Галечно-валунные и скальные русла
Реки с врезанным руслом и галечно-валунным составом руслообразующих наносов, протекающие в горных районах или пересекающие моренные и структурные возвышенности, имеют относительно повышенные уклоны (0,20-0,40‰), отличаются стабильностью форм русла, постоянным или очень мало изменяющимся положением побочней, осередков, кос, что создает впечатление их недеформируемости. В межень речная вода осветляется (мутность равна или близка к 0). Таковы судоходные реки Восточной Сибири (верхняя и средняя Лена, Алдан, Витим, Енисей, Ангара), некоторые реки Европейской части России (верхняя Волга, верхняя Печора, Сухона).
Специфика русловых деформаций определяется: 1) наличием отмостки из наиболее крупных фракций наносов; 2) узким диапазоном скоростей потока, при которых происходит движение наносов; 3) быстрым насыщением потока наносами при разрушении отмостки; 4) неразмываемостью гребней перекатов при образовании отмостки и превращении их в гидравлическое подобие водослива с широким порогом; 5) уплотнением галечно-валунных отложений под влиянием ледохода; 6) кольматацией галечно-валунных отложений песчано-гравийным материалом; 7) дефицитом наносов и взаимодействием потока с коренным скальным ложем реки.
В процессе перемещения галечно-валунные наносы, образуют, подобно песчаным, гряды разных размеров. Наиболее характерны перекаты, побочни, осередки и прибрежные косы – закоски. Они имеют нормальный асимметричный профиль с пологим верховым склоном и крутым подвальем (угол 30о), аналогичным грядам на песчаных реках. Прибрежные косы (закоски) отличаются обычно большей крутизной (hr/lr=0,08-0,12 – крутые гряды, по Н.С. Знаменской [1968]). Их гребни прослеживаются на бечевниках, протягиваясь под небольшим углом к линии берега вниз по течению и постепенно понижаясь к меженному урезу. В ухвостье между наиболее высокой частью гребня косы и бечевником имеется небольшой, но глубокий залив (заводь). Галечно-валунные отложения на закосках отсортированы таким образом, что наиболее крупные валуны располагаются на гребне гряды, а к урезу они становятся все более мелкими. Аналогичная сортировка галечно-валунного материала характерна и для бечевников, причем полоса крупного валунника на нем переходит в пригребневую часть закоска.
|
|
|
Смещение прибрежных кос (закосов) обусловливает формирование галечно-валунных бечевников и такую же сортированность материала, как на косах. Валуны и крупная галька на таких бечевниках образуют отмостку, но здесь они обычно утрамбованы так, что их поверхность напоминает вымощенные булыжником мостовые. Это – результат последующего воздействия на отмостку весеннего ледохода: льдины впрессовывают валуны в аллювиальную толщу и выравнивают поверхность.
|
|
|
Расчеты подвижности галечно-валунных наносов, выполненные для перекатов нижней Яны (основой расчетов послужила грунтовая съемка русла по методике, разработанной в МГУ [Чалов, 1995]; поле скоростей потока рассчитывалось методом плоских сечений М.А. Великанова [1958]; в качестве безразмерного показателя подвижности наносов принято отношение осредненной по вертикали бытовой скорости течения Vбыт к неразмывающей скорости Vн для средневзвешенного диаметра частиц аллювия, по формуле Г.И. Шамова [1959] 
), показывают, что на относительно прямолинейных участках неразветвленных русел интенсивное перемещение галечно-валунных наносов происходит по линии наибольших глубин, где скорости течения наиболее высоки [Нижняя Яна…, 1998].
В большинстве случаев по линии наибольших глубин скорости течения близки к неразмывающим и иногда превышают их уже при отметках
1-2 м над проектным (меженным) уровнем, но на поверхности прибрежных побочней и кос составляют не более 0,7-0,9Vр во все фазы водного режима (рис. 2.39).
