УДК 551.4.011:551.51/.54
© 2013 г. Р.С. ЧАЛОВ
ЭРОЗИОННО-РУСЛОВЫЕ СИСТЕМЫ, ИХ СТРУКТУРА, САМОРЕГУЛИРОРОВАНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ1
Введение
Вся совокупность процессов смыва и размыва почв, горных пород и отложений, перемещения, переотложения и накопления наносов водными потоками составляет комплекс эрозионно-аккумулятивных процессов, отдельные звенья которых тесно связаны между собой и зависят друг от друга. Сток воды, сток и транспорт наносов при этом выступают в качестве активных факторов процессов, литогенная основа - как важнейшая пассивная составляющая взаимодействия потоков с подстилающей поверхностью, сопротивляющаяся размыву слагающих ее грунтов; рельеф и почвенно-рас-тительный покров представляет собой фон, контролирующий деятельность водных потоков по отрыву частиц грунта, их перемещению и накоплению. В итоге эрозионно-аккумулятивные процессы отражают взаимодействие водных потоков с поверхностью суши, составляя главнейший и наиболее мощный агент ее денудации.
Вся совокупность эрозионно-аккумулятивных процессов состоит из трех взаимосвязанных и последовательно расположенных звеньев, соответствующих определенным типам водных потоков [1]: 1) временным нерусловым, осуществляющим плоскостную эрозию на склонах (эрозию почв); 2) временным русловым, обусловливающим линейную (овражную) эрозию; 3) постоянным русловым (рекам), взаимодействие которых с грунтами, слагающими ложе - дно и берега приводит к их размыву (эрозии), транспорту и аккумуляции наносов, определяет развитие самих русел, форм руслового рельефа, их сезонные, многолетние и вековые изменения [2, 3]. Водные потоки, подстилающая поверхность, на которую они воздействуют, эрозионно-аккумулятивные процессы, являющиеся следствием взаимодействия двух сред, из которых одна находится постоянно в движении, другая - относительно стабильна, и создаваемые ими формы рельефа образуют эрозионно-русловые системы (ЭРС). Основы учения об эрозионно-русловых системах были заложены в середине XX столетия трудами Н.И. Маккавеева, в первую очередь его книгой "Русло реки и эрозия в ее бассейне" [1], уже название которой отражает его суть. Эта книга предвосхитила на десятилетия признание единства всех флювиальных (эрозионно-аккумулятивных) процессов как в отечественной, так и в зарубежной литературе [4]. В обобщенном виде концепция ЭРС изложена в ряде публикаций [5-7]. Задача настоящей статьи - показать взаимосвязь между звеньями сети водных потоков и продуцируемых ими эрозионно-аккумулятивных процессов, проявляющихся в саморегулировании всей системы, общие и специфические особенности и морфологическое единство и подобие (при масштабных изменениях) форм рельефа как результата взаимодействия потоков с подстилающей поверхностью.
Структура и функционирование ЭРС
Эрозионно-русловые системы (ЭРС) функционируют в пределах водосборных бассейнов и состоят из ЭРС разных рангов, соответствующих водосборам от элементарного склонового до бассейна крупнейшей реки, каждая из которых представляет
1 Работа выполнена по программе Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (проект НШ-79.2012.5) и при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-05-00348).
Доложено на Всероссийской научной конференции "Самоорганизация в эрозионно-русло-вых системах и динамике речных долин" с участием иностранных ученых (г. Томск, ИМКЭС СО РАН, 3-5 июля 2012 г.).
Рис. 1. Структура эрозионно-русловой системы и эрозионно-аккумулятивных процессов Прямые связи: 1 - потоков с процессами разных типов, 2 - процессов и создаваемых ими форм рельефа; направления перемещения: 3 - воды, 4 - наносов; 5 - обратные связи между процессами [3, 5, 6 с добавлениями]
собой совокупность частных подсистем: эрозионно-склоновой, овражно-балочной, речной и устьевой (рис. 1). Выделение последней возможно в тех ЭРС, которые замыкаются на приемном водоеме и которые характеризуются последовательным рассредоточением стока, абсолютным преобладанием аккумулятивных процессов и влиянием на поток и сами процессы явлений, связанных с приемным водоемом (сгоны и нагоны, для устьев рек, впадающих в моря - также приливы и отливы, вдольбереговые течения и т. д.). С другой стороны, понижение ранга ЭРС может сопровождаться редуцированием ее структуры - выпадением тех или иных ее элементов (подсистем); то же происходит в определенных природных условиях. Например, на низменных плоских равнинах отсутствует овражно-балочная подсистема, речная выпадает в бессточных областях и т. д.
