Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

По составу  твердой составляющей селевые потоки принято делить на грязевые, каменногрязевые, грязекаменные, водокаменные и водопесчаные. Первые три типа потоков решением III Всесоюзной конференции, посвященной селям (1952 г., Тбилиси), отнесены к связным, или структурным, селям, а четвертый и пятый —

126

к несвязным  селям. Последние имеют характер описанных выше временно действующих потоков.

Основу твердой  фазы связного потока составляют глинистые (10—30% и более) и пылеватые частицы. Вода присутствует, как указывает  С. М. Флейшман, изучавший сели Советского Союза, или в виде адсорбционных пленок на частицах, или защемлена в порах, образованных структурным каркасом частиц. Таким образом, связный сель представляет собой вязкопластическую среду, жидкая фаза которой, связанная твердой, движется совместно с последней независимо от русловых условий. Связные сели благодаря огромной силе сцепления между коллоидными частицами способны переносить во взвешенном состоянии крупные глыбы, объем которых в ряде селевых потоков доходил до 20—80 м³ (сель на р. Дурджи, бассейн р. Азазаньв 1901 г.) и даже до 127 м³ (сель на р. Кишчай, бассейн р. Азазани в 1937 г.). Огромные обломки пород как бы связаны грязью.

Там, где скорость потока резко уменьшается (при резком вы-полаживании долины, при очень крутых ее поворотах, при встрече с искусственными запрудами), откладывается вся несомая масса без отделения от нее воды, без сортировки материала, а в том беспорядочно-хаотическом виде, в каком стремительно двигался этот поток.

Отложения селевых  потоков имеют вид бугристо-волнистых  «лент», языков, полей. Бугристо-волнистая  поверхность отложений обусловлена  характером движения селевого потока. Он движется обычно в виде следующих  один за другим валов. Число их в  большинстве случаев от трех до пяти, но иногда доходит до нескольких десятков. Главными причинами большого числа валов являются прорывы запруд, возникающих в местах обрушения в русло обвалов, оползней и выносов боковых притоков и т. п. Высота отдельных валов может достигать 4—5 м, а в узких ущельях — 20 (сель на р. Айлисчай в бассейне Аракса в 1884 г. и на р. Иссык в 1963 г.) и 80 м (долина р. Исфайрамсай в 1966 г.).

Остановившийся  селевый поток нередко закрывает  собой все русло, и стекающей  по долине воде приходится разрабатывать  новое. Сели вызывают серьезные разрушения берегов и русла и нередко  наносят огромный ущерб народному  хозяйству. Они разрушают мосты, плотины, гидроэлектростанции, ирригационные сооружения, насыпи шоссейных дорог, железные дороги и т. д. Процесс формирования селевых масс, как правило, длительный, продолжающийся годами, а в ряде бассейнов — и многими десятилетиями.

Селевые связные  потоки возникают в таких долинах  ручьев и речек, борта которых  сложены глинами, мергелями, сланцами, лессовидными суглинками и другими  породами, дающими при выветривании большое количество мелкодисперсного материала. Этот материал после затяжных моросящих дождей набухает, образуя грязевую эмульсию. При внезапных ливнях грязевая эмульсия движется по крутым, не закрепленным растительным покро-

вом бортам с колоссальной скоростью (несколько метров в секунду) , обогащаясь по пути новыми порциями продуктов выветривания, в том числе иногда и громадными обломками скал. Обломки, находясь во взвешенном состоянии в густой грязевой массе, беспорядочно движутся вместе с грязью; столкновения несущихся глыб сопровождается грохотом, подобным раскату грома. Еще более катастрофические сели возникают в подобных по геологическим условиям долинах при наличии оплывин, оползней, осовов или обвалов, материал которых пополняет твердую составляющую селя.

В формировании твердого стока селей участвует, как правило, не весь бассейн ручья  или речки, а лишь часть его, где  имеются доступные для быстрого сноса рыхлообломочные продукты. Это прежде всего крутые склоны выше зоны распространения растительности, крутые оголенные склоны с разрушенным растительным покровом (из-за выпаса больших стад скота) альпийских и субальпийских лугов, неправильно распаханные склоны, а также участки развития осыпей, осовов, оплывин, обвалов, оползней и накопления большого количества обломочного материала, приносимого боковыми притоками.

Связные сели широко распространены в молодых горных системах многих стран: Швейцарии, Италии, Китае, Индии, Франции, Болгарии, США и др. В СССР связные сели известны на южном склоне Главного Кавказского хребта, на Малом Кавказе, в Юго-Западном Забайкалье. Очаги связных селей имеются в Карпатах (в бассейнах Прута, Днестра и Тисы), на Западном Урале (район Перми), в Восточной Сибири. В Средней Азии насчитываются сотни селеопасных бассейнов, в том числе бассейны ручьев и речек, стекающих со склонов Туркестанского, Кураминского, Чат-кальского, Ферганского, Алайского, Дарвазского, Зеравшанского, Гиссарского, Киргизского хребтов и Заилийского Алатау. Особенно катастрофические грязекаменные сели (в Альпах их называют мурами) имели место в долинах Заилийского Алатау в 1921 и в 1963 гг., в долинах Алайского хребта — в 1967 г. и Чаткальско-го — в 1969 г. Основной период образования селей в Средней Азии совпадает с временем ливневых дождей (апрель—-июнь, 80% от всех селей).

