Глава 22

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ

На поверхность материков постоянно выпадают атмосферные осадки в виде дождей, снега и льда в количестве до 112тыс. км³ в год. Наибольшую геологическую работу при этом совершает те­кучая вода, которая, растекаясь по поверхности в сторону паде­ния рельефа, разрушает горные породы, переносит и откладывает

347

продукты разрушения. Разрушительная работа текучих вод носит название эрозии.

После дождя (или таяния снега) вода растекается по поверхно­сти земли в виде многочисленных микроструек, каждая из кото­рых не имеет фиксированного пути. Образуется сплошной поверх- ностньй поток и разрушительное действие воды осуществляется на всей поверхности земли. Так происходит плоскостной смыв(плос­костная эрозия),который ведет к выполаживанию местности.

Плоскостные потоки губительно сказываются на почвах, смы­вая их верхний плодородный слой. Одним из способов борьбы с почвенной эрозией являются лесополосы, регулирующие поверх­ностный сток.

Плоскостной поток в соответствии с рельефом местности по­степенно разбивается на отдельные струи, создаются крупные потоки (ручьи), осуществляющие струйчатую эрозию(рис. 103). Это ведет к образованию промоин, оврагов и т. д.

Образование наносов. Продукты выветривания пород (элювий) плоскостными потоками смываются с возвышенностей на скло­ны и к их подножию. В зависимости от силы потоков и крутиз­ны склонов в перемещении принимают участие частицы глини­стые, пылеватые, песчаные и даже более крупные обломки.

Со временем на склонах и в пониженных частях рельефа на­капливаются отложения наносов: на склонах и у их подо­швы — делювий,в понижениях, примыкающих к склонам, —про­лювий(рис. 104). Эти наносы почти сплошным покровом закры­вают лежащие под ними более древние (коренные) породы.

Рис. 103. Результаты струйчатой эрозии на склоне

Делювий(dQ) покрывает все склоны и их подошвы, за исклю­чением обрывистых участков. По своему составу делювий разно­образен и в противоположность элювию отличается от подстила­ющих его коренных пород. В минералогическом отношении делювий связан с породами, расположенными выше по склону.

По литологическому составу делювий в горных и предгорных районах — это, главным образом, суглинки, супеси, пески с вклю­чениями щебня и более крупных обломков. На равнинах более широко распространены суглинки, супеси, реже глины. Особен­но большое развитие имеют делювиальные суглинки в лессовых районах.

Делювиальные отложения в большинстве случаев представля­ют собой несортированный материал. Небольшую сортирован- ность имеют делювиальные лессовидные суглинки. Мощность де­лювия возрастает к основанию склонов, достигая в горных районах иногда несколько десятков метров, а на равнинах — не­скольких метров.

Делювиальные отложения часто служат основанием для зда­ний и сооружений. Общим для них отрицательным свойством является способность к движению в виде сползания вниз по склонам. Интенсивность сползания зависит от крутизны склонов и состава наносов. Наиболее легко поддается сползанию глини­стый делювий особенно при значительном увлажнении. Несорти- рованность делювия обуславливает пестроту свойств даже в пре­делах небольших участков. Плотность делювиального наноса зависит от материала, времени его отложения и климатических условий территории. Например, делювиальные суглинки севера всегда плотнее делювиальных суглинков южных районов.

Пролювий(pQ) представляет собой рыхлые образования неод­нородного состава, особенно по вертикали. В толщах пролювия суглинки и супеси могут переслаиваться с более крупнозерни-

Р и с. 104. Схема образования наносов на склоне рельефа:

Э — элювий; Д — делювий; П — пролювий;

1. — атмосферные осадки; 2 — плоскостной смыв; 3 — коренные породы; 4 — первонача­льная поверхность

стам материалом (песок и др.). В степных и предгорных районах суглинки и супеси по своим характерным признакам похожи на лессовые отложения.

Пролювий в виде отложений конусов выносагорных рек в боль­ших количествах накапливается у подножья гор, частично содер­жит делювиальный материал. Конусы выноса пролювия нередко сливаются и образуют единую полосу наносов, окаймляющую по­дошву гор (предгорные шлейфы). Значительное количество про­лювия образуется за счет временныхгрязекаменных потоков (селей).

Образование оврагов. При таянии снега и дождя на склонах рельефа отдельные струйки образуют временные ручьи. Возника­ет струйчатая эрозия, что приводит к образованию вытянутых понижений рельефа — оврагов(рис. 105).

Наиболее интенсивно возникают овраги в условиях расчле­ненного рельефа и сухого климата, при котором атмосферные осадки выпадают редко, но в виде коротких и сильных ливней. Развитию оврагов способствует отсутствие растительного покрова и наличие пород, способных к размыву. Наиболее легко размыва­ются лессовые породы, поэтому в районах их распространения овраги имеют широкое развитие.

