепла и кила,
т.е. монтмориллонитовой глины. При насыщении последних влагой
их присутствие в береговых обнажениях может способствовать
разрушению обрывов, создавая горизонты скольжения для
вышележащих пород и их оползания или обваливания к подножию
обрыва. Отложения терригенного флиша легко выветриваются, давая
как обломки, так и суглинки и поставляя обломочный материал в
прирусловую зону. Отложения известкового флиша отличаются
селективным выветриванием. Хотя известняки и мергели и самые
прочные породы флиша, мощность элювиального чехла на них может
достигать 2-3м, а в зонах дробления до - 10м [2]. Скорость
выветривания обнажений весьма значительна: в Карпатах за три
летних месяца масса разрушенной породы в глинистом флише
составила от 9 до 69кг с 1м2.
Четвертичные отложения широко распространены на Западном
Тянь-Шане, Северо-Западном Кавказе, в Украинских Карпатах; они
почти сплошным слоем (мощностью до 1-10м на склонах и водораз-
дельных хребтах и до 10-30м в долинах) покрывают более древние от-
ложения; в их состав входят конгломераты, пески, мелкозем. Среди
четвертичных отложений по генезису выделяются аллювиальные, де-
лювиальные, пролювиальные, делювиально-пролювиальные, обваль-
ные, оползневые и др. Элювиальные отложения (продукты выветри-
вания горных пород, оставшиеся не перемещенными, на месте их об-
разования) расположены по водораздельной части хребтов. Делювий
(отложения, накопившиеся в результате склонового смыва) развит
очень широко, он покрывает коренные породы на склонах хребтов. В
его состав входят глины, пески, обломки камней и большие глыбы,
перемещенные вниз по склону путем смыва дождем и талыми водами,
гравитационного сползания под действием силы тяжести. Пролювий
(отложения временных водотоков и селей) характерен малой сортиро-
ванностью, редко встречающейся слоистостью, плохой окатанностью
обломочного материала. Пролювиальные отложения обычно пере-
крывают аллювиальные, они развиты в предгорьях и по периферии
долин рек. Аллювиальные отложения заполняют русловую и поймен-
ную части неселевых рек и их притоков. Они представлены валунно-
галечным материалом с гравийно-песчаным и суглинисто-песчаным
заполнителем. Встречаются и обломки размером 0,2-0,3м, реже - до
0,7-1м. Оползневые отложения развиты на делювиальных склонах до-
лин.
Процесс образования наносов (валунов, гальки, гравия, песка и
др.) можно представить так. Первоначально происходит откалывание
обломков от материнской породы в результате действия экзогенных
процессов. После откалывания начинается транспортировка облом-
ков, что и является началом изменения первичной формы, получен-
ной при откалывании. Материал перемещается по руслу реки или при
движении по урезу воды вдоль берега. Галечные отложения инте-
грально характеризуют процессы на территории речных водосборов и
на побережье. На коэффициент формы галек оказывают влияние дли-
на русла реки, уклон речного профиля, геологическое строение бас-
сейна, степень его залесенности, распаханности и т. п., наличие осы-
пей, обвалов, обнаженных склонов, как источников крупнообломоч-
ного материала. Важную роль играют степень переуглубления речных
долин и мощность погребенного под дном реки запаса аллювиальных
отложений, которые также дают поступление материала наносов [5].
Таким образом, начиная от момента образования обломка породы и кончая
формированием пляжа на берегу моря, постоянно происходит измельчение
горных пород (и других материалов), причем этот процесс определяется в
основном геологическими и геоморфологическими условиями водосборно-
го бассейна района [6].
2. Грунты и почвенно-растительныыый покров в водосборном бассейне
Как один из основных элементов внешней среды почва и подсти-
лающие породы (подпочвы и грунты) оказывают большое влияние на
образование наносов; от типа почвы и ее химического состава зависит
растительность местности. В ХХ веке сильно возросло загрязнение
почвы химическими и радиоактивными веществами, содержащимися
в атмосферных выбросах и других отходах промышленности, энерго-
установок, транспорта. Важным источником загрязнения почвы стали
стойкие пестициды, применяемые в сельском и лесном хозяйствах.
Изменяют природный химический состав почвы минеральные удоб-
рения. Почва используется для удаления, обезвреживания и утилиза-
ции (как удобрение) образующихся в населенных пунктах жидких и
твердых отбросов, которые обычно содержат патогенные микроорга-
низмы и яйца гельминтов - опасных для здоровья людей биологиче-
ских загрязнителей, поступающих из почвы в воздух и водную среду.
Органические вещества почвы служат питательным субстратом для
патогенных микроорганизмов и личинок насекомых, являющихся пе-
реносчиками инфекций; загрязненная почва может служить местом
массового выплода мух, а патогенная микрофлора может поступать из
нее в открытые водоемы и подземные воды и заражать их, откуда сле-
дует огромное профилактическое значение системы мероприятий по
санитарной охране почв от загрязнения патогенными возбудителями,
химическими и радиоактивными веществами [7].
Влияние грунтов, почвообразования и растительности на процессы
образования, удержания, накопления и стока наносов можно оценить
в основном как воздействие факторов, определяющих интенсивность,
состав и массу стока взвешенных и растворенных наносов с водосбо-
ров. Структура, физико-химические и водные свойства подстилающих
грунтов и почв обусловливают гидрологическое значение грунтово-
почвенного покрова, его водопроницаемость и водозадерживающие
способности, от которых зависят размеры поверхностного стока, ис-
парения, питания подземных вод. Почва является одним из климато-
образующих факторов. Тепловой режим почвы оказывает влияние на
тепловые свойства приземного слоя воздуха, что в свою очередь может
оказывать влияние на состав и количество смыва и дефляции ве-
ществ из почвы в окружающую среду. Грунты и почвы являются по-
средником между климатическими и гидрологическими явлениями.
Они поглощают из атмосферы влагу, удерживают ее, распределяют
между разными фитоценозами, подземными и поверхностными вода-
ми. Оптимальная структура речного стока наблюдается при высокой
водопроницаемости и низкой водозадерживающей способности почв и
грунтов.
Важное влияние на водно-физические свойства почв и грунтов
оказывают растения и их сообщества (фитоценозы) путем механиче-
ского и биохимического воздействия биомассы и корневой системы
трав, кустарников, деревьев. Корневая система кустарников и деревь-
ев состоит из множества корней, которые проникают в грунт во мно-
гих направлениях на различную глубину (иногда на десятки метров).
После отмирания корней образуются пустоты, которые обуславлива-
ют значительную водопроницаемость почв.
Из растительного покрова наибольшая водоохранная и регулирующая
роль в жизни малых водотоков принадлежит лесу. Лес, влияя на степень
снегозадержания, снеготаяния и на водоотдачу от ливней, а также на ско-
рость стекания воды по поверхности водосбора, тем самым влияет на вод-
ный режим реки, снижает максимумы паводков, увеличивает их продолжи-
тельность, способствует переводу части поверхностного стока в подземный,
защищает почвы и грунты от эрозии, а реки - от заиления. Влияние леса
возрастает, если лесистые и открытые участки чередуются. Гидрогеологи-
ческая роль леса неоднозначна и зависит от физико-географических и грун-
тово-геологических условий, но в целом влияние леса на ресурсы стока во-
ды оценивают позитивно. В.В.Рахманов (1962) подсчитал, что увеличение
лесистости водосбора на 10% дает прирост стока воды на 12-17 мм/год;
весьма важна роль леса в защите от разрушения берегов рек, особенно во
время половодий и паводков - лесные насаждения замедляют скорость по-
токов воды, защищают припойменные участки от разрушения, предотвра-
щают сползание грунта, развитие оврагов, обнажение коренных пород [8].
На характере растительного покрова сказываются особенности
распределения осадков, температур и рельефа.
В геоморфологическом и биоклиматическом отношении в горах выде-
ляют специфические провинции, а структура грунтово-почвенного покрова
характеризуется ярко выраженной вертикальной зональностью (хотя еще в
1965г. М.А.Голубец с соавт. (см. [8]) отметили, что современный раститель-
ный покров в основном отображает не природные закономерности своего
формирования, а степень его освоенности человеком), но при этом сохра-
няются черты, обусловленные принадлежностью к почвенно-
климатическим областям.
Можно выделить следующие особенности:
а) на склонах южной экспозиции более характерны обнажения, су-
хие степи, редколесье и заросли кустарников, перемежающиеся с уча-
стками горной степи (в наиболее увлажненных местах луго-степи) на
горных коричневых почвах, зачастую сильно смытых в верхних час-
тях склонов и намытых в нижних;
б) на склонах северной экспозиции в целом слой почвы значитель-
но лучше развит, почвы более развиты и больше увлажнены, сравни-
тельно реже встречаются обнажения и сухие степи.
Показатель лесистости верховий водосборных бассейнов многих малых
горных рек Северо-Западного Кавказа и Украинских Карпат близок к
100%, но заметно снижен в нижней зоне (вследствие вырубки лесов, за-
стройки и распашки земель).
По данным О.В.Чубатого (1966) и С.В.Трохимчука (1968) (см. [8]) в мо-
лодом лесу даже при катастрофических ливнях (123мм в сутки) практиче-
ски нет поверхностного стока; в теплый период спелый лес (соответственно
буковый и еловый) задерживает 42-49% осадков, а в холодный период ель
задерживает 32% и бук 15%. Коэффициент поверхностного стока (Кпс) в
спелом лесу увеличивается по мере возрастания угла наклона (крутизны)
склонов (J); Кпс=0,002 при J=11о; Кпс=0,033 при J=21о; Кпс=0,042 при J=32о. На
пастбищах Кпс=0,5-0,6 при J>=5 о и Кпс=0,67 при J=24о.
Таким образом, состояние растительного покрова оказывает значитель-
ное влияние на величину поверхностного стока воды, от чего зависят ин-
тенсивность и масштабы смыва взвешенных и растворенных веществ.
Кроме того, отдельные виды растений могут служить непосредственным
источником загрязнения водной среды цветочной пыльцой, пухом (одуван-
чик, тополь и др.), обломками древесины и др.
3. Климатические условия
Режим и общие черты процессов образования, удержания, накоп-
ления и перемещения наносов неодинаковы в районах с разным кли-
матом, причем, как фактор этих процессов климатические условия
следует рассматривать с нескольких точек зрения:
1) как совокупность различных природных явлений, обуславли-
вающих режим атмосферы в многолетнем плане;
2)- как совокупность постоянно действующих факторов, оказы-
вающих существенное влияние на разрушение коренных и осадочных
горных пород и процессы образования и перемещения наносов;
3) как конкретные кратковременные метеоусловия, вызывающие
паводки с резко повышенными расходами воды, взвешенных наносов
и площадным смывом взвешенных и растворенных веществ;
4) как конкретные относительно кратковременные метеоусловия,
способствующие возникновению опасных природных или природно-
антропогенных явлений (лавин, оползней, обвалов, селей и др.), прямо
или косвенно влияющих на процессы образования, удержания, накоп-
ления и перемещения наносов.
Климатические условия определяют особенности и характер выветри-
вания и разрушения коренных горных пород. В верних зонах гор с холод-
ным климатом, с частыми резкими изменениями температуры и влажности
воздуха преобладает физическое выветривание, что приводит к накопле-
нию крупнокускового материала с небольшим количеством мелких, глини-
сто-пылеватых частиц. В нижних высотных зонах с более теплым и влаж-
ным климатом горные породы подвержены более глубоким химическим и
биохимическим изменениям, в результате которых образуются новые ми-
нералы, среди которых глинистые играют основную роль.
Основными метеорологическими показателями, определяющими
характер погоды и существенно влияющими на протекание процессов
образования и перемещения наносов, являются температура воздуха,
количество и интенсивность атмосферных осадков (особенно режим
жидких осадков и резкие изменения температур, с частым заморажи-
ванием и оттаиванием воды в трещинах и порах горных пород, повы-
шающими скорость их разрушения). Например, в горных условиях
наибольшие объемы стока воды и наносов приходятся на время ве-
сеннего половодья и разносезонных паводков, размеры и длитель-
ность которых зависят от режима жидких осадков и температур в пе-
риод снеготаяния. Резкий подъем температуры вызывает таяние снега
одновременно на разных высотах, что часто вызывает селевые павод-
ки, выносящие значительные количества глинистых и грязевых ма-
териалов и преобразующие русла и поймы рек. При этом имеют зна-
чение как многолетние, так и внутригодовые и внутрисуточные коле-
бания метеоусловий. В горных районах распределение температур оп-
ределяется главным образом высотой местности над уровнем моря, а
также экспозицией склонов и формами рельефа. В верхней зоне гор
формируется климат с повышенным увлажнением, нежарким летом,
многоснежной зимой и теплой осенью. Значительные колебания вы-
сот, ориентации долин, экспозиции склонов и сложность рельефа обу-
словили резкие изменения температурного режима в разных речных
долинах и даже в разных частях одних и тех же, сравнительно не-
больших по размерам водосборов малых рек. Радиационные и цирку-
ляционные условия нередко обеспечивают относительно высокие
среднегодовые температуры воздуха в долинах, защищенных горными
хребтами от холодных масс воздуха, поступающего с севера.
Как для Западного Тянь-Шаня, так и для Северо-Западного Кавка-
за и Украинских Карпат, в режиме осадков наблюдаются большие ко-
лебания, обусловленные совместным влиянием Атлантики, Сибири и
Средней Азии, а также большими относительными перепадами высот
местности, достигающими сотен и тысяч метров. В районах и долинах
с благоприятной ориентацией по направлению к влагонесущим воз-
душным массам, количество осадков может быть в несколько раз
больше, чем в соседних долинах, отгороженных высокими хребтами.
Высотная зональность, разнообразие и сложность рельефа ведут к за-
метным внутренним отличиям инсоляционного и температурного ре-
жимов, определяющих продолжительность периода снегонакопления,
интенсивность снеготаяния и стока воды и наносов. Распределение
осадков изменяется в зависимости от высоты местности, ориентации
склонов и местоположения долин. В периоды высокой водности коли-
чество осадков за отдельные месяцы может в несколько раз превы-
шать среднемноголетние значения, что может быть обусловлено час-
тыми ливневыми дождями, нередко отличающимися исключительной
интенсивностью - свыше 1,5-2 мм/мин (иногда до 5мм/мин и выше) и
до 30-100 мм за ливень). На Западном Кавказе и Украинских Карпатах
ливни бывают десятки раз в году; продолжительность дождей бывает
от нескольких минут до нескольких суток непрерывно, в связи с чем
гидрологический режим рек характерен наличием многочисленных
паводков. На западном побережье Кавказа (до 30-40 паводков в год),
это обусловило высокую активность эрозионно-аккумулятивных и
связанных с ними оползневых и обвально-осыпных процессов в при-
русловых зонах большинства рек [2].
В загрязненной атмосфере реакция дождевых вод становится ки-
слой (рН=3,5-4,5), но в случае действия кислотных дождей на почвен-
ную систему важна роль общего количества выпадающих осадков, ко-
торое способствует закислению почвы, усиливает коррозию и вывет-
ривание
минералов, определяет скорость ионообменных процессов [9].
4. Склоновые процессы и явления
Преобладающие современные экзогенные факторы, процессы и
явления в развитии рельефа, в образовании и стоке наносов на гор-
ных реках - площадной смыв грунта, овражная эрозия, паводки, селе-
вые потоки, заболачивание, оползни, обвалы, осыпи, лавины, денуда-
ция и выветривание пород. эрозионно-аккумулятивная работа рек и
временных водотоков. Процессы площадного развития представлены
в основном оползнями, обвалами, осыпями, селями, лавинами, глав-
ным фактором активизации которых является режим атмосферных
осадков. Оползневые и эрозионные явления, являются одним из глав-
ных поставщиков материала для образования селей, усиливают ли-
нейную эрозию и плоскостной смыв мелкозема и поставку его в реч-
ные системы. Склоны той или иной крутизны представляют собой
наиболее распространенный элемент рельефа и занимают наиболь-
шую площадь горных районов. К склонам приурочена значительная
доля пахотных угодий, активная хозяйственная деятельность на кото-
рых стимулирует развитие эрозионных процессов. Так как эта дея-
тельность изменяет сложившееся равновесие между рельефом и пре-
образующими его процессами, то склоновые территории, обладающие
в естественных условиях большим запасом эрозионной стойкости,
часто превращаются в области интенсивной денудации с эрозионной
стойкостью, значительно ниже критической, в связи с чем, заметную
роль могут играть денудационные, эрозионные, эоловые, флювиальные и
др. явления и процессы.
4.1. Лавины
Влияние лавин на интенсивность и масштабы образования и стока на-
носов проявляется в основном косвенно - путем выноса больших масс
снега и обломочного материала со склонов гор в долины, поймы и
русла рек, что может непосредственно деформировать русло и изме-
нять режим стока рек.
В годы с мощным (до 2-3м) снежным покровом сход лавин приоб-
ретает массовый характер. Степень влияния на процессы образования и
стока наносов определяется не столько количеством и частотой схода лавин
и объемом их выносов, сколько доступностью русел рек для воздействия
лавин.
При достижении мощным лавинным выбросом русла реки обычно
образуются завальные перемычки, перегораживающие русло и соз-
дающие временные подпрудные озера, что в свою очередь приводит к
формированию отмелей из наносов, отлагающихся выше (от запруды)
по течению и к усиленному размыву русла ниже по течению мощным
потоком воды после прорыва запруды (образуется мощная волна, значи-
тельно деформирующая русло реки и выносящая большие количества
взвешенных веществ, обломочного и др. материала и остатков древесины;
нередко при этом формируется селевый поток).
Реже бывают мощные лавинные выносы (для этого, как правило,
требуются большие уклоны лавиносбросных лотков и значительное
содержание скальной массы в лавинном выносе), которые, обрушив-
шись с большой скоростью и под большим углом атаки в русло реки,
образуют выбоины глубиной до нескольких метров, с выбросами ру-
слового аллювия объемом от десятков до тысяч кубометров.
Лавины сходят в основном в феврале-марте, они обычно возника-
ют вследствие срыва со склонов и гребней снежных <досок> и <карни-
зов>. Влажные лавины, сходящие в начале весны, движутся по грунту
или смешанным путем и выносят наибольшее количество обломочного
материала, особенно когда лавины сходят по руслам водотоков (с вер-
ховьев водосборов) и увлекают большое количество обломочного ма-
териала и древесных остатков. Вся эта масса при движении по руслу
водотока увлекает все новые и новые неустойчивые участки склонов,
обрушивает крутые высокие берега, срезает лес. На конусе выноса на-
капливается значительная масса твердого материала, которая покры-
вает дно долины. Из-за таких заторов и заломов иногда возникают па-
водки селевого характера.
4.2. Селевые явления
На формирование русла и снабжение его твердыми материалами с ши-
рочайшим диапазоном крупности фракций (от долей микрона до несколь-
ких метров в поперечнике) существенное влияние оказывают селевые яв-
ления. Сель - это горный поток, состоящий из воды и рыхлообломочных
пород. От обычных водотоков сели отличаются кратковременностью дей-
ствия, внезапностью возникновения, очень большой разрушительной мощ-
ностью потока, большим количеством перемещаемых продуктов разруше-
ния горных пород и значительным содержанием в них очень мелких фрак-
ций. Если в обычных постоянных и временных горных водотоках содержа-
ние твердых материалов обычно не превышает 1% объема потока, то в се-
левых потоках оно составляет от 10-15% до 60-70%, что обусловливает ог-
ромную разрушительную силу селей, динамические параметры которых
вследствие больших расходов, скорости движения и плотности селевой мас-
сы значительно выше, чем у самых мощных неселевых потоков [10]. Это
определяет качественно отличную от обычных горных потоков структуру
селевых потоков и механизм их действия. Селевые явления представляют
характерную особенность режима многих горных рек, временных водото-
ков и сухих русел.
Большинство селей формируется летом, при совпадении ливня и бурно-
го таяния снега, при ливневых дождях, при длительных обложных дождях.
Во всех случаях для образования селя необходимо достаточное количество
рыхлообломочного материала, залегающего на склоне или в тальвеге при
значительных уклонах (то есть в состоянии неустойчивого равновесия) и
приходящего в движение при взаимодействии с водой.
