§ 2. Речная эрозия и аккумуляция наносов

При проектировании и строительстве мостовых переходов, плотин и многих других сооружений, находящихся в зоне воз­действия речных систем, существенное значение имеет инженер­но-геологическая оценка интенсивности развития речной эрозии и характера аккумуляции наносов.

Речная эрозия проявляется в размыве русел рек и подмыве их берегов. Объектом этой водно-эрозионной деятельности является речная долина. В ее пределах и происходит аккумуляция (накопле­ние) наносов.

Строение речной долины

В строении речной долины выделяют три основных геоморфологи­ческих элемента: русло, пойму и террасы (рис. 26.2, по Ф. В. Котлову).

Русло — наиболее углубленная часть речной долины, занятая вод­ным потоком. Поперечный разрез потока называют живым сечени­ем. Большое значение при выборе участков мостовых переходов име­ет степень устойчивости русла, определяемая его боковым размывом.

Пойма — часть долины реки, которая затапливается в период паводка. Ширина пойм может быть от десятков метров до десятков километров (пойма р. Волга — 60 км).

Террасы речные — горизонтальные или слабонаклоненные пло­щадки, расположенные вдоль склонов долины и ограниченные усту­пами. Первую террасу, которая возвышается над руслом, называют пойменной. Выше расположены надпойменные террасы (I, II и т. д.). В пределах равнинных рек обычно выделяют 3—5 надпой­менных террас, в долинах горных рек до 8—10 и даже более, что свя­зано с большой тектонической подвижностью этих районов.

По происхождению и геологическому строению террасы подраз­деляются на эрозионные, аккумулятивные и цокольные.

Эрозионные, или скульптурные, террасы формируются обыч­но в долинах горных рек и практически не содержат покрова аллю­виальных, т. е. речных отложений. Аккумулятивные террасы (при­слоненные и вложенные) полностью сложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород не обнажается на поверх­ности (террасы р. Волга, Дон и др.). В основании цокольных террас расположен цоколь из коренных пород, частично перекрытый ал­лювиальными отложениями.

Аккумуляция (накопление) основной части речных наносов про­исходит в низовьях рек — дельтах, которые представляют собой ко­нус выноса с разветвленной сетью рукавов и проток. Значительная часть аллювиальных (речных) отложений накапливается в руслах рек и на поймах.

По условиям накопления на различных участках речной долины выделяют следующие основные типы аллювиальных отложений: рус­ловые, пойменные, старичные и дельтовые.

Русловой аллювий равнинных рек характеризуется преоблада­ем песчано-гравийного материала. В руслах горных рек обычно залегают крупнообломочные породы (валуны, галечники, гравий) с песчано-глинистым заполнителем. Пойменный аллювий формируется в период паводка и половодий и представлен обычно суглинками, супесями, глинами с включением прослоев и линз песков. Все эти слои отличаются невыдержанностью по составу и свойствам и могут обладать различной сжимаемостью. Более благоприятны для строительства отложения низких и особенно высоких террас.

Наихудшими строительными свойствами обладают старичные отложения, представленные водонасыщенными илами. По Н. Н. Маслову (1982), выявление погребенных линзообразных про­слоев старичных илов в процессе инженерно-геологических изыска­ний является обязательной, но вместе с тем очень трудной задачей.

Весьма значительна мощность песчано-глинистых дельтовых от­ложений — от десятков до сотен метров. Дельтовые отложения рых­лые, неоднородные по составу, содержат легкорастворимые соли, органические остатки, биохимические газы. Строительство в райо­нах распространения дельтовых отложений затруднительно и требу­ет детального инженерно-геологического обоснования.

В формировании долин любого типа первостепенное значение имеет речная эрозия. Различают эрозию донную, или глубинную, и боковую, ведущую к размыву берегов. Уровень водного бассейна, в который впадает река, является ее базисом эрозии. Он определяет глубину врезания (эрозии) речного водного потока.

В развитии речной долины выделяют несколько стадий. В на­чальных стадиях водный поток, врезаясь в горные породы, выра­батывает крутостенную (обрывистую) узкую долину. Резко преоб­ладает донная эрозия.

По мере формирования профиля равновесия донная эрозия ос­лабевает, одновременно значительно усиливается боковая эрозия, которая приводит к подмыву и обрушению берегов. На этой стадии зрелости река становится извилистой, образуя большие петлеоб­разные излучины - меандры.

Характер геологической деятельности реки при меандрировании резко изменяется. На вогнутом участке долины (в северном полушарии это обычно правый берег) происходит подмыв берега, а на противоположном (выпуклом) отлагаются осадки, образующие отмели и острова. Меандрируя среди собственных наносов, река образует старичные озера или старицы. Постепенно они заполняются илистыми осадками и заболачиваются. На этой стадии «старения» речной долины окончательно вырабатывается профиль равновесия реки.

Инженерно-хозяйственная деятельность человека может усили­вать речную эрозию (сброс в реки большого количества воды с оро­шаемых территорий, дноуглубительные работы и др.) либо ослаб­лять ее (строительство плотин и создание водохранилищ и др.).

Борьба с эрозией рек. Наиболее интенсивно эрозионная деятель­ность рек проявляется в период паводков и половодий. На излучи­нах равнинных рек берега размываются со скоростью до 4—5 м/год, а в отдельные многоводные годы — до нескольких десятков метров в год. Эрозия создает серьезную угрозу для зданий и сооружений, расположенных в речных долинах.

Инженерно-геологическая оценка и прогноз подмыва и разру­шения берегов рек и размыва русел основывается на детальном изу­чении геолого-гидрогеологических и геоморфологических особен­ностей речной долины, полевом и лабораторном исследовании со­става, состояния и свойств горных пород, слагающих русло и бере­га. В комплексе с инженерно-геологическими изысканиями соглас­но СНиП 11-02—96 «Инженерные изыскания для строительства» следует проводить инженерно-гидрометеорологические изыскания ходе их проведения устанавливают колебания уровней и расходов воды в реке в течение года, режим руслового процесса, ледовый ре­жим, расчетные скорости течения, границы зоны затопления и т,

Меры борьбы с эрозией рек подразделяют на профилактические и инженерные. К профилактическим относят различные меры с целью предупреждения опасных явлений: установление запретной полосы, исключающей строительство в зоне, подвергаемой интен­сивной боковой эрозии, запрещение добычи стройматериалов из реч­ных русел, что резко активизирует глубинную эрозию, проведение стационарных режимных наблюдений за интенсивностью развития речной эрозии и т. д.

Инженерные берегозащитные мероприятия включают строи­тельство сооружений и берегоукреплений (каменная наброска с пе­ревязкой каменных глыб металлическим тросом, устройство набе­режных, подпорных стенок, мощение, укладка бетонных плит т. д.).

Для защиты территории от наводнений в период паводков возво­дят земляные дамбы и плотины, устраивают водохранилища.