ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Процессы, связанные с временными водными потоками

В процессе круговорота воды в природе атмосферные осадки выпадают на земную поверхность и частично стекают по ней, образуя временные водные потоки. Такие же потоки возникают при сезонном таянии выпавшего снега и образовавшегося в зимний период льда. Вода этих потоков в течение относительно короткого отрезка времени растекается по поверхности земли в сторону естественных понижений рельефа, совершая при этом значительную геологическую работу — разрушает горные породы, переносит и откладывает продукты разрушения, создает специфические формы рельефа.

В общем виде любое разрушающее (размывающее) действие текучей воды носит наименование «эрозия».

По характеру движения временные потоки поверхностных вод делят на плоскостные и струйчатые.

При плоскостных потоках вода по поверхности земли стекает в виде многочисленных мелких струек, которые образуют фактически сплошной поток. Такой поток одновременно размывает всю поверхность земли. Это явление называют «плоскостная эрозия». Плоскостной поток в соответствии с рельефом местности постепенно разбивается на отдельные струи (ручьи), которые начинают размывать землю по отдельным полосам. Это уже струйчатая эрозия, которая приводит к образованию промоин и оврагов (рис. 56).

В процессе геологической деятельности поверхностные воды формируют современные наносы, образуют овраги, создают сели и снежные лавины (рис. 57).

Продукты выветривания пород или, иначе говоря, элювий плоскостными потоками воды смываются с возвышенностей на склоны и к их подножию. В перемещении принимают участие глинистые, пылеватые и песчаные частицы и даже более крупные обломки. Со временем на склонах и в пониженных частях рельефа образуются наносы.

Наносы, образованные в результате плоскостной эрозии и отложенные преимущественно на склонах, носят название делювиальных отложений (делювия), а образованные струйчатой эрозией и отложенные в понижениях, примыкающих к склонам, носят название пролювиальных отложений (пролювия).

Делювий (с!(3) покрывает пологие склоны и литологически представлен суглинками, супесями, иногда песками с включениями щебня. На равнинах это обычно суглинки и супеси. Мощность делювия возрастает к основанию склонов, достигая в горных районах десятков метров, а на равнинах — нескольких метров.

Делювиальные наносы практически всегда входят в сферу строительства автодорог. Для этих отложений характерны оползневые процессы.

Пролювий (рС?) представляет собой разнохарактерные по литологическому составу и геологическому строению наносы. В многомет-

Струйчатая эрозия

Рис. 56. Струйчатая эрозия

Р и с. 57. Схема образования современных наносов:

Э — элювий; Д — делювий; П — пролювий; 1 — атмосферные осадки; 2 — плоскостной смыв; 3 — коренные породы; 4 — первоначальная поверхность

Овраг в плане (а) и продольном разрезе (б)

Рис. 58. Овраг в плане (а) и продольном разрезе (б):

1 — вершина; 2— направление роста оврага; 3 — устье; 4 — конус выноса; 5— река; 6 — базис

эрозии; 7—ложе

ровых толщах суглинки и супеси нередко переслаиваются песками, щебнем. Пролювиальные отложения имеют большое развитие в подошвах горных склонов (предгорные шлейфы). Большое количество пролювиального материала своим образованием обязано грязекаменным потокам (селям), а также временным потокам в оврагах.

Овраги — это глубокие промоины на склонах рельефа, которые образуются в результате эрозионной деятельности временных потоков поверхностных вод. Овраги типичны для равнин и наиболее активно образуются в легко размываемых осадочных породах. Так, в степных районах, где очень большое распространение на поверхности Земли имеют лессовые образования, овраги имеют исключительно широкое развитие. В тех случаях, когда овраг достигает значительной глубины, вскрывается подземная вода. В таком овраге возникает постоянный водоток, что усиливает его развитие.

На рис. 58 показан овраг в плане и продольном разрезе. В овраге различают вершину, устье, ложе и борта. Растет овраг движением от устья вверх по склону и при этом углубляется и расширяется за счет размыва ложа и бортов. Развитие оврага заканчивается, когда дальнейший размыв ложа становится невозможным в связи с тем, что абсолютная отметка низшей точки устья сравнялась с уровнем бассейна (озеро, река и т. д.), в который впадает водоток оврага. Этот уровень называют базисом эрозии.

Все овраги разделяются на активные, т. е. развивающиеся, и не-развивающиеся, которые называют балками (рис. 59). Активный овраг имеет небольшую ширину в сравнении с глубиной, борта обрывистые, без растительности. Балки — это овраги, которые прекратили свое развитие, но оно может возобновиться, если снизится уровень

Поперечный разрез активного оврага (а) и балки (б)

Рис. 59. Поперечный разрез активного оврага (а) и балки (б)

базиса эрозии. На рис. 60 показана балка в степном районе. В устье оврагов и балок всегда располагаются наносы, так называемый конус выноса, состоящий из продуктов размыва в виде песчано-глинистого материала. Скорость размыва оврагов зависит от рельефа местности, характера размываемых пород и активности водотоков. На равнинах в лессовом покрове она может быть от нескольких метров до десятков метров в год.