Вечером 8 июля 1921 г. после затяжных моросящих дождей прошел в бассейне Малой. Алмаатинки сильнейший ливень. Река вышла из берегов и полутораметровым водяным валом накатилась на г. Алма-Ату, расположенный на конусе выноса этой реки. За водным валом последовал еще более высокий (4—5 м) грязе-каменный вал. Всего прошло до 80 валов с интервалами от полуминуты до минуты. Обладая громадной скоростью и силой, грязевой вал уничтожал все на своем пути. Общее количество вынесенного обломочного материала достигло 3 250 000 л³ (около 25% приходится на мелкодисперсные фракции, 7% —на крупные обломки). Более мелкие сели в районе Алма-Аты проходят довольно часто. На рис. 31 запечатлен результат селя 1957 г. в бассейне Малой Алмаатинки.

128

Рис. 31. Отложения  грязекамешгого селевого потока, пронесшегося по одному из левых притоков М Алмаатинки. Мощность отложений его до 2 м. Фото Г. П. Горшкова

Катастрофический  сель в Заилийском Алатау в районе р. Ис-сык прошел 7 июля 1963 г. Его возникновение было связано с прорывом в долину скопившихся у ледника талых вод. 7 июля вода прорвалась к Жарсаю, притоку Иссыка. На Жарсае незадолго до этого события образовалась в результате обвала плотина. Прорвавшаяся вода размыла ее и, превратившись в грязекаменный поток, ринулась к о. Иссык, круша по дороге скалы, ломая деревья. Двадцатиметровый селевой вал вырвался из-за крутого поворота ущелья и обрушился в озеро. За первым валом мгновенно надвинулся второй,затем третий. Под их натиском обвальная масса, державшая воды озера в течение 8000 лет, не выдержала напора, и вода озера хлынула вниз. Площадь озера была около 2 км², глу* бина до 50 м. В результате катастрофы озера не стало.

Катастрофические  сели имели место весной 1969 и 1970 гг. в северных и западных районах Украины. Они были вызваны интенсивными ливнями (за несколько суток осадки превысили двухмесячную норму), в результате которых уровень воды в реках Днестр, Тиса, Прут, Серет и др. поднялся на 3—5 м. Сели нанесли серьезный материальный ущерб ряду областей.

Н. П. Костенко и  автор этой книги делят сели на 2 группы: зональные и азональные. Зональные сели отражают общую зональность горных стран (геоморфологическую в сочетании с климатической), а азональные приурочены к районам ныне живущих разры-

129bob, с подвижками по которым связано формирование мощных потоков обломочного материала.

Несмотря на то что селевые потоки причиняли и причиняют большие разрушения как у нас, так и за рубежом, до сих пор еще не существует достаточно надежных и проверенных комплексных методов борьбы с ними. Для борьбы с селями используют фитоме-лиоративные (лесонасаждения и восстановление травянистого покрова на склонах), агротехнические (соблюдение правил обработки земель, предотвращение эрозии почв) и гидротехнические (строительство инженерных сооружений для предупреждения обвалов, оползней, а также для уменьшения продольного уклона русла). мероприятия. В глубоких скалистых ущельях рекомендуется создание завальных плотин методом направленного взрыва (как это было сделано в 1966—1967 гг. в долине Малой Алмаатинки). Для выработки более рациональных методов борьбы с селями в последние годы в ряде горных систем СССР ведутся наблюдения за ними и изучаются условия их образования.

Геологическая работа рек

В питании рек  принимают участие дождевые, талые  и всегда подземные воды. Причем этот источник питания речных вод  является наиболее стабильным.

Площадь суши, с  которой вся вода собирается в  русла ручейков, ручьев, речек, рек, составляющих питающую систему главной реки (являются ее притоками различного порядка), носит название водосборного бассейна. Размеры бассейнов рек, так же как и количество переносимой воды, весьма различны. Например, площадь бассейна р. Обь 3,35 млн. км², годовой сток — 450 км³, а площадь бассейна р. Амазонки 7,05 млн. км², годовой сток — 3160 км³.

Рек на поверхности  земли бесчисленное множество. Единовременные (статические) запасы воды в речных руслах определяются в 1,2 тыс. км³, годовой речной сток — 37,13 тыс. км³ (данные института географии АН СССР).