Распространенность селей, их характеристики, частота и интенсивность
зависят от гидролого-климатических и геолого-морфологических условий
водосборов рек. Развитие селевых явлений зависит от интенсивности про-
цессов разрушения горных пород, слагающих склоны гор, и накопления ис-
ходных продуктов. Литологический состав пород, слагающих склоны, оп-
ределяет не только количество, состав и мобильность продуктов выветри-
вания, но в значительной степени и форму склонов. Разрушительное дейст-
вие селевых потоков приурочено в основном к сужениям долин; область
питания и в то же время и область разгрузки селевых потоков приурочены
к расширениям долин. Сужения долин часто соответствуют осям антикли-
нальных складок (которые продолжают свое развитие), выходам более
стойких пород, зонам надвигов, что усиливает на таких участках интенсив-
ность донной эрозии и способствует образованию узких долин. Расширения
долин приурочены к выходам менее стойких пород, к зонам тектонических
нарушений, к участкам, отстающим в поднятии. Таким образом, на разви-
тии селевых явлений сказывается вся история горной страны, основные
этапы которой зафиксированы в наличии поверхностей выравнивания,
речных террас, ступенчатости склонов и др. элементов рельефа, задержи-
вающих перемещение продуктов выветривания по склонам и способст-
вующих их накоплению. Особенно опасно усиление современной геологиче-
ской деятельности в прирусловой части селевых водосборов, заложенных в
флишевых породах, где рыхлый материал может легко вовлекаться в селе-
вый поток. Литологический состав пород, слагающих склоны, определяет
не только количество, состав и мобильность продуктов выветривания, но в
значительной степени и форму склонов. Сопоставление карт литологиче-
ского состава и типов селевых паводков свидетельствует о тесной зависи-
мости типов селевых паводков от литологии пород. В флишевых местно-
стях в связи с относительно малой устойчивостью флишевых пород и нали-
чием благоприятных условий для их разрушения, обычно скапливается
большое количество материала, пригодного для вовлечения в селевый по-
ток, поэтому развитие селевых явлений не так четко зависит от интенсив-
ности процессов разрушения горных пород склонов и накопления исходных
продуктов, как это имеет место во многих других селевых районах. Селевые
потоки обычно переносят материал, подготовленный процессами выветри-
вания, и материал, ранее переотлагавшийся делювиальными, пролювиаль-
ными, аллювиальными и оползневыми процессами, и только в сравни-
тельно небольших масштабах они непосредственно захватывают породы,
слагающие склоны. М.М.Соседко с соавт. считают, что в Карпатах частые
ливневые дожди и паводки смывают рыхлообломочный материал и выно-
сят в долины ручьев и рек, поэтому его количество на водосборах ограни-
ченно и преобладают водокаменные сели, а грязевые и грязекаменные бы-
вают редко и связаны они с оползнями и плывунами [11].
Перемещение продуктов выветривания и денудации со склонов в таль-
веги может проходить в виде оползней, оплывин, осовов, обвалов, осыпа-
ния, плоскостного смыва, солифлюкции (вязко-пластического течения про-
таивающих переувлажненных почв и тонкодисперсных грунтов на пологих
(2-15о) склонах) и т. д.
Среди факторов, обусловливающих селевые явления, выделяются: рез-
кая расчлененность бассейнов горных рек, наличие крутых склонов, значи-
тельные уклоны русел, слабая денудационная стойкость флишевых пород,
значительная мощность отложений рыхлых материалов на склонах, рас-
пространенность безлесных участков, большой поверхностный сток. Селе-
вую опасность усиливают: 1)преобладание водосборов с крутыми склонами
площадного стока, 2)пересечение водными потоками обвально-осыпных
склонов, 3)возрастание количества обломочного материала за счет площад-
ного смыва, усиленного вырубками леса. Из антропогенных причин отме-
чены не только вырубки леса в прошлом, но и отсыпка отходов карьеров.
Различия в величине бассейнов сказываются незначительно на их активно-
сти.
Выделяются три группы селевых очагов: денудационные, гравитацион-
ные и водно-аккумулятивные. Они распространены, как правило, в узкой
полосе водосбора, непосредственно примыкающей к руслу. Денудационные
характерны для участков свежих лесосек и небольших пространств, ли-
шенных растительности (в основном выше границы леса). Гравитацион-
ные очаги объединяют разнотипные оползни в коренных породах и в делю-
вии. По размеру и положению оползни разделяют на крупные, локальные и
мелкие срывы, протягивающиеся вдоль селеопасных русел. Оползневые и
осыпные рыхлообломочные грунты быстро размокают, теряют связность и
легко вовлекаются в селевый поток. Водноаккумулятивные очаги обычно
представлены пролювиальными скоплениями в тальвегах и конусах выно-
са боковых потоков.
Преобладают сели малой мощности (до 10-20тыс.м3). Конусы выноса се-
лей формируются в водоемах, в русле реки (где обычно сразу размываются),
на суше. Селевые отложения состоят в основном из плохо отсортированного
материала с заметным содержанием глинистых пылеватых фракций, тогда
как в русловых отложениях их практически нет.
4.3. Оползневые, обвальные и осыпные явления
В прирусловых зонах многих горных рек развиты эрозионно-
аккумулятивные и связанные с ними оползневые и обвально-осыпные
процессы, активность которых обусловлена водным режимом рек.
Оползневые процессы весьма характерны для Сочинского района, где
естественная пораженность составляет 30-40% территории, иногда до-
ходя на некоторых участках до 60-90% при площадной активности
оползней около 50%, а в отдельные, наиболее влажные годы - до 70%.
Пораженность эрозией в отдельных долинах рек достигает 50-70% их
протяженности (при скорости боковой эрозии низких террас до не-
скольких десятков м в год). С продвижением на северо-запад средняя
оползневая пораженность несколько снижается, что объясняется
уменьшением количества атмосферных осадков и изменением гидро-
логических характеристик рек. В зонах развития мел-палеогенового
флиша (Анапско-Геленджикский район) средняя пораженность
оползнями составляет всего 1-5% [2].
Оползнями считают смещения масс горных пород вниз по склону
под влиянием силы тяжести, возникающие вследствие подмыва скло-
на, переувлажнения (особенно при наличии чередования водоупорных
и водоносных пород), сейсмических толчков и др. воздействий.
В зависимости от типа деформаций склона (откоса), механизма и
масштабности их проявлений, инженерно-геологических условий
склона, нагрузок и воздействий на него, различают следующие типы
оползневых проявлений [12].
а) Оползни скольжения характерны для склонов, сложенных слои-
стыми породами с выраженной плоскостью скольжения, сложенной
ослабленными породами и наклоненной в сторону смещения. Причи-
нами нарушения устойчивости склона в данном случае являются:
подъем уровня грунтовых вод, возрастание фильтрационного давле-
ния на породы, расположенные выше плоскости смещения, уменьше-
ние прочности породы по плоскости деформирования (смещения).
б) Оползни выдавливания возникают на склонах с близким к гори-
зонтальному залеганием слоев, когда в основании под относительно
прочными породами залегают более слабые глинистые грунты, в ко-
торых под воздействием напряжений от веса вышележащей толщи
пород, зданий, сооружений и т. п. разрушаются структурные связи и
развивается ползучесть.
в) Оползни вязкопластические формируются на склонах, сложен-
ных породами, прочность которых снижается при увлажнении, дина-
мическом воздействии и т.д. Такие породы под воздействием веса,
давления и др. факторов смещаются по кровле более прочных подсти-
лающих пород как вязкопластическое тело.
г) Сложные оползни представляют собой сочетание различных ти-
пов простых оползней.
д) Обвал - гравитационное движение пород вследствие потери
прочности, выветривания и естественного откоса, происходящее на
крутом склоне, угол наклона которого больше угла естественного от-
коса, и характеризующееся обрушением и опрокидыванием блоков
пород.
е) Вывалы - отчленение отдельных блоков пород по трещинам
вследствие потери прочности, нарушения сцепления и пр.
ж) Осыпь - гравитационное перемещение (постепенное скатыва-
ние, скольжение и осыпание) пород по склону, угол наклона которого
больше или близок к углу естественного откоса.
и) Обвалы-оползни - отделение массива пород склона, начинаю-
щееся с обрушения и опрокидывания блоков пород и заканчивается
впоследствии оползанием.
к) Оползни-обвалы - отделение массива пород склона, начинаю-
щееся оползневым смещением отдельных блоков пород, которое затем
переходит в обвал.
Различают две категории факторов, влияющих на состояние скло-
на.
I. Факторы, определяющие напряженное состояние пород склона:
высота и крутизна склона, подрезка склона вследствие антропоген-
ных воздействий, абразия, эрозия, пригрузки верхней части склона
(свал грунта, устройство зданий, сооружений и т. п.), наличие подзем-
ных потоков грунтовых вод, мощность и градиент фильтрационного
потока, сейсмическое и вибрационное воздействие на породы склона и
др.;
II. Факторы, формирующие прочностные характеристики пород
склона: вид, структура и текстура пород отдельных слоев, строение
склона, наклоны и раздробленность пластов, сопротивление сдвигу
пород в пласте.
Равновесие действующих в склоне напряжений нарушается либо в
результате воздействия факторов первой категории, повышающего
напряженное состояние пород, либо под влиянием факторов второй
категории, вызывающих уменьшение прочностных характеристик
пород, или вследствие одновременного воздействия факторов обеих
категорий.
Причинами нарушения устойчивости склона (как главными, так и
второстепенными) могут быть [12]:
- геологическое строение склона, характер напластования пород и
их прочностные свойства;
- гидрогеологические условия, величина повышения уровней или
пьезометрических напоров подземных вод, а также их связь с антро-
погенными воздействиями;
- изменение химического состава подземных вод, вызывающее из-
менение структурной прочности грунтов;
- изменение прочности пород вследствие выветривания, суффози-
онные явления (выщелачивание и вынос мелких минеральных час-
тиц потоками грунтовых вод, фильтрующихся в толще горных пород)
в подножии склона на участке высачивания фильтрационного потока;
- влияние сейсмических процессов;
- экспозиция склона, геоморфологические особенности его поверх-
ности и др.;
- особенности изменения крутизны склона и нагрузок на склон,
величину и скорость подрезки основания склона в результате абразии,
эрозии, а также в процессе строительных работ;
- дополнительные нагрузки на склон вследствие складирования
грунта, строительства зданий, сооружений и т. д.
Обвально-осыпные явления приурочены и распространены на
склонах высокой крутизны (круче 30-40о), где отслаиваются флиши,
сланцы, песчаники и др. горные породы различных свит. Наиболее
сильная раздробленность горных пород (а, следовательно, и их пред-
расположенность к разрушению) бывает в зонах региональных разло-
мов. Распространенность реликтовых каменных россыпей и осыпей
особенно усиливает обвально-осыпные явления в местах вырубок леса
- на таких склонах возобновление лесного покрова становится невоз-
можным или очень длительным. В целом обвалы встречаются срав-
нительно реже оползней, большей частью в долинах малых рек и вы-
зываются или обусловлены в основном антропогенной деятельностью
(взрывные работы, устройство карьеров, прокладка дорог и т. п.).
Размеры каменного материала в осыпях колеблются от 1-1,5м до
0,5-3см. В долинах горных рек осыпные процессы являются источни-
ком накопления рыхлообломочного материала и могут стать одной из
причин возникновения селей. В очень редких случаях оползневая мас-
са образует плотину с постоянным озером. Осыпи, обвалы и нагромо-
ждения крупнообломочного материала большей частью расположены
за пределами русел водотоков и могут заметно вовлекаться в процес-
сы образования и стока наносов, как правило, при посредстве грави-
тационных процессов, лавин, селей и др. явлений. Обширное развитие
осыпей может приводить к полному прекращению русловой деятель-
ности или образованию подавленного русла (так называемые <доли-
ны-курумы>, характерные для Тянь-Шаня). На крупных реках в рай-
онах выходов к руслу обвально-осыпных участков происходит либо
оттеснение русла с образованием вынужденных излучин (скорость по-
ступления материала больше скорости выноса), либо систематическая
аккумуляция наносов.
Обширному развитию обвально-оползневых явлений способствуют
активные тектонические процессы и сейсмические колебания. Здесь
оползневые явления весьма распространены, особенно на делювиаль-
ных склонах и в долинах водотоков в Туапсинском и Сочинском рай-
онах; тут оползни связаны со структурно-литологической зонально-
стью и приурочены делювиально-пролювиальным отложениям, зале-
гающим на мелкоритмичном флише с преобладанием глинистых
сланцев. Широкому развитию оползневых явлений способствует гли-
нистый флиш, мягкие очертания склонов, развитый делювиальный,
суглинистый покров. Оползневые цирки и очаги приурочены к вер-
ховьям балок с постоянным водотоком и к нижним, более крутым
склонам. В отдельных бассейнах оползневые склоны приурочены к
глинистым разновидностям флиша и часто расчленены потоками и
оврагами, являясь источником питания селей [2]. Обращает на себя
внимание тот факт, что во многих водосборах оползни сходят со скло-
нов, сплошь покрытых богатой растительностью (древесной, кустар-
ником, разнотравьем). В то же время очень высока оползневая актив-
ность и на склонах с бедной растительностью и сильно эродированной
поверхностью.
Характерная особенность многих оползневых явлений с точки зре-
ния влияния на интенсивность и масштабы стока наносов проявляется в
основном косвенно - путем выноса больших масс грязевого и обло-
мочного материала со склонов гор и бортов долин в поймы и русла
рек, что может непосредственно деформировать русло и изменять ре-
жим стока рек, увеличивая образование и вынос наносов. Для области
тонкоритмичных флишевых образований характерно развитие ополз-
ней-оплывин; размеры оплывших масс достигают сотен метров по
фронту и в глубину и до 10тыс.м3 по объему. Оползневые тела, конусы
выноса, обнажения рыхлых пород, врезы в них во многих случаях
преобразуют, загромождают, иногда перегораживают русло и пойму,
поставляют в них лессовые, суглинистые, обломочные материалы,
являются очагами образования наносов, создают предпосылки воз-
никновения селей. При полном перегораживании русла оползневой
массой возможно образование недолговечных подпрудных озер; при
последующем прорыве дамбы мутность воды в реках возрастает до 30-
50кг/м3, может образоваться селевый поток.
4.4. Линейная (овражная, струйчато-ручейковая) склоновая эрозия
Одними из важнейших факторов образования наносов являются
линейная (овражная) и поверхностная (струйчатая и ручейковая)
склоновая эрозия и смыв. Основоположником теории эрозии почв и
происхождения оврагов считают В.В.Докучаева, открывшего и обос-
новавшего эволюционный ряд <овраг-речная долина>; он рассматри-
вал овраги как саморазвивающуюся эрозионную форму рельефа, су-
ществовавшую до появления человека. Линейная водная эрозия и
размыв поверхностей проявляются в образовании промоин на по-
верхности грунтовых дорог и их обочин, просек, площадок и др. обна-
жений (как природных, так и антропогенных). Масса и состав фрак-
ций, поступающих в гидрографическую сеть вследствие линейной
эрозии, определяются площадью обнажений и скоростью углубления
рытвин за счет размыва, которая в свою очередь зависит от уклона
поверхностей, свойств слагающих их материалов, количества и ин-
тенсивности водных осадков и потоков. Дождевые и талые воды, миг-
рирующие по поверхности склонов (особенно распаханных), выщела-
чивают химические элементы и разрушают почвенный покров. В за-
висимости от формы склона, происходит либо поверхностный смыв
почв, либо размыв почв и почвообразующих пород. И смыв, и размыв
сопровождаются огромным выносом твердой фазы в гидрографиче-
скую сеть. Судить об экологических последствиях эрозионных процес-
сов в том или ином регионе, опираясь лишь на данные модуля смыва,
было бы затруднительно, поскольку модуль смыва - величина весьма
динамичная - при прочих равных условиях она зависит от количества
и режима атмосферных осадков, запаса влаги в почве, типа снеготая-
ния, эрозионной стойкости почв, грунтов и др. факторов. Исследова-
ния А.А.Танасиенко с соавт. [13] показали, что, начиная с капельного
стока и до того момента, пока кинетическая энергия потока не будет
достаточной для отрыва и транспортировки отдельных частиц, талые
воды чистые. Как только поток воды запасет достаточное количество
энергии, в поверхностных водах обнаруживается то или иное количе-
ство взвешенного материала. Чем выше кинетическая энергия потока
и чем на большую глубину оттаяла почва, находящаяся в переувлаж-
ненном состоянии и поэтому характеризующаяся ничтожной эрозион-
ной стойкостью, тем значительнее мутность талых вод. В начале стока
мутность талых вод варьирует в пределах 0,1-3 кг/м3 и лишь в отдель-
ные годы возрастает до 7 кг/м3. В середине стока, когда кинетическая
энергия потока максимальна, мутность такой воды достигает 50-70
кг/м3 и в конце стока, когда происходит сброс накопившейся в грун-
товом слое избыточной воды, становится адекватным началу стока.
Мутность вод определяется не только кинетической энергией потока,
но и снежностью гидрологического года, глубиной промерзания поч-
венной толщи, запасами холода в профиле почв, а также интенсивно-
стью весенних процессов.
Линейная эрозия наиболее интенсивно проявляется в местностях с
определенным сочетанием климата и рельефа. Известно
(В.В.Докучаев, 1883), что скорость денудационных процессов, образо-
вания промоин и оврагов, а также масса и состав фракций, посту-
пающих в гидрографическую сеть вследствие эрозии, определяются
площадью обнажений и скоростью углубления рытвин за счет размы-
ва, которая в свою очередь зависит от наклона земной поверхностей,
свойств слагающих её пород, вида, количества и интенсивности вод-
ных осадков, от мощности и энергии стекающих с неё потоков талых и
ливневых вод. Эта энергия пропорциональна уклону и стоку воды,
который зависит от площади водосборного бассейна. Начальная ста-
дия выражается в образовании на поверхности склона линейной эро-
зионной промоины (рытвины) глубиной до 0,3-0,5м, а потом происхо-
дит ежегодное углубление ее и постепенное формирование продольно-
го и поперечного профиля оврага. Необходимо отметить, что широко
распространенное мнение о сдерживавании и замедлении роста овра-
гов лугово-степной растительностью и лесом не отражает сущест-
вующей действительности для оврагов, находящихся в стадии роста
посредством водобойного колодца. Это обусловлено тем, что глубина
водобойного колодца, как правило, намного превышает глубину про-
никновения основной массы корней трав и деревьев; подмывание
стоящих на краю водобойного колодца деревьев вызывает их падение
вниз с одновременным разрушением корнями упавшего дерева значи-
тельного участка почвенно-растительного покрова вокруг водобойно-
го колодца, тем самым способствуя дальнейшему росту оврага [13].
Овраги обычно прорезают наиболее крутые участки склонов до-
лин рек, логов, уступов террас, причем в каждом отдельном случае
размыв склона обусловлен моментом наибольшей эродирующей спо-
собности водного потока. Величина прироста оврагов зависит, прежде
всего, от гранулометрического состава прорезаемых оврагом почв и
пород, от площади водосбора а также от интенсивности и количества
стока воды.
В устьях склоновых оврагов обычно формируются обширные ко-
нусы выноса, на поверхности которых ежегодно откладывается боль-
шая часть разрушенных рыхлых пород, выносимых из оврага водным
потоком. Поэтому приустьевая часть продольного профиля тальвега
оврага ежегодно постепенно выполаживается и имеет наименьший
уклон, тем самым косвенно помогая стабилизации склонов. Вынос
рыхлых пород сокращается с увеличением площади задернения скло-
нов и днищ оврагов. При полном задернении количественно и качест-
венно изменяется рост оврагов - происходит резкое сокращение выно-
са мелкозема и переход процессов ускоренной линейной и плоскостной
эрозии в медленные процессы геологической денудации.
4.5. Поверхностный смыв
Поверхностный (площадной, плоскостной) смыв частиц почвы,
подпочвы, грунтов, горных пород и др. материалов является частным
случаем проявления эрозионных процессов на земных поверхностях.
