31. Belyaev V., Wallbrink P., Golosov V. et al. A comparision of direct measurement, USLE and caesium-137 based methods for evaluating soil redistribution from severe sheet and ephemeral gully erosion, Stavropol region, southern European Russia // Geomorphology. 2005. № 1. P. 173-193.
Московский государственный университет Поступила в редакцию
Географический факультет 09.04.2007
A QUANTITATIVE ASSESSMENT OF DEPOSITS' REDISTRIBUTION IN THE UPPER LINKS OF FLUVIAL NETWORK: ACHIEVEMENTS AND PROBLEMS
V.N. GOLOSOV Summary
The main results of late decades in the field of deposits' redistribution analysis are basically the development of Makkaveyev's concept of single erosion-accumulation process. There are four primal lines of investigation: field monitoring of the small catch basins; an eliciting of deposits' redistribution dynamics by radionuclides' and other markers' concentration in soil; paleogeomorphologic investigations; integrated investigations of erosion-accumulation intensiveness within small catch basins. The simultaneous using of several approaches in concrete area investigation of erosion and accumulation rates is strongly recommended.
УДК 551.435.13^551.312.3
© 2008 г. Н.И. АЛЕКСЕЕВСКИЙ, K.M. БЕРКОВИЧ, P.C. ЧАЛОВ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ СООТНОШЕНИЯ ЭРОЗИИ И АККУМУЛЯЦИИ В РЕЧНЫХ РУСЛАХ1
Реки и продуцируемые ими русловые процессы составляют нижнее звено в единой системе: склоновые нерусловые потоки, производящие плоскостную эрозию почв и грунтов - временные русловые потоки, осуществляющие линейную (овражную) эрозию - реки и русловые процессы. Это основополагающее положение теории единого эрозионно-аккумулятивного процесса, созданной Н.И. Маккавеевым [1]. К его обоснованию он подошел, изучая русловые процессы на реках, которые он рассматривал "как элемент географической среды и как составную часть гидрографической сети суши" (с. 3). Совмещая географический и инженерный подходы к их исследованию и решению водохозяйственных, в первую очередь, путевых задач, Н.И. Маккавеев сделал вывод, что "развитие реки только тогда может быть правильно понято, если оно рассматривается в неразрывной связи с процессами развития потоков, составляющих верхние звенья" (с. 32).
Сформулировав общие законы и предложив модели развития всей системы эрозион-но-аккумулятивных процессов, так и каждого ее звена, Н.И. Маккавеев главное внимание в своем научном творчестве уделил работе рек. При этом русловые процессы как нижнее, завершающее звено в цепочке явлений, обусловленных воздействием стока на земную поверхность, он трактовал как процессы, которые "в основном определяются взаимодействием движущейся воды, перемещаемых водой наносов (выделено авт.) и слагающих ложе потоков грунтов" [1, с. 137]. Как и процессы в других звеньях, русловые процессы представляют собой "совокупность ... явлений (отрыв, смыв, аккумуляция, осаждение, сортировка и обработка материала), рассматриваемых в пространстве и
1 Выполнено при поддержке РФФИ (проект 06-05-64295) и гранту Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (проект НШ-790.2008.5).
времени, во взаимосвязи с определяющими факторами" [1, с. 83], но проявляющимися на реках, характеризующихся своими особенностями и закономерностями развития, в том числе из-за огромных различий в размерах водных потоков и величинах стока наносов. Таким образом, эрозия, транспорт (перемещение) и аккумуляция наносов, составляя сущность эрозионно-акку-мулятивных процессов, определяют механизм их проявлений в руслах рек, причем именно "в реках сопряженность эрозионных и аккумулятивных процессов проявляется наиболее наглядно. Трудно найти реку без аллювия" [2, с. 14]. На любой реке можно встретить интенсивно размываемые берега и недавно образовавшиеся аккумулятивные прирусловые отмели. Перемещение речными потоками относительно крупных наносов (донных, влекомых) осуществляется в виде движения аккумулятивных гряд, у которых верховой пологий склон размывается, а низовой крутой представляет собой место их накопления. При этом последние выходят из транзита до тех пор, пока не окажутся в зоне смыва на верховом склоне гряды (рис. 1, А). Речные острова смещаются вдоль реки за счет размыва их оголовков и роста косы в ухвостье; излучины смещаются вследствие синхронного размыва вогнутого (внешнего) берега и аккумуляции наносов у выпуклого внутреннего) (рис. 1, Б). В результате, "... формы русла можно рассматривать как одну из форм перемещения твердого вещества текущей водой ...", а "скопления наносов, образующие такие формы, как луки меандр, перекаты, гряды, обычно перемещаются вниз по течению, т.е. являются одним из видов твердого стока реки" [1, с. 139]. Это казалось бы аксиоматичное положение было впервые более полвека тому назад обосновано Н.И. Маккавеевым и с тех пор прочно вошло в наши представления о работе рек, составляя один из общих законов эрозионно-аккумулятивных процессов в целом и русловых процессов, в частности. Перемещение реками огромного количества твердого материала, врезание рек в земную поверхность или направленная аккумуляция наносов сопровождаются накоплением аллювиальных толщ. Их образование связано с формированием пойм, основу которых составляют обсыхающие в межень и закрепляющиеся растительностью прирусловые отмели (побочни, осередки, косы) (рис. 1, В).
