Поймы рек и их влияние на русловой режим рек
2.4.1. Распространение и морфология пойм[2]
На дне речной долины, кроме русла, располагается важнейший ее морфологический элемент – пойма. Это – часть дна речной долины, покрытая растительностью и затопляемая периодически водами половодий или паводков. Она формируется в результате горизонтальных русловых деформаций и аккумуляции наносов на ее поверхности. Смещение русла и размыв одного из берегов сопровождается накоплением наносов в другой части русла или у противоположного берега. Возникающие при этом прирусловые отмели (побочни, осередки и косы) в межень частично обсыхают и могут закрепляться растительностью.
Появление кустарника или травы на поверхности отмели при ее затоплении обусловливает увеличение шероховатости русла, что благоприятствует аккумуляции на ней взвешенных наносов и органических остатков, стимулируют дальнейшее развитие растительного покрова, активизацию накопления наилка и рост зарастающей отмели в высоту. Прирусловые отмели превращаются в участки поймы, которые, как правило, имеют двучленное строение слагающего ее аллювия – русловую песчаную (песчано-галечную, галечную, галечно-валунную) фацию в нижних слоях поймы и пойменную суглинистую или мелкопесчаную в верхних слоях.
Морфология и строение пойм, гидрологические и гидравлические характеристики пойменных потоков тесно связаны с русловыми процессами и определяются морфодинамическим типом русла. В обратной связи, они оказывают существенное влияние на русловой режим реки вследствие растекания потока половодья по пойме и сливу осветленных вод с поймы в русло, размывом пойменных берегов, взаимодействию русловых и пойменных потоков и т.д. Поэтому А.В. Чернов [2009] русла рек и их поймы объединяет общим термином «пойменно-русловые комплексы».
|
|
|
Пойменные процессы представляют несомненный интерес для инженерной деятельности на внутренних водных путях. Это касается проведения судоходных русло- и пойморегулирующих мероприятий (перекрытие и разработка пойменных рукавов, обвалование, берегоукрепление), устройство и эксплуатация судоремонтных предприятий и затонов в пойменных протоках и емкостях, использование пойменных территорий под промышленную и гражданскую застройку, добычу нерудных строительных материалов в пойменных карьерах и т.д.).
По длине рек ширина поймы непостоянна, неоднократно изменяется, происходит чередование ее сужений и расширений. У рек с врезанным руслом ширина поймы всегда меньше ширины русла ‒ Вп<bр, c адаптированным (в относительно узких долинах) находится в пределах Вп=3-7bр, в условиях свободного развития русла деформаций ‒ Вп=3-7bр. При этом ширина поймы тем больше, чем больше река. На малых реках поперечник пойм составляет десятки или первые сотни метров, на крупнейших – десятки километров. Но отношение ширины поймы Вп к ширине русла bp растет при уменьшении размеров реки: на малых реках Вп/bp > 300, на Суле, Ворскле, Пселе колеблется от 30 до 80, на Волге (до создания водохранилищ) – от 4 до 8, на средней и нижней Лене – от 3 до 4,5. На больших и крупнейших реках с широкопойменным руслом на фоне чередования сужений и расширений поймы наблюдается рост ее относительной ширины вниз по течению (Иртыш, Обь). При этом общая ширина поймы обычно больше, чем ширина той ее части, которая соответствует ширине пояса современного руслоформирования, образовавшегося за многовековую (верхней плейстоцен‒голоцен) историю развития пойм. Поэтому суммарная ширина пойм и их рельеф отражают изменения в течение новейшей геологической истории водности рек и, как следствие масштаба русловых переформирований.
|
|
|
Наиболее широкие поймы при равной водоносности рек присущи меандрирующим рекам, самые узкие – рекам с разветвленным руслом
(табл. 2.9).
