757

тором грунт переходит в плывунное состояние, называется критическим и определяется поформулеIкр = ( d –1)(1 – n), где d — плотность грунта, г/см3; n — пористость в долях единицы.

Гидравлический градиент вызывает фильтрационное давление на частицыгрунта,ионивместесводойперемещаютсявсторонуразгрузки, т.е. квыработке(котловану, тоннелю, штольне). Плывунныегрунты залегают в виде слоев, линз на разных глубинах. В четвертичных отложенияхонинаиболеечастосвязанысречнымидолинами,озерными котловинами и приморскими равнинами.

Плывуны разделяются (по А.Ф. Лебедеву) на две группы: ложные (псевдоплывуны) и истинные.

Ложные плывуны — рыхлыегрунты — различныепески, гравелистые пески. Их оплывание происходит под действием гидродинамического давления потока подземных вод. Характерной особенностью этих плывуновявляется довольнолегкая отдача ими воды. При стекании воды они образуют рыхлую несвязную массу.

Истинныеплывуныпредставленыглинистыми песками, супесями, суглинками, т.е. грунтами, в которых присутствуют пылевато-глини- стые частицы и органическое вещество, образованное микроорганизмами. Их плывунные свойства обусловлены как гидродинамическим давлением, так и присутствием физически связанной воды, которая прочно удерживается на поверхности пылевато-глинистых частиц.

Повышенное содержаниефизически связанной воды обусловливает повышенную подвижность плывунов и исключает возможность их осушения обычными методами водопонижения. В истинных плывунахвозможноприсутствиегравия, галечникаидажекрупныхвалунов при условии, что эти крупнообломочные фракции не составляют скелета породы.

Грунты, переходящие всостояниеистинныхплывунов, характеризуются следующими значениями физических свойств: пористость — 40–60 %; коэффициентфильтрации — менее 10см/с; плотность грун-

та — 1,8–2,0 г/см3.

Истинный плывун отличается от ложного по следующим признакам:водаввыработкеобычномутная,неосветляетсявтечениемесяца, при высыхании части плывунного грунта на бруствере котлована образуется лепешка сцементированного грунта.

Своеобразноведутсебяистинныеплывуныпризабивкевнихсвай. При редких ударах даже большой силы грунт пружинит, свая не

Чаще атмосферныеосадки стекают со склона в виде сосредоточенных струй в неровностях рельефа. Водная струя, обладая массой и повышенной скоростью у подошвы склона, интенсивно размывает породы, образуетболееглубокуюпромоинуи рытвину. Такначинается глубинная эрозия и зарождается овраг.

Овраги — крутостенные рытвины, созданные деятельностью временных потоков на возвышенно-равнинных пространствах, сложенных рыхлыми песчано-глинистыми грунтами. Наиболее интенсивно оврагиразвиваютсяврайонах,сложенныхлегкоразмываемымилёссовыми грунтами (рис. 28).

Рис. 28. Овраг в лёссовых грунтах

В овраге различают вершину и устье. Верхняя часть растущего оврага обычно представляет собой отвесный обрыв. Во время дождя водопадподрезаетобрыв, стенка обрушается и овраг растет вверх, т.е. вспять,поэтомуовражнуюэрозиюназываютпятящейся.Современем овраг выходит за пределы склона увала (долины) в водораздельные пространства, достигая в длину несколько километров.

Предельнойглубинойоврагаявляетсяуровеньводыбассейна(реки, озера), в который впадает овраг. Этот уровень называется базисом эрозии. Иначе: поверхность, на уровне которой поток теряет свою живуюсилуинижекоторой он неможетуглублятьсвоеложе, называ-

ется базисом эрозии.

Различают местный базис эрозии — уровень воды водоема, в которыйвпадаетданныйовраг,иглавный—уровеньмировогоокеана.

Глубина развития оврага определяется разностью отметок высоты водораздела и высоты базиса эрозии.

В начале своего развития овраг имеет сравнительно небольшую ширинуи значительнуюглубину, обрывистые, незадернованные борта. Современембортаосыпаются, зарастаюткустарником, становятся пологими, овраг превращается в балку. Часто овраг-балка при своем углублении вскрывает уровень подземных вод. В этом случае в балке возникает постоянный водоток, зарождается речка (рис. 29).

Рис. 29. Схема поперечного разреза: активного оврага (а) и балки (б). По дну балки течет постоянный водоток В

Водный поток выносит из оврага большие массы размытого материала,отлагаетихввиденаносовнаднеприустьевойчастиоврагаили в видеконуса вводоеме, в который впадает. Так формируются овражные грунты (овражный аллювий — a QIV).

