13. Ларионов Г.А., Краснов С.Ф. Вероятностная модель размыва почв и связных грунтов // Почвоведение. 2000. < 2. С. 235-242.
14. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М.: Колос, 1970. 239 с.
15. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия почв. М.: Изд-во МГУ, 1985. 215 с.
16. Nearing M.A. A probabilistic model of soil detachment by shallow turbulent flow. Trans. ASAE. 1991. V. 34. P. 81-85.
Московский государственный университет Поступила в редакцию
Географический факультет 09.04.2007
RECENT DEVELOPMENT OF MAKKAVEYEV'S IDEAS OF SLOPE EROSION MECHANISMS
S.F. KRASNOV, G.A. LARIONOV, L.F. LITVIN Summary
The ideas concerned with soil erosion were chose from the extensive scientific heritage of N.I. Makkaveyev. His views on the role of kinetic energy in soil erosion were proved experimentally. The raindrops impact increases the erosive action by the order of magnitude. The other of his ideas (erosion and sediment transport are proportional to the flow power; suspended load influence sufficiently on soil loss) served as a cornerstone for physically based soil erosion model. The simple computations showed that soil erosion rate is proportional to the third power of flow velocity. The influence of sediment concentration was studied experimentally. The equations, which describe this influence, were developed.
УДК 551.435.162
© 2008 г. Е.Ф. ЗОРИНА, И.И. НИКОЛЬСКАЯ ОВРАГИ - ОДНО ИЗ ЗВЕНЬЕВ ЕДИНОЙ ЭРОЗИОННОЙ СЕТИ1
Основным объектом исследований Николая Ивановича Маккавеева была гидрографическая сеть. Его основополагающий труд "Русло реки и эрозия в ее бассейне" [1] - пример всестороннего анализа развития артерий стока от их зарождения в виде первичных борозд на склоне водосбора до формирования крупных рек. Единый эро-зионно-аккумулятивный процесс объединяет сеть водотоков с разными закономерностями строения, своеобразными русловыми формами, а также характерными гидрологическими и гидравлическими параметрами. Этот подход к изучению флювиальных процессов позволил установить не только различия в закономерностях развития широкого комплекса форм линейной эрозии, но и создать учение об эрозионно-аккумулятивном процессе, объединяющим все виды потоков на водосборе. Разработанная схема анализа позволяет получить конкретные количественные характеристики для описания проявления линейной и, в частности, овражной эрозии в разных регионах и выявить общие принципиальные закономерности, составляющие суть закона "саморазвития" эрозионных форм.
Всю сложнейшую сеть потоков Н.И. Маккавеев разделяет на три основные звена: склоновые нерусловые потоки - верхнее, временные русловые (овражно-балочная сеть) - среднее и реки - нижнее звено. Условиями образования русловых потоков являются: 1) площадь водосбора, обеспечивающая глубину и скорость, при которых поток может вынести материал, поступающий с водосбора; 2) уклон местности, превышающий гидравлический уклон в среднем и нижнем течении потока.
1 Выполнено при поддержке РФФИ (проект 06-05-64637) и гранту Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (проект НШ-790.2008.5).
Каждое звено эрозионной сети - источник наносов для последующего характеризуется присущими только ему закономерностями развития, механизмом функционирования и пространственно-временными соотношениями эрозии, транспорта и аккумуляции наносов.
В своей монографии Н.И. Маккавеев, анализируя эрозионный процесс в речном бассейне, уделяет большое внимание моменту концентрации "распластанного" склонового стока в единое русло. Именно в этот период происходит увеличение глубины и скорости потока, снижение влияния выступов шероховатости, что в совокупности приводит к повышению энергии потока, его размывающей и транспортирующей способности. Вся совокупность потоков на водосборе, начиная от мелкоручейкового стока до овражно-балочной сети, обязательна для большинства речных систем.
Концентрацию стока в едином русле Н.И. Маккавеев считает основным стимулирующим фактором активного оврагообразовательного процесса. Занимая промежуточное положение как во времени, так и в пространстве, овраги большую часть своей "жизни" выполняют роль зоны транзита материала, размытого на водосборе и переносимого потоками талых и ливневых вод в более крупные звенья эрозионной сети. Овраг - связующее звено между поверхностью бассейнов и долинами рек и балок, непосредственно влияющее, как на эрозионные процессы на площади водосбора, так и на эрозионные и русловые процессы на реках и в днищах балок. Овраги образуются на крутых склонах долин рек, балок, суходолов потоками дождевых и талых вод. Овраг отличается от других линейных эрозионных образований тремя основными особенностями: 1) характерными размерами; 2) формой поперечного и продольного профиля; 3) динамическим состоянием.