Таблица 2.9
Средние значения относительной поймы дна долины ( Bп + bр) / bр
на реках с различными типами русла (по А.В. Чернову [1983])
|
|
|
| Морфодинамические типы русла | ( Bп + bр) / bр |
| Меандрирование до стадии образования петлеобразных излучин | 24,0 |
| Меандрирование до стадии образования сегментных излучин | 20,3 |
| Разветвленное русло с меандрированием рукавов | 12,1 |
| Разветвленное русло с немеандрирующимим рукавми | 6,8 |
В зависимости от того, какая макроформа рельефа русла – побочень или осередок, превращается в пойму, последняя может быть береговой или островной. Островная пойма характерна для рек с разветвленным руслом; причленение островов к берегам при отмирании рукавов обусловливает формирование береговой поймы. Береговая пойма возникает по мере развития излучин, образуя шпоры, и вдоль прямолинейных русел.
При спрямлении излучин и отмирании староречий шпоры объединяется в единые пойменные массивы, в пределах которых развиты изогнутые старичные озера, фиксирующие вместе с широкими ложбинами прежние положения русла. Если полного отмирания староречий меандрирующего русла или рукавов разветвленного не происходит и они сохраняют гидравлическую связь с основным руслом реки, береговая пойма оказывается расчлененной пойменными протоками (ответвлениями) на отдельные островные массивы самих разнообразных очертаний.
|
|
|
По расположению поймы относительно русла реки она может быть односторонней, двусторонней или чередующейся. Двусторонние поймы (рис. 2.48,А) сопровождают свободно меандрирующие реки.
Их ширина превышает ширину пояса меандрирования, русло реки занимает самые разнообразные положения в пределах поймы. Реже двусторонние поймы встречаются у разветвленных русел; для прямолинейных неразветвленных русел они не характерны или представляют собой временный этап в развитии меандрирующего или разветвленного русла.
Чередующиеся поймы встречаются в пределах относительно суженых участков долины, соответствуя адаптированному извилистому руслу
(рис. 2.48,Б).
Рис. 2.48. Основные схемы распространения поймы:
А – двусторонняя; Б –чередующаяся; В – односторонняя; Г – поймы рек с раздвоенным руслом; 1 – борта долины; 2 – русло реки;
3 – гривы на пойме; 4 – старичные понижения
Русло подходит то к одному, то к другому коренному берегу, формируя сегментные, вынужденные и адаптированные излучины, а пойма образует ряд массивов, последовательно расположенных у противоположных берегов.
Односторонние поймы свойственны рекам с руслом, проходящим вдоль высокого (коренного) берега (рис. 2.48,В), имеющего прямолинейное неразветвленное русло, часто встречаются на реках, разветвленных на рукава.
Особое место по расположению поймы относительно русла реки занимают поймы рек с раздвоенным руслом (рис. 2.48,Г). Они представляют собой огромные, вытянутые на десятки и сотни километров (в зависимости от размеров реки) пойменные массивы между рукавами, проходящими вдоль или вблизи бортов долины, расчлененные обычно пойменными протоками, обеспечивающими гидравлическую связь между основными рукавами. В то же время каждый из основных рукавов сопровождается массивами береговой поймы, отделяющими их от коренных берегов.
При ограниченном развитии русловых деформаций поймы встречаются в виде отдельных узких фрагментов у выпуклых берегов врезанных излучин. В разветвленном врезанном русле пойма может быть островной, в виде отдельных фрагментов в нижней части скульптурных островов, а также, как и в прямолинейном неразветвленном русле, ниже выступов и мысов коренных берегов; на врезанных излучинах – в виде отдельных узких фрагментов у выпуклых берегов.
