Геологическая деятельность рек

Подземные воды и временные ручьи атмосферных осадков, стекая по оврагам и балкам, собираются в постоянные водопотоки —реки. Площадь, с которой к реке стекает вода, называют бассейном реки. Полноводные реки совершают большую геологическую работу — раз­рушение горных пород (эрозия), перенос и отложение (аккумуляция) продуктов разрушения.

Эрозионная деятельность рек. Эрозия осуществляется динамиче­ским воздействием воды на горные породы. Кроме того, речной поток истирает породы обломками, которые несет вода, да и сами обломки разрушаются и разрушают ложе потока трением при перекатывании. Одновременно вода оказывает на горные породы растворяющее дей­ствие.

Перенос продуктов эрозии осуществляется различными способами: в растворенном виде, во взвешенном состоянии, перекатыванием обломков по дну, сальтацией (подпрыгиванием). В растворенном состоянии река переносит до 25—30 % всего материала. Во взвешенном состоянии передвигаются пылевато-глинистые и тонкопесчаные час­тицы.

Размер обломков, которые может переносить водный поток, про­порционален шестой степени скорости его течения, которая, в свою очередь, пропорциональна продольному уклону русла. Поэтому быст­рые горные реки способны перемещать валуны диаметром в несколько метров.

При определенных условиях река откладывает обломочный мате­риал. Речные отложения называют аллювиальными (aQ).

В процессе размывающей и аккумулятивной деятельности реки в коренных породах вырабатывают вытянутые, корытообразные углуб­ления, которые носят название речных долин. На рис. 88 показано, как река за счет эрозии углубляет свою долину, вырабатывает определен­ный продольный профиль, стремясь достигнуть максимальной глуби­ны. Положение профиля, как и всей эрозионной деятельности реки, зависит от базиса эрозии, под которым понимают уровень моря или каких-либо других бассейнов, куда впадает река (или прекращает свое движение).

По мере углубления долины река проходит ряд стадий. На первой стадии дно реки имеет значительный уклон, поток обладает большой скоростью, интенсивно действует донная эрозия. Долина узкая, глубо­кая, типа теснины и ущелья. Обломочный материал (аллювий) почти весь поступает в морской бассейн. Для этой стадии развития типичны горные реки, т. е. молодые реки. По мере приближения русла к макси­мальной глубине река переходит в последнюю стадию своего развития. На значительном протяжении река теперь имеет небольшой уклон. Скорость потока снижается. Постепенно река вырабатывает равновес­ный профиль. Глубинная эрозия сменяется боковой. Река размывает свои берега, русло долины блуждает (или меандрирует). Долины ши­рокие, пологие. Обломочный материал в большей своей части оседает в русле. Река мелеет, появляются отмели, перекаты, косы. Такие реки находятся в стадии старости и типичны территориям равнин.

Последовательность стадийного развития рек нарушается движе­нием земной коры (неотектоникой), которые меняют высотное поло­жение базиса эрозии или верховьев рек. Опускание базиса эрозии или поднятие верховья приводит к возобновлению донной эрозии. Долина снова углубляется и река повторяет стадии своего развития. Поднятие базиса эрозии или опускание верховья снижает скорости течения и в долинах усиливается аккумуляция наносов. Река быстро стареет.

Большое влияние на развитие рек оказывает производственная деятельность человека. Усиление аккумуляции на каком-либо участке реки может быть вызвано интенсивным забором воды в целях водо­снабжения и орошения сельскохозяйственных угодий или увеличением поступления твердого стока за счет сброса в реку отваль­ных пород горно-рудной промышленности. Сброс в реки большого количества вод с орошаемых террито­рий может привести к уси­лению эрозионной деятель­ности. Строительство водо­хранилищ, в свою очередь, влияет на положение базиса эрозии всей реки или ее ча­сти. Выше плотин уменьша­ются скорости течения, растет аккумуляция нано­сов: ниже плотин осветлен­ная вода резко повышает донную эрозию. Например, понижение уровня озера Се­ван (Армения) вследствие сработки воды на гидростан­циях вызвало резкую дон­ную эрозию приустьевых частей рек, впадающих в это озеро.