Возникновению оврагов способствуют следующие условия:

—характер рельефа (превышение отметок водоразделов над базисом эрозии);

—сухой климат, бедная растительность, сильные ливни;

—наличие слабосвязных, легко размываемых пород;

—нарушениедерновогопокрова на склонахв процесседеятельности человека.

Наиболее интенсивно развиваются овраги в южных районах с возвышенным рельефом и развитием лёссовых грунтов.

Овраги усложняют строительство и эксплуатацию железных и автомобильныхдорог,планировкуи застройкугородскихтерриторий, устройство тепловых и водонесущих коммуникаций.

Меры борьбы с ростом оврагов сводятся к укреплению склонов растительностью, устройству организованного стока поверхностных

Размыв грунтов может происходить при струйчатом, ламинарном движении воды. Легче всего размываются пылеватые лёссовые грунты. В лёссовых грунтах движение воды происходит по вертикальным трубчатым канальцам, макропорам, характерным для этих грунтов, и по подземным ходам землероев.

При движении воды происходит растворение и вынос водой легко растворимых солей (гипса, углекислой извести), которые цементируют рыхлые лёссовые грунты. Растворение освобождает зерна грунта, разрыхляет его, и происходит вынос сначала мелких частиц, а с увеличением диаметра пор и болеекрупных частиц. В итогевмассиве грунта образуются ослабленные зоны, поры и полости.

Под действием тяжести вышележащих пород происходит оседание, формируются суффозионныеворонки глубиной в несколько метров. На склонах долин часто за счет развития суффозии зарождаются овраги и возникают оползни. Оползни образуются за счет выноса частиц грунта подземными водами из основания склонов. Подобное явление наблюдается в откосах дорожных выемок и строительных котлованах при интенсивной откачке воды.

Суффозия крайнеопасна для инженерных сооружений. Она может быть причиной осадки земляного полотна дороги, неравномерной осадки и обрушения зданий, разрушения гидротехнических плотин и оседания поверхности городских территорий вдоль линий подземных метрополитенов.

Мероприятия по предупреждению суффозии заключаются в пре-

дотвращении поступления поверхностных вод в грунты; устройстве обратных фильтров для прекращения выноса минеральных частиц грунта в дренажные сооружения; искусственном уменьшении фильтрационных свойств грунтов путем силикатизации и цементации.

14.3. Плывуны

Плывун — насыщенный водой грунт, который при вскрытии выработкой приходит в движение и принимает характер тяжелой подвижной жидкости. Таким образом, плывун — это не какой-то тип грунта, а особое состояние насыщенной водой породы.

В плывунное состояние могут переходить пески, супеси и даже суглинки. Основной причиной возникновения плывунности является гидродинамическое давление воды, которое создается при вскрытии насыщенных грунтов выработкой. Гидравлический градиент, при ко-

14.2.Суффозия

Суффозия — механический вынос мелких частиц подземными водамиизрыхлыхгрунтов(песков,гравия,галечника).Витогегрунты разрыхляются, в них увеличиваются поры, образуются пустоты. Пустоты заполняются вышележащими грунтами, происходит оседание поверхности, формируются суффозионные воронки.

Неоднородный гранулометрический состав грунтов является наиболееблагоприятным дляразвития суффозии при отношении диаметров частиц D/d > 20, гдеD и d — диаметры крупных и мелких частиц,

ипри гидравлических градиентах более 5, т.е. при турбулентном движении воды.

Вприродныхусловияхсуффозияразвивается насклонахдолин рек при резком понижении воды в реке после паводка (рис. 68). Уровень водывгрунтахсклонаснижаетсязначительномедленнее, чемуровень воды в реке, образуется крутая депрессионная кривая грунтовых вод,

исоздается гидродинамическое давление, направленное в сторону склона, увеличивается гидродинамический уклон, увеличивается скоростьдвиженияподземногопотока, в итогепроисходитвыносмелких частиц попорамгрунта. При этом чембольшегидравлический градиент, тем более крупные частицы выносятся из породы.

Рис. 68. Суффозия на склоне долины реки:

УГВ — уровень грунтовых вод; УПВ — уровень паводковых вод в реке; УМВ — уровень меженных вод; С — область суффозии; а, б — участок суффозии

вод, возведениюподпорныхстенок. Впределахгородскихтерриторий практикуется замыв оврагов песчано-галечниковыми отложениями с использованием средств гидромеханизации.