Овраг может вскрыть грунтовую воду. В этом случае возника­ет постоянный водоток, который, в свою очередь, усиливает рост оврага. Способствуют развитию оврагов устройство неукреплен­ных канав на склоне, нарушение дернового покрова и вырубка растительности (рис. 106, о).

В овраге различают устье, ложеивершину(рис. 106,б).Овраг растет вершиной вверх по склону. Одновременно происходит и его углубление и расширение за счет размыва склонов оврага.

Рис. 10S. Овраг в лессовых породах

Рис. 106. Овраг:

а — начало образования; б — продольный профиль; 1 — устье; 2 — ложе; 3 — вершина; 4 — на­правление роста оврага; 5— конус выноса; 6— базис эрозии; 7— максимальная глубина оврага

Рис. 107. Поперечное сечение оврага:

о —активный овраг, б— балка

Предельной отметкой, до которой возможен размыв ложа оврага, является уровень бассейна: озеро, река и т. д., в который впадает водоток оврага. Этот уровень называют базисом эрозии.

В начале своего развития овраг имеет сравнительно неболь­шую ширину при большой глубине, с обрывистыми бортами и без растительности — это активный овраг(рис. 107). При дости­жении оврагом максимальной глубины рост оврага прекращается, склоны приобретают устойчивый естественный откос, задерновы- ваются. Ширина оврагов уже превышает глубину. Такой овраг не развивается и носит названиебалки.

Дальнейшая жизнь оврага зависит от положения базиса эро­зии. Если базис будет понижаться, например, вследствие падения уровня реки, то овраг получит возможность к дальнейшему раз­витию, что следует учитывать при оценке оврагов.

Размывающая деятельность овражных водотоков приводит к накапливанию наноса — овражного аллювия,который накаплива­ется в районе устья оврага в виде конуса выноса.

Размеры оврагов и балок самые различные. Длина их колеб­лется от десятков метров до многих километров. Глубина от 1—2 до 30—40 м. Скорость роста оврагов зависит от активности водо­токов и характера размываемых пород и колеблется от 0,5—1 до 40 м в год.

Овраги имеют большое распространение, особенно в районах лессовых отложений. Они наносят значительный ущерб хозяйст­венной деятельности, сокращают полезные площади, разрушают дорожные сооружения.

Предотвратить появление оврагов можно проведением ряда профилактических мероприятий. Следует запрещать распахивать склоны и устраивать необлицованные канавы, ориентированные вниз по склону, вырубать на склонах растительность и нарушать дерновый покров.

Мелиоративные мероприятия на землях, подверженных ов­ражной эрозии, включают:

• планировку приовражных и прибалочных склонов с мелко­бугристыми оползнями и другими неровностями, засыпку мелких оврагов глубиной 1,5—2 м и их залужение;

• выполаживание оврагов с устройством гидротехнических соо­ружений, предотвращающих новые размывы (лотков, быстротоков, перепадов);

• устройство распылителей стока и противоэрозионных гидро­технических сооружений (водозадерживающих и водоотводящих валов, нагорных канав, дамб-перемычек, донных запруд и полуза- пруд и др.) на вышележащем перед оврагом склоне (рис. 108);

Рис. 108. Поперечная опорная стена для борьбы с овражной эрозией

• подсыпку откосов на склонах оврагов с целью повышения их устойчивости и подготовку к залесению (прилегающих участков к залужению);

• создание противоовражных (прибалочных) лесных полос и насаждений на отсыпанных откосах оврагов;

• выращивание береговых и донных насаждений на гидрогра­фической сети (ложбинах, лощинах, балках), залужение пологих берегов и донных участков балок;

• строительство на базе оврагов и балок водоемов, дорожной сети, организацию рекреационных зон.

Противоэрозионную мелиорацию и планировку оврагов вы­полняют весной, затем выполаживают склоны оврагов у балок, сооружают водозадерживающие и водораспределяющие валы, на­горные каналы (канавы), быстротоки, перепады, руслоукрепляю­щие устройства. До сезона ливневых дождей проводят лугомелио­ративные мероприятия, а осенью — лесопосадки.

Селевые потоки. Сель(или силь) по-арабски означает горный, быстро несущийся поток. Действительно, сели представляют со­бой временные, но бурные грязекаменные потоки, возникающие в горных районах.