При инженерно-геоло­гической оценке территорий геологическую деятельность рек следует изучать в связи с природными причинами и с хозяйственной деятель­ностью человека. Особое внимание уделяется размыву русел рек, аккумуляции наносов и подмыву берегов.

Строение речных долин. Долины рек разнообразны по формам, размерам, строению. Это можно видеть в поперечных разрезах. Долины бывают симметричные и асимметричные (рис. 89). Последние являются следствием вращения Земли и свойственны рекам (или участкам рек), равнинам с меридиональным направлением тече­ния.

Долина имеет следующие элементы: дно долины, русло, пойму и террасы (рис. 90). Дно — низшая часть долины, заключенная между подошвами склонов. Русло — часть долины, занятая водным потоком. Поперечный разрез потока называют живым сечением. Пойма — часть речной долины, заливаемая водой в период паводка в силу таяния снега весной. Поймы бывают низкие, заливаемые ежегодно, и высокие, которые заливаются один раз в 10—15 лет. Старицы — изолированные старые русла рек, в которых вода не движется, а стоит как в озерах.

Иногда при характеристике речных долин применяют понятие

тальвег — условная линия, сое­диняющая самые глубокие точ­ки дна долины. В большинстве случаев дно долины представля­ет собой сравнительно ровнук поверхность.

Необходимо различать сле­дующие уровни воды в реке:

· расчетный горизонт высо­ких вод, отвечающий средним из наибольших уровней реки, наблюдавшихся в течение мно­гих лет;

· наивысший горизонт высоких вод, выше этого уровня по много­
летним наблюдениям вода не поднималась;

· меженный горизонт — низкий уровень воды.

На береговом участке поймы, вдоль русла, часто образуется при­русловый вал, сложенный песком. Поверхность центральной части поймы содержит протоки, старицы, озера, старые прирусловые валы.

Террасы — уступы на склонах долин рек. Террасы бывают попереч­ные и продольные. Поперечные располагаются поперек рек долины и порождают водопады. Их появление связано с пересечением рекой пород различной прочности. Мягкие породы размываются быстро, между ними и твердыми породами образуется уступ высотой от не­скольких до десятков метров. Вода падает с уступа (порога) и продол­жает разрушать мягкие породы. Примером могут служить пороги на р. Ангаре и др.

Продольные террасы располагаются вдоль склонов долин в виде горизонтальных или почти горизонтальных площадок. Их называют надпойменными. При паводках они не заливаются водой. Каждая над­пойменная терраса в свое время была поймой. Дальнейшее углубление дна долины поднимает надпойменные террасы все выше и выше.

Отсчет надпойменным террасам ведут снизу вверх (1 — надпоймен­ная, II — надпойменная и т. д.). Общее количество бывает различным: в долинах равнинных рек до 3—4, горных рек —значительно больше. Известны случаи, когда долины горных рек имеют до 10—15 надпой­менных террас. Долина р. Дон у г. Ростова имеет 5 террас, долина р. Кубани у г. Черкасска —до 14.

Каждая терраса измеряется высотой и шириной. Высота колеблется от метров до десятков метров, ширина—от десятков метров до десятков километров. Продольные террасы по слагающему их матери­алу подразделяют на эрозионные, цокольные и аккумулятивные (аллю­виальные) (рис. 91).

Эрозионные террасы вымываются рекой в коренных породах долины и возникают на первых стадиях развития реки (чаще горной) или в ее верхнем течении. Эрозионные тер­расы, перекрытые маломощным аллювием, называют цокольными.

Аккумулятивные террасы полно­стью сложены из аллювиального материала и наиболее типичны до­линам равнинных рек.