Селевые потоки. Сели представляют собой временные грязекаменные (водокаменные) потоки, возникающиев горных районах после ливней или быстрого таяния снега и ледников. Огромные массы воды, насыщенной обломками и грязью, устремляются вниз по ущелью или узким долинам, сметая на своем пути здания, транспортные сооружения. Разрушительное воздействие селевых потоков обусловлено большими скоростями движения их (до 8 м/с) и высокой плотностью — 1,5–2,0 т/м3 (за счет насыщения потока воды обломками пород). По мере падения скорости потока происходит отложение переносимых обломков в осадок в русле ущелья или в виде конуса выносанапредгорнойравнине,приэтомслоемгрязииглыбзасыпаются сады, населенные пункты.

Отложения, сформированные селем, относятся к пролювиальным (p QIV). Характерной особенностью горного пролювия является его неоднородность по величине обломков, отсутствие сортировки.

Меры борьбы с селями сводятся:

—к возведению селеделительных сооружений в виде металлических решеток, задерживающих крупные обломки пород и пропускающих воду и мелкие фракции селевого потока;

—к устройству селехранилищ (селеуловителей) выше ответственных сооружений и населенных пунктов. Для предохранения высокогорногокатка Медеои города Алма-Аты от регулярных разрушительных селей по долине р. Малой Алматинки по предложению академиков М.А. Лаврентьева и М.А. Садовского в 1971 г. была возведена методомнаправленных взрывовкаменно-набросная плотина высотой 112 м при ширине 500 м. В 1973 г. произошел мощный сель, большая часть селехранилища была заполнена пролювием. В грязекаменной массе были обломки пород размером 45 м3. Для задержания селей в будущем увеличили высоту плотины до 145 м;

—к сохранению и посадке древесной растительности на горных склонах.

Селевые потоки вызывают серьезные деформации транспортных сооружений:разрушениеисносземляногополотнадорог;завалземляного полотна грязевыми наносами; разрушение мостов; занос отверстий водопропускных труб; снос подвижного состава.

При пересечении селевых русел железными и автомобильными дорогами над ними возводятся железобетонные селеспуски (рис. 30).

Рис. 30. Селеспуск на автодороге

Болеенадежноймерой защитыотселейявляетсятоннельныйобход селеопасной долины.

Снежныелавины. Лавинами называют внезапныеобрушения огромных масс снега, скользящих вниз с крутых склонов гор. Похарактерупроявлениялавиныимеютмногообщегосселями:распространение в горных районах, внезапность проявления и большая разрушительнаясила.Материаломдлялавинявляетсяснег,накапливающийся вгорахвтечениезимнегосезона. Поддействиемсобственнойтяжести, внезапного порыва ветра, а иногда и от резкого звука огромная масса снега обрушивается вниз посклону, захватывая обломки горных пород.

Движение лавин происходит на клонах, имеющих крутизну более 22°, а движение мокрого подтаивающего снега может происходить при крутизне склона в 15°.

Похарактерудвиженияразличаюттри типа лавин:снежныеосовы (снежные оползни), лотковые лавины и прыгающие лавины.

Снежные осовы соскальзывают по поверхности крутых травянистых склонов. Осенними дождями трава наклоняется в направлении склона и смерзается. Соскальзываниеснега происходит послепервых снегопадовпоскользкойтравяной поверхности.Частоснежныеосовы

Карстовыеворонкисвидетельствуютоналичии скрытогокарста,о возможности оседания, провалов естественных оснований под инженерными сооружениями и их деформации.

Строительная оценка карстовых районов. При строительстве инженерных сооружений карстовые районы являются неблагоприятными.Притрассированиидорогиихэксплуатациивкарстовомрайоне необходимоучитыватьстепеньзакарстованности пород, возможность оседания кровли над пустотами.

Участки с активным карстом при проектировании дорог следует обходить. Так как при эксплуатации дорог возможны провалы и прекращение движения.

В 2007 г. на участке железной дороги Соликамск—Березники произошел карстовый провал. Чтобы обеспечить надежность железнодорожных перевозок, в регионе было решено построить 53-километро- вый обход, идущий вдали от зон возможных новых карстовых провалов. Стоимость строительного обхода 9 млрд р.

Особенно опасен карст при строительстве и эксплуатации подземных сооружений в массивах карстующихся пород. При строительстве этих сооружений производят существенное водопонижение, что значительноувеличиваетскоростьдвиженияподземныхвод,а это,всвою очередь, вызывает усиление карстового процесса. За обделкой сооружений происходит образование пустот, полостей, вызывающих деформацию подземного сооружения и деформацию гражданских сооружений, построенных в зоне их влияния.