Он осуществляется по нескольким направлениям:
а) с задернованных склонов с естественной луговой и степной рас-
тительностью (смыва частиц почти нет);
б) с залесенных склонов;
в) со свежих лесосек;
г) пастбищная эрозия (одна из форм антропогенной эрозии почв) -
выдувание, смыв и размыв почв и подпочв в результате ослабления
дернины (травяного покрова) под воздействием вытаптывания и вы-
едания травы скотом при перевыпасе: 1) с пастбищ с ненарушенной
дерниной; 2) с пастбищ с нарушенной дерниной;
д) с территории пахотных земель;
е) с приусадебных и дачных участков, огородов и т.п.;
ж) с урбанизированных территорий (смыв пыли, грязи, мусора с
поверхности дорог, тротуаров, площадей, дворов и т.п.);
з) с поверхности естественных и антропогенных обнажений горных
пород и др.
Во всех случаях масса смыва с соответствующей территории опре-
деляется её площадью и модулем смыва, который в свою очередь за-
висит от наклона поверхностей, свойств слагающих их и смываемых
материалов, количества и интенсивности водных осадков и потоков;
существенную роль играет последующее удержание смытого материа-
ла, зависящее от рельефа местности, наличия, величины и распреде-
ления выемок и др. отрицательных элементов рельефа, от наличия и
состояния растительного покрова и др. факторов.
Вопросы теории и практики поверхностного смыва хорошо прора-
ботаны и подробно изложены во многих публикациях (см., например,
[13]).
4.6. Процессы выветривания и денудации горных пород
Особенности твердого стока рек во многом обусловлены условия-
ми выветривания горных пород, слагающих водосборный бассейн.
Наносы в водотоках в основном формируются поступлением по склонам
гор обломочного материала, образующегося преимущественно за счет раз-
рушения коренных горных пород (процессы выветривания и денудации), а
также за счет поступления в русла других отложений.
Как известно из геологии, выветривание - это процесс механическо-
го разрушения и химического изменения горных пород и минералов в
условиях земной поверхности и приповерхностных слоёв литосферы,
происходящий под влиянием различных атмосферных агентов (осад-
ки, ветер, сезонные и суточные колебания температуры воздуха, воз-
действие на породы кислорода, углекислоты и др.), грунтовых и по-
верхностных вод, жизнедеятельности растительных и животных орга-
низмов и продуктов их разложения. Основные его виды - физическое,
химическое, биологическое выветривание; выделяют также солевое,
морозное и своеобразный тип выветривания - почвообразование. Раз-
личные его виды обычно действуют одновременно, но, в зависимости
от состава и строения горных пород, характера рельефа, особенностей
климата и растительности, преобладает тот или иной вид выветрива-
ния; природные условия определяют также его интенсивность и ско-
рость. Результат выветривания - образование своеобразных форм
рельефа, различных типов коры выветривания, некоторых осадочных
пород, многих полезных ископаемых и в том числе и материала нано-
сов.
Скальные горные породы по-разному подвержены процессам
выветривания (в зависимости от их происхождения, возраста, водно-
физических свойств, содержания мелкозема и др.). Наиболее сильные
изменения в минералогическом составе испытывают магматические и
метаморфизованные породы; у осадочных пород эти изменения менее
значительны. При выветривании пород важное значение имеют
содержащиеся в их составе малоустойчивые минералы и размеры
кристаллов. Крупнокристаллические интрузивные породы разрушаются
быстрее, чем мелкокристаллические или аморфные эффузивные породы.
Процессами денудации (сносом и переносом гравитацией (под действием
силы тяжести), водой, ветром, снегом, льдом и др.) продукты разрушения
горных пород удаляются от места образования и переносятся в пониженные
участки местности, в том числе и в поймы и русла водотоков.
Скорость денудации составляет (мм/год) [14]: гнейсы - 5; граниты
крупнозернистые - 3-4; граниты мелкозернистые -0,1; мраморы - 1,7; слан-
цы кристаллические - 6-10; аргиллиты - 12-14; известняки - 21. Размеры и
формы обломков зависят от петрографического состава пород и раз-
меров отдельностей в массиве. При выветривании мергели распада-
ются на плоскую щебенку, глинистые сланцы образуют тонкие пла-
стинки и плитки. Форма обломков песчаников зависит от состава их
цемента; песчаники с глинисто-известковым цементом рассыпаются
до состояния песка. У подошвы склонов, сложенных кварцитами, ска-
пливаются крупные глыбы, размеры и форма которых зависят от ха-
рактера трещиноватости, а при дальнейшем разрушении образуется
остроугольный щебень. Порфиры (характерные вертикальной тре-
щиноватостью) распадаются на глыбы и обломки параллелепипедои-
дальной формы. Граниты вначале распадаются по трещинам на от-
дельные глыбы, затем на щебень и дресву. Габбро и диабазы дают об-
ломки сравнительно мелких размеров.
По податливости смыву породы относят к трем группам: 1) устойчивые
(интрузивные породы; эффузивные породы в прослаивании с осадочными;
известняки, глинистые сланцы, песчаники, алевриты, сланцы девонского
возраста); 2) предрасположенные к разрушению породы: песчано-
глинистые, песчано-конгломератные и некоторые виды песчаников; 3) лег-
ко разрушающиеся и легко смываемые; этот тип объединяет породы чет-
вертичной свиты и представлен одной группой: песчано-глинистыми поро-
дами, галечниками, лессами и лессовидными суглинками.
В верхней пригребневой зоне высоких (тысячи м н. у. м.) горных
хребтов преобладают процессы физического выветривания - растрес-
кивание и разрушение обнаженных горных пород на обломки разной
величины в результате резких колебаний температуры (инсоляцион-
ное дневное нагревание сменяется быстрым ночным охлаждением),
периодической смены увлажнения и высыхания (а в холодное время -
и замерзания воды в трещинах и порах пород). В нижней зоне гор, а
также на покрытых растительностью участках преобладают процессы
химического (под воздействием кислорода, СО2, солей, кислот, щело-
чей, содержащихся в водных средах - воздухе, воде, почвах, горных
породах) и биохимического (связанных с жизнедеятельностью орга-
низмов) выветривания, чему способствуют довольно высокие темпе-
ратуры и увлажненность среды.
Для верхних участков водосборов и истоков малых рек более ха-
рактерны процессы высокогорного физического выветривания гор-
ных пород и нивальные процессы, что местами выражается в преоб-
ладании стока воды под слоем обломочного материала, при почти
полном отсутствии влекомых и очень малом стоке взвешенных нано-
сов (что характерно для Западного Тянь-Шаня). Ниже по течению
больше выражена залесенность водосборов малых горных рек (что
более характерно для Северо-Западного Кавказа и Украинских Кар-
пат), что, в свою очередь, обусловило захламление участков русел не-
которых рек обломками древесины. На Кавказе аргиллиты, глини-
стые песчаники и рассланцованные мергели выветриваются особенно
хорошо, создавая мощные очаги селеобразования, причем разовый
вынос селя может колебаться от 0,5 до 4 млн. м3; при этом мергельный
материал образует в основном каменно-грязевые или грязекаменные
сели, в то время как известняки дают в большей степени водно-
каменные потоки [2].
4.7. Эоловые процессы и явления
Эоловые явления проявляются по нескольким направлениям.
1) В некоторых горных местностях (например, в Украинских Кар-
патах - в верховьях Черной Тисы и Быстрицы-Надворнянской, в вер-
ховьях р.Турбат (бассейн Тересвы)) особо выделяются специфические
эоловые процессы, вызывающие сильные ветровые лесоповалы и ле-
соломы (позже эти обломки древесины выносятся лавинами, селевы-
ми и водными потоками, гравитационными склоновыми процессами
в поймы и русла рек, где образуют завалы, зачастую в смеси с облом-
ками горных пород). Большие площади ветровалов встречаются там,
где распространены обвально-осыпные склоны и склоны площадного
смыва, соответствующие зонам залегания массивных песчаников и
др. пород. На таких склонах в составе делювия преобладает грубооб-
ломочный материал, а корневая система деревьев (особенно <новосе-
ла> - альпийской ели) слабо закреплена. Неправильная вырубка лесов
(полосами и отдельными гнездами) вызывает усиление сноса мелко-
зема и ослабление корневой системы. Не встречая сплошных лесных
преград, ветры вызывают ветровалы, которые особенно усиливаются
при наличии благоприятных орографических условий (окружение
низкогорья более высокими грядами с глубокими седловинами - пу-
тями проникновения воздушных потоков) [8]. Ветровые лесовалы и
лесоломы, совместно с другими процессами (гравитационными, ни-
вальными, гляциальными, флювиальными и др.) приводят к поступ-
лению древесного лома в гидросеть. Здесь в водной среде (как в вод-
ной толще, так и в донных отложениях) в естественных условиях про-
текают процессы метаболизма водных организмов, биохимического
распада и трансформации органических веществ древесины, а также
синтеза новых химических веществ. В числе различных минеральных
и органических веществ образуются фенолы (но они нестойки и под-
вергаются биохимическому и химическому окислению), а при нали-
чии в водной среде свободного хлора из органических веществ обра-
зуются гораздо более опасные диоксины.
2) На Западном Кавказе существенный вклад в смыв и
транспортировку различных веществ вносят относительно редкие, но
разрушительные смерчи и изливающиеся из них большие массы
воды. Они довольно часто случаются в различных местах Сочинского и
Туапсинского районов.
3) В отдельные годы (как, например, в Геленджикском районе в
зимний сезон 2001-2002гг.) разрушительное воздействие ветроломов
дополняется и усиливается процессом обледенения ветвей деревьев
(во время дождей при температуре воздуха ниже 0оС). Древесные об-
ломки затем выносятся в поймы рек, обуславливая их загрязнение
плавником и продуктами его разложения.
4) Дефляция, ветровая эрозия, истирание, обтачивание и шлифо-
вание горных пород, выдувание из них, а также из почвы и с поверх-
ности урбанизированных территорий мелких частиц, перенос их в
гилросеть или в море. В горных районах явление дефляции не очень
значительно для почв и обычно не приводит к <пыльным бурям>
(здесь немного пахотных угодий), но при длительной сухой погоде в
отдельных случаях может иметь место. Например, с поверхности ав-
тодорог ветром сдувается пыль, образующаяся при измельчении вы-
сохших комьев грязи и грунта на обочинах (которая в основном оседа-
ет поблизости, у обочин дорог); в летний период из пляжевого мате-
риала выдуваются мелкие пылевые фракции. В горных районах и
местностях подобные эоловые процессы проявляются в небольших
масштабах, не вызывая особо значительного увеличения сдува и смы-
ва мелкозема, растительного и другого мусора в водную среду.
5) Перенос загрязнителей из других регионов воздушными потока-
ми с осаждением загрязняющих веществ в данном районе.
Согласно специальным исследованиям (Ю.П.Хрусталев с соавт.,
1999) средняя величина вертикального потока аэрозольных частиц за
счет эоловой поставки материала на восточный шельф Черного моря
равна 0,36 г/м2 в сутки [2]. Можно полагать, что примерно такой же
поток поступает и на сушу. Эту цифру следует дополнить пылью ме-
стного происхождения: пыльца растений, пыль, сдуваемая с поверх-
ности угодий и дорог, выбрасываемая системами вентиляции, аэро-
зольные частицы, выбрасываемые с выхлопными газами транспорта,
с дымовыми газами печей и энергетических установок, с газо-
электросварки и др. Следует отметить, что над склонами гор происходит
еще более интенсивная (чем над акваторией моря) конденсация атмосфер-
ной влаги, что еще больше усиливает вымывание и осаждение из атмо-
сферного воздуха газов, пыли, аэрозольных частиц, а вместе с ними - и тя-
желых металлов, бенз/а/пирена и др. вредных веществ. Значительная
часть осевшего материала смывается осадками и в составе ливневого
и талого стока поступает в гидросеть.
5. Влияние морфологических характеристик водосборных бассейнов и
гидрологический режим постоянных и временных водотоков
Сток воды и наносов можно считать основным, постоянно (в неко-
торых случаях - с ограниченными перерывами) действующим, актив-
ным фактором русловых процессов, осуществляющих размыв и др.
переформирования русла, транспорт и аккумуляцию наносов и раз-
личных загрязняющих веществ. Деформации русла и связанные с
ними интенсивность и масштабы процессов образования, удержания,
накопления и переноса наносов в водосборных бассейнах зависят от
расхода воды, скорости течения, интенсивности нарастания, спада и
длительности различных фаз водного режима (межень, половодье, па-
водки и др.).
Основные контуры речной сети определены первичным рельефом
поверхности, сложившейся в результате горообразовательных процес-
сов, впоследствии сильно видоизмененные в ходе эрозионно-
аккумулятивной деятельности водных потоков, а в исторические вре-
мена - также деятельностью человека. Строение речного бассейна, его
рельеф, характер гидрографической сети, речных долин и русел
влияют на режим и ход процессов стекания осадков и гидрологиче-
ский режим рек, а, следовательно, и на сток наносов природного и ан-
тропогенного происхождения. Значительную роль в этом играют и та-
кие физико-географические факторы как лесистость, озерность, забо-
лоченность водосборных бассейнов, расход воды, уклоны русел и раз-
мер частиц материалов, слагающих русла и поймы рек, которые, в
свою очередь, определяются морфологическими характеристиками
водосборных бассейнов.
Гидрографическая сеть горных районов представлена в основном
реками и временными водотоками; остальные традиционные элемен-
ты гидросети встречаются сравнительно редко; в частности, здесь
почти нет болот, озер, искусственных водоемов - прудов и водохрани-
лищ.
К числу морфометрических характеристик бассейнов рек относят
площадь, длину, среднюю ширину, средний уклон, среднюю высоту и
распределение площади бассейна по высотам (гипсографическая кри-
вая), график изменения ширины бассейна по длине реки, график на-
растания площади по длине реки. Основная исходная информация,
получена автороми путем обработки картографического материала
(длина рек, площади их бассейнов, максимальные, минимальные и
средневзвешенные высоты, абсолютная и относительная ширина бас-
сейнов и др.).
5.1. Небольшие заболоченные участки русел и лугов встречаются в
водосборах многих рек, как в пойменной зоне, так и на склонах долин;
в них происходит практически полное осаждение влекомых и части
взвешенных наносов руслового стока и склонового смыва. Мутность
воды в реке ниже заболоченных участков на протяжении почти всего
года невелика и поток, как и положено на начальном участке нижнего
бьефа, обладает повышенной размывающей способностью и вскоре
образует глубокий врез либо в коренных породах, либо в толщах от-
ложений.
По нашим данным в горных районах реки длиной до 10км обычно
составляют более 98% от общего числа рек; их общая длина составля-
ет ~85% от общей длины всех рек.
5.2. В какой-то мере водность реки и ее руслоформирующая спо-
собность могут быть оценены по её порядку (классу). Если за основу
классификации принять подход Р.Е.Хортона (1948), то в горных рай-
онах Западного Тянь-Шаня, Северо-Западного Кавказа и Украинских
Карпат подавляющее большинство составляют самые малые и мало-
разветвленные реки I-II-го порядка, имеющие длину до 1-2км, хотя
нередки реки, принимающие притоки уже на первых сотнях (а иногда
и десятках) метров своего течения от истока (родника, болота, снеж-
ника, озера). Иногда встречаются реки, вообще не имеющие притоков
с постоянным водотоком или имеющие лишь несколько малых ручь-
ев-притоков, большей частью с временным водотоком. Обычно при
длине 15-30 км горные реки имеют порядок в пределах 4-6.
5.3. Как известно из гидрологии рек, степень обводненности (на-
сыщенности территории постоянными водотоками) оценивают по ве-
личине коэффициента густоты речной сети Г (км/км2), определяемого
как отношение суммарной длины всех постоянных водотоков (?Li) к
площади их водосборной территории (??Fi), (то есть: Г = ??Li/??Fi). Вели-
чины Г приняты по опубликованным данным, а для некоторых ис-
следованных водосборов определены авторами (по топографическим
картам). По величинам Г авторами были определены значения сред-
ней длины склона ?скл (?скл = 1/2Г, км ), характеризующей длину пути
склонового стекания осадков. Чем реже речная сеть (меньше коэффи-
циент густоты речной сети Г), тем больший путь надо пройти воде по
поверхности склона до русла приемного водотока. С возрастанием пу-
ти поверхностного стекания осадков ?скл возрастают:
1) время добегания осадков до реки; 2) количество воды, впиты-
ваемой грунтом (инфильтрация); 3) расход склонового стока, а следо-
вательно и его эрозионная способность, смыв и сток твердого мате-
риала и растворенных веществ в пойму и русло реки.
Речная сеть распределена по территории неравномерно, в зависи-
мости от рельефа, геологического строения, почвенно-растительного
покрова, количества осадков; коэффициент густоты речной сети дос-
тигает максимальных значений (Г=1,5-2км/км2) в наиболее богатых
осадками районах - в верхних частях лесного пояса Кавказа и Карпат;
на Западном Тянь-Шане (в бассейнах рек Акбулак и Терс) нами обна-
ружены несколько водосборных участков со значениями Г >2,4
км/км2.
Бассейны рек заметно различаются по развитости речной сети по-
стоянных водотоков, более высокой в приводораздельных частях
главных (по абсолютной высоте) хребтов и резко снижающейся в зо-
нах ветровой тени, в низкогорье и в долинах крупных рек. Для горных
районов величина Г колеблется в среднем в пределах ~1-2 км/км2, что
соответствует длине пути склонового стекания осадков ?скл= 0,5-0,25
км.
5.3. Важное значение на продолжительность половодья и паводков,
на форму их гидрографов (а, следовательно, и на вынос взвешенных и
влекомых наносов) оказывают длина и ширина водосборного бассей-
на. В бассейнах большой длины гидрограф более растянут, так как во-
да добегает дольше, чем в коротких бассейнах. Чем шире бассейн, тем
больше его водосборная площадь, тем больше воды поступает в русло,
тем выше половодье и паводки, а, следовательно, и вынос наносов.
Наибольшую среднюю длину (а, следовательно, и площадь бассейна)
имеют реки с малым числом притоков или вообще не имеющие про-
токов. В соответствии с изменением ширины происходит возрастание
площади водосборного бассейна F: постепенное возрастание F по мере
увеличения длины реки сменяется скачкообразным увеличением F
при впадении притоков, а следовательно, и на вынос взвешенных и
влекомых наносов.
5.4. Как известно из гидрологии рек, характер сочленения прито-
ков с главным руслом и их распределение в речной системе влияют на
продолжительность и форму волны половодья и паводков, а, следова-
тельно, и на вынос взвешенных и влекомых наносов. В вытянутом
бассейне с равномерным расположением притоков время добегания
осадков до замыкающего створа более продолжительно и паводок
имеет вытянутую форму, а в округлом бассейне с радиальным распо-
ложением главных притоков концентрация осадков в главном русле
происходит быстрее и гидрограф имеет более острую форму. Для усло-
вий малых горных рек (длиной до 100 км и площадью водосборного
бассейна до 1 тыс. км2) это правило сказывается не очень существен-
но, так как при длине подавляющего большинства рек в пределах
первых десятков километров и скорости течения до 2-4м/с (или ~7-
14км/час) паводочная волна достигает устья реки за считанные часы.
Приведенные данные показывают, что как малые длина и ширина,
так и обычно узкая, вытянутая форма водосборных бассейнов горных
рек способствуют быстрому нарастанию паводочной волны, заостре-
нию и повышению пиков гидрографов половодья и паводков, что в
свою очередь определяет характер, интенсивность протекания и
масштабы русловых и пойменных процессов, а следовательно, и вы-
нос взвешенных и влекомых наносов.
5.5. Примерно такое же влияние на характеристики паводков и на
вынос взвешенных и влекомых наносов оказывают крутизна склонов
и уклон водосборного бассейна. Горные районы отличаются сильной
расчлененностью рельефа, большой крутизной склонов, а, следова-
тельно, и большими уклонами водосборных бассейнов. В горах отно-
сительно пологие (крутизна до 10о, уклон до 0,18) поверхности встре-
чаются только на водоразделах, в днищах долин (поймы и террасы) и
у устьевых участков рек. Для большей части территории уклон по-
верхностей склонов колеблется в пределах 0,3-1, но нередко достигает
1,5-2 и даже выше. Средние уклоны большинства бассейнов лежат в
пределах 0,25-0,4 (14-22о), а для совсем малых (длиной до 10-15км) рек
доходят до 0,5-0,6 (27-30о). Это способствует увеличению стока наносов
и максимального стока воды, усилению поверхностного смыва и
склоновой эрозии, повышению скорости стекания осадков и полых
вод, увеличивает высоту паводков, интенсивность русловых процес-
сов и масштабы их последствий.