Реки, протекающие в областях распространения легкоразмываемых пород, имеют широкопойменные слабоустойчивые русла, отличающиеся интенсивными деформациями. Наряду с транспортом наносов в руслах происходит их консервация в формирующихся пойменных массивах и поступление новых их порций при размыве пойменных берегов. В результате происходит постоянный массообмен между потоком наносов, русловыми отложениями и отложениями поймы (рис. 2). При этом на пойме при ее затоплении в многоводную фазу режима происходит отложение взвешенных наносов, которые образуют
А
Рис. 1. Формы проявления закона взаимосвязи и сопряженности эрозии и аккумуляции наносов: А - при формировании гряд в русле, Б -при развитии форм русла (излучин), В - при образовании и развитии поймы, Г - при формировании продольного профиля реки 1 - размыв берегов и дна русла, 2 - аккумуляция русловых наносов, 3 - аккумуляция наносов на поверхности поймы, 4 - направление перемещения потоком наносов, 5 - уровни воды в реке, 6 -уровень приемного бассейна (моря)
Транзитный поток наносов
\
Русловые / / \ \ II \ \ Отложения
отложения / / \ \ террас
\ / / / / / / * ! \ \ \ \ \ \ Н \ /
Отложения низкой поймы Отложения высокой поймы
Рис. 2. Схема массообмена в реках межу потоком и речными отложениями (по [7] с изменениями и уточнениями) Сплошные и пунктирные линии - большая или меньшая вероятность массообмена. Точечная линия - опосредованный массо-обмен или одностороннее направление перемещения наносов
пойменную фацию аллювия; при размыве поймы эти отложения вновь служат источником взвешенных наносов. Таким образом, "скопления пойменного аллювия являются ... одной из форм, в которой осуществляется твердый сток реки" [1, с. 236].
В процессе врезания реки отложения поймы переходят в категорию отложений террас, что генетически отличает их от пойменных, формирующихся в результате горизонтальных русловых деформаций. Отложения высокой поймы и террас служат источником наносов при размыве потоком их уступов.
Во врезанном русле, где горизонтальные русловые деформации ограничены трудно размываемыми горными породами, в которых оно формируется, накопление наносов выражено слабо, т.к. здесь происходит в основном их транзит, количество донных наносов невелико и поток нередко непосредственно контактирует с коренным ложем. В таких условиях размыв пойменных и террасовых берегов может практически полностью нейтрализовать накопление аллювиальных толщ. Следствием этого является фрагментарность, маломощность или вообще местами отсутствие аллювия в долинах рек с врезанным руслом.
Реки осуществляют перенос вещества на расстояния, соизмеримые, по образному выражению Н.И. Маккавеева, с поперечником (Амазонка) или половиной поперечника материков (крупнейшие реки Европы, Азии, Африки). При этом благодаря образованию и развитию форм русла, аллювиальных форм руслового рельефа и поймы дифференциация по длине реки зон эрозии, транспорта и аккумуляции обычно не проявляется, и на всем ее протяжении происходит многократное переотложение перемещаемого материала, аккумуляция части наносов в русле и на пойме, вплоть до их консервации и образования аллювиальных толщ. Систематическое накопление наносов свойственно нижнему течению рек (рис. 1, Г), где регрессивная аккумуляция является следствием их устьевого удлинения, колебаний уровня моря (базиса эрозии) или тектонических прогибов земной коры. Такая аккумуляция наносов реками прослеживается в течение вековых и геологических отрезков времени, и на ее фоне периодические русловые деформации обусловливают многолетние или сезонные размывы и намывы берегов и дна рек. Наоборот, в среднем и особенно в верхнем течении рек на фоне сложно переплетающихся в пространственно-временном проявлении процессов эрозии, транспорта и аккумуляции наносов в течение геологического времени происходит преимущественное направленное их врезание, т.е. здесь над другими составляющими единого процесса преобладает эрозия.
Характерно, что, формулируя спустя 20 лет после выхода своей знаменитой книги "Русло реки и эрозия в ее бассейне" общие и универсальные законы русловых (и в целом эрозионно-аккумулятивных) процессов [3], Н.И. Маккавеев назвал только три из них. Однако анализ книги и последующих работ Н.И. Маккавеева позволяет считать, что им было установлено семь таких законов (они рассмотрены в статье [4], помещенной в настоящем номере журнала) и среди них - закон сопряженности эрозии, транспорта и аккумуляции наносов.
Сопряженность эрозии и аккумуляции лежит в основе русловых процессов. В зависимости от соотношения между ними находится интенсивность и направленность обмена твердым веществом между транзитным потоком наносов и речными отложения-
ми разного возраста в речной долине. Взаимная св
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.