Аккумулятивные террасы под­разделяют на вложенные и нало­женные (рис. 92). Долины с вло­женными террасами формируются следующим образом. Вначале река образует долину в коренных поро­дах. Далее в процессе старения ре­ка заполняет свою долину ал­лювиальными наносами. Новое усиление эрозионной деятельно­сти углубляет дно долины, но уже в ранее отложившемся аллювии. Часть аллювия, прислоненная к коренному склону, сохраняется в виде надпойменных террас. По­следующие циклы накопления на­носов дают новые надпойменные террасы, причем каждая последу­ющая по возрасту оказывается мо­ложе предыдущей. Это видно по рис. 91, где третья терраса моложе четвертой террасы.

Наложенные террасы образуются несколько иначе (рис. 92,б ). Усиление эрозионной деятельности приводит лишь к частичному размыву ранее отложившегося аллювия. Аккумуляция новых наносов происходит поверх более древних аллювиальных отложений.

Геологическое строение речных долин имеет важное значение при инженерно-геологической их оценке в строительных целях. Наиболее благоприятными в этом отношении являются террасы эрозионные. Значительно сложнее решаются вопросы строительства на аккумулятивных наносах.

Борьба с эрозией рек. Для зданий и сооружений, расположенных в речных долинах, подмыв берегов, в том числе и древних террас, и углубление дна реки представляет значительную опасность. Это при­водит к обрушению берегов, сокращению строительных площадок, появлению обвалов, оползней и другим нежелательным явлениям.

Р и с. 92. Виды надпойменных аккумулятивных террас:

а — вложенные; б — наложенные; 1 —русло; 2 — пойма; 3 — 5 — надпойменные террасы; 6- коренные породы.

С боковой эрозией борются укреплением берегов с регулированием течения реки. В зависимости от геологического строения берега, характера и_места размыва укрепление проводят устройством набережных, подпорными стенками, свободной наброской бутового камня или в фашинных тюфяках, укладкой железобетонных плит и т. д.

Хорошо защищают берег струенап-равляющие стенки, дамбы и буны (рис. 94), регулирующие направление течения реки.

Способы укрепления подводной и надводной частей берега различны. Под­водную часть берега ниже меженного горизонта следует укреплять каменной наброской и фашинными тюфяками, за­груженными камнем; надводная часть крепится бетонными армированными плитами, подпорными стенками, кам­нем в плетневых клетках. В отдельных случаях интенсивная боковая эрозия за­ставляет переносить сооружения подаль­ше от берега. Так, например, произошло с городом Турткулем. Эрозионная дея­тельность Аму-Дарьи заставила перене­сти этот город на новое безопасное место. Так возник новый город Нукус.

Донная эрозия наиболее опасна для

Р и с. 94. Струенаправляюшая стенка в русле реки: / — здание; 2 — размываемый берег; 3 — струенаправляющая стенка: 4 — те­чение реки

опор мостов, поэтому они должны иметь достаточное заглубление. Следует учитывать движение льда, так как заторы могут вызвать резкий подъем уровня реки и затопление прибрежных районов. Заторы следует разрушать, а в местах их образования заранее производить обваловы-вание берегов.

Неблагоприятно сказываются паводки на пойму рек. Сооружения и берега долины необходимо защищать земляными дамбами, отсыпкой камня и другими способами, позволяющими нейтрализовать эрозион­ную силу паводковых вод. Для строительства более благоприятны неподмываемые и незаносимые участки долины.

Аллювиальные отложения рек и их строительные свойства. Большую часть обломочного материала реки выносят к морю и откладывают в районе дельт. Волга выносит в Каспийское море до 25 млн. т наносов в год.

Значительная часть аллювиальных отложений скапливается в русле рек и на поймах. Общая мощность аллювиальных отложений в долинах рек различна — от нескольких метров до десятков метров. Например, в долине средней Волги аллювий составляет 18—22 м, а аллювий Дона у г. Ростова —до 25 м; у притока Дона реки Темерник — 15—18 м и т. д.

