книги из ГПНТБ / Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных)

Поскольку а и f — отрицательные величины (см. вывод из обобщения линейного случая), то в данном случае склон бу­ дет отступать параллельно первоначальному положению.

Вы в о д ы

1.Разобранная линейная теория в обобщенном виде дает возможность рассмотреть развитие склонов с учетом всех основных факторов. Коэффициенты, вводимые в каждый из

случаев, имеют отрицательные значения, хотя и не обяза­ тельно должны быть равны по величине 1.

2.Аналогичные обобщения по отношению к нелинейной теории дали возможность истолковать совместно с линейной

§ 5. ВЫБОР СООТНОШЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЛЯ НАИБОЛЕЕ РЕАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ПО ОБОБЩЕННОЙ ТЕОРИИ

ИНТЕНСИВНОСТИ ДЕНУДАЦИИ

Принимая во внимание критику теории и обобщенное уравнение, нами проводилась попытка построения моделей склонов для определения тех соотношений коэффициентов, которые обусловливают наиболее реальные формы.

Для прямолинейных склонов, когда

(1 .4 .5 - 1)

у А. Е. Шайдеггера приведены три модели (гр. 41, А — 1, 2, 3) со значениями коэффициентов

130

Для обобщенной теории наиболее характерными являются следующие модели.

Модель 1. 7 = 0; a = ß = l. Модель учитывает в равной степени эффект воздействия денудации для каждой точки склона и зависимость ее от высоты расположения рассматри­ ваемой точки (гр. 41, Б-1). Склон, отступая параллельно своему первоначальному положению, несколько выполажива-

остаются постоянными. Последнее положение несколько су­ жает возможности применения модели.

ваемой точки. Склон отступает параллельно с изменением общего уклона. Идентична модели 1, однако, в данном слу­ чае интенсивность разрушения водораздела не столь значи­ тельна (гр. 41 Б-3).

В зависимости от величин ß и 7 и их соотношения склон может развиваться следующим образом:

— параллельным отступанием (при 7 > ß )

— преимущественным выполаживанием (при ß > 7)

Ч А С Т Ь I I

ДЕЛЮВИАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ

Глава I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ

ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ СКЛОНОВ

Одним из первых исследователей, обративших серьезное внимание на роль плоскостного смыва в процессе рельефообразования, явились А. П. Павлов (1888, 1890) и Мак-Ги (Me Gee, 1897). Впоследствии А. П. Павловым (1898) выде­ лен особый тип склоновых отложений — делювий. В дальней­ шем процессу плоскостного смыва уделяется большое вни­ мание как советскими, так и зарубежными исследователями (Герасимов, Марков, 1939; Николаев, 1946; Лаврушин, 1965;

1 Шанцер, 1966; Callleux, 1948; Dylick, 1955; Guillien, 1957; Raynal, 1960; King 1953; 1962 и др.) и вырабатываются общие принципы в понимании и характеристике этого процесса (Воскресенский, 1971).

Выравнивание рельефа путем плоскостного смыва — ши­ роко распространенное явление, происходящее во всех кли­ мато-ландшафтных областях (которые, в конечном счете, обусловливают интенсивность этого процесса).

В условиях умеренного климата на плоскостной смыв влияют талые и дождевые воды. Стекая по поверхности они переносят частицы горных пород, слагающих склон. Интен­ сивность этого процесса закономерно увеличивается от вер­ шины к основанию склона (Павлов, 1966). По мере увеличе­ ния взвешенных и влекомых частиц наступает такой момент, когда скорость становится уже недостаточной для транспор­ тировки, и материал начинает откладываться. Формируются делювиальные шлейфы. Это обычно происходит в нижней части склона, поэтому наибольшая интенсивность плоскост­ ного смыва приурочивается ближе к бровке. Интенсивность процесса оседания влекомого материала наибольшая (как указывалось) у основания склона и со временем распростра­ няется по всему склону. Таким образом, под делювиальными следует понимать склоны, сформированные плоскостным смы­ вом талых и дождевых вод. К делювиальным могут быть отнесены также скдоны, созданные ранее другими процес-

133

сами, но в настоящее время находящиеся в процессе пере­ работки делювиальными процессами. Делювиальный процесс представляет собою перемещение продуктов разрушения склона по преимуществу струйчатым и мелкоручейковьш смывом, а также и в растворенном состоянии.

Как и осыпные, делювиальные склоны имеют свои харак­ терные области. Наличие их обусловливается особенностями соотношения выветривания и сноса материала.

В верхней части склона количество выветренного мате­ риала мало по сравнению с возможной нормой переносимого материала и поэтому поток, хотя и обладает возможной ми­ нимальной работой, зачастую в состоянии транспортировать этот материал вниз по склону. В результате этого, в верх­ ней части склона может возникнуть экспозиция коренных пород, очень часто наблюдаемая на всех эродируемых скло­ нах.