5.6. Сток воды и наносов может существенно зависеть от распреде-
ления площади водосборного бассейна по высотным интервалам. Зна-
чения средних высот водосборных бассейнов (Zср) для большинства
горных рек составляют от ~200м до ~1500м (а на Западном Тянь-Шане
- до ~3000-3700м). Значения средних квадратичных отклонений (?Z)
высотных интервалов от средней высоты составляют от ~70м до ~200-
500м; здесь минимальные значения ?Z = 70-100м имеют либо реки
низкогорья (целиком протекающие в прибрежной зоне), либо верхние
участки многих среднегорных рек, у которых днища долин еще слабо
врезаны относительно приводораздельных участков). Самые большие
значения ?Z (порядка 200м и более) отмечены у рек, стекающих с са-
мых высоких участков гор и имеющих значительные перепады высот
?Z. Таким образом, сравнительно небольшие значения ?Z содействуют
увеличению высоты половодья и сокращению его продолжительно-
сти, что соответствующим образом отражается на русловых и поймен-
ных процессах и явлениях.
5.7. Одним из важных факторов, определяющих протекание
процессов стока наносов, является продольный профиль русла
водотока (как изменение уклона по длине русла). Для юго-западного
макросклона Северо-Западного Кавказа характерны в основном
малые (длиной до 20-40км и площадью водосбора до 200-400 км2) реки,
имеющие постоянный сток, но есть множество временных водотоков,
заполняющих разветвленную овражно-балочную сеть только в
периоды интенсивных дождей; для них характерен нерегулярный,
часто селеобразный сток, который типичен и для более крупных рек,
особенно в их верховьях и в среднем течении. Почти все эти реки
обеспечиваются атмосферным питанием, которое поступает прямо
или через подземный сток [15]. Продольный профиль рек обычно
представляет собой дугу, ее верховья (примерно треть общей длины),
наиболее круты, на этом участке от истока - основной перепад высот,
а ниже по течению происходит резкое выполаживание русла и перепад
высот не превышает десятков м. Такой профиль русел обеспечивает
селевый характер их стока. Во время проливных дождей в верховьях
смывается сносимый со склонов глинистый и каменный материал,
устремляющийся при избытке влаги в виде грязекаменного потока
вниз по круто падающему верховью реки и быстро достигающий ее
относительно пологой приустьевой части. Сила инерции этого потока
бывает такова, что он и большую часть пологого профиля реки
проходит в виде селя, достигая устья и вынося галечный и илистый
материал [2].
Величина уклона определяет величину скорости потока воды и
наносов, энергетическую мощность потока (произведение расхода во-
ды на уклон), степень сопротивляемости реки внешним воздействиям
на неё и, в общем случае, отражает закон выравнивания транспорти-
рующей способности потока: чем больше расход воды в реке (Q) - тем
меньше уклон реки (J) (то есть Q*J = const или J ~ 1/Q). Поэтому сред-
ние уклоны рек имеют обратно пропорциональную зависимость от
длины реки (L), которая обычно прямо пропорциональна расходу во-
ды (то есть L ~ Q), следовательно, J ~ 1/L.
Как известно, общую (интегральную) форму продольного профиля
(как и любой другой линии) определяют частные (дифференциаль-
ные) уклоны отдельных участков русла реки. Их распределение вдоль
реки было обусловлено действием многих факторов: морфологии до-
лины, состава и свойств пород в русле (как коренных, так и нанос-
ных), расхода воды, стока наносов и др. Среди известных типов форм
продольного профиля рек (прямолинейных, вогнутых, выпуклых,
ступенчатых) в горных районах наиболее распространена вогнуто-
ступенчатая форма. Вогнутость формы профиля объясняется последо-
вательным нарастанием водности (расхода воды) от истоков до выхо-
да реки из гор или в межгорную котловину, что, в сооответствии с
теоретической зависимостью J ~ 1/L, обусловливает большие уклоны
на обычно маловодном участке истока и постепенное уменьшение ук-
лона по направлению к низовью, по мере возрастания длины и водно-
сти реки. Уклоны горных рек на участке истоков (L = ~300-800м) дос-
тигают 200-400%о (и выше), в верховьях они снижаются до ~100%о
при глубине вреза долин до 400м и более, а при выходе из гор снижа-
ются до 10-20%о (а перед впадением в большую реку-приемник или в
море - до 2-1%о. Скорость течения в руслах горных участков рек со-
ставляет 2-3м/с, при выходе в прелгорья снижается до 1,5-2м/с, а на
участках аккумуляции наносов и боковой эрозии - до 0,5-0,1м/с.
5.8. Особенности твердого стока во многом обусловлены условиями
гидрологического режима постоянных и временных водотоков. В режиме
стока воды малыми горными реками выделяются три генетических
периода стока: межень (с августа-октября по февраль-март), период
снегового паводка (март-апрель-май), разносезонные периоды дожде-
вых паводков. Режим питания определяется высотой водосбора: выше
600м - снего-дождевое питание, а ниже 600м - дождевое и частично
грунтовое (на Тянь-Шане эти цифры выше на ~1000м). Условия пита-
ния рек определяют не только режим их стока, но и их уровенный ре-
жим. В нижних частях бассейнов уровень начинает повышаться в
марте, а в верхней - в апреле. Наивысшие уровни приходятся на март-
апрель, а на реках Северо-Западного Кавказа и Украинских Карпат
могут быть и летом, и осенью, и зимой. Величина среднего многолет-
него модуля стока воды основных рек четко зависит от средневзве-
шенной высоты водосбора (Zср, м н.у.м.), закономерно возрастая с
увеличением высоты и доли снегового стока в питании; по отдельным
бассейнам он изменяется от Мср=5-6 до Мср=50 и более л/с с 1 км2.
Максимальные расходы воды (Qmax) и сток половодья на большей
части территории (среднегорье и низкогорье) формируются за счет
таяния снега и интенсивных дождей и проходят обычно в феврале-
марте.
Для малых горных рек максимальные срочные (Qмmax,) и макси-
мальные среднесуточные (Qсутmax,) расходы значительно (в 1,5-3,5 и
более раза) различаются между собой. При этом отношение
Qмmax,/Qсутmax, уменьшается при увеличении площади водосбора: 3,5-
3,2 при F порядка 10км2, 2,1-1,6 при F=100км2, 1,3-1 при F более
1000км2, хотя имеются и отклонения от этой зависимости.
Чем больше величина отношения Qмmax,/Qсутmax,, тем выше степень
неустойчивости русла реки, тем сильнее может деформироваться рус-
ло. Таким образом, это отношение может служить косвенным показа-
телем эрозионной способности потока: чем оно больше, тем больше
деформации русла и сток наносов.
Самые минимальные (срочные) расходы (Qминмин) на горных реках
во много раз меньше средних многолетних, причем эта разница зави-
сит от источников питания и водности реки. В меженный период сток
в основном обусловлен грунтовыми водами. Минимальные срочные
расходы в низкогорье наблюдаются преимущественно в декабре-
феврале, в конце лета и осенью, когда многие малые водотоки пере-
сыхают полностью.
Относительная изменчивость стока воды (коэффициент вариации
Сv) колеблется в пределах Сv=0,2-0,6, в зависимости от расположения
водосборного бассейна и др. факторов. Сv уменьшается при увеличе-
нии высоты бассейна (на большей высоте уменьшается изменчивость
водности, снежного покрова и роль испарения в водном балансе, кро-
ме того, возрастает частота выпадения дождей).
Особенности климата (короткие теплые зимы, жаркое сухое лето) и
подстилающей поверхности (горный и холмистый рельеф, геологиче-
ское строение и др.) обусловили смешанный характер питания (дож-
девыми, грунтовыми и талыми водами сезонных снегов), долю уча-
стия этих источников питания, а также её изменение во времени и по
территории. Удельный вклад каждого вида питания обычно не пре-
вышает 50%. В среднем наибольшая доля дождевого питания прихо-
дится на низкогорные реки; грунтовое (подземное) и снеговое питание
дают по 20-30%. С увеличением высоты бассейнов доля грунтового и
снегового питания возрастает, а дождевого уменьшается (до 30-35%).
Возрастание доли грунтового питания связывают с расширением в
верхних частях горных склонов каменистых осыпей, способствующих
переходу поверхностных вод в подземные. В предгорьях доля грунто-
вого питания также возрастает до 30-40% за счет увеличения мощно-
сти водоносных толщ. В разные по водоносности годы и в середине го-
да вариация удельного вклада источников питания возрастает. Осо-
бенно сильные (почти в 3 раза) колебания доли сезонного стока при-
ходятся на зиму; меньше (в ~1,5 раза) - на весну и еще меньше (10-
12%) - на лето и осень.
Водоносная мера изменчивости стока внутри года зависит от при-
родных и антропогенных факторов его урегулированности. Коэффи-
циент природной урегулированности рек возрастает с увеличением
высоты и площади бассейнов от 0,45 до 0,7 и выше [2], [16]. В Карпа-
тах максимальный мгновенный сток дождевых паводков в несколько
раз превышает максимальный мгновенный сток весеннего половодья
[16]. Модуль максимального стока дождевых паводков также выше,
чем талых вод (дождевой сток составляет ~70% годового стока). Ко-
эффициент паводочности стока варьирует в довольно широких преде-
лах - от ~0,2 до 0,9 на разных реках и в разные гидрологические годы.
Для горных рек характерна чрезвычайно большая амплитуда колеба-
ний стока - в многолетнем плане минимальный суточный сток (кото-
рый может быть как зимой, так и летом в межпаводковый период)
может быть в тысячи раз меньше максимального. Для малых горных
рек не прослеживается четкой зависимости величины отношения ме-
жду наблюдавшимися значениями максимального и минимального
стока (Qмакс/Qмин) от размеров водосборного бассейна и принадлежно-
сти реки к восточному или западному макросклону Карпат [16].
Тепловые процессы зимой вызывают образование льда на реках,
что оказывает влияние на весь гидрологический режим рек. Реки всех
трех горных районов характерны коротким зимним периодом и неус-
тойчивостью ледовых явлений, причем сроки появления и характер
развития ледового режима неодинаковы и во времени, и в простран-
стве. Длительность свободного ото льда периода на реках в среднем от
до 290 до 340 суток в году. Повышение удельной энергии потоков в
направлении к верховьям затрудняет там установление ледового по-
крова, но способствует развитию шугообразования, а на участках
больших уклонов и скоростей течения ледовый покров вообще не об-
разуется.
5.9. С морфометрией речных долин тесно связано формирование
зон затопления поймы и берегов в периоды дождевых паводков и ве-
сеннего половодья. Наводнения вызываются разными причинами
(интенсивным таянием снегов, продолжительными ливнями и др.) и
могут оказывать двоякое воздействие на сток наносов. В зависимости
от характера речной долины и количества воды, стекающей с водо-
сборной площади, уровень воды в период паводка (когда расходы во-
ды в реке увеличиваются по сравнению с меженью в десятки, сотни и
тысячи раз) в реке может подняться на высоту 10м и более, поскольку
русло реки не может пропустить такие массы воды. В приустьевой зо-
не вода разливается по долине вширь, затопляя населенные пункты,
сельхозугодья, дороги, предприятия, нередко повреждает хозяйствен-
ные объекты, припойменные земли размывает и заносит песком, илом
и различным мусором, в том числе смытыми и переотложенными
почвой, сырьем, топливом, материалами, полуфабрикатами, готовой
продукцией [16]. Крупные реки Карпат по выходе из гор имеют широ-
кие поймы, так что ширина зоны затопления может достигать 2-3км и
более при интенсивности подъема уровня 1,5-2,5м за 3-4 часа, скорости
течения 0,5-1м/с и длительности затопления около суток. Так же бы-
стро протекает и спад уровня паводочных вод. Катастрофический па-
водок 1 августа 1991г. с максимальным подъемом уровня воды в
р.Туапсе до 11-12м вызвал активизацию эрозионных, оползневых, об-
вальных, селевых процессов в речных долинах в районе Туапсе-
Дагомыс [2].
При прочих равных условиях существенное влияние на вынос и
переотложение наносов при паводках оказывает ширина зоны затоп-
ления, которая определяется не только расходом воды, но и морфо-
метрическими характеристиками русел и долин рек, наличием соору-
жений в русле, на берегах и пойме. В истоках и в верховьях горных
рек прослеживается зависимость типа Шзз (м) ~ L (км), а поскольку
все реки имеют небольшую длину (L), то и ширина зоны затопления
(Шзз) при паводках также сравнительно невелика и наводнения в
классическом виде на них почти не проявляются, хотя при мощных
паводках может наблюдаться подъем уровня воды на несколько мет-
ров (по сравнению с меженью), резко увеличивается количество смы-
ваемого материала, его переотложения в расширениях долин и выноса
в устье.
При катастрофических паводках реки, заливая всю пойму, нередко
прокладывают себе новые русла и протоки, при этом сохраняя или же
занося отложениями прежние русла и протоки. Паводочное затопле-
ние поймы сопровождается в одних местах - смывом и размывом, а в
других - наоборот - отложением влекомых и взвешенных наносов на
обочинах пойм и в виде ила и наилка слоем толщиной до 1-3мм. В по-
следующем отложения ила могут полностью или частично смываться
при паводках или сдуваться ветром и переотлагаться в виде пыли на
прилегающих склонах и в пойменной зоне. Таким образом, при навод-
нениях могут действовать процессы как размыва берегов, русел и
пойм, так и переотложения и аккумуляции наносов.
6. Влияние русловых процессов постоянных и временных водотоков на
формирование и режим стока наносов малыми горными реками
6.1. Понятие руслоформирующих расходов воды
Как известно из гидрологии рек, основным активным природным
фактором русловых процессов является сток воды, на постоянных
водотоках непрерывно воздействующий на русло и изменяющий его
морфологию посредством вертикальных и горизонтальных
деформаций; однако, заметные изменения происходят не в течение
всего года или сезона и не при всех расходах воды; степень участия
различных расходов воды определяется их величиной, длительностью
действия, частотой и скоростью изменения величины и состава стока.
В качестве объективного показателя для оценки влияния природной
обстановки на процессы формирования и стока наносов и развития
речных русел хорошо применимо понятие <руслоформирующий
расход воды>, т.е. расход, при котором в многолетнем плане наиболее
активно проходят русловые деформации и основной суммарный сток
наносов (взвешенных и влекомых). Он определяется величиной
размывающих скоростей водных потоков, длительностью их
воздействия на ложе, а также "резкостью" и последовательностью
протекания расходов воды, и зависит от климатических и геолого-
геоморфологических условий местности.
В качестве критерия для оценки величины руслоформирующего
расхода воды (в дальнейшем обозначаемого Qф) разные авторы
принимают средние расходы половодья, средние многолетние расходы
воды, расходы, соответствующие уровню бровок русла и др.
показатели. Н.И.Маккавеевым (1955) для конкретного створа реки
предложена зависимость суммарного расхода наносов (взвешенных и
влекомых) Rобщ от уклона русла (J) и расхода воды (Q) [17]:
Rобщ = ЭJnQm, кг/с (1)
где Э - "эрозионный" коэффициент учета неравномерности стока,
характера горных пород, слагающих русло, механического состава
наносов, поставляемых притоками, склоновыми процессами, талыми
и дождевыми водами;
n - показатель учета степени влияния уклона на расход наносов (n=1
для взвешенных наносов и больше 1 - для влекомых наносов);
m - показатель учета степени влияния расхода воды на расход
наносов; m~=2 для равнинных рек (малых уклонов) и m~=3 для
горных рек (больших продольных уклонов дна русла).
Кубический характер зависимости величины стока наносов от расхода
воды обуславливает различную долю участия в транспорте наносов
расходов воды разных сезонов: она минимальна и ограничена
стрежневой зоной потока в межень и резко возрастает в периоды
паводков и половодья.
Годовой расход наносов (Rгод) определяется не только величиной
мгновенных расходов (Ri), но и длительностью промежутков времени
их действия (ti):
Rгод = ?Ri*ti , (2)
где суммация (? - знак суммации) проводится в течение всего года.
Даже при малых значениях текущего расхода наносов Ri в какой-
то период года (длительностью ti) общий расход их за весь период
(Ri*ti) может быть значительным при достаточно большой
длительности этого периода (ti). Отсюда следует, что небольшие
расходы воды высокой обеспеченности могут оказывать на русло не
меньшее влияние, чем максимальные расходы малой обеспеченности
и длительности. Поэтому руслоформирующими принято считать
расходы воды (Qф), при которых переносится максимальное (в
многолетнем плане) количество наносов, вследствие чего их влияние
на формирование русла оказывается наибольшим [18]. Исходя из
выражения (1), а также из того, что в той или иной мере
руслоформирующим может являться каждый расход и правильнее
говорить о некотором диапазоне расходов, определяющих основные
деформации русла, Н.И.Маккавеев и Р.С.Чалов (1986) предложили
определять величину Qф как максимум функции Qф = f(АШJnQmP), то
есть [18]:
Qф = maх [f(АШJnQmP)] (3)
где АШ - коэффициент, зависящий от ширины разлива реки и равный:
1 до выхода воды на пойму; 0,9 при ширине затопленной поймы
меньше двух ширин русла; 0,5 - при ширине затопленной поймы
больше 10 ширин основного русла (для врезанных русел горных рек
обычно принимают АШ=1):
J - средний уклон водной поверхности для каждого интервала
расходов;
Q - средняя величина расхода воды в пределах интервалов, на
которые разбит весь диапазон расходов в данном створе;
Р - вероятность расходов каждого интервала;
m - эмпирический параметр (показатель степени зависимости расхода
наносов от расхода воды); при отсутствии наблюдений за наносами
принимают m, равным: 2 для рек с песчаным ложем, 2,5 - с гравийно-
галечным и 3 - с галечно-валунным;
n - эмпирический параметр, обычно принимаемый равным 1.
Здесь величина JnQm прямо пропорциональна суммарному расходу
взвешенных и влекомых наносов.
6.2. Русловые деформации и формы стока наносов горными реками
Направленность, интенсивность и масштабы процессов образова-
ния и транспортировки наносов определяются условиями взаимодей-
ствия жидкой и твердой фаз водных потоков со своими ложами, рус-
лами и берегами на отдельных участках и на всем протяжении реки в
целом. Различают три основные группы русловые деформаций [18]:
1) вертикальные, вызывающие трансформацию продольного про-
филя реки (врезание или аккумуляция) и изменение отметок дна рус-
ла;
2) горизонтальные, связанные с размывами (боковая эрозия) или
наращиванием берегов и образованием поймы;
3) движение донных гряд, перекатов, отмелей, кос и др. форм ру-
слового рельефа.
По времени своего проявления на данном створе они бывают двух
видов: 1) направленные (связанные с наиболее общими условиями
формирования русла и развивающиеся без изменения знака процесса
в течение длительных исторических или геологических отрезков вре-
мени) и 2) периодические (или знакопеременные), обусловленные се-
зонными или многолетними колебаниями водности реки и развитием
русловых форм.
Каждый вид деформаций может проявляться на значительных по
протяженности участках реки (общие деформации) или на коротких
отрезках русла (местные деформации), регрессивно (против течения
реки) или трансгрессивно (вниз по течению).
Скорости направленных вертикальных деформаций, как правило,
не превышают долей миллиметра в год и в редких случаях достигают
нескольких см в год, но, тем не менее, они создают общий фон для раз-
вития других видов русловых деформаций (на врезающейся реке бо-
лее вероятны неразветвленные, слабо извилистые русла, а на аккуму-
лирующей - наоборот). Их конечным результатом являются долины с
террасами и аллювиальными толщами или аллювиальные равнины.
Направленность, интенсивность и масштабы русловых деформа-
ций определяются соотношением состояния ложа реки (базовая, осно-
вополагающая, хотя и пассивная составляющая часть системы <рус-
ло-поток>), а также величины и режима стока воды (активная состав-
ляющая часть системы), а в конечном счете - количеством и составом
перемещаемых наносов. Поскольку расходы воды паводков в десятки
и сотни раз больше меженных и среднемноголетних, они обладают
большей размывающей и транспортирующей способностью.