Это грозное явление природы часто имеет катастрофический характер (рис. 109). В 1910 г. пострадал от селя г. Верный (Ал­ма-Ата); сель обрушился на город в результате прорыва горного озера во время землетрясения. Сильное землетрясение в мае 1970 г. в Перу явилось причиной нескольких гляциальных селей, которые уничтожили поселок Репарика. Прорыв из горных озер без сейсмического воздействия также чреват селем, что, например, произошло 15 июля 1973 г. при прорыве моренного озера Туюксу в верховьях р. Малая Алмаатинка. Это был 15-метровый вал со ско­ростью 15 м/с, с максимальным расходом воды 5200 м/с, перено-

сивший пятиметровые валуны массой до 300 т. Общий объем селе­вой массы составил 5,5 млн м³. Иногда возникают ледниковые сели, как, например, в августе 1832 г. в долине р. Кобахи у подно­жья Казбека (Кавказ), возникший сель вынес в Дарьяльское уще­лье огромную массу льда, снега и камней, образовав в р. Терек за­вал длиной2км и объемом 16 млн м³, при этом за счет завала на два года была закрыта Военно-Грузинская дорога.

Сели вызываются дождевыми ливнями или быстрым таянием снегов и ледников в горах. Огромная масса воды устремляется вниз по ущельям, смывая и захватывая по дороге элювий и делю­вий. В результате водный поток превращается в грязекаменный.

Большое разрушительное воздействие селевых потоков обу­словлено большими скоростями движения и наличием в них об­ломков горных пород. Средняя скорость движения селевых пото­ков колеблется от 2 до 4 и даже 6—8м/с. На своем пути сели часто прокладывают глубокие русла, которые в обычное время бывают сухими или содержат небольшие ручьи. Твердый матери­ал селей откладывается в предгорьях. Полезные площади оказы­ваются погребенными под толщей грязи, песка и камней.

Селевые потоки подразделяют на связныеинесвязные. Ксвяз­ным относятгрязекаменные потоки,в которых вода практически не отделяется от твердой части. Они обладают огромной разру­шительной силой. Несвязные сели иначе называютводокаменны-

ми.Вода переносит обломочный материал и по мере уменьшения скорости откладывает в русле или в области конуса выноса.

Селевые потоки обычны для гор Алтая, Кавказа, Урала и т. д. При инженерно-геологических изысканиях для строительства объ­ектов необходимо выявлять районы, где возможно появление се­лей. В селевом бассейне выделяют следующие зоны:

• площадь водосбора (область питания);

• возможный путь движения (канал стока);

• область, где происходит отложение каменного материала с образованием конуса выноса (рис. 110).

При определении селеопасных направлений следует учитывать возможность появления селей в районах, где они раньше не воз­никали. Чаще всего это связано с вырубкой горных лесов. Начи­ная с XIX в. и особенно в XX в. количество таких районов зна­чительно возросло.

Каждое селеопасное направление изучается. Определяют ко­личественные показатели селевых потоков — скорость движения, плотность массы и ударную силу. Плотность показывает насы­щенность селя данного участка твердым материалом, а ударная сила дает представление о количестве воды и твердого материала, проходящих каждую секунду через данное сечение русла.

Борьбу с селями проводят по нескольким направлениям:

• организационно-хозяйственные мероприятия: прогнозирова­ние селей, оповещение населения об опасности; недопущение в пределах селеопасных русел строительства дорог, зданий, водоза­боров;

Рис. 110. Зоны селевого бассейна:

1 — площадь водосбора; 2 — канал стока воды; 3 — район конуса выноса обломочного мате­риала

• агротехнические и лесомелиоративные мероприятия: прави­льное использование горных склонов; сохранение дернового слоя на пастбищах; устранение пересыхания верхнего слоя почвы; не­допущение поверхностей эрозии почв при осадках; регулирование пастбищного хозяйства; лесопосадки на склонах;

• строительство специальных гидротехнических сооружений (например, см. табл. 34) и террасирование склонов.

Таблица 34

Специальные гидротехнические сооружения для защиты территорий от селей

Сооружение	Конструкция
Селерегулирующие: селепропускные, селенаправляющие, селесбрасывающие и селеотстойные Селеделительные Селезадерживающие: глухие с отвер­стиями Селетрансформирующие (направлен­ные на разжижение селя)	Селеспуски, селеотводы. Дамбы, под­порные стенки. Запруды, пороги, перепа­ды, каналы Полузапруды, буны, шпоры. Селезагра- дители, тросовые селерезы, щелевые за­пруды Плотины, котлованы, обвалования. Пло­тины с отверстиями Каналы и трубопроводы из водохрани­лищ

Селерегулирующие сооружения позволяют пропускать сель в обход защищаемого сооружения над или под ним (под оросите­льным каналом), селенаправляющие сооружения устраивают для пропуска селя вдоль защищаемого объекта; селеотстойные — пе­ред сооружениями защитными дамбами и подпорными стенками.

Селеделительные сооружения позволяют задерживать крупные и пропускать мелкие фракции селевого потока. Их используют как временные защитные сооружения и делают в виде металли­ческих заанкеренных сеток из толстого троса.