Таким образом, массовое перемещение наносов происходит лишь вдоль линии наибольших глубин, а на надводных в межень частях перекатов при их затоплении наносы могут испытывать лишь спорадические подвижки под действием положительных пульсаций скоростей течения.
|
|
|
Рис. 2.39. Характеристика подвижности галечно-валунных наносов (Vф – фактическая скорость, Vн – неразмывающая скорость) на р. Яне (перекат 247 км) при уровнях 0-6 м от проектного уровня ПУ:
1 – 0-0,7; 2 – 0,7-0,9; 3 – 0,9-1,1; 4 – 1,1-1,3; 5 – 1,3-1,5 м
[Нижняя Яна…, 1998]
На перекатах с небольшой шириной русла, отсутствием надводных форм и V-образным профилем (255 км) или выраженной ложбиной (247 км) во все фазы водного режима вдоль линии наибольших глубин поддерживаются высокие скорости течения, что препятствует формированию аллювиальной отмостки и благоприятствует постоянному движению наносов в узкой полосе вдоль динамической оси потока.
В сужениях долины, где велик удельный расход воды, поток обладает наибольшей влекущей силой, перемещаются наиболее крупные наносы. Во врезанном (беспойменном) русле при подъеме уровней воды и росте скоростей течения осуществляется наиболее интенсивный транзит материала, русло приобретает плесовый характер. В этих условиях даже незначительное расширение русла вызывает снижение скорости потока и интенсивность перемещения галечно-валунного материала, его частичную остановку и образование переката с осередком, а при его зарастании – одиночного разветвления русла.
|
|
|
В широкопойменных руслах наибольшая концентрация потока также наблюдается в относительных сужениях долины. Относительный рост удельного руслоформирующего расхода обусловливает увеличение здесь крупности и более активный транспорт руслообразующих наносов.
Резкая остановка наносов после прохождения волны паводка сопровождается образованием осередков и островов. Вследствие этого в сужениях галечно-валунное русло разветвлено. В расширениях долины транспорт руслообразующего материала менее активен, т.к. после затопления поймы скорости течения и транспортирующая способность потока снижаются. В результате русло здесь неразветвленное или его разветвленность значительно меньше.
По этой же причине развивающиеся рукава разветвленного галечно-валунного русла, характеризующиеся наиболее интенсивным движением наносов, отличаются вторичной разветвленностью, в то время как отмирающие рукава обычно меандрируют.
Высокая крупность галечно-валунных и особенно валунно-глыбовых наносов врезанных русел обусловливает также чрезвычайную малую подвижность побочней, осередков и прибрежных кос, движение которых не фиксируется инструментальными методами. Этому способствует также то, что перекаты, побочни и осередки в своей основе часто имеют выступы коренных пород, либо формируются в литологически обусловленных местных расширениях русла. Большей динамичностью отличаются широкопойменные галечно-валунные русла, о чем свидетельствует уже само наличие многочисленных грядовых форм руслового рельефа. По натурным измерениям скорости смещения побочней и осередков в разветвлениях русла происходит со скоростями до 20-30 м/год.
Антропогенное вмешательство в жизнь рек с галечно-валунным руслом приводит к необратимым последствиям вследствие слабой саморегулируемости системы «поток-русло». Например, проведение дноуглубительных работ влечет за собой «посадку» уровня, которая распространяется вверх по течению на относительно короткие расстояния (по сравнению с подобными «посадками» уровня на равнинных песчаных реках) и характеризуется достаточно большими величинами (десятки сантиметров), вызывая уменьшение глубины на перекатах.
При разработке прорезей отмостка разрушается, дно размывается даже при низких горизонтах воды. Выносы материала прослеживаются на десятки километров вниз по течению, вызывая обмеление перекатов из-за поступления на них продуктов размыва прорезей на выше расположенных перекатах.
Специфическое развитие получают русловые процессы на реках, берега и дно которых сложены скальными породами. Таковы реки, протекающие в горных районах (Ангара, Витим, верхний Алдан); участки со скальным руслом имеются на верхней и средней Лене, среднем Енисее (Казачинский и Осиновский пороги), среднем Амуре (Союзный «перекат»), Онеге. Подъем кровли скальных пород обусловливает местное повышение уклонов свободной поверхности, особенно в межень, когда такие выступы коренного ложа играют роль водосливов.