Для борьбы с карстом применяют следующие меры:

—предохранение карстующихся пород от поверхностных и подземных вод путем регулирования поверхностного стока и сооружения дренажей;

—цементация трещиноватых пород в основании сооружений, что достигаетсянагнетаниемчерезскважинывпустотыитрещиныцемента, жидкого стекла, глинистого раствора и горячего битума;

—искусственное обрушение кровли крупных карстовых пустот и заполнение их уплотненной водонепроницаемой глиной;

—переноссооруженийсзакарстованныхучастковнатерриториис более благоприятными инженерно-геологическими условиями.

вых вод в магистральные реки. Иногда в массиве карстующихся горных пород формируется несколько уровней горизонтальной циркуляции, соответствующих разным базисам эрозии. В этом случаеформируются многоэтажные пещеры.

Самой крупной в мире пещерой является «Мамонтовая» пещера в штатеКентуккиСША. Общаяеедлина—250 км,5 этажей, состоитиз 255 проходов, 77 больших гротов, самый большой — «Храм» — длиной 163 м, шириной 87 м и высотой 38 м. По проходам протекают три реки с восемью водопадами.

НаБалканахпещера«Постойнаяяма»длиной19,8кмэлектрифицирована, в ней построена железная дорога для туристов, в гроте «Концертный зал» шириной 60 м и высотой 50 м даются музыкальные концерты. У насвРоссии крупная пещера известна на Уралевг. Кунгур на берегу р. Силвы, состоит из 58 гротов общей длиной 5 км.

IV. Зона сифонной циркуляции, состоит из каналов в виде перевернутых сифонов. Они содержат напорные воды, которые двигаются от водораздельных пространств в подрусловые полости магистральных рек. Эта зона представляетповышеннуюопасность при строительстве мостов. При изыскании мостовых переходов необходимо проводить детальные разведочные работы под каждую мостовую опору.

Вкарстовыхрайонахпроисходитнетолькопополнениеречныхвод засчетпритокаводыизкарстовыхпустот, частонаблюдаютсяслучаи, когда реки уходят в карстовые пустоты и протекают в недрах Земли. Это можно наблюдать в Горном Алтае, Забайкалье. Показательный примериспользованиякарстовыхводдля целейводоснабженияжителей безводного острова Арад в восточной части Средиземного моря. На дне моря на глубине18,5 м от поверхности бьет источник пресной воды, которая поступает по карстовым полостям с гор Ливана.

Для карстовых областей характерной формой рельефа являются воронки округлой формыдиаметром до100 ми сравнительнонебольшой глубины — 15–20 м.

Провальные воронки возникают в результате обрушения кровли над пещерами.

Воронки просасывания наблюдаются в районах с закрытым карстом. Они имеют коническую форму, возникают в результате осыпания, сноса рыхлых песчано-глинистых пород в карстовые полости ниже лежащих растворимых пород.

возникают на южных склонах, где движение свежевыпавшего снега происходит по ранее образовавшемуся насту.

Лотковые лавины движутся по ложбинам на склоне. У подножья образуется огромный снежный конус выноса, засыпавший населенные пункты, железные и автомобильные дороги.

Прыгающие лавины «прыгают» с обрывистого участка склона на нижележащее дно долины.

Скорость движения лавин зависит от крутизны склона, состояния его поверхности и состояния снега. Лавины, состоящие из сухого рыхлого снега, обрушиваются со скоростью от 100 до 350 км/ч (Альпы). Мокрыелавины, образованныевпериодоттепелей, перемещаются со скоростью 20–50 км/ч.

При движении лавины перед массой снега возникает воздушная волна,обладающаяогромнойразрушительнойсилой.Силаудараснежных лавин на препятствие достигает 60 т/м2.

Лавиныприсвоемдвижениисрезаютлеса,разрушаютпромышленные и гражданские сооружения, сносят насыпи дорог.

ВРоссии снежные лавины возникают на Северном Кавказе, Кольском полуострове, Урале и Сибири — Алтае, Саянах, Забайкалье, ДальнемВостоке.ДляКавказахарактернычастыеоттепели иснегопады, и поэтому— частыелавины. В мощной толще снега при температуре грунтов около 0 °C разница температур нижних и верхних слоев достигает 20 °C. При этом в нижнем слое снег рыхлеет, а вверху уплотняется, вследствие чего возникают мокрые лавины.

Вгорах Сибири — сильные и длительные морозы, небольшая мощность снегового покрова, лежащего на сильно промерзших грунтах.Снежныелавинысрываются,главнымобразомврезультатезначительногоослаблениянижнегослояснега.Формируютсялавинысухие.

Приинженерно-геологическихизысканияхвгорныхрайонахопре- деляются лавиноопасные районы, направление движения лавин, на основании чего проектируются мероприятия по борьбе с лавинами.

