Научная статья на тему 'Склоновая и пойменная дефлюкция в речных долинах востока Русской равнины'

Склоновая и пойменная дефлюкция в речных долинах востока Русской равнины Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
236
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КРИП / ДЕФЛЮКЦИЯ / СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ / ПОЙМА / ГЕОМОРФОЛОГИЯ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Двинских Александр Петрович, Курбанова Сания Гасимовна, Мозжерин Владимир Ильич, Шарифуллин Амир Нуруллаевич

Исследование эрозионно-аккумулятивных процессов в бассейнах малых рек на востоке Русской равнины в течение почти 30 лет позволило выявить новое явление в днищах речных долин - медленное смещение грунта пойм вниз по течению, названное пойменной дефлюкцией. Однако механизм и условия проявления пойменной дефлюкции остаются не совсем понятны. Целью данной статьи является установление характера и интенсивности преобразований в эрозионно-русловых системах востока Русской равнины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Двинских Александр Петрович, Курбанова Сания Гасимовна, Мозжерин Владимир Ильич, Шарифуллин Амир Нуруллаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Склоновая и пойменная дефлюкция в речных долинах востока Русской равнины»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Том 150, кн. 4 Естественные науки 2008

УДК 551.4.07

СКЛОНОВАЯ И ПОЙМЕННАЯ ДЕФЛЮКЦИЯ В РЕЧНЫХ ДОЛИНАХ ВОСТОКА РУССКОЙ РАВНИНЫ

А.П. Двинских, С.Г. Курбанова,

В.И. Мозжерин, А.Н. Шарифуллин

Аннотация

Исследование эрозионно-аккумулятивных процессов в бассейнах малых рек на востоке Русской равнины в течение почти 30 лет позволило выявить новое явление в днищах речных долин - медленное смещение грунта пойм вниз по течению, названное пойменной дефлюкцией. Однако механизм и условия проявления пойменной дефлюк-ции остаются не совсем понятны. Целью данной статьи является установление характера и интенсивности преобразований в эрозионно-русловых системах востока Русской равнины.

Ключевые слова: крип, дефлюкция, склоновые процессы, пойма, геоморфология.

Введение

Явлению медленного и массового смещения неконсолидированных почвогрунтовых масс, которое широко известно под терминами «крип» (от англ. creep - ползти, сползать) и «дефлюкция» (от нем. defluktion - стекать, течь) подвержены практически все склоны суши. Эти смещения имеют в основе вертикальные гидротермические движения грунта, обусловленные изменениями его объема при фазовых переходах воды, изменениях увлажненности и температуры, а так же за счет развития и отмирания корневой системы растений.

Впервые на данное явление обратил внимание Ч. Дэвисон [1], который использовал термин «creep» для обозначения гидротермических движений почвенно-грунтовых масс. В начале XX века Р. Гетцингер (Gotzinger) пытался получить количественные показатели интенсивности течения грунта на склонах гор Венского Леса [2]. Виднейшие геоморфологи И.П. Герасимов [3] и В. Пенк [4] заложили теоретические и методические основы детального изучения этого процесса. Д.Г. Панов [5] и С.С. Воскресенский [6] предложили термин «де-флюкция» для обозначения явления медленного смещения почвенно-грунтовых масс вниз по склону.

Большой вклад в изучение данного процесса внесли А. Янг [7, 8], Т. Герлах [9], С. Рудберг [10], С. Шумм [11, 12], А.П. Дедков и В.А. Дуглав [13],

В.И. Мозжерин [14], Н.И. Маккавеев [15] и др. За последние годы произошло накопление значительного количества теоретических разработок и натурных данных по результатам стационарного изучения склоновой дефлюкции, механизм и условия проявления которой в настоящее время вполне понятны.

А.П. Дедков

Работа, проводимая сотрудниками кафедры физической географии и геоэкологии Казанского государственного университета, по изучению эрозионноаккумулятивных процессов в бассейнах малых рек на востоке Русской равнины в течение почти 30 лет, позволила выявить новое явление в днищах речных долин - медленное смещение грунта пойм вниз по течению, названное нами пойменной дефлюкцией.

