Геологические процессы, связанные с поверхностными водами

Поверхностные воды (моря, океаны, водохранилища, реки, озе­ра, временные водотоки и др.) выполняют на земной поверхности огромную геологическую работу — разрушительную и одновремен­но созидательную. В инженерно-геологической и строительной прак­тике наибольшее внимание уделяется изучению таких процессов, как оврагообразование, подмыв и разрушение берегов рек, абразия мор­ских берегов, переработка берегов водохранилищ, селевые потоки и др. Эти геологические процессы, вызванные поверхностными вода­ми, наносят существенный урон геологической среде, деформируют и разрушают мосты, плотины, набережные и другие сооружения. Они во многом способствуют развитию таких опасных геологичес­ких процессов, как оползни, обвалы, осыпи и др.

Важное инженерно-геологическое значение имеют и наносы (ал­лювиальные отложения), которые формируются в процессе созида­тельной деятельности поверхностных вод. Изучению подвергают условия залегания, состав и свойства этих отложений, которые мо­гут быть основанием, средой или материалом для отсыпки земля­ных сооружений. При выполнении этих работ обязательно учитыва­ют гидрологические факторы —- скорость и расход водных потоков, режим их уровней, энергию и другие элементы.

§ 1. Плоскостной смыв и оврагообразование

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод может быть подразделена на три основных вида: плоскостной смыв, овра­гообразование и речную эрозию.

Плоскостной смыв

Под плоскостным смывом (или плоскостной эрозией) понимают процесс смещения мелких частиц горных пород вниз по склону дож­девыми и талыми снеговыми водами, без образования постоянных русел или рытвин. Формирующиеся у основания склона отложения получили название делювия (от лат. «делюо» — смываю). В тех слу­чаях, когда делювий покрывает не только основание склонов, но и прилегающие к нему пространства, образуется делювиальный шлейф.

Делювиальные отложения (суглинки, супеси, реже глины) имеют исключительно широкое распространение в равнинных степных рай­онах. Развиты они и в горных и предгорных районах, где к ним до­бавляются дресва и щебень. Мощность делювия увеличивается вниз по склону, достигая 15—20 м, а в горных районах до 30—50 м.

Делювиальные отложения часто образуются совместно с други­ми генетическими типами континентальных отложений. В этих слу­чаях формируются смешанные элювиально-делювиальные, делювиально-аллювиальные отложения и т. п.

В строительной практике отмечены многочисленные случаи опол­зневых смешений делювиальных отложений при искусственной под­резке нижней части склона. В целом они отличаются недостаточной устойчивостью и рыхлостью.

Оврагообразование

Овраг — крутосклонная долина, часто сильно разветвленная, об­разованная временными водными потоками. Геологический процесс, обусловливающий их развитие, называют оврагообразованием.

Основной движущей силой возникновения и развития оврагов яв­ляется водная эрозия, т. е. размыв и разрушение поверхности земли текучей водой. В отличие от плоскостного смыва (эрозии), когда теку­чая вода смывает весь поверхностный слой на склоне, при оврагообразовании действует в основном линейная водная эрозия, т. е. размыв и разрушение идут по линии максимального уклона поверхности склона.

Стадии развития оврага: эрозионная борозда - рытвина (глу­биной до 1 м, длиной 5—20 м) - промоина - овраг.

Длина оврагов может достигать нескольких километров, глуби­на — до 40—50 м (в лессовой толще до 80—100 м), а ширина 150— 300 м. Скорость развития оврага определяется размываемостью по­род и может составлять от 0,3—0,8 м до 10—20 м/год.

Оврагообразование имеет исключительно широкое развитие в степной и лесостепной зонах нашей страны (Среднерусская, Верхне­волжская, Приволжская, Приазовская возвышенности, степные рай­оны Алтая и Восточной Сибири и др.).

Овраги затрудняют строительное освоение территории. Расчле­няя местность, они представляют большую угрозу для населенных пунктов, дорожных и других инженерных сооружений. В ряде рай­онов Центрально-Черноземной области Европейской части России почти четверть общей площади земель занимают бросовые земли, занятые действующими оврагами. Овражная эрозия — типичный процесс, приводящий к локальной потере ресурса геологического пространства со всеми вытекающими отсюда последствиями (В. Т. Трофимов и Д. Г. Зилинг, 2002).

Основные условия развития оврагов: 1) наличие легкоразмываемых пород (супеси, суглинки, особенно лессовые, в меньшей степе­ни — пылеватые пески, глины, меловые отложения и др.); 2) лив­невые осадки, быстрое весеннее снеготаяние, неорганизованный сброс техногенных и поливных вод; 3) крутизна склонов более 4—8°.

Глубина оврага ограничивается положением базиса эрозии, т. е. отметки уровня водоема, в который впадает овраг. Понижение базиса эрозии вызывает активизацию роста оврага и его углубление, что мо­жет создавать значительную угрозу для уже выстроенных сооружений.

Овраг растет вершиной вверх по склону вплоть до водораздель­ной линии. Одновременно происходит и его углубление и расшире­ние за счет размыва склонов оврага и появления боковых отвершков. При достижении оврагом водораздельной линии, а устьем — базиса эрозии развитие оврага затухает. Его дно выполаживается, склоны покрываются растительностью. Овраг полностью утрачивает свою размывающую деятельность и превращается в балку, отрицательную форму рельефа с плоским дном и пологими задернованны­ми склонами.

Понятно, что настоящую опасность при строительном и ином хозяйственном освоении территории представляют действующие или растущие овраги. Признаками растущих оврагов являются крутые обнаженные склоны, резко выраженные бровки, V-образный попе­речный профиль, боковые отвершки и т. д.

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием носят комплекс­ный характер и делятся на профилактические и активные (инженер­ные).

Профилактические мероприятия направлены на предотвращение развития процессов оврагообразования. Запрещается вырубка леса, про­дольная распашка склонов, неумеренный выпас скота, производство земляных работ на склонах и т. д.

К инженерным мероприятиям относится устройство простей­ших гидротехнических сооружений для перехвата и отвода повер­хностного стока воды: нагорных канав, водозадерживающих ва­лов, распылителей стока, водосборных железобетонных лотков и т. д. По дну оврагов возводится система запруд для гашения энер­гии размывающего потока. Участки активного размыва засыпа­ются грунтом и укрепляются с помощью каменной наброски, бе­тонных плит и т. п. с последующим мощением камнем.