Влавиноопасных районах проводят террасирование склонов, осуществляют посадку лесов, возводят подпорные стенки, грунтово-бе- тонные дамбы, отбойные бетонные стенки для отвода лавин.

На лавиноопасных участках автомобильных дорог не допускают опасного скопления снега, периодически его обрушивают обстрелом из артиллерийских орудий.

Автомобильные и железные дороги на участках схода лавин перекрываются железобетонными галереями, обеспечивающими безопасное движение транспорта.

9.3. Геологическая работа рек. Аллювиальные грунты

Геологическая работа любой реки зависит от количества воды, скорости течения и источников питания ее водой.

В жизни рек выделяются следующие периоды:

Меженный период (межень) — период наименьшего количества воды в реке. В реках России это конец лета и зима. Ему соответствует самый низкий уровень воды — меженный горизонт.

Половодье (паводок) — период максимального количества воды в реке. Ему соответствует самый высокий уровень воды в реке. При мостостроении различают следующие горизонты:

—расчетный горизонт высокихвод, соответствующий средним из наибольших уровней реки;

—наивысший горизонт высоких вод, т.е. горизонт, вышекоторого по многолетним наблюдениям вода не поднималась.

Основными источниками питания рек являются таяние снега и льда, дожди, подземные воды.

Движениеводы врекахтурбулентноевихревое, т.е. в каждой точке потока скорость непостоянная. Скорость течения зависит в основном от уклона дна реки и объема воды, изменяется от 0,5 м/с у спокойных равнинных рек до 5–8 м/с у горных. У таких крупных рек, как Обь, Иртыш, Волга, скорость составляет около 1 м/с, во время половодья возрастает до 3 м/с.

Энергияречной водызависит отмассыводыmскорости еетеченияv:

K = m v2 / 2.

По пути своего движения реки выполняют следующие виды работы: донную эрозию, боковую эрозию, перенос продуктов разрушенных пород и аккумуляцию (отложениеи накопление) продуктов переноса.

Донная эрозия заключается в размыве пород дна реки. Обычно наблюдаетсявначальнуюстадиюразвитияреки (примергорныхрек).

Углубление речной долины ограничивается базисом эрозии, т.е. уровнем бассейна, в который впадает река. Углубление дна реки, как и оврага,идетотбазисаэрозии вверхпозаконупятящейся (регрессивной) эрозии.

Взависимостиотусловий залеганиякарстующихсяпородразличают открытыйкарст, когда растворимыепороды обнажены споверхности, чтохарактернодля горных районов, и закрытый(глубинный).

Врайонах с закрытым карстом карстующиеся породы перекрыты толщей рыхлых четвертичных отложений (Русская равнина).

Вмассивегорныхпородвпроцессерастворенияподземными водами развиваются гидродинамические зоны (рис. 67).

Рис. 67. Гидродинамические зоны карста (по Г.Л. Максимовичу):

I — зона поверхностной циркуляции; II — зона вертикальной циркуляции; III — зона горизонтальной циркуляции (два этажа); IV — зона сифонной циркуляции

I. На поверхностиземли,сложенной растворимымигорнымипоро-

дами, выделяется зона поверхностной циркуляции воды. В породах формируются ложбины, борозды незначительной глубины, разделенные гребнями нерастворенных пород. Эти формы называются каррами.

II. Зона вертикальной нисходящей циркуляции — представляет со-

бой толщу пород, в которой движение поверхностных и подземных вод происходит по вертикальным трещинам, пустотам. На равнинах глубина зонысоставляет 30–100м, в горах— донескольких километров. В этой зоне формируются:

—поноры — отверстия и трещины, поглощающиеповерхностные

воды;

—карстовые колодцы диаметром до 10 м и глубиной более 10 м;

—карстовыепровалы,пример—Пятигорскийпровал,представля- етсобой шахтудиаметром15 м, глубиной 41м,на днекарстовоеозеро глубиной 15 м с сероводородной водой. Во Франции исследован провал (полость Берже) глубиной 1128 м.

III. Зона горизонтальной циркуляции — соответствует уровню ба-

зиса эрозии, в ней наблюдается свободный сток безнапорных карсто-

безотходных технологий использования воды в промышленном производстве. Места водозаборов должны располагаться вышепопотоку подземных вод от возможных очагов загрязнения. Запрещено размещение водозаборных сооружений вблизи промышленных предприятий с большими утечками сточных вод. Строгой мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районе водозаборов является создание вокруг них зон санитарной охраны: зоны строгого режима с радиусом до50 мот водозабора и зоныограничений —территории со строгим режимом природопользования, при котором исключена возможность проникновения загрязнителей в водоносный горизонт.