Формирование речных пойм является достаточно хорошо изученным аспектом современного функционирования всей бассейновой системы ([15-18] и др.). Однако механизм и условия проявления пойменной дефлюкции остаются не совсем понятны. Целью данной статьи является установление характера и интенсивности преобразований в эрозионно-русловых системах востока Русской равнины.

Методика исследований

Для изучения процессов склоновой дефлюкции и внерусловой аккумуляции аллювия и поймообразования нами еще в 1982-1983 гг. в днищах малых рек, имеющих 1-3 порядки по классификации Философова - Страллера, была заложена сеть стационарных наблюдений. Опробованию подверглись склоны долин и поймы разного уровня относительно уреза воды. Их ширина не превышала первых сотен метров, а уклоны днищ долин колебались в пределах 0.01-0.09%о.

Длина исследуемых рек изменялась от 10 до 100 км, а площадь водосбора -от 10 до 300 км2. Всего наблюдениями была охвачена 21 река, а площадь исследуемой территории составила более 900 км . При выборе стационарных участков нами учитывались не только размеры реки (для дальнейшего их сопоставления), но и их ландшафтная приуроченность к определенным природным зонам - тайге, смешанным лесам, лесостепи и степи (рис. 1).

Изучение склоновой и пойменной дефлюкции проводилось двумя взаимодополняющими способами. Во-первых, в днищах долин малых рек на высокой и низкой поймах строго вкрест простирания днища были заложены створы. По их линиям через 2-3 м забивались репера в виде стальных стержней (длиной 20-30 см) вровень с поверхностью поймы. Такие створы были заложены на трех участках продольного профиля реки: в верховье, в среднем и нижнем ее течениях. Всего было заложено более 1 000 реперов по 36 линиям створов. Периодически проводились наблюдения за положением реперов относительно первоначальной линии створа [19].

Во-вторых, использовался метод пластин, предложенный и опробованный в условиях Среднего Поволжья А.П. Дедковым и В.А. Дуглавом [13], А.П. Дед-ковым и В.И. Мозжериным [20] для изучения склоновой дефлюкции. На разных участках по длине реки в пределах поймы были заложены шурфы глубиной 1.5-1.7 м. В стену шурфа строго по отвесу устанавливались металлические пластины через 5-10 см, расположенные параллельно и перпендикулярно отвесной линии. Закладка пластин проводилась инструментальным методом. Шурфы располагались строго по профилю вкрест простиранию днища долины у русла в центральной части и у тылового шва поймы. Вскрытие шурфов для изучения дефлюкции проводилось через 3-5 лет.

Рис. 1. Пункты изучения дефлюкции в речных долинах востока Русской равнины

Табл. 1

Обобщенные показатели интенсивности крипа на востоке Русской равнины в зависимости от механического состава почвогрунтов

Механический состав грунтов Экспозиция склона В среднем

Юго-запад Северо-восток

Крутизна склонов

< 10° > 10° > 10°

Легкий суглинок а) - а) б.79 а) 10.S а) S.S0

б) - б) 2.23 б) 2.90 б) 2.57

в) - в) 3 в) 3 в) б

Средний суглинок а) б.70 а) 15.0 а) 13.9 а) ii.S7

б) 1.65 б) 3.42 б) 3.15 б) 2.74

в) 10 в) б в) 2 в) iS

Тяжелый суглинок а) 9.20 а) 15.1 а) 27.S а) 17.37

б) i.70 б) 4.32 б) 4.S0 б) 3.б1

в) 4 в) 11 в) 5 в) 20

Примечание: а) объем перемещающегося материала (см3/см год); б) результирующая скорость смещения (мм/год); в) количество точек-шурфов; прочерк означает отсутствие данных.