Главными следствиями воздействия временных нерусловых потоков на склон являются понижение его отметок, формирование делювиальных шлейфов у их подножия и вынос части материала смыва и размыва почв и грунтов в овражно-балочную сеть и реки. Овражная эрозия как следствие работы временных русловых потоков расчленяет поверхность, создает условия для увеличения уклонов склонов (или вообще приводит к их возникновению) и, следовательно, для активизации эрозии нерусловыми потоками. Она приводит к образованию оврагов как отрицательных форм флювиального рельефа, имеющих свое русло, склоны, борта, формирует конуса выноса в балках, на поймах рек и у подножия склонов, являющих их базисом эрозии, или поставляет материал размыва в реки. Благодаря склоновой и овражной эрозии в реках формируется бассейновая составляющая стока наносов, создающая большую часть взвешенных наносов. Вместе с тем в этих подсистемах (склоново-эрозионной и овражно-балочной) деятельность водных потоков, смыв и размыв почв и грунтов, перемещение ими смытого материала осуществляются на короткие расстояния, причем по длине склона или оврага достаточно четко выделяются зоны размыва/смыва почвы, транспорта материала размыва/смыва (а в оврагах - также и поступившего с их бортов) и его аккумуляции.
Речные подсистемы только у ручьев и самих малых рек оказываются соизмеримыми с эрозионно-склоновыми и овражно-балочными. Постоянные водотоки низких по-
ш
ш
4 т 5
рядков (первого-второго) находятся в прямом контакте со своими водосборами, принимая значительную (а во многих случаях - основную) часть смываемого с их площади материала. По мере увеличения порядка реки эта связь становится все более опосредованной. Большие и крупнейшие реки осуществляют перенос вещества на расстояния, соизмеримые с шириной поперечника или половины поперечника материков. При этом за счет размыва дна и берегов реки практически полностью формируется сток влекомых наносов (некоторая его часть может формироваться из овражных выносов, а также, особенно в горах, обвально-осыпными процессами) и определенная часть стока взвешенных наносов - благодаря размыву пойменных берегов, в строении которых принимает участие пойменная супесча-но-суглинисто-глинистая фация аллювия, и подмыву коренных берегов, сложенных выветрелыми или пластичными породами.
Обратная связь речной подсистемы с эрозионно-склоновой и овражно-балочной менее значима, чем прямая. Она сказывается либо на протяжении очень длительных отрезков времени (вплоть до геологических) вследствие медленного направленного врезания рек, либо благодаря подмыву берегов, активизирующему линейные размывы на них (овражную эрозию) и способствующему увеличению уклонов склонов.
Другим отличием в функционировании речной подсистемы от предыдущих является отсутствие продольной дифференциации зон эрозии, транспорта и аккумуляции наносов (рис. 2), образование и эволюция аккумулятивных форм руслового рельефа, развитие на их основе, благодаря закреплению растительностью прирусловых отмелей, форм русла, многократное переотложение перемещаемого твердого материала, формирование поймы и аллювиальных отложений. При этом в пределах одной формы руслового рельефа, формы русла и поперечника дна долины (пойма+русло) наблюдаются все три составляющие процесса, да и само смещение и развитие их происходит вследствие одновременного проявления эрозии, транспорта и аккумуляции наносов в их пределах.
Лишь при рассмотрении реки в целом на уровне ее продольного профиля можно условно выделять зоны преимущественного (но не абсолютного) преобладания процессов врезания реки (верховья, если здесь не происходит заиления русла), перемещения наносов (хотя оно сопровождается развитием аккумулятивных форм руслового рельефа и поймы при очень медленных направленных вертикальных деформациях
Рис. 2. Соотношение зон эрозии, транспорта и аккумуляции наносов: А - на склонах, Б - в оврагах, В - в реках (I - при смещении грядовых форм руслового рельефа, II - при развитии излучины, III - при формировании поймы)
Зоны: 1 - размыва, 2 - аккумуляции наносов; 3 - аккумуляция наносов на пойме; 4 - перемещение потоком наносов; 5 - уровни воды в реке
того или иного знака) и аккумуляции наносов. Систематическое накопление наносов в нижнем течении рек представляет собой регрессивную аккумуляцию как следствие их устьевого удлинения, колебания уровня моря (базиса эрозии) или тектонических прогибов земной коры. Она проявляется на протяжении вековых и геологических отрезков времени, но на ее фоне происходят периодические русловые деформации, обусловливаемые размывами и намывами берегов и дна рек в многолетнем, сезонном и текущем временных масштабах [8]. В этом отношении устьевая подсистема, как правило, образует область направленной аккумуляции наносов, которая, в обратной связи, влияет на направленность вертикальных деформаций в нижнем течении реки. Исключения из этого представляют участки рек со скальным руслом, которые наносы проходят транзитом из-за стеснения русла и, как следствие, очень больших скоростей течения (зачастую вне зависимости от уклона реки), горные реки с порожисто-водопадным руслом и некоторые участки равнинных рек с врезанным руслом при пересечении горных массивов или возвышенностей.
Функционирование эрозионно-русловых систем (ЭРС) связано с действием общих законов эрозионно-аккумулятивных процессов. Единство и неразрывность эрозии, транспорта и аккумуляции наносов как составных частей эрозионно-аккумулятив-ных процессов на склонах, в оврагах и в реках, взаимосвязь и взаимообусловленность этих процессов в различных звеньях (подсистемах) Э
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.