Так, на Еловском «перекате» р. Лены максимальные уклоны водной поверхности на нем при низких горизонтах воды достигают 0,44‰. Перекат образован диабазовой интрузией, пересекающей русло и выраженной в его рельефе в виде выступа с крутыми откосами, поднимающимися над плесовыми лощинами на 5-6 м; он отчетливо виден на гидролокационном снимке (рис. 2.40).
Рис. 2.40. Скальной выступ на Еловском «перекате» средней Лены.
А – план русла в изобатах (от проектного уровня): 1 – изобаты, м;
2 – глубина в отдельных точках; 3 – линия движения судна
с локатором бокового обзора; 4 – область гидролокационной съемки; 5 – бровка острова; 6 – выходы коренных пород на левом берегу.
Б – гидролокационный снимок скального выступа (по А.А. Зайцеву
и Т.М. Савцовой [1994]
На всех реках со скальным ложем локальные выступы коренных пород, оказывая подпорное воздействие на поток, обусловливают образование скоплений галечно-валунного материала непосредственно перед ними и ниже. Вместе с тем, будучи неразмываемыми, они вызывают существенные изменения уклонов при смене фаз водного режима (рис. 2.41).
Рис. 2.41. Рельеф водной поверхности на перекатах Хатын-Тумул (средняя Лена) при проектном уровне ПУ (А; изолинии – в метрах)
и ее падение по стрежню потока (ось судового хода) при различных уровнях воды от ПУ (Б) [Зайцев, 1989]
При повышенных уровнях продольный профиль выравнивается по длине участка; при низких меженных уровнях возникает четко выраженный его перегиб, соответствующий нижнему концу выступа и переходу к плесовой лощине.
Такая «игра уклонов» приводит к неоднозначной их роли в транспорте и аккумуляции наносов в разные фазы водного режима. При большой ширине русел в многоводные фазы режима уклоны уменьшаются, и коренное ложе покрывается аллювиальным плащом.
На спаде уровней и в межень скорости растут, глубина падает, отложившиеся наносы приходят в движение, размываются и выносятся вниз по течению. В суженном русле скальные выступы сохраняются во все фазы режима, т.к. скорости потока на них остаются достаточными для транзитного переноса наносов даже при снижении уклонов [Зайцев, 1989].
В узком неразветвленном русле в коренных берегах преобладают большие глубины русла, форма поперечного сечения близка к параболической, а площади скального ложа приурочены к прибрежным частям русла и к стрежневой зоне, где сосредоточен основной поток наносов.
При такой форме русла обломочный материал, поступающий с бортов долины из притоков быстро «скатывается» с участием гравитационных сил к середине русла, где скорости потока достаточны для его транспортировки.
В широком разветвленном русле скальное, лишенное аллювия дно приурочено к центральной части русла. При дефиците наносов в широких руслах больших равнинных рек перемещение галечно-валунного материала происходит в прибрежных частях. Это обусловливает более интенсивное понижение дна (вследствие коррозии) вдоль берегов, а посередине русла формируется скальный выступ, со временем превращающийся в цокольный остров (рис. 2.42).
Рис. 2.42. Геологическое строение русла р. Витима в районе о-ва Каменного (поперечный профиль): 1 – супеси; 2 – галька и валуны;
3 – кварциты; 4 – петматиты; 5 – гнейсы и сланцы (по А.Д. Гурину
и Р.В. Лодиной [1994])
Это определяет широкое распространение на Лене, Алдане, Витиме, Енисее, Ангаре островов, имеющих в своей основе скальные выступы. По мере их образования и углубления прибрежных частей русла они оказывают воздействие на структуру потока, вследствие чего ниже в зоне «скоростной тени» и выше в зоне подпора происходит накопление галечно-валунного материала. За геологическую историю развития русел рек такие острова становятся надпойменными, возвышающимися иногда над рекой на десятки метров (острова на Ангаре – до 50-60 м).
Скальные русла часто сопровождаются многочисленными выступами и мысами берегов, оказывающими на поток направляющее воздействие, обусловливающие его местные стеснения, образование суводей и переуглублений. Такие скальные мысы на сибирских реках называют «быками». Часто они имеют подводное продолжение, полого уходящие под урез и являющиеся причиной появления скальных − «шивер», перегораживающих русло до половины его ширины.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 565; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!