Результаты

Склоновая и пойменная дефлюкция проявляется до глубины 0.9—1.4 м. Интенсивность смещения зависит от крутизны и экспозиции склона, а также от механического состава грунтов, подверженных смещению (табл. 1).

Склоновая дефлюкция проявляется в виде двух типов смещения. Горизонтальная составляющая смещения для пластин, расположенных параллельно отвесной линии, составляет 2-5 мм/год. Вертикальная составляющая смещения перпендикулярно установленных пластин колеблется в пределах 1-2 мм и практически не изменяется по вертикальному профилю в шурфе. Результирующая (интегральная) скорость смещения изменяется от 1.5 до 3.7 мм/год.

При прочих равных условиях интенсивность склоновой дефлюкции усиливается на склонах холодных румбов, сложенных отложениями тяжелого механического состава.

Литологический состав почвогрунтов определяет эпюру смещения и его тип [21].

По изменениям гранулометричсекого состава отложений и результирующей скорости смещения можно выделить несколько эпюр.

1. Механический состав (легко-, средне-, тяжелосуглинистый) в них по разрезу шурфа не изменяется. Распределение скоростей полностью соответствует эпюре, в которой максимум смещения наблюдается у поверхности, а с глубиной идет уменьшение скорости до полного затухания смещения на глубинах

0.S-1.4 м.

2. Вниз по разрезу идет огрубление материала. Эпюра имеет вид, аналогичный первому случаю, но уменьшение скоростей происходит еще более резко. Затухание смещений наблюдается примерно на той же глубине.

Табл. 2

Смещения реперов на поймах некоторых малых Среднего Поволжья с 1983 по 2003 гг.

Река и бассейн Площадь бассейна, км2 Длина реки, км Уклон реки Период наблю- дений, лет Состоя- ние поймы Максимальное смещение, см Средняя скорость смещения, см/год

Колунец (Улема) 21.0 4.0 0.010 15 луг 76 5.1

Руч. Носов (Улема) 36.8 9.3 0.002 15 луг 90 6.0

Кня (Бурец) 73.4 12.0 0.005 22 луг 78 4.3

Моркваш-ка (Волга) 43.5 10.0 0.001 24 кусты 22 1.1

Руч. Малинин-ский 3.7 2.0 0.020 15 луг 5 0.3

Нурминка (Вятка) 14.9 4.3 0.014 20 луг 98 4.9

3. У поверхности материал более грубый, чем на некоторой глубине. Появляются эпюры совершенно иного вида, когда максимум смещения наблюдается на некоторой глубине.

4. В разрезе наблюдается частое чередование слоев, отличающихся по механическому составу (особенно по содержанию песка и глины). В этом случае эпюра приобретает очень сложный пикообразный вид.

При изучении пойменной дефлюкции учитывалось смещение верхней толщи пойменного аллювия в продольном направлении по уклону днища долины к изменениям этого смещения с глубиной (табл. 2).

Результаты регулярных измерений показывают, что средняя скорость смещения верхней части пойменного аллювия в продольном направлении по результатам положения реперов относительно линии створа изменяется от 0.3 до 6.0 см/год.

Максимальное смещение наблюдается у русла, минимальное - у тылового шва, причем смещение нарастает постепенно.

На поймах, где имеется лесная или кустарниковая растительность, смещение происходит очень медленно. Например, за 15-24 года на залесенных поймах р. Морквашки и руч. Малининского репера максимально сместились всего на 5-22 см, то есть скорость движения грунта составила всего 0.3-1.1 см/год, тогда как на луговых поймах других рек при прочих равных условиях она возросла до 4-6 см/год (рр. Нурминка, Колунец и др.).

Интенсивность продольного смещения верхнего слоя пойменного аллювия зависит также и от уклонов продольного профиля реки. Так, на р. Кне (приток р. Вятки) в верховье скорость смещения грунта составила 6.2 см/год, в нижнем течении - 5.3 см/год. Уклон реки на этом участке уменьшился с 0.01 до 0.005%о.