Глава 14. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВОДЫ НА ГРУНТЫ

Подземныеводы,протекаяпопорамитрещинамвгрунтах,ухудшают их механические свойства, растворяют породы, ослабляют массив горныхпороди взначительной степениосложняютинженерно-геоло- гические условия строительства.

Своей деятельностью подземные воды вызывают следующие геологические процессы: карст, суффозию, плывуны, просадочность, набухание, а в некоторых случаях являются причиной оползней.

14.1. Карст

Под карстом понимается химический процесс растворения горных пород подземными водами с образованием в них пустот, пещер. С пустотами часто связано образование провалов, воронок, оседание земной поверхности.

Основными условиями для развития карста являются:

—наличиерастворимых в воде горных пород. Как известно, легче

вводерастворяютсягалоиды(галит, сильвин), среднерастворимые— сульфаты (гипс) и труднорастворимые — карбонаты (известняки и мрамор);

—наличие в породах трещин, пустот;

—присутствие в трещинах подвижных подземных вод. Интенсивностьразвитиякарста взначительной степени зависитот

положения местного базиса эрозии. При понижении базиса эрозии происходит углубление карстового процесса, и растворение пород протекает более интенсивно, захватывает более глубокие горизонты.

Представим себе поверхность АБ, на которой зародилась река (рис. 31). Поверхность имеет равномерный, но достаточно крутой уклон. В точках а1, а2, а3 в реку впадают соответственно крупные, средние и мелкие притоки. Поскольку уклон дна одинаков, наибольший размывбудетпроисходитьна участкеБа1,таккакздесьпротекает наибольшаямассаводы.Профильднарекинаэтомучасткеприметвид кривой а1б1Б.На участкеа1б1 возникнеткрутой уклон,вследствиечего возрастет скорость потока, усилится размыв дна выше точки а1, в результатеуглубленияна участкеа1а2 днореки займет положениеа2б2

–б1Б.Тогдаусилитсяразмыввышеточкиа2 ит.д.Витогерекауглубит свою долину настолько, что будет выработана вогнутая плавная кривая дна А – б3 – б2 – б1 – Б, приближающаяся в нижнем течении к горизонтальнойлиниибазисаэрозии,такаяплавнаякриваяназывается профилем равновесия. После выработки профиля равновесия донная эрозия прекращается.

Рис. 31. Схема развития донной эрозии

Редко встречаются реки, продольный профиль которых на всем протяжении отвечаетдинамической кривой равновесия. Взависимости от первоначальных уклонов местности, по которой течет река и различнойсопротивляемостипородразмывудляустановленияпрофиля равновесия требуется различное время. Твердые скальные породы задерживают углубление реки, образуются пороги, водопады. Продольный профиль делается еще более неоднородным вследствие вертикальных движений земной коры на отдельных участках реки. При поднятии происходит врезание, при опускании — ослаблениеэрозии, происходит отложение осадков.

Перенос продуктов размыва горных пород осуществляется:

— в растворенном виде;

—во взвешенном состоянии тонкоизмельченных частиц (пылеватых, глинистых, мелкопесчаных);

—путем волочения, перекатывания обломков по дну.

В процессе волочения обломков по дну последние приобретают окатанную, округлую форму— характерный отличительный признак речных — аллювиальных — отложений.

Аккумуляция.Померепаденияскоростиводногопотокапроисходит отложение переносимого рекой материала. При этом происходит его сортировка по крупности. В истоках рек (горах), где скорость максимальная, отлагаются крупные окатанные валуны, нижепотечению — галечник, гравий, в равнинной части долины— песокразлич- нойкрупностиинаконецтам,гдескоростьминимальная,—пылевато- глинистые частицы. Со временем происходит накопление — аккумуляция речных наносов, формируются аллювиальные грунты (a Q, от лат. alluvio — намыв).

Боковая эрозия. После прекращения донной эрозии, в период равниннойстадииразвитияреки,одновременноспереносомиаккумуляцией аллювия происходит боковая эрозия берегов.

Реки обычно извилисты, их извилистость обусловлена:

—первичными неровностями рельефа, на которомрека зарождается;

—различием в составе и прочности горных пород;

—вращением Земли.

Дажепринезначительнойизвилистостирусла водный потоквследствие инерции стремится двигаться прямолинейно и, в случае изгиба русла, вода устремляется к вогнутому берегу и размывает его. Берег размывается, становится обрывистым и постоянно отступает, увеличивается крутизна изгиба и ширина долины.