Чем меньше водосборная площадь, тем меньшая часть склона приобретает подобную форму. Основную роль играет здесь склоновый смыв. Ю. А. Лаврушин (1965) на примере склонов Среднего Поволжья показал, что в самой верхней части профиля, где малы уклоны и незначительные площади» признаки смыва проявляются отчетливо, причем в равномер­ ной плоскостной форме (Baulig, 1940). Он выражается в сносе тонких глинистых алевролитовых и мелкопесочных частиц. Далее, вниз по склону, по мере нарастания площади водо­ сбора, смыв увеличивается и изменяет свою форму. Вначале возникают небольшие сомкнутые струйки воды, каждая из которых вырывает себе зачаточную рытвинку в доли санти­ метра. Их положение строго не закреплено и меняется от одного дождя к другому. В итоге их миграции происходит общее равномерное понижение рельефа, но более интенсив­ ное, чем выше (Morawetz, 1962). Ниже по склону зачаточные рытвинки перисто сливаются и дают начало уже более круп­ ным субпараллельным рытвинам склонового смыва (Dzlarski Tadeusz, 1969).

В месте резкого перегиба профиля склона, где он причленяется к днищу оврага или долины, скорость потока резко^ падает, в связи с чем весь транспортируемый материал вы­ падает в осадок. Появляется своеобразный конус выноса, какими зачастую окружены большинство эрозионных скло­ нов.

Таким образом, делювиальные склоны чаще всего харак­ теризуются наличием трех областей (King, 1962): областью эрозионного воздействия на склон, областью транзита и об­ ластью аккумуляции. В соответствии с тем, что первая об­ ласть имеет в большинстве случаев выпуклый профиль, вто­ рая — примерно ровный, а третья — вогнутый, общий профиль для большинства эрозионных склонов — выпукло-вогнутый»

134

Распределение уклонов (приращение уклонов) по профилю отражает интенсивность воздействия процессов денудации. По мнению А. Болига (1956) именно такой характер распре­ деления уклонов отвечает профилю динамического равнове­ сия. В 1966 году Вайт (White, 1966), работая в ЮЗ части Огайо, провел детальное нивелирование 72 склонов с целью определения наиболее оптимальной конфигурации склона, как отвечающей наибольшей устойчивости. Мнение о выпукловогнутой оптимальной конфигурации подтвердилось. Для дальнейшего анализа, каждую из трех частей Вайт аппрок­ симирует степенной функцией вида

h = kLn,

где L — расстояние от верхней части склона, k, п — коэффи­ циенты.

Ниже по склону (в соответствии с законами стекания, рас­ четы которых даны, например, Хортоном, 1948 и Армандом, 1961) скорость стекающей воды увеличивается. В связи с этим увеличивается и его транспортирующая способность. Однако в некоторой точке склона, по мере накопления влекомого материала, приращение его скорости находится в динамичес­ ком равновесии с приростом выветренного транспортируемого материала (Шайдеггер, 1964). Это равновесие не позволяет потоку производить работу по интенсивной транспортировке материала. В эту часть склона материал приносится ровно столько, сколько его удаляется (Маккавеев, 1955). В связи с этим профиль склона здесь представлен ровной линией.

Близ основания склона транспортируемого материала ста­ новится столько, что он начинает выпадать в осадок. Начи­ нается процесс его аккумуляции, с чем связано наличие вог­ нутого профиля склона. Потеря скорости потока обусловлена еще и тем, что часть его пропитывается вниз. Первый мо­ мент потери скорости обусловливает выпадение в осадок больших обломков; дальнейшее снижение скорости ведет к выпадению в осадок меньших по величине. В результате этого, в нижней части склона отмечается дифференциация (сортировка) обломочного материала (Маккавеев, 1955). Для каждой из частей коэффициенты & и ѣ имеют самостоятель­ ное значение. Нахождение их и дальнейшее сопоставление помогли автору сделать два вывода, что длина склонового потока не является определяющим фактором и что выпуклая часть верхнего склона не обусловливается преобладанием смещения поверхностного слоя грунта над склоновым смы­ вом. Впрочем, последний вывод вряд ли справедлив, посколь­ ку многочисленные исследования, начиная с работ Гильберта (Gilbert, 1909), приводят к утверждению, что выпуклость верхней части склона, в основном, связана со смещением поверхностного слоя.

135

136

§1. МОРФОМЕТРИЯ И ФОРМА СКЛОНОВ

1.Основные элементы делювиальных склонов

На территории Среднего Поволжья выпадает значитель­ ное количество осадков: 350—500 мм. Интенсивность выпаде­ ния (напр., в Казани) достигает 0,92 мм/мин при максималь­ ном значении 5,5 мм\мин (Колобов, 1968). Причем средняя сумма осадков одного ливня до 17,3 мм, при максимальном значении 50,5 мм. Число ливней за апрель — октябрь состав­ ляет 65. Достаточно большая глубина местных базисов эро­ зии (от 75 до 300 м) обусловливает развитие достаточно крутых, высоких и длинных склонов. И, наконец, на терри­ тории широко распространены на поверхности рыхлые мало­ связные породы.