Изучение смещения с глубиной в пойменной толще очень детально проводилось на р. Нурминке, которая имеет пойму шириной до 30 м. Уклон реки

в верховьях - 0.014, в низовьях - 0.008%о. Длина реки 11 км. Пойма реки до глубины 1.5-2.0 м сложена суглинками, супесями с редкими прослоями песков и гравия. Полученные результаты показали, что смещение аллювия с глубиной на пойме происходит с разными скоростями.

В приповерхностном слое средняя скорость смещения изменялась от 1.5 до 5.2 мм/год. С глубиной скорость движения замедляется. На глубине 50-70 см она уменьшается до 0.1-1.0 мм/год, а с глубины 1 м почти затухает.

Интенсивность смещения зависит и от механического состава пойменного аллювия. В верхней части его разреза в суглинистой пойменной фации смещение составило в среднем более 2 мм/год. В нижней части пойменного аллювия в пределах русловой фации скорость уменьшается до 0.2-0.3 мм/год. Аналогичная картина наблюдается на поймах рек, расположенных в разных природных зонах - р. Валы (средняя тайга), р. Кни (смешанный лес), рр. Колунец, Улемы (лесостепь).

Выводы

Днища и склоны речных долин подвержены медленному смещению почвенно-грунтовых масс (пойменная и склоновая дефлюкция), которое обусловлено происходящими в них гидротермическими изменениями.

Склоновая и пойменная дефлюкция образует единую цепь относительного медленного переноса (смещения) материала, который, сместившись со склонов в днища речных долин, далее перемещается в виде грунта поймы. В качестве подтверждения тесной взаимосвязи склоновой и пойменной дефлюкции служит следующий косвенный факт. В последние десятилетия с началом экономического преобразования в сельском хозяйстве произошли существенные изменения. Площадь сельскохозяйственных угодий в Республике Татарстан сократилась почти на 5%, причем пашня уменьшилась на 5%, а территория сенокосов, пастбищ, бросовых земель увеличилась до 4.5%. Именно в этот период скорость смещения грунтов на пойме уменьшилась в среднем почти в 2 раза.

Скорость проявления склоновой и пойменной дефлюкции неодинакова. Смещение грунта на пойме происходит более интенсивнее, чем на склонах. Пойменная дефлюкция наиболее интенсивнее проявляется в весеннее время, особенно в период половодья, когда пойма заливается талыми водами, и, очевидно, ослабевает летом и осенью до полного затухания в зимнее время года. Проявления склоновой дефлюкции существенно усиливаются в переходные сезоны года, когда наблюдаются значительные колебания температур и влажности почвогрунтов.

Механизм движения пойменного аллювия, очевидно, заключается в том, что во время половодья пойменные грунты приобретают вязко-пластичную консистенцию и под действием гидростатического и гидродинамического давления половодных вод смещаются вниз по течению даже при небольших уклонах поймы.

Скорость смещения материала на склонах и пойме существенно зависит от механического состава почвогрунтов. Смещения затухают в отложениях «грубого» состава - песках, гравии и усиливаются в глинистых и суглинистых породах.

Summary

A.P. DedkoV, A.P. Dvinskih, S.G. Kurbanova, V.I. Mozjerin, A.N. Sharifullin. Slope and Flood-Plain Defluction in Small River Basins in the Eastern Part of Russian Plain.

The research on erosive-accumulative processes carried out in small river basins in the eastern part of Russian plain during almost 30 years revealed a new phenomenon at the river bottoms. This phenomenon implies slow down-current movement of soil masses, called flood-plain defluction. However, the mechanism and conditions of flood-plain defluction are still obscure. The present article is aimed at stating the character and intensity of changes in erosive-channel systems of the eastern part of Russian Plain.

Key words: creep, defluction, slope processes, flood plain, geomorphology.

Литература

1. Davison C. On the creeping of the soil cap through the action of frost // Geol. Mag. -1889. - V. 3, No 6. - P. 255-261.