Высота поймы зависит от размера реки, амплитуды колебаний уровней, направленности вертикальных русловых деформаций, стока наносов, а также от возраста поймы. При прочих равных условиях, чем древнее пойма, тем она выше из-за большей продолжительности накопления наносов на его поверхности. На врезающихся реках средняя высота поймы больше, чем на реках аккумулирующих; при этом более старые массивы поймы, имеющие возраст сотни и тысячи лет, образуют высокие ступени и очень редко затопляются. Высота поймы меньше у свободно меандрирующих рек, чем у пойм с другими типами русла, что явлвется следствием влияние большей ширины поймы у меандрирующих рек. В низовьях рек, где амплитуда уровней к устью постепенно убивает, высота поймы также снижается: на р. Волге у г. Волгограда Нп=8-10 м, у г. Ленинска – Нп=6-6,5 м,
у г. Астрахани – Нп~ 3 м.
Рельеф пойм определяется: 1) горизонтальными деформациями (смещениями русла); 2) вертикальными деформациями русла; 3) затоплением поймы высокими водами и связанными с ним процессами аккумуляции на ее поверхности.
Поймы меандрирующих рек характеризуются чаще всего чередованием узких и длинных грив и ложбин, создающих своеобразную гофрированность рельефа их поверхности (рис. 2.49), изогнутых в плане, что отражает смещение и искривление излучин.
Рис. 2.49. Сегментно-гривистая пойма р. Вычегды:
1 – прирусловые отмели; 2 – гривы; 3 – крутые ложбины; 4 – уступы
пойменных сегментов к старичным понижениям; 5 – борта дельты
Гривы и ложбины заключены внутри шпоры (сегмента) излучины, ограниченной современным руслом реки или широкой ложбиной-старицей.
На соседних сегментах поймы ориентировка грив может быть очень различной. Поэтому поймы меандрирующих рек называются сегментно-гривистыми. Их образование связано с формированием в извилистом русле побочней у выпуклых берегов излучин. Последовательное надвижение ряда крупных гряд на прирусловую отмель у выпуклого берега излучины создает на ее поверхности своеобразные веера, состоящие из нескольких вытянутых субпараллельно гряд. Поскольку такой гривистый рельеф пойм фиксирует последовательное смещение излучин, он был назван Е.В. Шанцером [1951] «веерами блуждания» русла.Если деформации русла на излучинах сводятся к преимущественному смещению их вниз по течению, пойменные гривы располагаются субпараллельно непосредственно ниже вершины излучины. На двух соседних пойменных сегментах смежных излучин гривы ориентированы под углом, зависящим от кривизны излучин.
Эта схема характерна для чередующихся пойм, оконтуренных сегментными адаптированными излучинами. В широкопойменном русле кривизна излучины увеличивается по мере ее эволюции. Соответственно усиливается аккумуляция наносов у выпуклого берега и снижается подвижность песчаных гряд. Поэтому по мере поперечного развития излучин размеры прирусловой отмели у выпуклого берега излучины растут, и к вершине излучин отметки его увеличиваются иногда в 2-3 раза. В.Н. Орлянкин [1963] получил формулу для определения мощности русловой фации аллювия М по величине радиусов кривизны пойменных грив
(2.37)
где: r – радиус кривизны излучины, м;
a и b – параметры, зависящие от размера реки;
Мо – минимальная мощность руслового аллювия на прямолинейном участке данной реки.
Формулу (2.37) можно преобразовать для определения высоты поймы Нп в пределах любой гривы по оси шпоры излучины, учтя при этом мощность пойменного наилка, образовавшегося на поверхности поймы [Чалов, 2011]:
(2.38)
где: ri – радиус кривизны i-й гривы в пределах пойменного сегмента;
Hп0 = М0 в формуле (2.37);
Mпф = tm, где t – время, m – интенсивность накопления наилка, м/год.
Следует учесть также скорость врезания реки uвр, приводящего к повышению отметок поймы за счет понижения уровня воды в реке, или, наоборот, скорость аккумуляции наносов uак, вследствие чего относительно уровня воды в реке высота поймы понижается. В итоге формулу (2.38) можно представить в виде
(2.39)
На меандрирующих реках, на которых руслоформирующие расходы проходят в условиях затопленной поймы, сегментно-гривистые поймы расчленяются на отдельные, иногда многочисленные массивы сложной конфигурации пойменными протоками. Такие поймы называют проточно-гривистыми.