Водныйпотокпослеразмываберега отклоняетсяотнего,устремляется ниже по течению к противоположному берегу и, в свою очередь, подмывает его.

Размытыйматериал(гравий,песок,ил)подхватываетсяпридонным течением, переносится вниз по течению и отлагается на выпуклом берегу, где скорость потока минимальна, формируется прирусловая отмель (русловой аллювий). Таким образом, в плане долины реки формируются выступы (прирусловые отмели) и подмытые вогнутые обрывы.

—рациональное размещение водозаборов по площади;

—искусственное пополнение запасов подземных вод в водоносных горизонтах;

—использование кранового режима эксплуатации самоизливающихся скважин при заборе напорных вод.

Загрязнение подземных вод выражается в повышении минерализации воды,изменении химическогосостава и появлении вней болезнетворных бактерий.

Основными источниками загрязнения подземных вод являются бассейны промышленных и бытовых стоков, аварийная канализационная сеть городов, загрязненные воды рек и озер, городские свалки, избыточное применение в сельском хозяйстве удобрений и ядохимикатов.Особенноопаснозагрязнениепринесанкционированнойзакачке промышленных стоков в водоносные горизонты через систему поглощающих скважин.

Наиболее часто на освоенных территориях наблюдается химическое и бактериальное загрязнения подземных вод.

Химическое загрязнение обусловлено появлением в воде ядовитых органических соединений (фенолов, ядохимикатов и др.), неорганических кислот, щелочей, различных солей и токсичных химических элементов (мышьяка, ртути, свинца и пр.). Химическое загрязнение подземныхводнаблюдаетсявхорошопроницаемыхгрунтахнаудалении нескольких десятков километров от очага загрязнения.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в подземных водах болезнетворных бактерий. Оно происходит при потере воды из канализаций, скотоводческих ферм и вблизи скотомогильников.

Радиоактивное загрязнение обусловлено присутствием в воде радиоактивных элементов (урана, стронция, радия, радона и др.). Это загрязнениеможетпроисходитькакпопричинепоступлениярадиоактивных элементов из природных источников (радоновых вод), так и поступленияизтехногенныхотходов.Радиоактивноезагрязнениечрезвычайноопаснодажеприоченьмалыхконцентрацияхэтихэлементов, оно способно распространяться потоками подземных вод на большие расстояния от очага загрязнения.

Тепловоезагрязнениесвязаноспроникновением вподземныеводы горячих техногенных сточных вод.

Мерыборьбысзагрязнением.Дляпредохраненияотзагрязнения подземных вод предусматривают очистку сточных вод, организацию

коэффициентфильтрации,м/сут; hср,B, i—средняямощность,шири- на и уклон потока подземных вод соответственно.

Эксплуатационные запасы подземных вод — объемы подземных вод, которыемогут быть получены в единицувремени из водоносного горизонта водозаборами без снижения динамического уровня и ухудшения качества воды.

В зависимости от степени изученности и детальности гидрогеологическихисследованийэксплуатационныезапасыподземныхводподразделяются на четыре категории: А, В, С1 и С2.

Категория А — запасы изучены и разведаны детально, полностью выясненыусловиязалегания,питанияводоносныхгоризонтов.Проведены опытно-эксплуатационные откачки.

Категория В — запасы изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных условий залегания и питания подземных вод. Проведены опытные откачки.

Категория С1 — запасы изучены в общих чертах. Проведены пробные откачки.

Категория С2 — запасыустановлены на основании общихгеологогидрогеологических данных. Проведено опробование водоносного горизонта в отдельных точках.

На базе утвержденных запасов по категориям А и В производится проектирование и строительство водозаборов.

Охрана подземных вод. Интенсивное использование подземных вод для водоснабжения, строительная и хозяйственная деятельность оказывают негативное влияние на количество и качество подземных вод. Проблемой истощения запасов подземных вод и их загрязнения занимаетсяновоенаправлениевгидрогеологии—техногеннаягидро-

геология.

Истощение запасов подземных вод происходит при интенсивном водозаборе без последующего восполнения воды в водоносных горизонтах.

При длительном забореподземных вод вокруг водозаборных скважин образуютсяглубокиедепрессионныеворонки, происходитзначительное опускание земной поверхности и проникновение загрязненных поверхностных вод в водоносный горизонт.

Дляборьбысистощениемподземныхводприменяютсяследующие меры:

— регулирование режима водозабора подземных вод во времени;

Впоследующее время, в процессе боковой эрозии, образуются крутые излучины (меандры), происходит размыв шейки меандра, в итоге образуется новое русло, а в стороне старое русло — протока.