2. Иверонова М.И. Медленные движения почвенно-грунтовых масс на задернованных склонах // Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 1964. - № 1. - С. 62-74.

3. Герасимов И.П. О движениях почвенно-грунтовых масс на склонах // Почвоведение. - 1941. - № 7-8. - С. 74-86.

4. Пенк В. Морфологический анализ. - М.: Географгиз, 1961. - 359 с.

5. Панов Д.Г. Общая геоморфология. - М.: Высш. шк., 1966. - 427 с.

6. Воскресенский С.С. Динамическая геоморфология. Формирование склонов. - М.: Изд-во Моск. ун-та. - 1971. - 229 с.

7. Young A. A twelve-year record of soil movement on a slope // Z. Geomorph. Suppl. -1978. - Bd. 29. - S. 104-110.

8. Young A. Soil movement on slopes // Nature. - 1963. - V. 200, No 4902. - P. 129-130.

9. Gerlach T. Wspolczesny rozwoj stokow w dorzeczu gornedo Grajcarka (Beskid Wysoki -Karpaty. Zachodnie) // Prace Geograficzne IG PAN. - 1966. - No 52. - S. 1-111.

10. Rudberg S. Slow mass movement processes and slope development in the Norra Storfjal area, Southern Swedish Lappland // Z. Geomorphol. Suppl. - 1964. - Bd. 5. - S 192203.

11. Schumm S.A. Rates of surficial rock creep on hillslopes in Western Colorado // Science. -1967. - V. 155, No 3762. - P. 560-562.

12. Schumm S.A. Seasonal variations rates and processes in western Colorado // Z. Geomorphol. Suppl. - 1964. - Bd. 5. - S. 214-238.

13. Дедков А.П., Дуглав В.А. Медленные движения почвенно-грунтовых масс на задернованных склонах // Изв. АН СССР. Сер. геогр. - 1967. - № 4. - С. 90-93.

14. Мозжерин В.И. Новые результаты стационарного изучения крипа в Среднем Поволжье // Эрозионные процессы и эволюция рельефа. - Казань: Изд-во Казан. унта, 1983. - С. 124-138.

15. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. -346 с.

16. Шанцер Е.В. Аллювий равнинных рек умеренного пояса и его значение для познания закономерностей строения и формирования аллювиальных свит // Тр. ин-та геол. наук АН СССР. - 1951. - Вып. 135. - 274 с.

17. Чалов Р.С., Алабян А.М., Иванов В.В., Ладина Р.В., Панин А.В. Морфодинамика русел равнинных рек. - М.: ГЕОС. - 1998. - 288 с.

18. Чернов А.В. Геоморфология пойм равнинных рек. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. -148 с.

19. Мозжерин В.И., Курбанова С.Г. Деятельность человека и эрозионно-русловые системы Среднего Поволжья. - Казань: Арт Дизайн, 2004. - 128 с.

20. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Медленные гидротермические движения почвенногрунтовых масс на склонах (крип) // Методы полевых геоморфологических экспериментов СССР. - М.: Наука, 1986. - С. 77-90.

21. Двинских А.П., Курбанова С.Г. Литологическая обусловленность проявления крипа на склонах долин в Среднем Поволжье // Развитие рельефа равнин: геоморфологические и геоэкологические проблемы. - Казань, 2007. - С. 64-73.

Поступила в редакцию 25.12.07

Двинских Александр Петрович - старший преподаватель кафедры физической и экономической географии Казанского государственного университета.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Курбанова Сания Гасимовна - кандидат географических наук, доцент кафедры физической и экономической географии Казанского государственного университета.

Мозжерин Владимир Ильич - доктор географических наук, профессор кафедры физической географии и геоэкологии Казанского государственного университета.

Шарифуллин Амир Нуруллаевич - кандидат географических наук, заведующий кафедрой физической географии и геоэкологии Казанского государственного университета.

E-mail: ggf@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.