Размывы берегов поймы в верхних крыльях излучин (в зонах ускорения течения) приводят к тому, что здесь пойменный берег срезает верхние части грив, образовавшихся у выпуклого берега и имеющих наибольшую высоту. При затоплении поймы около таких берегов аккумулируются наносы, вследствие чего пойма здесь интенсивно растет в высоту. В результате в процессе развития излучины, как благодаря увеличению ее кривизны, так и аккумуляции наносов вдоль подмываемых берегов образуются наиболее повышенные участки поймы.
При спрямлении излучины, которое сопровождается местным врезанием реки наиболее повышенные части поймы выходят из-под уровня затопления. Такие незатопляемые участки поймы – псевдоостанцы располагаются обычно вдоль крутого берега в верхнем крыле бывшей излучины (старицы). На них обычно располагаются населенные пункты, посевные площади, огороды и хозяйственные строения, в то время как остальная часть пойменного сегмента используется под луговые угодья и пастбища.
Такие поймы И.В. Попов [1965] предложил называть останцово-гривистыми. Поперечные разрезы типичных гривистых пойм представлены на рис. 2.50 с учетом направленности вертикальных русловых деформаций (врезания, аккумуляция наносов) и накопления пойменной фации аллювия при затоплении пойм. При слабо выраженных вертикальных деформациях различия в высоте поймы проявляется лишь в пределах каждого сегмента, а пойма в целом является одноярусный (рис. 2.50,А).
Если река врезается, то формируется ступенчатая пойма: ранее сформировавшийся пойменный сегмент располагается гипсометрически выше (рис. 2.50,Б,В). На реках, аккумулирующих наносы поймы являются обвалованными вследствие интенсивного накопления пойменной фации в прирусловых частях; тыловые части могут быть по высоте ниже отметок меженного уровня воды; первичный гривистый рельеф зачастую полностью нивелируется наилком, сохраняясь только в тыловой части (рис. 2.50,Г,Д).
Рис. 2.50. Типичные поперечные разрезы гривистых пойм свободно меандрирующей реки (через центральную часть массива). А – одно-ярусная гривистая пойма; Б ‒ ступенчатая гривистая пойма на вре-зающейся реке; В – останцовая гривистая пойма, Г – обвалованная гривистая пойма на аккумулирующей реке. 1 – пойменная фация аллювия; 2 – русловая фация аллювия; 3 – коренные породы;
4 – торф; q – высокий уровень воды, s – низкий уровень воды
Если процесс меандрирования завершается на реке образованием прорванных излучин (незавершенное меандрирование, по ГГИ), пойма по своему рельефу является проточно-гривистой.
На реках с врезанными излучинами поймы занимают обычно не более трети и половины от общей площади шпоры. Рельеф таких пойм представлен серией грив и ложбин, оконтуривающих шпоры излучин и образовавшихся благодаря формированию гряд на отмелях у выпукулых берегов по мере медленного отступания вогнутого коренного берега.
При малом стоке наносов отмель у выпуклого берега отсутствует, и формирование поймы происходит за счет зарастания бечевника. Подобная бичевниковая пойма сложена материалом, поступившим со склона долины, перемещенным с речными галечно-валунными наносами и перекрытым пойменным наилком.
Поймы рек, разветвленных на рукава, характеризуются широкими ровными повышениями, между которыми располагаются ложбины разных размеров. Первые представляют бывшие острова, вторые – разделявшие их, но обмелевшие, заиленные и заросшие рукава и протоки. Такие поймы по рельефу поверхности являются ложбинно-островными, а при наличии пойменных проток – проточно-островными, у которых формы рельефа вытянуты субпараллельно руслу реки. Это благоприятствует концентрации затопивших пойму вод в отшнуровавшихся от русла протоках, обеспечивая их функционирование.
В итоге реки с разветвленным руслом имеет более развитую пойменную многорукавность. На поверхности такой поймы обычно прослеживается сложное соотношение широких гряд с ровной поверхностью, соответствующих элементарным островам, и ложбин разной ширины, образовавшихся в результате отмирания рукавов и проток.
Со стороны оголовка остров или размывается, или к нему причленяется побочень. В первом случае высота острова имеет максимальные отметки в районе оголовка вследствие повышенной здесь аккумуляции наносов при затоплении острова; вниз по течению и в обе стороны к рукавам поверхность острова понижается, переходя постепенно в прибрежные отмели (побочни) или косу – ухвостье.
В тех случаях, когда рукава и пойменные протоки меандрируют, образуются гривисто-островные поймы. Гривистая или сегментно-гривистая пойма, сформированная меандрирующими пойменными протоками, оказывается вложенной в ложбинно-островную пойму реки.
В зависимости от структуры разветвленного русла, гидрологического режима реки и особенностей переформирований островов выделяется несколько разновидностей ложбинно-островных и проточно-островных пойм (рис. 2.51).
В поперечном профиле ложбинно-островные поймы могут быть, как и сегментно-гривистые, ступенчатым, обвалованными в зависимости от направленности вертикальных русловых деформации (врезание/аккумуляция); если пойма односторонняя, то вследствие повышенной темпов накопления пойменного наилка, прирусловая часть ее оказывается заметно выше, чем центральная и тыловая части.
Поймы относительно прямолинейных, неразветвленных русел формируются при направленном смещении русла в сторону коренного берега. Их основу составляют побочни, смещающиеся вдоль пойменного берега.
Рис. 2.51. Разновидности расположения элементов рельефа лож-бинно (проточно)-островных пойм. А – с мозаичным расположением крупных гряд–островов, Северная Двина; Б – гривисто-островная пойма, средняя Обь; В – с сетчатым расположением мелких гряд-островов, верхняя Обь; Г – с расположением гряд-островов по концентрическим дугам, верхняя Обь; Д – сегментно-островная пойма, нижняя Вычегда; Е – с параллельным основному руслу
расположением гряд-островов, верхняя Обь [Чалов, 1979]
При зарастании гребневых частей образуются пойменные гривы, вытянутые почти параллельно друг другу, а вся пойма имеет параллельно-гривистый рельеф.
Разновозрастные участки поймы нередко различаются как по морфометрическим характеристикам рельефа, так и по типу первичного пойменного рельефа. Наиболее распространено несоответствие рельефа большой части поймы морфодинамическому типу современного русла. Нередко прямолинейное, неразветвленное русло сопровождается поймой, сформированной в процессе меандрирования реки или разветвления русла на рукава, ложбинно-островные поймы в приречной части дна долины – гривистой поймой в центральной и тыловых частях и т.д.
Кроме того, параметры элементов рельефа сегментно-гривистых и ложбинно-островных пойм по мере удаления вглубь пойм отражают иную водность реки на разных этапах формирования пойм.
Встречаются также наложенные поймы, представляющие собой поверхности, которые вследствие врезания реки недавно выходили из-под уровня затопления или затапливались чрезвычайно редко; в настоящее время (последние несколько столетий) произошло восстановление пойменного режима, зональные или близкие к зональным почвы перекрылись пойменным наилком (стали погребенными), ширина разливов реки существенно возросла.
Среди затапливаемых в многоводные фазы водного режима поверхностей на дне речных долин встречается унаследованные поймы,занимающие иногда довольно значительные части дна долин. Слагают ее как тяжелые отложения, определяющие замедленность горизонтальных русловых деформаций, так и сравнительно легкие по составу озерные отложения, обусловливающие достаточно высокую активность русловых деформаций. В обоих случаях в поток при размыве рекой пойменных берегов поступает почти исключительно очень тонкий материал, а сами поймы сильно заболочены.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1599; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!