В районах активного развития овражной эрозии (земледельческая полоса России) овраги обычно приурочены к нижним частям склонов на расстоянии 300-800 м от водораздела при уклонах 0.25-0.4. Это определяет перистое строение овражной сети, что отличает ее от древовидной, характерной как для мелкоручейкового стока на водосборе, так и для подавляющего большинства рек равнинных областей России.
Исключительно продуктивно для анализа возможности развития оврага на склоновом водосборе высказывание Н.И. Маккавеева [1] об условиях врезания русла, которое выражается соотношением а1 > а2, где а1 - угол, составленный поверхностью склона с горизонтальной поверхностью; а2 - угол, образованный горизонтальной плоскостью и касательной к кривой продольного профиля в устьевой части эрозионной формы. В связи с этим положением возможность появления и развития оврага на склоновом водосборе может быть установлена по соотношению уклона склона, на котором развивается овраг (1скл) и критического (/кр), создающего в конкретных природных условиях возможность развития овражной формы (/скл > /кр). Расчет критического уклона выполняется в соответствии с зависимостью
4:р = 10 + ^доп, (1)
где 10 - уклон склона, при котором создаются условия размыва слагающих его грунтов; /доп - дополнительный уклон, создающий условия образования овражной формы (/доп « 0.03-0.05).
Условие образования и развития оврага - возможность беспрепятственного выноса за пределы эрозионного вреза размытого и поступающего с бортов грунта. Н.И. Маккавеев [1, с. 45] указывал на это, как на первое условие, способствующее образованию линейной эрозионной формы, развивающейся за счет регрессивного врезания верховий. "Поток должен, хотя бы периодически, иметь такие скорости течения, при которых не только будет вынесен по тальвегу материал, приносимый в русло склоновыми потоками..., но также углубиться...". Это может осуществляться в том случае, когда по длине оврага увеличивается транспортирующая способность сконцентрированного в русле водного потока. Этому способствует увеличение расходов за счет нарастания по длине оврага площади водосборного бассейна и выпуклая форма склона, когда от
верховий к подошве увеличивается уклон. На прямых и вогнутых склонах формирование оврагов наблюдается значительно реже.
Большое значение в процессе линейной эрозии имеет тип устьевого створа склонового водосбора, куда из развивающейся формы выносится грунт. При условии его беспрепятственного отвода не происходит явлений подпора, снижения скорости потока и, как следствие, регрессивной аккумуляции. В том случае, если устье оврага привязано к постоянному водотоку более крупного звена эрозионной сети, конус выноса оврага размывается в периоды, когда временный поток в самом овраге отсутствует. В маловодные годы развитие оврага замедленно, и речной поток, подмывая конус выноса и устье оврага, способствует образованию эрозионной ступени в устьевом створе и тем самым активизирует процесс регрессивной эрозии. Если склон опирается на днище балки или пойму реки, грунт поступает на субгоризонтальную поверхность этих форм, образуя конус выноса, с которого потоками ливневых вод или в период половодья он транспортируется вниз по балке или дальше за пределы поймы. Особые случаи представляет поступление более крупного, по сравнению с речным, материала из развивающихся оврагов в реки и образование в приустьевой зоне кос и своеобразных перекатов - "высыпок" [2].
В развитие мыслей Н.И. Маккавеева о происхождении линейных эрозионных форм, разделение оврагов на естественные и антропогенные рассматривается как их основной классификационный признак. Естественные овраги относятся к линейным эрозионным формам, происхождение которых, вне зависимости от периода возникновения, не связано с хозяйственной деятельностью на водосборе. Антропогенные овраги образуются при вмешательстве человека в формирование стока воды и наносов в пределах склонового водосбора. В обоих случаях наблюдаются два разных импульса к возникновению оврагов: в первом случае - это исключительные (экстремальные) сочетания природных факторов, во втором - результат вмешательства человека в природные процессы. В дальнейшем овраги обоих типов растут в соответствии с законами развития естественных эрозионных форм (процесс регрессивной и поступательной эрозии, обрушение бортов, активизация роста в начальный период развития и последующее его замедление, формирование продольного профиля).
Н.И. Маккавеев рассматривал овраги, как естественные формы, на интенсивность появления и развития которых влияет антропогенный фактор. Своеобразие в развитии оврагов в разных регионах в первую очередь определяется комплексом природных особенностей, присущих данному региону. Основными из природных факторов овра-гообразования являются гидролого-климатические (осадки, температурный режим) и геолого-геоморфологические (глубина базиса эрозии рек и балок, площадь водосбора, уклоны, длина и экспозиция склона, размываемосгь пород). Гидролого-климатические и геоморфологические факторы опосредственно, через особенности формирования стока на водосборе, влияют на скорость, расход, размывающую и транспортирующую способность потоков талых и дождевых вод. Геологические факторы при значительной вариабельности их количественных пара
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.