Глухие селезадерживающие сооружения задерживают сель пол­ностью и обычно это железобетонные, реже фунтовые селехрани- лища. Плотины с отверстиями задерживают крупные камни и пре­вращают поток в водный.

Селетрансформирующие сооружения позволяют при помощи подачи воды из водохранилища по трубам или каналам разжи­жать сель.

Снежные лавины. Это обрушение больших масс снега с кру­тых склонов гор. На высоких горных хребтах постоянно накап­ливается снег, образуя нависающие над склонами большие кар­низы. Под действием собственной тяжести масса снега находится 356

Рис. 111. Снежная лавина в горах

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 (рис.111).

Лавины образуются при достаточном снегонакоплении на безлесных склонах крутиз­ной 15° и более; при уклонах более 50° снег ссыпается и лавины не образуются. Счи­тается, что ровный травяни­стый склон протяженностью 100—500 м и уклоне 30°—40°

(а иногда и 20°) является оп­тимальным для формирова­ния лавин.

Снежные лавины бывают сухиеимокрые.Если на снеж­ную поверхность, покрытую образовавшейся после оттепели кор­кой льда, ложится новая масса рыхлого снега, которая в силу определенных причин соскальзывает вниз, то это дает сухую лави­ну. Обрушение сопровождается огромным облаком снега. Мокрые лавины возникают в период оттепели. Вода проникает под снег и вызывает обрушение.

Скорость движения сухих лавин достигает от 100 до 400 км/ч. Движение мокрых лавин более медленное — 20—50 км/ч. Снеж­ные лавины по мере движения вниз захватывают новые массы снега, а также различный обломочный материал. Лавины на своем пути сносят леса, разрушают здания и сооружения, засы­пают жилые поселки многометровой толщей снега. Сила удара снежных лавин может достигать 60 т/м².

Лавины перед собой образуют воздушную волну, которая, в свою очередь, обладает большой разрушительной силой.

По характеру движения лавины подразделяют на осовые, лот­ковыеипрыгающие.Снежныеосовы(или снежные оползни) на­блюдаются на склонах южной экспозиции и представляют собой сползание снега на сравнительно большой площади склона. Осовы надвигаются на долины широким фронтом.Лотковыела­

вины двигаются по определенным ложбинам сравнительно узкой полосой. У подошвы склонов они создают снежные накопления, после таяния которых на месте остается разнообразный обло­мочный материал, остатки деревьев. Прыгающейназывают снеж­ную лавину, которая при своем движении падает с обрыва в до­лину.

В нашей стране снежные лавины возникают в горах Кавказа, Алтая, Кольского полуострова и в других районах. История знает много примеров лавин катастрофического характера. Так, снеж­ная лавина в 1812 г. запрудила Дарьяльское ущелье. Обвал из снега и льда остановил течение р. Терека на 3 дня, уничтожил 14 км Военно-Грузинской дороги. В мае 1970 г. в Перу с горы Уаскарак сошла лавина объемом 50 млн м³, прошла она 15 км со скоростью 320 км/ч и уничтожила г. Юнгай, в котором из 20 тыс. жителей уцелело лишь несколько сотен. В марте 1910 г. в Каскадных горах (штат Вашингтон, США) лавина сбросила в ущелье пассажирский поезд (погибло 100 человек). Лавина, со­шедшая в 1966 г. в бассейне р. Хелино (Алтай), уничтожила лес на площади 40 га. Зафиксированы случаи (Приэльбрусье, Кав­каз), когда уничтожался лес с диаметром сосен в 90 см.

При инженерно-геологических изысканиях определяют лави­ноопасные районы и направления, устанавливают пути и гра­ницы движения лавин. Область действия воздушной волны определяют расчетом. В настоящее время строители могут руко­водствоваться картой, на которую нанесены все лавиноопасные районы России. Для изучения лавин оборудованы наблюдатель­ные станции.

Там, где снежные лавины представляют опасность для зда­ний и сооружений, с ними активно борются. Способы защиты разнообразны и зависят от особенностей местности и характера движения лавин. Большое внимание уделяется мерам преду­преждения. Чтобы снег не соскальзывал, склоны террасируют, производят посадку леса, ставят подпорные стенки. В лавино­опасных местах не допускают опасного скопления снега, перио­дически его обрушивают взрывопатронами или обстрелом из орудий.

В населенных пунктах организуют инженерную защиту. Для отвода лавин строят отбойные и направляющие стенки, устраива­ют специальные дамбы и стены для прикрытия зданий от удара снежных масс. Дороги на склонах перекрывают каменными или железобетонными галереями, что обеспечивает надежное и безо­пасное движение транспорта.