Состав аллювиальных отложений отражает скорость речного пото­ка. Скорость потоков в течение года, ряда лет, а также в зависимости от стадий развития реки весьма различна. Это приводит к накоплению в одной и той же части долины аллювиальных осадков различного

остава и крупности, к лотологической пестроте аллювиальных толщ. В состав аллювия входят глыбы, валуны, галечник, гравий, пески, суглинки, глины, илы, органический материал. Там, где течения наиболее сильные, например горные реки, преобладает крупноблоч­ный материал. Для равнинных рек свойственны пески и более мелко­зернистые осадки.

По характеру осадков и месту их накопления речные отложения разделяют на дельтовые, русловые, пойменные и старинные.

В дельтах накапливаются песчано-глинистые осадки. Материал, который откладывается в руслах рек, называют русловым аллювием. В его состав входят пески и более грубые обломки — галечник, гравий, валуны. Пойменный аллювий откладывается в период паводка и пред­ставляет собой суглинки различного состава, глины и мелкозернистые пески. Отложения поймы обычно обогащены органическим материа­лом. Старинный аллювий формируется на дне стариц, на которых откладываются илы со значительным количеством органических ве­ществ. В период паводка в старицы поступает тонкозернистый песок, который, смешиваясь с илом, образует илистые пески. Характерной формой залегания старичных отложений является линза.

В основании толщ аллювия обычно залегают отложения, отлича­ющиеся от покрывающих их толщ крупнозернистостью (галечники, гравий, крупнозернистые пески).

В пределах речных долин могут залегать отложения неаллювиаль­ного характера. К их числу относят делювий, конусы выноса пролю-виальных наносов и эоловые накопления.

Речные долины служат местом активной производственной дея­тельности человека. В связи с этим аллювиальные отложения зачастую попадают в сферу строительных работ. К оценке аллювиальных отло­жений, как оснований, следует подходить дифференцированно, исходя из того, что существуют три разных типа грунтов —русловые, пой­менные и старичные.

В речных долинах, на поймах и надпойменных террасах часто приходится строить крупные здания и сооружения, передающие зна­чительные нагрузки на грунт. Примером могут служить элеваторы, речные вокзалы, различные портовые сооружения и др. В качестве оснований-для них принимают древний уплотненный аллювий_акку-мулятивных террас и русловые отложения, так как.русловой аллювий, представленный крупными обломками и песком, способен выдержи­вать тяжелые сооружения. Русловые отложения в долинах крупных рек служат хорошим основанием для мостовых переходов. В случаях, когда русловой аллювий перекрывается пойменными и старичными отложе­ниями, используют свайные фундаменты.

Древний пойменный аллювий в виде суглинков и глин твердой консистенции является хорошим основанием. Однако следует иметь в виду, что на древних террасах аллювиальные суглинки часто имеют

лессовидный облик и могут обладать просадочными свойствами. В
этом случае строительство следует вести как на лессовых просадочных
грунтах. —,

Современный пойменный аллювий обладает высокой влажностью,! либо вообще находится в водонасыщенном состоянии с низкой несу-! щей способностью. Суглинки и глины легко переходят в пластичное I и даже текучее состояние.

Наиболее слабыми из аллювиальных отложений являются иловатые старичные. При строительстве между подошвой фундамента и илова­тым грунтом применяют песчаные подушки или свайные фундаменты.

Следует учитывать и такую характерную особенность аллювиальных"
отложений, как многослойность их толщ с наличием линз и пропла-
стков. Слои и прослои под нагрузкой могут обладать различной
сжимаемостью, что значительно усложняет расчет осадки сооружений.
Особенно большая опасность угрожает зданию, если его фундамент в
разных своих частях опирается на грунты с различной сжимаемостью.
С аллювиальными отложениями связаны такие явления, как плывун -
ность песчаныхинабухание глинистых грунтов.