На территории Советского Союза рек и речек  более миллиона; они ежегодно несут  и сбрасывают в моря и океаны 4000 млрд. м³ воды. Причем более 86% поверхностных вод стекает в Ледовитый и Тихий океаны. Неравномерное распределение рек по территории СССР вызвало необходимость преобразования речных систем. У нас построено много водохранилищ и каналов, в том числе Каракумский канал протяженностью свыше 1000 км. Ежегодно он подает в Ашхабад через пустынные пространства более 500 тыс. м³ амударьинской воды.

В настоящее  время большое внимание уделяется  преобразованию Волги, Днепра, рек Сибири. Начало этому преобразованию уже положено-—проведен Карагандинский канал.

Реки несут  преимущественно пресную воду, поэтому  вода их используется для водоснабжения  населения и для нужд народного хозяйства. В СССР потребляется (вместе с подземной водой)

130

примерно 150 км³/год пресной воды, а через 20 лет цифра эта возрастет. Население всего мира расходует приблизительно 8000 км³ пресной воды, т. е. около 0,75% от общего запаса пресной воды (30,5 млн. км³). В ряде стран, где пресной воды уже недостаточно, широко используют опресненную морскую воду.

В условиях засушливого  климата вода в реках бывает и  солоноватой, как, например, вода рек Атрек и Сумбар (Западная Туркмения). Это обусловлено притоком в них солоноватых подземных вод.

Количество воды (то же уровень) в реках подвержено как многолетним (связанным с» цикличными изменениями климата), так и сезонным колебаниям'!В сезоны ослабленного питания воды в них мало и, следовательно, уровень их низкий (межень); в сезоны повышенного питания уровень повышается, наступает половодье. Момент наиболее высокого уровня воды в реке называется паводком. Реки со снеговым питанием (европейская часть СССР) несут наибольшее количество воды весной при таянии снега, реки с ледниковым питанием (реки средней Азии) — в июле — августе,, когда таяние ледников особенно интенсивно. Реки с дождевым^ питанием (характерны для Дальнего Востока) разливаются в периоды наибольших выпадений дождей.

Скорость течения  воды зависит от величины уклона речного  дна. и количества воды в реке. Она нарастает пропорционально квадратному корню из уклона: при увеличении уклона речного дна вчетверо скорость течения увеличивается вдвое. Средняя скорость течения у равнинных небольших рек (Ока) — 0,3—0,4 м/сек, у крупных (Волга) — 0,7 м/сек, у горных — 3,0—5,0 м/сек. Скорость воды в реке в межень в 2—4 раза меньше средней скорости в половодье. Скорость течения у берегов (за счет трения воды о стенки) меньше, чем в наиболее глубокой части потока (на стрежне). Скорость течения меняется вдоль реки: в расширенных участках скорость меньше, в суженных — больше. От скорости течения воды в реке (v) и от массы воды (т) зависит и живая сила реки (А):

Живой силой  реки (ее энергией) определяется способность  реки производить ту или иную работу. Геологическая _р_абюта^. рек..со--стоит главным образом в размыве дна и берегов, переносе и отложении обломков пород. Все эти стороны деятельности проявляются нередко одновременно в одних и тех же участках долины. Однако в верховьях, где долина реки, растущая по закону пятящейся (регрессивной) эрозии, самая молодая, преобладает эрозионная деятельность, в среднем течении реки наблюдается сочетание размыва, переноса и отложения (аккумуляции), а в низовье — переноса и отлож* !ия. Нанесенные рекой осадки называются аллювием (аллювио, лат. — намыв). Рис. 32. Турбулентное течение (а), характерное для горных рек (Га-васай в верховье), и спокойное, приближающееся к ламинарному (б) течение, свойственное равнинным рекам (р. Бича)

Размыв, перенос  и отложение в любом участке  реки могут со временем изменяться в зависимости от скорости течения  и количества воды в реке. Чем больше скорость и воды в реке, тем больше размыв. При скорости течения 0,8 м/сек вода может переносить во взвешенном состоянии мелкий песок, а волоком по дну — крупный песок; при скорости 1,5—2 м/сек — перекатывать гальку,

Рис. 33. Ущелье горной реки

переносить средне- и крупнозернистый песок и  мелкий гравий; при 3 м/сек — перекатывать мелкие валуны, переносить мелкую гальку. Переносимые и перекатываемые рекой обломки называют твердым стоком реки.

Эрозия. Различают  эрозию донную, направленную на врезание реки в глубину, и боковую, ведущую к расширению речной долины. Донная эрозия проявляется там, где течение достаточно быстрое, чтобы перекатывать по дну крупно- и среднеобломочный материал и переносить во взвешенном состоянии мелкообломочный. Несомый и перекатываемый водой твердый материал является главным фактором, при помощи которого проявляется углубляющая, бороздящая деятельность воды (рис. 32, а).