Состав и распространенность наносов, слагающих значительные
участки речных русел и образующих основные формы их рельефа,
обусловленные размывом дна и берегов, транспортом и аккумуляцией
наносов, а также склоновыми процессами, в интегральной форме
определяют развитие русловых деформаций, позволяют судить об
устойчивости русла, характере, возможной скорости и масштабах его
переформирования.
По способу транспорта и крупности частиц наносы делят на взве-
шенные и влекомые. Взвешенные наносы более-менее равномерно
распределены (взвешены) во всем объеме водного потока и переме-
щаются по всему живому сечению потока. Влекомые наносы распола-
гаются и перемещаются только в придонном слое потока. Соотноше-
нием расхода наносов (взвешенных В и влекомых G) и транспорти-
рующей способности потока (Тр) определяются закономерности фор-
мирования речных русел и динамические типы русел [19]:
I - эрозионные (размываемые, врезающиеся) - при G + В < Tp;
II - заиляемые (заносимые) - при G + В > Tp;
III - динамически устойчивые - при G + В = Tp.
В условиях транспорта между ними происходит постоянный обмен,
поэтому в интервале крупности 0,1-1мм (для малых скоростей потока)
разделение наносов на взвешенные и влекомые условно; пространст-
венные (по сечению и протяженности потока) и временные (в разные
сезоны года, а в горах - и в разное время суток) изменения кинетиче-
ских и динамических характеристик потока обуславливают взаимные
переходы форм транспорта наносов от одной к другой в разные фазы
водного режима и в разных частях русла [18]. В зависимости от кине-
тичности и структуры потока, мелкие фракции влекомых наносов пе-
реходят во взвешенное состояние, а наиболее крупные взвешенные
частицы опускаются в придонный слой потока. Критерием взаимного
перехода взвешенных и влекомых наносов принято считать разность
между вертикальной составляющей пульсационной скорости потока и
гидравлической крупностью частиц. Пульсации скорости потока воз-
растают от поверхности к дну потока. По концепции Ибад-заде Юсуф
Али Кулу Оглы под донными наносами следует понимать все наносы
придонного слоя: влекомые, полувзвешенные, перемещающиеся в по-
токе ниже того слоя, который является зоной раздела областей с из-
бытком и недостатком энергии [20].
Формирование стока взвешенных наносов состоит из двух фаз [21].
1) Насыщение мелкоземом дождевого (и в меньшей степени -
талого) стока на поверхности горных склонов. При этом жидкие
осадки не только переносят продукты предшествующего разрушения
горных пород, но и сами, начиная с момента их выпадения на склон,
производят значительную эрозионную работу. В этом их отличие от
твердых осадков, которые почти (за исключением града) не
производят эрозионной работы при выпадении и начинают её только
после таяния, при движении талой воды по склону и в русле. В
формировании склонового дождевого стока большое значение имеет
интенсивность осадков. Осадки повышенной интенсивности
обуславливают формирование нескольких дождевых паводков, из
которых складывается годовой дождевой смыв с поверхности
водосбора.
2) Когда склоновый сток прекращается и река питается в основ-
ном подземными водами, сток наносов формируется главным образом
за счет руслового размыва, то есть, происходит изменение стока вдоль
реки.
Состав и распространенность наносов, слагающих значительные
участки речных русел и образующих основные формы их рельефа,
определяет условия взаимодействия потока и русла на отдельных
участках и на всем протяжении реки в целом, в интегральной форме
определяет развитие русловых деформаций, позволяет судить об
устойчивости русла, характере, возможной скорости и масштабах его
переформирования.
Исследование массообмена между взвешенными наносами и
русловыми отложениями (на реках Крыма и Алтая) показали, что
практически на всех реках этот процесс реализуется в диапазоне
размеров минеральных частиц от 0,1 до 1мм; выделявшаяся
граничная руслообразующая фракция изменяется по крупности от 0,4-
0,5мм в верховьях до 0,25-0,39мм в среднем течении и снижается до
0,13мм на равнине [22]. В то же время на горных реках в составе
взвешенных наносов и донных отложений могут отсутствовать общие
фракции, что говорит о незначительности обмена наносами между
потоком и руслом реки. Считается, что на горных реках на
протяжении большей части года взвешенные наносы не обмениваются
с донными отложениями; руслоформирование тут происходит
периодически - когда расходы воды и скорости течения станут
достаточными для для размыва наносов, слагающих русло [16].
Взаимоотношение между формами наносов хорошо иллюстрируются
на совмещенном графике Рd%=f(d) интегральной зависимости
содержания фракций наносов (Р) от их крупности (d). Наличие в
речном потоке генетически различных наносов довольно часто
выражается двумя горбами на дифференциальной кривой
распределения гранулометрического состава Рd%=f(d); линия раздела
между этими горбами (соответствующая граничному размеру взвеси
dГр), разделяет наносы на транзитные и руслоформирующие (то есть
часть взвешенных наносов является руслоформирующими).
Способность потока транзитом переносить большую часть склоновых
наносов предохраняет русло от заиливания. Такой двойной горб-
перегиб на интегральной кривой фракционного состава может
прослеживаться как для взвешенных, так и для влекомых наносов и
может свидетельствовать о генетической неоднородности либо
взвешенных, либо влекомых (приходящих в движение вследствие
размыва русла) наносов.
Для русел различных типов характерны свои формы транспорта
наносов. Для русел с развитыми аллювиальными формами (РАФ) ха-
рактерен грядовый режим движения наносов; по мере увеличения ук-
лона происходит перенос гребней перекатов; поток спокойный в ме-
жень и бурный в паводки. Возможны антидюнные формы, соизмери-
мые с параметрами живого сечения. Для русел с неразвитыми аллю-
виальными формами (НАФ) характерны: бурный поток во все фазы
водного режима, более крупный аллювий, преобладание врезанных
русел, слабое развитие поймы, движение наносов под совместным воз-
действием скоростного и гидростатического напоров; возрастает роль
воздействия в движении экстремальных паводков. Для порожисто-
водопадных русел (скульптурных, глыбово-валунных, безгрядовых,
бесструктурных) характерны ступенчатый профиль, скопления аллю-
вия зачастую беспорядочны, массовое перемещение наносов в резуль-
тате экстремальных паводков. Образование перепадов уровня, поро-
гов и водопадов на глыбах и обломках скал является косвенной при-
чиной перемещения таких крупных частиц вследствие аблювиального
эффекта - при больших уклонах русла вынос мелкого материала в ос-
новании водопада может происходить уже при небольших паводках,
что приводит к размыванию ложа под крупным обломком, потере им
равновесия и смещению на некоторое расстояние, зависящее от вели-
чины эрозионного вреза под глыбой, крутизны и формы склона под
глыбой. При неоднократных повторениях такого подмыва-смещения
глыба оказывается перемещенной на значительное расстояние, а
вслед за ней будут перемещены и более мелкие частицы, находившие-
ся под её защитой. Результаты аблювиального эффекта проявляются
практически на всех малых реках с уклоном свыше 80%о и на не-
больших участках более крупных рек, где обвалы или селевые прито-
ков образуют порожисто-водопадное русло со значительным (более
20%о) уклоном [21].
Ю.А.К.О.Ибад-Заде отметил большую роль пульсаций в движении
донных наносов, которая связана с изменением их расхода вдоль гря-
ды. Установлен пульсационный характер движения валунов на самом
пике наблюдавшегося паводка [23].
6.3. Источники питания рек наносообразующим материалом
Практически во всех горных районах, как правило, формирование
состава наносов является результатом деятельности как данной реки,
так и ее притоков, а также эндогенных и экзогенных процессов в её
водосборном бассейне. Руслообразующие наносы малых горных рек и
временных водотоков (в основном - глыбы, валуны, галька, а в качестве их
наполнителя - более мелкие фракции) формируются за счет поступления по
склонам гор обломочного материала, образующегося в основном за счет
выветривания и разрушения коренных пород, а также за счет поступления
отложений из русла. Потоки воды размывают берега и нередко сносят
большие участки их, беспорядочно углубляют русла или, наоборот,
отлагают наносы с образованием разнообразных форм руслового и
пойменного рельефа. Огромная энергия паводочных потоков (особен-
но селевых, плотность которых в ~1,5-2 раза выше, чем водных) по-
зволяет перемещать обломки скал массой иногда в десятки и даже
сотни тонн.
В горной части рек находится преимущественно область питания
наносами, а зоны их аккумуляции здесь относительно редки и при-
урочены к расширениям и выположениям днищ долин. Верховья ма-
лых рек и их притоков имеют крутопадающие узкие долины (V-
образного или U-образного профиля) и характерны мощными скопле-
ниями глыб и обломков (размером до 3-4м), образующими (вместе с
выходами коренных скальных пород) пороги и водопады в русле.
Крупными обломками завалены не только верховья, но и отдельные
участки среднего и нижнего течения рек. Почти на всем протяжении
горной части рек в их русла поступает большое количество обломков
камней и рыхлого материала из обвалов, осыпей, оползней, оплывин и
подмываемых берегов, с выносами боковых притоков, селей, лавин.
Особенно велика роль склоновых процессов в питании рек наносами в
сужениях долин, в ущельях и теснинах, где несортированный и необ-
работанный твердый и рыхлый материал со склонов может поступать
непосредственно в русло. Селевые выносы в крупных реках образуют
скопления глыб и валунов с порожисто-водопадными участками, с
уклоном до 20%о и более.
На участках рек, где уменьшается поступление селевого и склоно-
вого материала в русло, на формирование состава наносов большее
влияние начинает оказывать морфология долины (чередование рас-
ширений-сужений), определяющая гидравлические характеристики
потока (уклон русла, ширину, глубину и скорость потока и др.).
6.4. Сток влекомых наносов
Известно, что величину стока влекомых наносов обуславливают
условия взаимодействия потока и русла на отдельных участках и на
всем протяжении реки в целом. Руслообразующие наносы малых горных
рек и временных водотоков (в основном - глыбы, валуны, галька, а в каче-
стве их наполнителя - более мелкие фракции) формируются за счет поступ-
ления по склонам гор обломочного материала, образующегося в основном
за счет разрушения коренных пород, а также за счет поступления в русла
других отложений. В неоднородных (как по крупности, так и по петро-
графическому составу) русловых отложениях в результате вымыва-
ния мелких фракций образуется самоотмостка (донные отложения),
крупность слагающих её частиц превышает критические размеры, то
есть эти частицы могут только перемещаться по дну русла в виде
слоя, но не уносятся в поток. Перед скоплениями глыб, а также в их
гидродинамической тени и в плесовых лощинах происходит аккуму-
ляция более мелкого материала - валунов, гальки, гравия; это снижа-
ет общую сортированность аллювия в русле. Частицы донных наносов
перекрывают находящиеся ниже более мелкие фракции и защищают
их от размыва, повышая устойчивость русла. Во время "руслоразру-
шающих" паводков усилившиеся потоки воды приводят в движение
придонный слой наносов всех фракций, в том числе и крупные части-
цы, слагающие отмостку, взмучивают более мелкий материал, лежа-
щий под отмосткой; в результате мутность речной воды может воз-
растать в десятки, сотни и тысячи раз. При спаде паводка первыми
останавливаются наиболее крупные фракции, покрывая своим слоем
аллювиальную толщу из несортированного материала всех размеров.
Ю.А.К.О.Ибад-Заде отметил большую роль пульсаций в движении
влекомых (донных) наносов, которые связана с изменением их расхода
вдоль гряды (максимальные значения в районе гребня, минимальные,
а иногда и отрицательные - в подвалье) и с пульсацией скорости
смещения самой гряды [20]. Например, на р.Мзымте удельный расход
донных наносов изменялся во времени (через каждые 4-5 минут) в 3-7
раз, а на реке Сулак такие пульсации происходили через 6-12 минут с
колебанием удельного расхода от 0,1-0,2 до 1-2 кг/(с*м). Период
пульсаций уменьшался при увеличении расхода воды, что,
повидимому, связано с крупномасштабными турбулентными
возмущениями. На р.Мзымте пульсации зафиксированы как при
равномерном движении сравнительно мелких наносов, так и при
групповом движении крупных частиц.
S.G.Custer c соавт. установилн пульсационный характер движения
валунов на самом пике наблюдавшегося паводка; начало движения
постепенное, с нарастанием частоты прохождения серий и
уменьшением промежутков между сериями и между прохождением
отдельных валунов внутри серии. По мере возрастания
транспортирующей способности потока происходит переход к
непрерывному движению валунов с очень короткими промежутками
между сериями [23]. При падении транспортирующей способности
потока увеличивается продолжительность промежутков между
сериями, самих серий и интервалов между прохождением отдельных
валунов в серии. При дальнейшем снижении транспортирующей
способности потока ниже определенного критического значения
происходит резкое прекращение движения валунов. Пульсации при
движении валунов разнопериодны и могут определяться русловым
рельефом, неравномерностью срыва отмостки, гидравлическими
характеристиками потока. Низкопериодные пульсации могут быть
обусловлены различными внешними воздействиями (размывами
берегов, оползнями, поступлением материала из притоков, заторами и
т.д.). При изучении перемещения крупнообломочных наносов
возникают проблемы подбора теоретических функций распределения,
позволяющих описать длину пути перемещения, оценки вероятности
захоронения обломка и продолжительности периодов остановок во
время движения (используя данные непосредственных наблюдений);
определение влияния на длину переноса обломков их массы и формы;
определение влияния на длину переноса структуры руслового
рельефа и уклона дна.
Установлено, что насыщение потока мелкими фракциями
существенно повышает его транспортирующую способность (по
отношению к донным наносам) и вызывает активное движение
галечно-валунного материала [24]-[28], что усиливает их истирание и
образование взвешенного стока. По мнению С.К.Хакимова на горных
реках влияние концентрации взвешенных наносов на транспорт
донных наносов будет заметно при преобладании в составе
взвешенных наносов гравийно-галечного материала, способного при
соударениях существенно воздействовать на сдвиг валунно-галечных
донных наносов (однако это характерно только для концентраций
ниже некоторой "критической концентрации", выше которой
интенсивность движения донных наносов ослабевает вследствие
снижения скорости движения придонного слоя и кольматации
(заполнение и заиливание пространства между частицами донных
наносов) дна, уменьшающей его шероховатость, а следовательно, и
величину пульсаций скорости в придонных слоях) [26]. Кроме того,
согласно С.М.Флейшману, при прохождении селевых и селеподобных
потоков интенсивность перемещения руслообразующих наносов
пропорциональна плотности потока, при возрастании которой растут
лобовое давление на донные частицы, частота соударений частиц и
взвешивающая сила [10].
Образование отмостки в галечно-валунных руслах определяется
дефицитом наносов; количеством поступающего материала
определяются также размеры и положение зоны движения влекомых
наносов на дне реки - чем больше поступление наносов, тем шире
полоса движения наносов при равных гидравлических условиях [21].
При полном насыщениии (расход наносов равен транспортирующей
способности потока) движение влекомых наносов в виде поперечных
скоплений материала наблюдается по всей ширине русла. В близких к
критическому состоянию и бурных потоках с песчаным и гравийно-
галечным составом наносов основные формы перемещения наносов -
антидюны и движение наносов в виде узких лент или тонкого
сплошного потока (в зависимости от крупности поступающего сверху
материала) при практически гладкой поверхности дна. Отмечено, что
при песчано-гравийно-галечном составе донных отложений
крупность отмостки больше при поступлении влекомых наносов с
вышележащих участков, чем при отсутствии поступления материала.
Связывается это с увеличением турбулентных возмущений и
пульсаций придонной скорости, а, следовательно, и селективного
вымывания частиц при наличии слоя движущихся наносов и гряд.
Сток влекомых наносов горных рек изучен слабо. Методическая
сложность и очень низкая точность измерения расхода влекомых
наносов обусловили то, что органы гидрометеослужбы измеряют
расходы только взвешенных наносов. Поэтому вопросы стока
влекомых наносов на горных реках исследованы относительно слабо,
в основном эпизодически и для весьма ограниченного числа рек и их
участков. По косвенным признакам и разовым измерениям доля стока
влекомых наносов в % от массы общего стока наносов горных рек
может колебаться в широких пределах - от 1% до 90% [16].
В 1950-х годах перед началом строительства Чарвакского
гидроузла (Западный Тянь-Шань) институтом "Средазгидропроект"
при предпроектно-изыскательских работах на ряде рек бассейна
Чирчика получены более-менее представительные данные по стоку
влекомых наносов. Было установлено, что от 41 до 66% годового
стока влекомых наносов проходит в июне (по нашим наблюдениям - в
апреле-мае); доля влекомых наносов в суммарном стоке на Чаткале (в
устье) и Чирчике (у Ходжикента) в ~3-5 раз выше (соответственно 13,3
и 14,9% от стока взвешенных наносов), чем на Угаме и Пскеме
(соответственно 4,1 и 3%), что объясняется высокой размываемостью
пород (красноцветных глин, преимущественно слагающих водосборы
бассейнов Угама и Пскема), мелкие продукты размыва которых
переносятся во взвешенном состоянии. В бассейне Чаткала
преобладают известняки и кристаллические породы, при
выветривании и разрушении которых в реки поступает много
крупнообломочного материала, выносимого в виде влекомых наносов
[24], [25].
6.5. Абразия коренных пород и истирание материала наносов в
ложах водотоков
Неоднородный, необработанный материал, поступающий со
склонов, подвергается в русле обработке и гидравлической
сортировке, при которой потоком выносятся мелкие фракции, а на
дне образуется слой из более крупных отложений. Состав наносов
изменяется вниз по течению от обломков скал, глыб и
необработанного щебеночного материла в верхнем течении до
галечно-валунного (с включением более крупных обломков и более
мелких гравийно-песчаных фракций-наполнителей) в днищах
широких долин, где происходит аккумуляция наносов, вынесенных
паводками из вышележащих участков бассейна реки. Масса истертого
материала определяется площадью поверхностей абразии, а также
скоростью абразии коренных пород и истирания материала
движущихся и неподвижных наносов.
Уже давно установлена общая для всех горных стран основная
закономерность уменьшения крупности аллювия вниз по течению,
выраженная для горных рек более отчетливо, чем для равнинных. Это
объясняется как истиранием частиц при их перемещении, так и
гидравлической сортировкой при уменьшении уклонов русла и
скорости течения реки от истоков к устью. Выделены 3 группы
причин, обусловливающих уменьшение размера частиц наносов:
влияние гидродинамических изменений (разделение, сортировка);
механическая обработка (уменьшение размера частиц по стадиям -
раздробление, выветривание); постепенное уменьшение размеров
частиц (износ, истирание), а Д.Саймонс и К.Миллер (1962)
установили, что диаметр частиц наносов изменяется по длине реки по
экспоненциальному закону [20]:
DL=DНач*exp(-Ки*L), (4)
где DL - диаметр частицы на расстоянии L (км) от начала ее движения,
DНач - начальный диаметр частицы,
Ки - коэффициент истирания, определяемый свойствами горной
породы.
А.Гейм определил значения Ки для отдельных пород по длине пути
(L2), по прохождении которого ее размер уменьшается вдвое [20].
Ниже приведены значения L2 (км) и Ки (в скобках) для отдельных
горных пород: кварц 150 (0.0033) гранит, гипс - 100-150 (0.006-0.0033),
доломит - 60 (0.0083), известняк - 50 (0.01), мергелистый известняк 30
(0.0167).
Было отмечено уменьшение уклона русла реки по этому же закону
[20]:
JL = JНач*exp(-у*L) (5)
Где JНач - начальный уклон русла (в долях единицы);
JL - уклон русла на расстоянии L от начальной точки (в долях
единицы);
у - коэффициент, характерный для данной реки.
Объединив выражения (4) и (5), авторы получили:
DL/JL=(DНач/JНач)*exp{-(Ки -у)*L} (6)
Предложена следующая зависимость между уклоном, расходом
воды и диаметром частиц [20]:
1000*J=А*D*a/(Q*b) (7)
Подставив значение DL вместо D, получили:
1000*J = А*а*у*DНач*exp{-(Ки*L}/(Q*b) (8)
Для описанных авторами условий эмпирические значения
коэффициентов составили: А=2.09; а=0.84; b=0.21; у=0.00572 при
JНач=0.0022; у=0.12 при JНач=0.0146.
Ю.А.Ибад-заде отметил, что по зависимости (8), зная значения
коэффициентов а, b, у, А, Ки,, можно делать ориентировочную оценку
диаметра русловых наносов по уклонам русла и расходам воды (и
обратно).