Встаромруслескоростьпотокаминимальна,внембудетинтенсивноотлагатьсяпереносимый водойматериал,ионоотделитсяотнового русла окончательно, превратитсявстарицусостоячей водой(рис. 32).

Рис. 32. Схема образования меандр и станиц:

1 — размываемый берег; 2 — прирусловые отмели; 3 — место прорыва; 4 — наносы, отделяющие старицу от нового русла; 5 — линия разреза

Витоге на данном участке основной поток воды в межень идет по новомуруслу, в старицевода стоячая. Уровни водывстарицеи новом русле имеют одинаковые отметки.

Встарице в стоячей воде отлагается ил, берега зарастают осокой, камышом, растительность отмирает, и под водой без доступа воздуха формируется торф. Так образуется старичный аллювий, старица превращается в болото.

Во время половодья из паводковых вод выпадает осадок на поверхностьприрусловойотмелииторфа,образуетсятретийвидаллювия—

аллювийпаводковыхвод—пойменныйаллювий.Такобразуетсяпойма

(рис. 33).

Рис. 33. Схема образования поймы:

I–II — линия разреза; УМВ — уровень меженных вод; УПВ — уровень паводковых вод; 1 — галечник, песок (русловой аллювий); 2 — ил; 3 — торф (старичный аллювий); 4 — суглинок (пойменный аллювий)

Пойма — часть речной долины, заливаемая паводковыми водами.

Встроении поймы принимают участие три вида аллювия (рис. 34):

1)русловой аллювий, представлен галечником, гравием, песками, залегает в основании поймы, мощность до 10–15 м, прекрасный строительныйматериал, посколькусостоитизокатанныхобломковнаиболее твердых, прочных пород. Малопрочныеобломки при транспортировке рекой истираются и исчезают. Русловой аллювий является надежным основанием для мостовых опор, широко применяется при дорожномстроительствеи вкачествеинертногозаполнителябетонов;

2)старичный аллювий, образуется в старицах, представлен илом (темно-серого цвета), суглинками, супесями, торфом разной степени разложения. Мощность старичного аллювия соответствует глубине старого русла (в обских поймах до 10 м). Относится к структурнонеустойчивым грунтам. (Плотность сухого грунта составляет 0,95– 1,35 г/см3, пористость 48–64 %, естественная влажность — 0,4–0,7, удельное сцепление 4–5 кПа, угол внутреннего трения 3–17°, показатель уплотненности от –0,01 до 0,38.) Под сооружениями сильно сжимается и даже выдавливается из-под них;

3)пойменныйаллювий,перекрываетрусловыеистаричныеотложения. Представлен переслаиванием супесей, песков, суглинков и глин

При откачке воды в районе водозаборов уровень подземных вод снижается до 100 м и более, что влечет за собой ухудшение химического и бактериологического состава подземных вод.

Баланс подземных вод — соотношениемежду приходом и расходом подземных вод на конкретном участке земной поверхности за определенное время.

С помощью баланса оценивается водообеспеченность района, возможность пополнения запасов подземных вод, прогнозируется изменение уровня подземных вод и определяются причины подтопления территорий.

Баланс подземных вод определяется соотношением приходной и расходной частей.

Приходная часть баланса представлена объемами воды: инфильтрационных атмосферных осадков, конденсации водяных паров, притока воды из поверхностных водоемов и притока воды из нижележащих водоносных горизонтов.

Расходная часть баланса складывается из объема испарения воды и подземного стока.

Для решения балансовыхуравнений гидрогеологами применяются экспериментальные и расчетные методы.

Запасы подземных вод — это объемы гравитационной воды, содержащейся в горных породах. Ни один водозабор не может быть построен без предварительного подсчета запасов подземных вод.

Различают естественные запасы подземных вод (статические и динамические) —объемы воды, содержащиеся впородах в естественныхусловиях,иэксплуатационныезапасы,возникающиеприизвлечении воды из водозаборов.

Статическиезапасы —этообъемыводы, находящиеся вводоносных пластах, карстовых пустотах, трещинах горныхпород. Статическиезапасыопределяютсясуммарной мощностьюводоносныхпластов и площадью их распространения. Наибольшие запасы находятся в карстовых пустотах. Средние объемы характерны для горизонтов рыхлых пород, и меньшие заключены в трещинах скальных грунтов.

Динамические запасы (ресурсы) равны расходу воды в единицу времени, м3/сут, протекающей через поперечное сечение водоносного горизонта.Динамическиезапасынаходятсявзависимостиотводопроницаемости водоносных горизонтов и условий возобновления. Их объемы рассчитываются по закону Дарси: Qдин = КфhсрBi, где Кф —