Все это вместе взятое обусловливает достаточно интен­ сивное протекание делювиальных процессов. Многие склоны, созданные ранее другими процессами, в настоящее время находятся в стадии переработки делювиальными процессами.

В условиях сомкнутого растительного покрова склоновая эрозия выражена мало. Однако нарушение его хозяйственной деятельностью человека вновь дало толчок в последнее время для активного воздействия процессов смыва.

Типичные поперечные профили склонов Среднего По­ волжья, находящиеся под переработкой делювиальными про­ цессами показаны на графике 42. Большинство из них имеют выпукло-вогнутую конфигурацию с четко выраженными тремя областями: область эрозионной деятельности, область тран­ зита и область аккумуляции.

Высоты склонов достигают 80—100 м при длине от 50— 70 до 200—300 м (по горизонтальному проложению). Средние уклоны колеблются от 5—10° до 25—30° и даже до 40°. Правда, в последнем случае грубый крупнообломочный делю­ вий сильно перемешан с продуктами осыпания и практически трудно отделим от осыпного материала. Еще ранее делювий

.крутых склонов был описан Е. В. Милановским (1925). Массовое профилирование выпукло-вогнутых делювиаль­

ных склонов позволило составить гистограмму распределения уклонов (гр. 43). Наименьшим распространением пользуются уклоны 0 —5° и 35—40°. Максимальное количество выпукловогнутых склонов имеют уклоны 10—15° и 15—20°. Несколь­ ко менее распространены склоны с уклонами в 20—30°. Выше 30°, судя по графику, склоны встречаются значительно реже.

Кривая распределения уклонов носит более-менее равно­ мерный характер. Определенное с ее помощью медианное значение соответствует 17°.

Принято считать, что длина склона является функцией их уклона. Для выпукло-вогнутых делювиальных склонов такой

137

материала выделяется условно, границы ее расплывчаты, не­ определенны и меняются в зависимости от интенсивности смыва. Профиль склона поддерживается прямолинейным с достаточно выдержанными уклонами 8—15°. В отличии от первой области растительный покров значительно гуще (да

50-60% ).

Область накопления материала (или делювиальный шлейф) может иметь длину до 30 и выше метров при уклонах 3—10°. Делювиальный конус может быть полностью задернован и затем вновь перекрыт свежим делювием. В отдельных шлей­ фах встречаются погребенные почвы. Мощность шлейфов может достигать 3—5 метров.

этим значениям, то получим расчленение поля на две части. При этом левая часть гистограммы будет охватывать склоны с уклонами ниже угла естественного откоса (т. е. более ус­ тойчивые), а правая часть будет включать в себя уклоны с большими значениями, т. е. менее устойчивыми склонами. Как было показано, ранее (10), склоны с углами откоса в

138

30—40е можно считать критическими. Соответственно, скло­ ны, имеющие уклоны выше критических, имеют возможность более интенсивного развития, ибо любая отделившаяся ча­ стица сразу же переходит в подвижное состояние, в резуль­ тате чего создается возможность обновления экспозиции коренных пород. На склонах с углом наклона ниже критиче­ ских происходит накопление делювия и поэтому они доволь­ но быстро приобретают устойчивость по отношению к про­ цессам денудации. Таким образом, степень устойчивости склонов можно определить исходя из расположения на гисто­ грамме их уклонов по отношению к критическим. Общая схема взаимопереходов выражается в виде ряда

ственного откоса. Склоны же, обладающие критическими углами наклона, со временем приближаются к характерным для данного района.

В. Пенк (1961), а в дальнейшем и А. Янг (1961), показали, что характерные углы склонов — это средние для того или иного типа рельефа. Предельные определяются как макси­ мальные среди средних.

В свое время у нас (Бабанов, Трофимов, 1971) уже была возможность высказать свое мнение по этому вопросу. Ис­ ходя из генетической сущности разделения, под характер­ ными понимаются углы, образованные ведущими экзогенными процессами данного региона и являющиеся преобладающими при определенных литологических и климатических комплек­ сах. Предельными, очевидно, следует считать углы с наи­ большей крутизной и наименьшим распространением, разви­ тие которых носит закономерный характер и обуславлива­ ется особыми природными условиями, не типичными в целом для района.

Для определения характерных и предельных углов накло­ на исследовались делювиальные склоны речных долин, водо­ разделов и овражно-балочного рельефа (отдельно для корен­ ных и рыхлых пород). На основании массового профилирова­ ния этих склонов в различных районах Среднего Поволжья, получены данные о встречаемости отдельных уклонов (с ин­ тервалом в 5°) различных типов рельефа. Результаты оформ­ лены в виде таблицы 22а. Пики ряда соответствуют харак­ терным значениям углов наклона. При этом градации значе­ ний уклонов в различных типах рельефа неодинаковы. Значительное протяжение ряда и наличие нескольких пиков соответствует большему количеству градаций углов наклона

139