Активные овраги опасны для автодорог и аэродромов. На сегодня существует много способов борьбы с оврагами. Меры борьбы можно разделить на два вида. С одной стороны, они являются профилактическими, т. е. останавливают развитие оврагов, с другой — направлены на ликвидацию оврагов. В первом случае осуществляют следующие мероприятия:

  • 1) вершины оврагов оконтуривают системой водоотводящих (нагорных) облицованных канав, что исключает доступ воды в овраги;
  • 2) вершины оврагов бетонируют;
  • 3) вдоль продольной оси оврагов ставят поперечные стены, которые гасят скорость размывающей воды;
  • 4) рядом с дорожными насыпями, которые пересекают овраги и имеют водопропускные трубы, борта оврагов укрепляют стенами или облицовывают плитами.

Мелкие овраги глубиной до 2 м можно засыпать землей, но это дает эффект только в том случае, если этот участок окружен хорошей системой отвода поверхностных вод. В противном случае овраг может возобновить свое развитие.

В борьбе с оврагами всегда следует использовать посадку древесной растительности. В период эксплуатации автодорог и аэродромов необходимо проводить постоянное наблюдение за состоянием оврагов и балок.

Балка в степи

Рис. 60. Балка в степи

Селевые потоки. Сель или силь — (от араб, sail — горный, быстро несущийся поток). Сели типичны для горных районов и возникают высоко в горах в результате обильных ливней или быстрого таяния снегов и ледников. При этом в русле относительно небольшой горной речки в результате оползней, обвалов или осыпей может возникнуть естественная плотина, за которой образуется горное озеро. Плотина с течением времени не выдерживает все возрастающего напора воды и прорывается. В результате масса воды вместе с массой пород, слагавших тело плотины, собирается в единый поток в главном ущелье, смывает и захватывает по дороге элювий и делювий. В результате водный поток обогащается твердым материалом и превращается в грязекаменную массу.

Селевые потоки возникают внезапно, особенно для районов, расположенных у подножия гор, действуют в течение короткого промежутка времени, не превышающего несколько часов. Общий объем

Сель в горах Кавказа

Рис. 61. Сель в горах Кавказа

грязекаменных материалов, смываемых одним селем, может достигать 20 000 м3 с 1 км2. Диаметр переносимых валунов иногда достигает 1—1,5 м и более.

История помнит немало случаев катастрофических селей. Так, например, в 1921 г. селевым потоком была разрушена значительная часть города Алма-Ата (Казахстан), на территорию которого было вынесено около 1,5 млн т каменных обломков. Иногда возникают ледниковые сели. Так было в 1832 г. у подножия Казбека (Кавказ) и в 2000 г. в районе Новороссийска.

Строители и эксплуатационники автодорог должны знать, что селевые потоки очень коварны. Это можно показать на примере селевого потока, который произошел в прошлом веке на Северном Кавказе (рис. 61). Сель возник, как всегда после обильных дождей высоко в горах. Рано утром раздался гул, и на селение обрушился вал воды с камнями и грязью. Деревья и дома были снесены. Таких валов было несколько с интервалом 5—10 мин, шестой вал имел высоту 15 м, он сокрушил трехэтажное здание, разрушил во многих местах на десятки метров автодорогу, превратив ее в глубокие траншеи. Такие тяжелые последствия связаны с тем, что сель на этом участке не ожидали, и никаких защитных сооружений не было.

Район, где возникает сель, в целом называют селевым бассейном. На рис. 62 показана схема бассейна, в котором выделяют три зоны:

1) площадь водосбора (область питания), 2) путь движения селя (канал стока или транзитная зона) и 3) область отложения каменного материала в виде конуса выноса, состоящего из пролювия.

Разрушительное действие селевых потоков обусловлено большими скоростями движения и наличием в них обломков горных пород. Скорость движения может достигать 6—8 м/с. На своем пути сели вырабатывают глубокие русла. В сухое время года эти русла бывают сухими или содержат небольшие ручьи.

Селевые потоки бывают связные и несвязные. К связным относят грязекаменные потоки, в которых вода практически не отделяется от твердой части, они имеют плотность 1,5—2 т/м3 и обладают сокрушительной силой разрушения. Несвязные сели называют водокаменными. Вода переносит каменный материал и по мере уменьшения скорости оставляет его в русле (ущелье) или в области конуса выноса в предгорной части. Полезные площади, населенные пункты и дороги оказываются погребенными под толщей грязи, песка и камней.

Селевые потоки часто проявляются в горах Кавказа, Урала, Сибири, Алтая и т. д. При строительстве автодорог в районах предгорий всегда определяют селеопасные направления, но при этом следует учитывать, что в последние десятилетия сели стали появляться там, где их раньше не было. Чаще всего это связано с вырубкой горных лесов, нарушением дерновых покровов при массовом выпасе скота.