Большая часть грубообломочного материала перемещается
потоками воды (подвергаясь по пути измельчению, окатыванию,
сортировке и пополнению за счет поступления наносов из боковых
притоков и склонового материала) во время паводков вниз, где в
расширениях выположенных долин образуется пойма и ал-
лювиальные формы в виде побочней, осередков и гряд, сложенных
валунно-галечным материалом с гравийно-песчаным наполнителем.
Можно с уверенностью полагать, что почти 100% работы по
истиранию наносов и образованию мелких фракций взвеси про-
изводится во время паводков и половодья.
Влияние рассмотренных выше факторов на образование и сток
наносов рассмотрено ниже на примерах конкретных горных рек.
6.6. Некоторые местные особенности стока наносов горными реками
6.6.1. Западный Тянь-Шань
В бассейнах основных рек Западного Тянь-Шаня (Чаткал, Пскем,
Угам, Ахангаран) в целом режим стока взвешенных наносов в
значительной мере аналогичен режиму стока воды и отличается
только большей неравномерностью как в многолетнем, так и во
внутригодовом плане. Изменчивость годового стока взвешенных
наносов в многолетнем плане весьма велика (коэффициент вариации
СV=1,4-1,6). Например, на Чаткале (гидропост Чарвак) он изменяется
от 190 тыс. т/год (1957г.) до 4400 тыс. т/год (1959г.) при
среднемноголетнем значении 948 тыс. т/год. На Пскеме (устье) он
достигал 3059 тыс. т/год (1969г.) при среднемноголетнем значении 498
тыс. т/год [24]. При этом сток воды в разные по водности годы может
отличаться на порядок и более. При внутригодовом распределении
более чем в 50% случаев время наступления месячных максимумов
наносов и воды совпадает, а почти в 30% случаев максимум стока
взвешенных наносов опережает максимум стока воды, что можно
объяснить смывом с поверхности водосбора ранее подготовленных за
предшествующий период продуктов выветривания начальным валом
паводка, еще не достигнувшим максимума. Отношение
коэффициентов вариации (СVН/СV) характеристик годового стока
наносов (СVН) и стока воды (СV) для основных рек Зап. Тянь-Шаня в
среднем близко 3,5; при увеличении высоты водосбора отношение
СVН/СV возрастает до 5.5, а при уменьшении высоты снижается до 2.5
[26].
Сток растворенных веществ достаточно велик, хотя для
большинства рек района характерна небольшая минерализация.
Практически весь сток взвешенных и влекомых наносов проходит во
время половодья, при этом большая часть взвешенного материала
имеет бассейновое происхождение.
Прослеживаются 4 зоны мутности и смыва, связанных с высотным
положением водосборов. В целом мутность рек и сток взвешенных
наносов с высотой уменьшаются; в области распространения морен
мутность рек вновь несколько возрастает. Наибольшей мутностью и
модулем смыва отличается район, прилегающий к Чарвакскому
водохранилищу с севера (низовья Угама, Пскема), что связано с
распространением здесь легкоразмываемых пород и отложений (глин,
суглинков, лессов, молассы). А.С.Назаров для реки Ахангаран у
гидропоста Турк (Зап. Тянь-Шань) на графике зависимости мутности
(?, г/м3) от расхода воды (Q, м3/с) в период половодья получил поле
разбросанных точек без определенной зависимости [24]. Это можно
объяснить тем, что концентрация мелкозема в потоке определяется не
количеством протекающей воды, а состоянием пород на поверхности
склонов; при этом минимальные (при данном расходе воды) значения
мутности соответствуют тем периодам половодья, когда отсутствуют
жидкие осадки и снеготаяние, поверхностный смыв прекратился, а
мутность в такие периоды формируется в основном за счет руслового
размыва. Исходя из этой предпосылки, О.П.Щеглова для таких
случаев предложила в качестве зависимости мутности руслового
размыва от расхода воды принимать кривую, огибающую нижнее
семейство точек на графике ? = f(Q) [25]. Этот метод применил
С.К.Хакимов для обработки данных А.С.Назарова; кроме того,
сопоставляя хронологические графики мутности и выпадения жидких
осадков, он выделил мутность дождевого происхождения и определил
величину среднего годового дождевого смыва для двух створов реки
Ахангаран за период 1972-74гг. (водность несколько ниже средней
многолетней) [26]. И.В.Крыленко (1991), обработав данные
А.С.Назарова [24], получил следующую зависимость мутности
руслового размыва (?, г/м3) от расхода воды (Q, м3/с):
? = ~12 г/м3 при Q = 10-60 м3/с (R2 = 0.91); (9)
? = 12 + 1,55*(Q - 60)0,85, г/м3 при Q = 60-120 м3/с (R2 = 0.94) (10)
Доля руслового размыв (в % к общему расходу взвешенных
наносов; в скобках указаны названия гидропостов), определенная
нами на основании материалов О.П.Щегловой [25], составляет: Угам
(Ходжикент) - 80,9%; Пскем (Чарвак) - 21,6%; Чаткал (Чарвак) -
17,2%; Ахангаран (Турк) - 15%. Высокое значение доля руслового
размыва для реки Угам (80,9%) обусловлено тем, что русло Угама
почти на всем протяжении сложено легко размываемыми коренными
породами и отложениями наносов. Согласно данным А.С.Назарова
[24], обработанным нами, величина стока взвешенных наносов в % к
общему стоку взвешенных наносов (в скобках - среднее значение):
дождевой смыв 33,2-54,7 (46,7) %; талый смыв - 38,8-50,1 (45,4) %;
русловой размыв - 6,5-24,9 (7,9)%. В маловодные годы доля талого
смыва была минимальной, руслового размыва - максимальной, а в
многоводные годы, наоборот, доля талого смыва была максимальной,
а руслового размыва - близка к минимальной. Доля дождевого смыва
была максимальной в годы средней водности и минимальной в годы
минимальной водности. Таким образом, величина доли руслового
размыва зависит от расхода воды (Q, м3/с), изменяется из года в год и
находится в прямой зависимости от водности года.
В целом по всем основным рекам взвешенные наносы поступают
за счет дождевого смыва (~30-60% от суммарного), уменьшаясь с
высотой примерно в ~2 раза; смыва талыми водами (~15-35% от
суммарного), русловых размывов (~10-20%) и смыва ледниковыми
водами в бассейнах Пскема и Чаткала (~5-10%) [25].
Считается, что в бассейнах рек Зап. Тянь-Шаня, где нет
значительного оледенения, величину руслового размыва можно
усреднять по всей площади бассейна, так как в таких бассейнах
высотное распределение факторов, влияющих на русловой размыв, в
какой-то мере нивелирует зональные различия [26]. В среднегорье
(1500-3500м н. у. м., где русла менее устойчивы, а густота речной сети
постоянных водотоков во многих местах выше, чем в низкогорье)
русловому размыву благоприятствует хорошо развитая сеть
водотоков и обилие мелкозема, вынесенного в реки лавинами и
селями. В низкогорье (ниже 1500м н. у. м.) расчлененность рельефа по
густоте может быть значительно выше, чем в высокогорье, что
повышает вероятность возникновения селевых и оползневых
явлений. На поступление наносов существенное влияние могут
оказывать не только постоянные, но и периодически действующие
временные водотоки, густота сети которых может превышать густоту
сети постоянных водотоков.
Согласно О.П.Щегловой, дождевой и талый смыв значительно
изменяются по высотным зонам; подобно им изменяется и русловой
размыв [25]. Данные по его распределению весьма ориентировочны и
условны.
Распределение суммарного смыва по генетическим источникам и
высотным зонам в бассейне р.Ахангаран по данным А.С.Назарова
[24], обработанным авторами данной статьи, приведено ниже в
таблице 1 (в скобках даны значения в % к итогу).
Таблица 1
Высотные
зоны, м н. у.
м.
Удельный смыв (модуль смыва), т/(год*км2)
дождевой
талый
русловой
всего
выше 4000
0 (0)
5,2 (62)
3,2 (38)
8,4 (100)
4000-3500
5,42 (10)
44,5 (84)
3,2 (6)
53,3 (100)
3500-3000
12,4 (15)
67,5 (81)
3,2 (4)
83,1 (100)
3000-2500
20,4 (23)
66,8 (73)
3,2 (4)
90,4 (100)
2500-2000
25,6 (31)
54,8 (65)
3,2 (4)
83,6 (100)
2000-15000
29,7 (70)
10 (23)
3,2 (7)
42,9 (100)
1500-1000
30,4 (89)
0,8 (2)
3,2 (9)
34,4 (100)
В бассейне р.Ахангаран внутригодовое распределение русловой
составляющей стока взвешенных наносов очень неравномерно. Более
90% руслового размыва приходится на весну, а меженный размыв
дает лишь малую долю годового. Таким образом, русловой размыв
является результатом совместного действия русловых и бассейновых
процессов.
Общая тенденция к уменьшению среднего размера
руслообразующих наносов вниз по течению реки (что вызвано
уменьшением уклонов, дроблением и истиранием наносов), часто
нарушается (в частности, для рек бассейна Ахангарана) под влиянием
селевых притоков, резко изменяющих. состав наносов главной реки
массовым выносом обломочного материала. Результаты натурных
исследований не отвечают и зависимости среднего диаметра отмостки
(dСрОтм) от площади водосборного бассейна (F) и среднего уклона реки
(J) <dСрОтм~F0,4J0,3> в формуле (1), вытекающей из условия
формирования фракционного состава отмостки за счет
гидравлической сортировки руслообразующих наносов, что
объяснимо действием внешних (по отношению к системе "поток-
русло") факторов, определяющих поступление в русло наносов
селевых потоков и склоновых процессов [27]. В условиях сложного
горного рельефа их влияние столь велико, что затушевывает влияние
собственно гидравлических факторов, не наблюдается повсеместного
закономерного уменьшения крупности материала отмостки вниз по
течению реки и уменьшения несортированности материала, что
свидетельствует о преобладании влияния селевых выносов из
боковых притоков над влиянием морфологии долины,
гидродинамических характеристик водных потоков рек и изменения
типов русел [26]. Плавность уменьшения крупности наносов по длине
реки нарушается также чередованием сужений и расширений долин. В
сужениях (теснинах, каньонах) формируются крупные скопления
глыбово-валунного материала, поступающего с крутых склонов.
Выносы обломочного материала из долины-притока и его отложения
в днище долины-приемника, как правило, вызывают подпруживание
обеих рек, накопление наносов на их подпруженных участках и
выполаживание уклонов на этих участках. Ниже конус выноса
обычно вызывает увеличение уклона русла реки-приемника. Такие
выносы вызывают местные увеличения крупности, необработанности
и несортированности материала наносов. Стеснение русла и
увеличение скорости потока способствует выносу мелкого материала
за пределы сужения, в результате чего в составе наносов возрастает
доля крупных фракций.
Следует отметить еще одно (немаловажное, по нашему мнению)
обстоятельство. На графике зависимости Рd%=f(d) содержания
фракций наносов (Рd%) от их крупности (d), построенном авторами по
методу Е.Крессера для взвешенных и влекомых наносов весеннего
паводка реки Ахангаран (по данным для гидропоста Турк в 4км выше
плотины), на интегральной кривой фракционного состава
взвешенных наносов прослеживается двойной горб-перегиб в
диапазоне размеров частиц от 0,001 до 0,05мм. Такая форма кривой
может свидетельствовать о генетической однородности влекомых
(приходящих в движение вследствие размыва русла), и генетической
неоднородности взвешенных наносов. Взвешенные наносы на верхнем
участке Ахангарана образуются в основном за счет склонового стока,
без заметного участия русловых мелких фракций, достаточного запаса
которых в русле верхнего Ахангарана практически нет (тем более
очень мелких фракций). В принципе это можно объяснить
поступление в состав стока техногенной пыли, выбрасываемой в
атмосферу предприятиями, расположенными в долине Ахангарана,
однако для уверенного вывода недостаточно отдельного (возможно
даже единичного) измерения, а требуются более детальные
специальные исследования. В долине реки Ахангаран в 1950-70-е годы
были построены мощные горно-металлургические предприятия,
цементные заводы, керамический комбинат, а также тепловые
электростанции, работающие на высокозольном сернистом угле. В
результате по ориентировочной оценке авторов годовые выбросы в
атмосферу с дымовыми газами этих предприятий достигали (большой
интервал обусловлен степенью загрузки производственных
мощностей): пыли (золы, цемента, угля и др.) - 0,6-1,2 млн. т/год;
окислов серы - 0,5-1 млн. т/год; окислов азота - 0,2-0,4 млн. т/год.
Долина Ахангарана характерна периодической сменой направлений
воздушных потоков: утром и в первой половине дня ветер дует вдоль
долины сверху вниз (от Ангренского плато вниз к устью Ахангарана),
а во второй половине дня меняет направление. Таким образом
загрязняющие вещества, выброшенные в атмосферу, многократно
циркулируют в долине Ахангарана и в долинах его основных
притоков (это очень отчетливо прослеживается визуально при взгляде
сверху - с гор или с самолета), при этом постепенно аэрозольные
частицы (зола, цемент и др.) осаждаются на поверхностях водосборов;
окислы серы и азота частично оседают вместе с пылью, а частично
растворяются в конденсирующихся парах атмосферной влаги
(особенно во время туманов, облачности и осадков) и в конце концов
также достигают поверхности водосборов, а затем поступают в речную
сеть в составе взвешенных и растворенных веществ. Следует учесть,
что интенсивность выбросов и седиментации веществ по массе
соизмерима с природными процессами. В долинах бассейна Чирчика
выбросы пыли и газообразных веществ в несколько раз меньше. В
период с июня-июля по сентябрь-октябрь воздушные потоки (так
называемый ветер <афганец>) приносят тонкую пыль из
прилегающих к региону пустынь; часть этой пыли также оседает и
затем поступает в сток рек.
6.6.2. Украинские Карпаты
В Украинских Карпатах главные факторы формирования твердого
стока - эродированность территории, большая глубина вреза речных
долин, характер атмосферных осадков, природная или искусственная
зарегулированность стока [8], [16]. В результате совместного действия
этих факторов среднегодовая многолетняя мутность воды
(концентрация взвешенных веществ) разных рек колеблется в
пределах от нескольких г/м3 до нескольких сотен г/м3, а в отдельных
случаях - и тысяч г/м3 (чаще всего - от 20 до 700 г/м3). Основную часть
(до 90% и более) твердого стока рек Карпат составляют взвешенные
наносы. Наибольших значений она достигает в паводки,
непосредственно после выхода рек из гор, когда потоки еще имеют
большую энергию, а противоэрозийная стойкость грунтов
уменьшается. Наибольшие количества наносов выносят Днестр (до 2
млн. т в год) и Прут (~1 млн. т в год) [8]. С увеличением размеров реки
мутность воды и модуль твердого стока преимущественно
уменьшаются, что обусловлено большей пологостью склонов на
больших водосборах и вызванным этим уменьшением
транспортирующей способности водных потоков. Считается, что на
равнинных реках во взвешенном состоянии транспортируется до 90%
твердого стока, а на горных реках до 90% может быть влекомых
наносов [16]. Согласно данным многолетнего (от 21 до 38 лет) ряда
наблюдений для рек основных бассейнов Карпат [29] для стока
взвешенных наносов величина CVB значительно больше, чем для
среднего стока воды; при отсутствии связи CVB и CSB с площадью
водосборов главная причина этого - различие физико-географических
условий. Для большинства рек Карпат CVB меньше 1 или не очень
превышает 1. Высокая мутность воды многих рек Карпат обусловлена
не только экзогенными процессами, но и неотектоникой региона -
восходящие подвижки в Карпатах, так же, как и в соседней Молдавии,
обуславливают аномально высокую мутность воды рек. Cезонные
колебания величины стока взвешенных наносов весьма значительны
и в разные по водности (а, следовательно, и по величине стока
наносов) могут достигать прямо-противоположных значений, причем
близкая к нулю величина стока наносов (например, 4% - на реке Рика
у г.Хуст в многоводном 1965г.) может наблюдаться в любом сезоне
года, в том числе и весной. В то же время, например, на реке Уж у
г.Ужгорода сток наносов весны также многоводного 1964г. составил
97% годового стока. Отсюда вытекает одна из характерных
особенностей как малых, так и средних рек Карпат, состоящая в очень
больших внутригодовых колебаниях твердого стока, формирующегося
в основном в периоды весеннего половодья и нескольких дождевых
паводков. Доля взвешенного стока весеннего половодья - около 20%
от годового стока (в то время, как на северо-востоке Украины - 80%).
С начала 1980-х годов появилась тенденция уменьшения и этой 20%-
ной доли - стали более мягкими зимы и повысилась ливневая
активность.
Украинские Карпаты большей частью сложены мощными толщами
дислоцированных пород (флишем), причем обнажения коренных
пород приурочены, как правило, к нижней, более крутой части
склонов, а верхние и средние части прикрыты рыхлыми
четвертичными отложениями. Для Карпат характерен сток вод по
щебнистым прослойкам в глинистом делювии с концентрированным
выходом водных струй на поверхность у подножий склонов, что
провоцирует образование оползней.
Интенсивность смыва наносов в первичную гидрографическую сеть
определяется в основном площадным смывом с прилегающих
склонов. Данные о мутности (концентрации твердой фазы) вод
склонового стока (с водосборов площадью 0,05-0,5км2) для горной
части основных бассейнов Карпат приведены ниже в табл.2 (таблица
составлена авторами по данным В.В.Вакалюк и др. сотрудников
Львовского сельхоз. ин-та).
Таблица 2
Бассей
н реки
Покровные
отложения
Смыв в период:
Размыв
оврагов,
оползней,
оплывин,
конусов
выноса
Снеготаяния
Интенсивных
дождей
средни
й
макси
мальн
ый
средни
й
макси
мальн
ый
средни
й
макси
мальн
ый
Тиса
щебнисто-
суглинистые
<1
<2
1-5
5-25
25-50
80-100
плотные
породы
<0,1
<0,2
0,1-2
0,5-10
2-15
100-
120
Прут
щебнисто-
суглинистые
<2
<4
3-10
5-15
10-25
30-150
Днест
р
щебнисто-
суглинистые
-<1
<5
0,5-3
3-30
10-30
50-200
плотные
породы
<0,1
<1
0,1-2
3-5
2-10
20-100
Данные о мутности воды периодических водотоков (площадь
водосбора 0,5-5км2) и малых рек (площадь водосбора 0,5-5км2) горной
части бассейнов Тисы, Прута и Днестра приведены ниже в таблице 3
(таблица составлена авторами).
Таблица 3
Бассей
н реки
Расчлененность
рельефа
Залесен
ность,
%
Мутность вод, кг/м3
густота
, км/км2
глубин
а, км
периодических
водотоков
малых рек
средни
й
максим
.
средни
й
максим
.
Тиса
3,5-4
>0,2
20-60
5-10
70-90
1-5
30-50
Прут
2,5-3
>0,2
20-70
5-15
50-200
2-10
50-70
Днестр
2-3
>0,2
20-50
0,5-5
70-120
1-5
20-100
При ливнях со слоем осадков более 12-20мм идет образование сети
рытвин, промоин и шлейфов выносов; в первичных водных потоках
мутность составляет 5-10 кг/м3 и выше, а при слое осадков более 40мм
достигает 70-90 кг/м3. Для области тонкоритмичных флишевых
образований характерно развитие оплывин и оползней, являющихся
поставщиками наносов. Размеры оплывших масс достигают 200м и
более в глубину, 5-300м по фронту и до 10 тыс.м3 по объему; возможно
образование недолговечных подпрудных озер. Оползневые тела,
конусы выноса, врезы в флиш являются очагами поставки наносов и
образования селей. При их размыве мутность воды в реках возрастает
до 30-50кг/м3.
В бассейне Прута во время паводков редкой повторяемости
возможен перенос водным потоком крупных обломков камней
размером от 20-30см до 1-1,5м; мутность водо-каменных и
грязекаменных потоков - до 50-200кг/м3 и выше. Во время обычных
снего-дождевых паводков переносится лишь мелкозем и мелкая
щебенка; насыщение потока твердой массой не превышает 30кг/м3.
Первичные горные потоки с площадью водосбора 1,5-5км2 в долине
Прута (между г.Яремча и Делятин) во время паводков имеют
мутность от 5-15 до 50-70 кг/м3; в наносах преобладает мелкозем (30-
70% массы); при слое осадков более 20мм здесь возможны
грязекаменные и водокаменные селеподобные паводки с мутностью
до 250 кг/м3.
В бассейне Днестра сток наносов небольших горных потоков
формируется в основном за счет размыва ранее отложенного
материала конусов выноса, оползней, обнажений флиша. При
разрушении флиша характерно образование отдельных глыб из
толстопластинчатых песчаников и вынос мелкозема, образовавшегося
из прослоев аргиллитов.
По данным гидрометеорологических наблюдений в донных
отложениях главных рек преобладают следующие материалы.
1) Днестр (у г.Самбор): при невысоких паводках 30-70% отложений
имеют размер 10-20мм, содержание фракции мельче 1мм - до 40%.
2) Прут (у г.Черновцы): преобладают (40%) фракции диаметром
10-20мм, а частицы крупнее 100мм отсутствуют. После сильных
паводков в донных отложениях до 70% частиц имеют размер 20-50мм.
3) Тиса (у г.Рахов), Рика (Хуст), Теребля (Колочава), Уж (Ужгород):
в паводок 50-60% частиц с размером 10-100мм и 40-60% частиц
размером более 100мм. В межень растет содержание песчаных
фракций (в р.Латорице у г.Мукачево - до 20%).
4) Тиса (у пгт.Вилок): доля отложений крупнее 100мм составляет
менее 10%.
На интегральной кривой фракционного состава взвешенных
наносов Белой Тисы (по данным для гидропоста у с.Ростоки)
прослеживается горб-перегиб в диапазоне размеров частиц от 0,001 до
0,05мм, но, поскольку в долине Тисы нет мощных техногенных
источников выбросов мелкой пыли, то наличие перегиба на кривой
можно объяснить только естественными причинами. В частности, это
может свидетельствовать о возникновении взвешенных наносов как
за счет склонового смыва, так и за счет размыва русла, берегов или
береговых откосов реки и ее притоков с обнажениями пород,
содержащими очень мелкие фракции.
Во время паводков редкой повторяемости возможен перенос
водными потоками очень крупных обломков скал и камней при
мутности водо-каменных потоков до 50-200кг/м3 и выше. Во время
обычных снего-дождевых паводков обычно переносится лишь
мелкозем и мелкая щебенка, а насыщение потока твердой массой не
превышает 30кг/м3. Первичные горные потоки Украинских Карпат с
площадью водосбора 1,5-5км2 во время паводков имеют мутность от 5-
15 до 50-70кг/м3; в наносах преобладает мелкозем (30-70% массы); при
слое осадков более 20мм возможны грязекаменные и водокаменные
селеподобные паводки с мутностью до 250кг/м3.
Закономерности формирования и обработки наносов в руслах
горных рек почти регулярно нарушаются не только за счет
поступления наносов из боковых притоков и склонового материала,
но и выходами коренных пород, где на протяжении от нескольких
метров до нескольких километров образуется врезанное скальное
порожистое или скальное лотковое русло. Аллювиальные
образования в таких местах редки, малоразвиты и приурочены к
изгибам русел, карманам в скальных массивах, нижней части мысов
или островов; на большем протяжении скальных участков они
практически отсутствуют вследствие транзитного переноса наносов от
очагов питания к зонам аккумуляции в периоды паводков. Этим
обусловлено широкое распространение частых чередований плесовых
и порожисто-водопадных участков и специфический ступенчатый
профиль русел, дополняемый искусственно созданными ступенями-
перепадами для форели, создания подпора (для лесосплава) и др.
целей.
М.В.Куценко [30], исследуя динамику эрозионно-аккумулятивных
процессов и связь между расходом наносов, расходом воды и уклонами
русел потоков, получил уравнения регрессии для различных грунтов,
слагающих ложе русел и показал, что в то время как расходы воды
вниз по течению потоков возрастают, расходы наносов изменяются
волнообразно, зоны эрозии и аккумуляции закономерно сменяют одна
другую вниз по течению. Наблюдения на одном из потоков в течение 5
лет дали в разное время различные результаты, описываются они
различными уравнениями регрессии, показавшими (для суглинков и
лессов) даже обратную связь между расходами воды и наносов
(показатель степени m при Q в формуле (1) равен m=-0,2 для
суглинков и m=-1,7 для лессов); отсюда автор сделал вывод, что
неудивительно, что существуют десятки методов расчета смыва
грунтов со склонов, свыше сотни формул для скорости потоков на
склонах.
Бассейны рек заметно различаются по развитости речной сети
постоянных водотоков, более высокой в приводораздельных частях
главных (по абсолютной высоте) хребтов и резко снижающейся в
зонах ветровой тени, в низкогорье и в долинах крупных рек (Тисы,
Днестра, Прута, Чирчика, Ахангарана и др.). Однако в горах на
поступление наносов существенное влияние оказывают не только
постоянные, но и периодически действующие, временные водотоки,
густота сети которых превышает густоту сети постоянных водотоков
в Карпатах в ~2 раза (от 2-3 км/км2 в бассейнах Днестра и Прута до 3,5-
4 км/км2 в бассейне Тисы), а в Тянь-Шане - в ~3-4 раза. При этом в
низкогорье расчлененность рельефа по густоте может быть
значительно выше (особенно в Тянь-Шане), чем в высокогорье (выше
3200м), что повышает вероятность возникновения селевых и
оползневых явлений. Как в Карпатах, так и на Тянь-Шане
существенное (хотя в основном - косвенное) влияние на образование и сток
наносов оказывают снежные лавины (на Северо-Западном Кавказе
лавины оказывают гораздо меньшее влияние, в основном в верховьях
самых крупных рек - Мзымты, Сочи, Шахе).
Русловой аллювий малых горных рек Зап. Тянь-Шаня
сформирован в основном валунами разных размеров с включением
отдельных глыб и наполнителя из гальки, гравия, а в застойных зонах
потока и в аллювиальной толще - и песка крупностью ~0,5-1мм.
Такой же гранулометрический состав характерен и для аллювия
горных рек Украинских Карпат, однако, здесь больше плитняка
неправильной формы, ориентированного по направлению течения
потока, в то время как на Западном Тянь-Шане в составе валунов и
галек преобладают округлые и овальные формы.
6.6.3. Юго-западный макросклон Северо-Западного Кавказа
Крупные (среднегорные) реки имеют смешанное (атмосферное,
подземное и снеговое питание); мелкие реки (в основном -
низкогорные, которых значительно больше) питаются только теми
водами, которые стекают со склонов при дождях и снеготаянии.
Почти все крупные реки сосредоточены в южной части кавказского
побережья России. В этом же направлении возрастает и взвесенесущая
способность этих рек, что показывает важную роль климата и
рельефа прибрежной суши в формировании речного стока. Южнее
устья речки Адерба вплоть до Туапсе количество атмосферных
осадков заметно возрастает, увеличивается и сток (реки Пшада,
Вулан, Джубга, Нечепсухо, Агой и др.). Границей северо-западного и
юго-восточного районов служит водораздел рек Джубга и Шапсуго; к
юго-востоку растет и сток воды рек; крупные реки, число которых в
~два раза меньше, чем мелких, поставляют в прибрежную зону и на
шельф по крайней мере в четыре раза больше взвешенных и в три
раза больше влекомых наносов [2]. Значительная часть взвешенных
наносов в прибрежную акваторию моря поступает со стоком малых
горных рек (часть которых пересыхает в жаркие месяцы).
Значительную часть стока взвеси выносят селеподобные потоки. Для рек
(особенно в верховьях и среднем течении) и множества временных
водотоков, заполняющих в периоды типичных для района
интенсивных дождей разветвленную и хорошо развитую овражно-
балочную сеть, характерны вогнутый по форме продольный профиль
и нерегулярный, часто селеобразный сток [2]. Во время проливных
дождей в верховьях скапливается сносимый со склонов каменный и
глинистый материал, устремляющийся при избытке влаги в виде
грязекаменного потока вниз по круто падающему верховью реки и
быстро достигающий относительно пологой приустьевой ее части.
Сила инерции этого потока бывает такова, что он и большую часть
пологого профиля дна реки проходит в виде селя, достигая устья и
вынося в море в прибрежную волновую зону галечный материал, а на
шельф - илистый. Такие особенности твердого стока рек во многом
обусловлены условиями выветривания горных пород, слагающих
юго-западный склон ГКХ и, прежде всего, флишевой формации [2].
Степень обводненности (насыщенности территории водотоками)
района оценена по величине коэффициента густоты речной сети Г
(км/км2); она колеблется от 1,6 км/км2 для постоянных водотоков до
2,5-3км/км2 для общего горизонтального расчленения гидросети (с
учетом суходолов и балок), что соответствует длине пути склонового
стекания осадков Lскл= 1/2Г=-0,3-0,17км (что соответствует данным За-
падного Тянь-Шаня и Украинских Карпат).
В целом для рек России, впадающих в Черное море, средний объем
твердого стока составляет 1597,8 тыс. м3 при среднем модуле 299
м3/км2 и соотношении между влекомым и взвешенным стоком 0,34 [2].
Общий среднемноголетний сток наносов рек российской части
юго-западного склона ГКХ (от Сукко до Псоу включительно)
составляет 2934 тыс. т/год, в том числе 762 - влекомых и 2172 -
взвешенных, при суммарном стоке воды 7245 тыс. м3/год. Доля
влекомых наносов в общем стоке наносов составляет в среднем около
30% для всех мелких рек и около 25% для всех более крупных рек
российского региона. Многолетние колебания стока взвешенных
наносов очень велики [15].
Модуль стока в среднем по району оценивается величиной 152
т/(год*км2), а экстремальные показатели составляют 91 (р.Цемес) и
267 (р.Джанхот) т/(год*км2), а в районе Туапсе (реки Шапсухо-Туапсе-
Аше-Псезуапсе-Чимит) - в среднем 332 т/(год*км2, а модуль стока
воды - 34 л/(с*км2) [2]. Основную часть (70-75% массы) твердого стока
рек составляют взвешенные наносы.
По нашим данным модуль твердого стока в среднем значении
характеризуется величинами ~150-350 т/(год*км2), а экстремальные
показатели составляют от 91 (р.Цемес) до 711 (в том числе - 552
взвешенных и 159 влекомых) (р.Мзымта) т/км2 в год. Величина
среднего годового модуля стока воды в Краснодарском регионе
черноморского побережья изменяется по отдельным бассейнам от 5-6
л/с с км2 в северо-западной части (в районе Новороссийска) до 56,5 л/с
с км2 у р.Мзымта (в юго-восточной части района); для основных рек
региона он закономерно возрастает с увеличением средневзвешенной
высоты расположения водосборного бассейна и доли снегового стока в
питании реки.
По данным И.В.Крыленко (1991) на большинстве изученных
малых и крупных горных рек Западного Тянь-Шаня величина
среднего многолетнего модуля смыва взвешенных наносов (МВ)
находится в пределах 38-161 т/год с 1км2 водосборной площади и
только на двух реках (Пскем и Угам), бассейны которых сложены
легко размываемыми породами, достигает 195-363 т/год с 1км2.
Наибольший модуль смыва в районе, прилегающем к Чарвакскому
водохранилищу с севера (низовья Угама, Пскема) - от 300 до 7000
т/км2 в год при среднем по бассейну Чирчика менее 150 т/км2 в год. На
реках Украинских Карпат значения МВ находятся в пределах 50-130
т/год с 1км2, то есть, полностью входят в интервал значений МВ для
рек Зап. Тянь-Шаня и юго-западного макросклона Северо-Западного
Кавказа, несмотря на весьма значительные различия в физико-
географических, климатических и др. условиях этих трех регионов.
Следует подчеркнуть, что даже экстремальные показатели горных
рек, стекающих в Черное море с юго-западного макросклона Северо-
Западного Кавказа, (МВ=91-332 т/(год*км2) также полностью входят в
интервал значений МВ для рек Западного Тянь-Шаня.
Данные о стоке взвешенных и влекомых наносов реками юго-
западного макросклона Северо-Западного Кавказа обобщены в
работах Г.Н.Хмаладзе [15] и Н.И.Кочетова [31]. Как следует из анализа
этих работ, более ранние данные Г.Н.Хмаладзе (1978) по стоку
взвешенных и влекомых наносов приблизительно в ~1,57 раза
превышают более поздние показатели Н.И.Кочетова (1991). Учитывая,
что данные Г.Н.Хмаладзе [15] более детальны и обширны (по числу
рек), им можно отдать предпочтение.
Определенные нами среднегодовые значения мутности воды
отдельно взятых рек колеблются в пределах от 195-214 г/м3 (на более
крупных реках Вулан и Пшада) до ~480 г/м3 на мелких реках Цемес,
Джубга, Хотецай. Среднегодовая мутность всего стока воды всех
учтенных рек составляет 337 г/м3. В целом по району не
прослеживается четкой связи мутности с высотным положением
водосборных бассейнов рек, хотя в принято считать, что мутность рек
и сток взвешенных наносов с высотой уменьшаются.
Наиболее низка (~25%) доля влекомых наносов (в общем стоке
наносов) у самых крупных (по стоку воды и наносов) рек (Мезыб,
Пшада, Нечепсухо), для которых она варьирует от 22% (Шапсухо) до
27% (Вулан, Агой). Для малых речушек она заметно выше и достигает
37% (Дюрсо, Тешебс) и 41% (Первая Щель). В целом по району доля
влекомых наносов составляет ~26,5% от общего стока наносов (667
тыс. т/год, в том числе 176 - влекомых и 491 - взвешенных, при
суммарном стоке воды 1457 млн. м3/год).
Полученные нами данные о стоке разных по условиям питания и
объему выносимого материала рек юго-западного макросклона
Северо-Западного Кавказа в пределах Краснодарского края (согласно
[31]) приведены в таблице 4. Здесь к <мелким> (по терминологии
Н.И.Кочетова) нами отнесены реки со средним годовым стоком воды
менее 100 млн. м3, а к <крупным> - реки со средним годовым стоком
воды более 100 млн. м3.
Таблица 4
Данные о стоке разных по условиям питания и объему выносимого
материала рек юго-западного макросклона Северо-Западного Кавказа
<Мелкие> реки с чисто склоновым
питанием
<Крупные> (среднегорные) реки со
смешанным питанием
Река
Средний годовой сток
Река
Средний годовой сток
воды,
млн.
м3
взвеси,
тыс. т
влекомых на-
носов, тыс. т
воды,
млн. м3
взвеси,
тыс. т
влекомых
наносов,
тыс. т
Сукко
22,4
6,7
2,5
Мезыб
122,2
32,4
11,1
Дюрсо
15,1
3,6
2,2
Пшада
310,0
41,7
13,9
Цемес
16,4
5,4
2,1
Вулан
219,0
26,8
10,2
Озерейк
а
11,2
3,3
1,6
Шапсух
о
222,4
56,8
16,0
Джанхот
35,6
9,1
4,0
Нечепсу
хо
145,3
24,1
13,5
Тешебс
17,6
3,3
1,9
Агой
107,2
25,8
9,5
Джубга
47,9
15,6
5,1
Туапсе
390,5
55,9
17,9
Небуг
8,6
18,6
7,7
Аше
425,2
56,4
21,7
Ту
43,5
10,9
4,8
Псезуап
се
491,2
70,2
26,8
Шепси
61,7
14,3
5,7
Шахе
1062,0
190,0
57,7
Макопсе
45,7
9,9
5,0
Сочи
582,3
86,3
32,7
Цусхвад
ж
38,1
8,1
4,1
Хоста
155,2
23,4
10,2
Чимит
35,9
10
4,7
Кудепст
а
107,1
16,6
7,1
Буу
13,5
4,6
2,1
Мзымта
1477,0
282,2
81,5
Хобза
18,6
6,1
2,8
Лоо
32,4
10,4
4,6
Дагомыс
64,9
20,7
7,7
Мамайк
а
13,9
4,6
2,1
Бзугу
7,2
1,6
1
Мацеста
72,4
13,5
6
Херота
13,5
2,4
1,1
Сумма
529,1
160,6
68,6
Сумма
5816,6
988,6
329,8
Результаты обобщения этих данных приведены в таблице 5.
Таблица 5
Показатель
Масштаб рек
<мелкие>
<крупные>
Среднегодовая мутность всего стока воды рек
юго-западного макросклона Северо-Западного
Кавказа, г/м3
304
170
Среднегодовая доля влекомых наносов в общем
стоке наносов всех рек, %
30
25
Эти результаты, полученные при обработке данных Н.И.Кочетова
[31], несколько отличаются количественно (в меньшую сторону) от
результатов, полученных при обработке данных Г.Н.Хмаладзе [15],
однако качественно соответствуют им.
Ниже приведены ориентировочные данные (по нашей оценке) о
доле вклада основных источников образования и стока взвешенных
наносов водотоками юго-западного макросклона Северо-Западного
Кавказа на участке между мысами Дооб (в ~10км к югу от
г.Новороссийска) и Кодош (к С-З от г.Туапсе) (в % к общей массе
стока взвешенных веществ в море):
Таблица 6
Показатель
Масса,
т/год
% к итогу
Средний многолетний сток взвешенных
веществ всеми водотоками - всего
490000
100,0
в том числе за счет:
А. Естественных процессов - всего
340000
69,4
в том числе:
1)Выветривание естественных обнажений
горных пород в водосборах рек
50000
10,2
2)Размыв выносов лавин
2400
0,5
3)Размыв выносов оползней
25000
5,1
4) Размыв селевых отложений
14000
2,9
5) Взвешенный сток селеподобных
потоков
100000
20,4
6)Русловой размыв
42000
8,6
7) Поверхностный смыв - всего
106000
21,6
в том числе: а) с залесенных склонов
6000
1,2
б) с естественных обнажений у рек
75000
15,3
в) прочие поступления
25000
5,1
Б. Совместных естественных и
антропогенных процессов - всего
150000
30,6
в том числе:
1) Линейная эрозия грунтовых дорог и
просек
3000
0,6
2) Поверхностный смыв - всего
127000
25,9
в том числе: а)со свежих лесосек
1400
0,3
б) с пастбищ с ненарушенной дерниной
1600
0,3
в) с пастбищ с нарушенной дерниной
10000
2,0
г) с антропогенных обнажений горных
пород (у дорог, просек и т.п.)
30000
6,1
д) размыв поверхности грунтовых дорог,
просек, площадок и т.п.
8000
1,6
е) с пахотных земель (пропашные
виноградники, сады и др.)
75000
15,3
ж) с приусадебных, дачных участков,
огородов
1000
0,2
3) Смыв пыли, грязи с поверхности дорог,
тротуаров, площадей и т.п.
20000
4,1
Как видно из таблицы 6, главным (69,4% общей массы стока) их
источником являются естественные процесссы и явления (к ним
условно отнесен небаланс, т.е. неучтенные поступления взвешенных
веществ), в том числе: выветривание естественных обнажений горных
пород в водосборах рек -10,2%; размыв выносов оползней - 5,1%;
размыв выносов лавин - 0,5%; взвешенный сток селеподобных
потоков - 20,4%; размыв селевых отложений - 2,9%; русловой размыв
- 8,6%; поверхностный смыв - всего - 21,6%, в том числе: с
залесенных склонов - 1,2%; с естественных обнажений у рек - 15,3%.
За счет совместных естественных и антропогенных процессов - всего
30,6%, в том числе: линейная эрозия просек, грунтовых дорог и
обочин - 0,6%; поверхностный смыв - всего - 25,9%, в том числе: со
свежих лссосек - 0,3%; с пастбищ с ненарушенной дерниной - 0,3%; с
пастбищ с нарушенной дерниной - 2%; с антропогенных обнажений
горных пород (у дорог, просек и т.п.) - 6,1%; размыв поверхности
грунтовых дорог, просек, площадок и т.п. - 1,6%; с пахотных земель
(пропашные виноградники, сады и др.) - 15,3%; с приусадебных,
дачных участков, огородов - 0,2%; смыв пыли, грязи с поверхности
дорог, тротуаров, площадей и т.п. - 4,1%.
Русловой аллювий малых горных рек района сформирован в
основном валунами разных размеров с включением отдельных глыб и
наполнителя из гальки, гравия, а в застойных зонах потока и в
аллювиальной толще - и песка крупностью ~0,5-1мм; в составе
валунов и галек преобладают округлые и овальные формы. Такой
гранулометрический состав более характерен для аллювия горных
рек юго-восточного участка побережья (ближе к Туапсе); в аллювии
рек северо-западного участка побережья больше плитняка
неправильной формы, ориентированного по направлению течения
потока. В приустьевых донных отложениях главных рек района
преобладают: в паводок - частицы размером 10-100мм и более, в
межень растет содержание песчаных фракций; фракции мельче 1мм
(до 40% по массе) содержатся только в заводях с малыми скоростями
течения. Таким образом, самые мелкие фракции вымываются и
выносятся в море, обуславливая повышенную мутность прибрежных
вод во время паводков и некоторое время - после их спада. Взвесь
стока рек района представлена преимущественно мелкоалевритовым
и алевритово-пелитовым материалом; больше всего - мелкого и
крупного алевритового, в несколько раз меньше - песчаного и на
порядок меньше - пелитового; в глинистом материале доминируют
гидрослюды (иллит) и монтмориллонит. Средневзвешенная
крупность частиц взвеси (dСР) наиболее часто лежит в пределах 0,02-
0,08мм; она несколько выше в реках с большей скоростью течения.
При дождевых паводках (особенно в их начале) dСР больше, чем в
половодье, которое в этом районе редко отличается от дождевого
паводка. При возрастании расхода воды dСР уменьшается, так как
смытые со склонов водосбора наносы мельче, чем те, что слагают
русло. По химическому составу во взвеси преобладают алюмо-
силикаты и карбонаты кальция и магния; в виде взвеси выносится ос-
новная масса стока токсичных металлов, бенз/а/пирена, некоторых
пестицидов [2].
Выводы
1. На образование и сток наносов горными реками оказывают
влияние многие физико-географические факторы: тектонические,
геологические, геоморфологические и климатические условия; рельеф,
строение речной сети и водосборного бассейна; грунты и почвенно-
растительный покров; склоновые процессы и явления (лавинные, селевые,
оползневые, осыпные, обвальные, денудационные, эрозионные, эоловые,
флювиальные и др.);
процессы выветривания и денудации горных пород;
морфологические характеристики водосборных бассейнов;
гидрологический режим и русловые процессы постоянных и временных
водотоков; формирование и режим стока наносов постоянными и
временными водотоками и др). Существенную роль оказывают
совместные действия физико-географических и антропогенных фак-
торов.
2. Несмотря на весьма значительные различия в физико-
географических, геологических, морфологических, климатических и
др. условиях рассмотренных горных регионов, средние многолетние
величины модуля стока взвешенных наносов большинства изученных
малых и крупных рек Украинских Карпат и юго-западного
макросклона Северо-Западного Кавказа находятся в тех же пределах,
что и для рек Западного Тянь-Шаня. Во всех горных районах, главные
факторы формирования твердого стока - состав и свойства горных
пород и почв, состояние растительного покрова, эродированность
территории, большая глубина вреза речных долин, характер
атмосферных осадков, отсутствие природной и искусственной
зарегулированности стока. В результате совместного действия этих
факторов мутность воды рек может колебаться от нескольких г/м3 до
сотен кг/м3.
3. Во время интенсивных дождей и снеготаяния смываются и
сносятся в реки почвы, грунты, обломки горных пород, растительный
и древесный материал, а с урбанизированных территорий - также
всевозможный мусор, бытовые, транспортные, строительные,
производственные отходы, смыв с поверхностей дорог, площадей,
дворов и т. д. Процесс смыва твердых материалов достигает наиболь-
шей интенсивности на распаханных горных склонах, а также на
склонах с отсутствующим или ослабленным растительным покровом.
4. Огромная энергия паводочных потоков (особенно селевых,
плотность которых в ~1,5-2 раза выше, чем водных) позволяет
перемещать обломки скал массой иногда в десятки и даже сотни тонн.
Потоки воды размывают берега и нередко сносят большие участки их,
беспорядочно углубляют русла или, наоборот, отлагают наносы с
образованием разнообразных форм руслового и пойменного рельефа.
5. Во всех рассмотренных горных районах весьма значительны
сезонные колебания величины стока взвешенных наносов;
практически весь сток взвешенных и влекомых наносов проходит во
время паводков и половодья, при этом большая часть взвешенного
материала имеет бассейновое происхождение. Взвешенные наносы в
реки поставляются в основном за счет дождевого смыва (30-60% от
суммарного стока, , уменьшаясь с высотой водосбора), смыва талыми
водами (15-50% от суммарного, возрастая с высотой водосбора),
русловых размывов (6-25%) и смыва ледниковыми водами (в
бассейнах Пскема и Чаткала - 5-10% от общего стока). Многолетние
изменения стока взвешенных наносов очень велики, в разные по
водности годы сток может отличаться на порядок и более.
6. Генетический состав взвешенных наносов (в % к общему стоку
взвеси; в скобках - средние значения) реки Ахангаран (Зап. Тянь-
Шань) представлен тремя источниками: дождевой смыв - 33,2-54,7
(46,7)%; талый смыв - 38,8-50,1 (45,4)%; русловой размыв - 6,5-24,9
(7,9)%. Абсолютная величина каждого источника образования взвеси
изменяется из года в год и находится в прямой зависимости от
водности года. Доля вклада руслового размыва в общий сток взвеси
значительно возрастает в маловодные годы, обычно редко превышая
15-25%, но для рек, в водосборах и руслах которых распространены
легко размываемые породы и отложения (глин, суглинков, лессов,
молассы), может достигать 80% и выше. Доля дождевого смыва
закономерно снижается с высотой, достигая нуля на высотах выше
4000м. Доля талого смыва так же закономерно возрастает с высотой ,
достигая максимума (81-85%) на высотах 3000-4000м, а затем
снижается. Доля руслового размыва уменьшается с высотой,
стабилизируется на высотах 2000-3000м, а затем возрастает (до 38%).
В среднегорье русловому размыву благоприятствует хорошо развитая
сеть водотоков и обилие мелкозема, вынесенного в реки лавинами и
селями; кроме того, в среднегорье густота речной сети постоянных
водотоков во многих местах выше, чем в низкогорье и русла менее
устойчивы. В высокогорье и в верхней зоне среднегорья Тянь-Шаня
распространены долины-курумы, днища которых завалены толстым
слоем крупного обломочного материала, под которым происходит
сток воды, в связи с чем полностью отсутствует сток влекомых
наносов и минимален сток взвеси.
7. Интенсивность первичных проявлений водной эрозии в горах
зависит от состава, прочности и крупности почв, грунтов и коренных
горных пород, характера растительности, интенсивности осадков. В
молодом лесу даже при катастрофических ливнях практически нет
поверхностного стока; в теплый период спелый лес задерживает до
половины осадков, а в холодный период ель задерживает до трети осадков,
в связи с чем значительно уменьшается поверхностный смыв.
Коэффициент поверхностного стока в лесу увеличивается по мере
возрастания угла наклона. Нарушение дернины на травянистых
склонах или сплошная вырубка леса повышает мутность дождевого и
талого стока до 5-15 (в нижней части склонов - до 30-50) кг/м3. Таким
образом состояние растительного покрова оказывает значительное влияние
на величину поверхностного стока, от чего зависят интенсивность и
масштабы поверхностного смыва взвешенных и растворенных веществ.
С увеличением размеров реки мутность воды и модуль твердого
стока преимущественно уменьшаются. Это обусловлено большей
пологостью склонов на больших водосборах и вызванным этим
уменьшением транспортирующей способности водных потоков.
8. В Карпатах во время обычных снего-дождевых паводков
переносится лишь мелкозем и мелкая щебенка; насыщение потока
твердой массой не превышает 30кг/м3; первичные горные потоки с
площадью водосбора до 5км2 во время паводков имеют мутность от 5-
15 до 50-70кг/м3; в наносах преобладает мелкозем (30-70% массы); при
слое осадков более 20мм здесь возможны грязекаменные и
водокаменные селеподобные паводки с мутностью до 250кг/м3 и выше.
9. Как в Карпатах, так и на Тянь-Шане существенное влияние на
образование и сток наносов оказывают снежные лавины (на Северо-
Западном Кавказе лавины оказывают гораздо меньшее влияние, в
основном в верховьях самых крупных рек). Степень влияния на
процессы образования, удержания, накопления и переноса наносов
определяется не столько количеством и частотой схода лавин и объемом их
выносов, сколько доступностью русел рек для воздействия лавин. При
достижении русел рек лавины часто перекрывают русло своими выносами,
создавая подпор потока, после прорыва запруд образуется мощная волна,
значительно деформирующая русло реки и выносящая большие
количества взвешенных веществ, обломочного и др. материала и остатков
древесины. Влажные лавины, сходящие в начале весны, движутся по
грунту или смешанным путем и выносят наибольшее количество
обломочного материала. Большую часть обломочного материала
доставляют лавины, которые сходят по руслам потоков (с верховьев
водосборов) и увлекают большое количество обломочного материала
и древесных остатков. Вся эта масса при движении по руслу водотока
увлекает все новые и новые неустойчивые участки склонов,
обрушивает крутые высокие берега, срезает лес. На конусе выноса
накапливается значительная масса твердого материала, которая
покрывает дно долины. Из-за заторов и заломов иногда возникают
паводки селевого характера
10. Почти на всем протяжении горной части рек в их русла
поступает большое количество обломков камней и рыхлого материала
из обвалов, осыпей, оползней, оплывин и подмываемых берегов, с
выносами боковых притоков, селей, лавин. В горной части рек
находится преимущественно область питания наносами, а зоны их
аккумуляции здесь относительно редки и приурочены к расширениям
и выположениям днищ долин. Особенно велика роль склоновых
процессов в питании рек наносами в сужениях долин, в ущельях и
теснинах, где несортированный и необработанный твердый и рыхлый
материал может со склонов поступать непосредственно в русло. На
участках рек, где уменьшается поступление селевого и склонового
материала в русло, на формирование состава наносов большее
влияние начинает оказывать морфология долины (чередование
расширений-сужений), определяющая гидравлические
характеристики потока (уклон русла, ширину, глубину и скорость
потока и др.).
11. Общая тенденция к уменьшению среднего размера
руслообразующих наносов вниз по течению реки (что вызывается
уменьшением уклонов, дроблением и истиранием наносов),
нарушаемая влиянием селевых притоков, резко изменяющих. состав
наносов главной реки массовым выносом обломочного материала.
Плавность уменьшения крупности наносов по длине реки, нарушается
также чередованием сужений и расширений долин. В сужениях
(теснинах, каньонах) формируются крупные скопления глыбово-
валунного материала, поступающего с крутых склонов. Стеснение
русла и увеличение скорости потока способствует выносу мелкого
материала за пределы сужения, в результате чего в составе наносов
возрастает доля крупных фракций.
Насыщение водного потока мелкими фракциями существенно
повышает его транспортирующую способность (по отношению к
донным наносам) и вызывает активное движение галечно-валунного
материала, что усиливает его истирание и образование взвешенного
стока. Считается, что на горных реках влияние концентрации
взвешенных наносов на транспорт донных наносов заметно только
при преобладании в составе взвешенных наносов гравийно-галечного
материала, способного при соударениях существенно воздействовать
на сдвиг валунно-галечных донных наносов (однако это характерно
только для концентраций ниже некоторой "критической
концентрации", выше которой интенсивность движения донных
наносов ослабевает вследствие снижения скорости движения
придонного слоя и кольматации дна, уменьшающей его
шероховатость, а следовательно, и величину пульсаций скорости в
придонных слоях). При прохождении селевых и селеподобных потоков
интенсивность перемещения руслообразующих наносов
пропорциональна плотности потока, при возрастании которой растут
лобовое давление на донные частицы, частота соударений частиц и
взвешивающая сила.
12. Состав и распространенность наносов, слагающих
значительные участки речных русел и образующих основные формы
их рельефа, определяет условия взаимодействия потока и русла на
отдельных участках и на всем протяжении реки в целом, и в
значительной мере обуславливает величину стока влекомых наносов.
На юго-западном макросклоне Северо-Западного Кавказа наиболее
низка (~25%) доля влекомых наносов (в общем стоке наносов) у самых
крупных (по стоку воды и наносов) рек (Мезыб, Пшада, Нечепсухо),
для которых она варьирует от 22% (Шапсухо) до 27% (Вулан, Агой).
Для малых речушек она заметно выше и достигает 37% (Дюрсо,
Тешебс) и 41% (Первая Щель). В целом по району доля влекомых
наносов составляет ~26,5% от общего стока наносов.
13. Среднегодовые значения мутности воды отдельно взятых рек
юго-западного макросклона Северо-Западного Кавказа (на участке
между мысами Дооб и Кодош) колеблются в пределах от 195-214 г/м3
(на реках Вулан и Пшада) до ~480 г/м3 на реках Цемес, Джубга,
Хотецай. Среднегодовая мутность всего стока воды всех учтенных рек
составляет 337 г/м3. В целом по району не прослеживается четкой
связи мутности с высотным положением водосборных бассейнов рек,
хотя в принято считать, что мутность рек и сток взвешенных наносов
с высотой уменьшаются. Для рек со стоком воды более 100 млн. м3/год
среднегодовая мутность всего стока воды почти вдвое меньше, чем у
более мелких рек. Среднегодовая доля влекомых наносов в общем
стоке наносов всех <крупных> рек составляет 25%, а у <мелких> - 30%
от общей массы твердого стока.
14. Для водотоков юго-западного макросклона Северо-западного
Кавказа основной вклад в образование и сток взвешенных наносов
создают следующие источники и факторы (в % к общей массе стока
взвешенных веществ в море): I. естественные процессы - всего -
69,4%, в том числе: поверхностный смыв - всего - 21,6% (в том числе:
с залесенных склонов - 1,2%; с естественных обнажений у рек -
15,3%); выносы селей и селеподобных потоков - 23,3; выветривание
естественных обнажений горных пород в водосборах рек - 10,2;
русловой размыв - 8,6; II. совместное действие естественных и
антропогенных процессов - всего 30,6% (в основном - поверхностный
смыв - - 25,9%, в том числе: со свежих лссосек - 0,3%; с пастбищ с
ненарушенной дерниной - 0,3%; с пастбищ с нарушенной дерниной -
2%; с антропогенных обнажений горных пород (у дорог, просек и т.п.)
- 6,1%; размыв поверхности грунтовых дорог, просек, площадок и т.п.
- 1,6%; с пахотных земель (пропашные виноградники, сады и др.) -
15,3%; с приусадебных, дачных участков, огородов - 0,2%; смыв
пыли, грязи с поверхности дорог, тротуаров, площадей и т.п. -
4,1%), а также линейная эрозия просек, грунтовых дорог, их
обочин и др.
Список литературы
1. Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А., Виниченко В.Н.,
Аверочкин Е.М. Гидрохимические показатели состояния
окружающей среды. Справ. матер. -М.: Эколайн, 1999.
2. Геоэкология шельфа и берегов морей России (под ред.
Н.А.Айбулатова). -М.: Ноосфера, 2001. -428с.
3. Диденко Н.В. Землетрясения: реальность и прогнозы //Краевед
Черноморья. 2002-2003, №4-5. -с.86-88.
4. Есин Н.В., Савин М.Т., Жиляев А.П. Абразионный процесс на
морском берегу. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980. -283с.
5. Островский А.В. О строении переуглубленных речных долин
на Черноморском побережье Кавказа //Докл. АН СССР. -М.,
1966. -Т. 167, №6. -с.13-62.
6. Широков С.В. Морфометрический критерий устойчивости
литодинамической системы //В сб. "Рац. использ. и охр.
природ. ресурсов бас-в Черн. и Азов. морей". -Ростов: РостГУ,
1988. -с.141-144.
7. Габович Р.Д., Познанский С.С., Шахбазян Г.Х. Гигиена. -
Киев: Вища школа, 1984. -257с.
8. Геренчук К._. Природа Українських Карпат. -Льв_в: ЛДУ,
1968. -265с.
9. Шатилов И.С., Замараев А.С., Чаповская Г.В. Химический
состав атмосферных осадков и поверхностно стекаемых вод
//Вестн. с.-х. науки. -М., 1990. -№ 5. -с.40-42.
10. Флейшман С.М. Сели. -Л.: Гидрометеоиздат, 1970. -352с.
11. Сус_дко М.М., Лук'янець О._. Селев_ явища на тер_тор_ї
Карпат //Укр. географ. журнал. -1999. - №2. -с.43-46.
12. Емельянова В.П. Основные закономерности оползневых
процессов. -М.: Недра, 1972. -295с.; Справочник по
проектированию инженерной подготовки застраиваемых
территорий.-Киев: Будiвельник, 1983. -192с.
13. Танасиенко А.А., Путилин А.Ф., Артамонова В.С.
Экологические аспекты эрозионных процессов: Аналит. обзор.
Сер. Экология. Вып. 55). Науч. ред. И.М. Гаджиев. -
Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, Ин-т почвоведения и
агрохимии СО РАН, 1999. -89с.
14. Будз М.Д., Тржщинский Ю.Б. О скорости ыветривания
горных пород //Инженерная геология Прибайкалья. -М.:
Наука, 1968. -с.90-94.
15. Хмаладзе Г.Н. Выносы наносов реками Черноморского
побережья Кавказа. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. -167с.
16. Мал_ р_чки України. Дов_дник. -Київ: Урожай, 1991. -294с.
17. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. -М.: МГУ,
1955. -347с.
18. Маккавеев Н.И, Чалов Р.С. Русловые процессы. -М.: МГУ,
1986. -264с.
19. Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. -Л.:
Гидрометеоиздат, 1977. -272с.
20. Ибад-заде Кулу Оглы Ю.А. Наносный режим рек. -М.:
Стройиздат, 1989. -323с.
21. Чалов Р.С. Географические исследования русловых
процессов. -М.: МГУ, 1979. -232с.
22. Павлов И.Н. Сравнительный анализ русловых процессов рек
различной водоносности в горно-предгорно-равнинных
регионах и их антропогенная измененность (на примере рек
Крыма и Алтая). Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр.
наук, --М.: МГУ, 1996. -23с.
23. Custer S.G., Bugosh N., Ergenzinger P.E., Anderson B.C.
Electromagnetic detection of pebble transport in streams: method
for measurement of sediment-transport waves. - The Society of
Economic Paleontologists and Mineralogists. -1987. -p.21-26.
24. Назаров А.С. Исследование стока взвешенных веществ
горными реками. -Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд.
геогр. Наук. -Ташкент: ТашГУ, 1984. -23c.
25. Щеглова О.П. Генетический анализ и картографирование
стока.взвешенных наносов рек Средней Азии.
Л.:Гидрометеоиздат, 1984. -314с.
26. Хакимов С.К. Русловые процессы на горных реках Западного
Тянь-Шаня -Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр.
наук, -М.: МГУ, 1992. -25с.
27. Хакимов С.К., Чалов Р.С. Критерии развития типов русловых
процессов и их морфологических проявлений на горных реках
//Геоморфология. -1993. -№1. -с.44-49.
28. Кузнецов К.Л. Русловые процессы горных рек Заилийского
Ала-Тау и зоны БАМ. -Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд.
геогр. наук, -М.: МГУ, 1987. -18с.
29. Справочник по водным ресурсам Украинской ССР. -Киев:
Урожай, 1988. -321с.
30. Куценко М.В. Модель динамики ероз_йно- акумуляц_йних
процес_в _ створюваного ними рельєфу //Укр. географ. журнал.
-1997. - №1. -с.17-23.
31. Кочетов Н.И. Речные наносы и пляжеобразование на северо-
востоке Черноморского побережья Кавказа //Океанология.
1991. Т. 31. №2. -с.296-300.
Примечание: Оригиналы материалов данной статьи и приложений к ней
(в формате DOC) можно получить:
1) В ГОСУДАРСТВЕННОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКЕ
УКРАИНЫ (03680, МСП м.Київ-150, вул.Антоновича (Горького), 180,
ДНТБУкр, Вiддiл депонування наукових робiт);
2) У меня (VIKrylenko):
Крыленко Владимир Иванович
vikrylenko@gmail.com
Телефон по УКРАИНе 0 62 2959895
VIKrylenko 16 октября 2010
StStokTverdNanosGorRek.txt