Сели разрушают автодороги в ущельях гор и на выходе из них. Особенно сильно разрушаются мосты, размываются насыпи, проезжая часть дорог покрывается слоем грязи и камней. Такие дороги нуждаются в капитальных восстановительных работах.

Борьба с селями носит защитный характер. В ущельях ставят поперечные стены для гашения скорости движения селей, создают каналы для отвода селевых потоков в соседние котловины (селехрани-

Селевый бассейн

Р и с. 62. Селевый бассейн:

7 —селевый бассейн; 2— транзитная зона (канал стока); 3— конус выноса; 4—автодорога

лища). На участках конусов выноса берега рек забирают в высокие стены, чтобы поток не разливался по площади, мосты делают с большой водопропускной способностью, над дорогами устраивают железобетонные желоба (селедуки), по которым может скатываться селевый поток, и осуществляют многие другие мероприятия.

Строительство дорог и размещение аэродромов в селеопасных районах требует тщательных инженерно-геологических изысканий. Обследованию подлежат: 1) селесборный бассейн, 2) транзитная зона, т. е. путь движения селевого потока и 3) конус выноса селевого материала.

Селевый бассейн можно обследовать аэрофотосъемкой, путь движения и конус выноса изучают геологическими разведочными работами. В местах возможного строительства противоселевых сооружений выполняют буровые скважины или шурфы. При обследовании конуса выноса определяют границы растекания селя, т. е. площадь, которую может занять обломочный материал селевого потока.

В результате инженерно-геологических изысканий селевого района создают карту конуса выноса и несколько геологических разрезов. На базе этого устанавливают место и способы пересечения конуса выноса с автодорогой (земляное полотно, мосты, защитные сооружения). Опыт показал, что наиболее рациональным решением является прокладка трассы дороги через низовой участок транзитной зоны. Для этого иногда бывает достаточно ограничиться строительством моста с одним пролетом.

Снежные лавины. На высоких горных хребтах постоянно накапливается снег, образуя нависающие над склонами большие карнизы. Под действием собственной тяжести масса снега находится в весьма неустойчивом состоянии. В определенный момент от перегрузки, порыва ветра и даже от звукового колебания воздуха огромная масса снега приходит в движение и обрушивается вниз по склону, захватывая при этом обломки горных пород (рис. 63). Так образуются снежные лавины.

Снежные лавины бывают сухие и мокрые. Сухие лавины представляют собой сухой, рыхлый снег. При обрушении скорость его движения колеблется от 100 до 400 км/ч, образуется огромное облако снега. Мокрые лавины — это движение мокрого снега. Такие лавины связаны с периодом оттепелей, скорость их движения несколько ниже — от 20 до 50 км/ч.

При движении лавины перед массой снега образуется воздушная волна, которая обладает огромной разрушительной силой. Сама лавина по мере движения вниз захватывает новые массы снега и боль-

Снежная лавина в горах

Рис. 63. Снежная лавина в горах

шое количество обломков горных пород. В летнее время после таяния снега лавин у подножия гор остаются большие каменные завалы.

Лавины на своем пути сносят леса, здания, сооружения, дороги, покрывают территории многометровой толщей снега. Сила удара снежных лавин может достигать 60 т/м2.

В России крупные снежные лавины возникают в горах Кавказа, на Кольском полуострове, Алтае и в других районах, и везде они создают большие сложности с эксплуатацией автомобильных дорог. Практически каждый год лавины перекрывают движение автотранспорта на Военно-Грузинской дороге. Лавина, сошедшая в 1966 г. на Алтае, уничтожила лес на площади 40 га. В 1970 г. в Перу сошла лавина объемом 50 млн. м3, она прошла 15 км со скоростью 320 км/ч и уничтожила г. Юнгай, в котором из 20 тыс. жителей уцелело лишь несколько сотен.

При инженерно-геологических изысканиях под автодороги определяют лавиноопасные участки, устанавливают пути и границы движения лавин. В этой работе большую помощь оказывает аэрофотосъемка, с помощью которой оконтуривают места снегосборов, пути схода лавин, конусы выноса. Инженерно-геологические работы проводят в полосе от водораздела до места схода лавин в масштабе 1:25 000. При этом описывают крутизну и характер склонов гор, форму долин и т. д. Итогом работы является карта лавиноопасного участка с описанием режима лавинной деятельности. Кроме карт, характеризующих отдельные лавиноопасные участки, имеется карта, на которой показаны все места возможных снежных лавин на территории России.

На лавиноопасных участках автодороги необходимо защищать. Способы защиты разнообразны и зависят от особенностей рельефа и характера движения лавин. Особое внимание уделяют мерам предупреждения. Дорожники постоянно ведут наблюдение за склонами гор, периодически искусственно малыми порциями производят обрушение снега обстрелом из минометов и орудий, противолавинны-ми ракетами, ставят ограждающие стены, сооружают на опасных участках дорог каменные или железобетонные галереи, что обеспечивает безопасное движение транспорта. Проводят другие мероприятия.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >