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

и показывает величину предельного угла. При этом харак­ терные углы определяются по пикам ряда, а предельные по его окончанию. Таким образом, характерные углы могут иметь несколько градаций. Анализ таблицы привел к сле­ дующим результатам:

1.Склоны речных долин имеют три пика, что свидетель­ ствует о наличии трех градаций характерных склонов: 5—10, 15—20, 25—30°; предельными для этих склонов являются уклоны в 50—55°.

2.Склоны водораздельных пространств имеют один пик характерных уклонов (0—5°). Предельные уклоны 10—15°.

3.Склоны овражно-балочного рельефа (в коренных поро­ дах) имеют три пика (5—10, 10—15 и 20—25°). Предельные уклоны — 45—50°.

4.Склоны овражно-балочного рельефа (в рыхлых поро­

дах) имеют характерный уклон в 35—40°; предельный — 60— 70 и 85-90°.

При анализе крутизны склонов различных форм рельефа, расположенных в одних литологических условиях, было под­ мечено, что углы наклона их находятся в определенной за­ висимости от экспозиции. Так, склоны речных долин, обра­ щенные на юг и на запад, как правило, представлены углами,

140

соответствующими второму и третьему пикам (20—25 и 25— 30° соответственно). Первый пик (5—10°) характерен для склонов восточной и северной экспозиции.

Примерно те же зависимости сохраняются и на склонах овражно-балочных форм, развитых в коренных породах. Асим­ метричность в их склонах выражена достаточно резко: если склоны южной и западной экспозиции имеют углы наклона 20—25°, реже 10—15° (что соответствует второму и третье­ му пикам), то противоположные склоны характеризуются уг­ лами наклона 5 —10° (первый пик).

Склоны водораздельных пространств, как правило, имеют характерные углы в пределах 0—5° и не зависят от экспози­ ции, в то же время максимальные значения предельных углов приурочены в основном к склонам южной экспозиции.

Таким образом, в различных формах рельефа характерные углы могут быть представлены комплексом значений, обус­ ловленных литологией пород, особенностями развития и ориен­ тировки склонов. Различные отклонения, вызванные преоб­ ладающим действием какого-либо из факторов, приводят к переходу характерных углов в предельные.

3. Степень устойчивости делювиальных склонов различных типов рельефа и их количественные признаки

Рассматривая проблемы устойчивости территории, Т. В. Звонкова (1970) подчеркивает необходимость изучения основных морфометрических признаков склонов региона (ха­ рактерных уклонов склонов различного региона) и возмож­ ность определения по ним генетических признаков. Изучение делювиальных склонов различных типов рельефа Среднего Поволжья позволило отыскать ряд морфометрических пока­ зателей, позволяющих оценить сходство и различия в мор­ фометрии склонов различных типов рельефа.

Степень устойчивости данного комплекса делювиальных склонов определяется величиной уклонов, имеющих значение выше, либо ниже критических. Наибольшее значение пре­ дельные уклоны получают среди делювиальных склонов овражно-балочного рельефа, развитого в коренных породах. Формирование предельных склонов здесь связано с подмы­ вом склонов временными потоками. Речные долины Среднего Поволжья хорошо выработаны и поэтому характеризуются в основном характерными уклонами. Наиболее же четко ха­ рактерные уклоны выражены у склонов водораздельных пространств.

Устойчивость делювиальных склонов, имеющих различные

'уклоны, может быть наглядно иллюстрирована путем по­ строения кривой обеспеченности (график 43а). С помощью этой кривой возможно показать, насколько устойчив тот или

141

График 43 а. Кривая обеспеченности склонов раз­ личных типов рельефа. Врезка А — морфогенети­ ческая диаграмма склонов. Обозначения: 1 — склоны речных долин; 2 — склоны водораздельных прост­ ранств; 3 —склоны овражно-балочного рельефа (в коренных породах) 4 — склоны овражно-балочного

рельефа (в рыхлых породах).

иной уклон склона и как меняется эта устойчивость для од­ ного и того же склона в различных типах рельефа. Построе­ ние кривой обеспеченности аналогично построению кумуля­ тивной (интегральной) кривой, только минимальному значе­ нию события здесь придается значимость 100% (следова­ тельно она является как бы зеркальным отражением куму­ лятивной кривой). Для изучаемых делювиальных склонов различных типов рельефа Среднего Поволжья эта кривая по­ казана на графике 43а. На графике видно, что для склонов речных долин и овражно-балочного рельефа (в коренных по­ родах) уклоны выше 45° имеют минимальную устойчивость. Склоны с уклоном в 30° и ниже наиболее устойчивы для овражно-балочного рельефа, развитого в рыхлых породах. Для склонов водораздельных пространств обеспеченность устойчивости значительно ниже. Таким же образом можно характеризовать устойчивость и других склонов, сопоставляя их между собой в различных типах рельефа.

Кривые обеспеченности использовались для нахождения морфометрических характеристик делювиальных склонов раз­

лась как медианное значение по кумулятивной кривой. Наи­ меньшим значением ам характеризуются склоны водораз­

142

дельных пространств (4°); максимальным — склоны овражно­ балочного рельефа, развитого в рыхлых породах (37,5°). Близки значения *ш для склонов речных долин и склонов

овражно-балочного рельефа, развитого в коренных породах (18 и 2 Г соответственно).

Определяя аш мы фиксируем только одну точку кумуля­

тивной кривой (ее медианное значение), т. е. не учитываем специфику разброса точек относительно среднего значения. Для этой цели можно воспользоваться квадратическим от­ клонением (о). Наибольшим значением а обладают овражно­ балочные склоны, развитые в коренных породах (10, 27).

Для фиксации степени разброса всех точек кривой обес­ печенности использовался показатель меры неупорядочен­ ности, количественно выражающейся формулой Шеннона

Я = — E ftlog^,

где: pt — относительная частота появления данного признака, /7, = пг;/2„ щ — число случаев данного ряда.

Наибольшим значением Н характеризуются делювиальные склоны речных долин (2,935) и склоны овражно-балочного рельефа, развитого в коренных породах (2,830). Нетрудно за­ метить, что все эти склоны отличались наличием большого числа пиков ряда. Наименьшим значением Н характеризу­ ются склоны водораздельных пространств (0,915), имеющих один пик характерных склонов. Отсюда можно видеть, что величина Н является надежным показателем при характери­ стике делювиальных склонов различных типов рельефа. Используя совместно несколько показателей (или их группи­ ровки), можно иметь надежные количественные генетические признаки. Ниже приведены количественные показатели делю­ виальных склонов различных типов рельефа

143

Определение подобным методом генезиса крупнообломоч­ ного материала дало положительные результаты (Бутаков, 1962; Дедков, 1965 и др.).

Из перечисленных морфометрических коэффициентов наи­ более четким показателем может служить, пожалуй, только Н. Остальные коэффициенты могут перекрываться. Для соз­ дания эталонной диаграммы, позволяющей расчлейять делю­ виальные склоны различных типов рельефа (а также и гене­ тические разности), можно использовать два показателя. Один из них — Н. Другой — приведенное (условно к единому

значения S20) показана морфогенетическая диаграмма скло­ нов.

Поскольку для каждого типа рельефа использовалось большое количество замеров, выраженное одной кумулятив­ ной кривой, данные точки на диаграмме будут служить цен­ трами областей, к которым приурачиваются склоны опреде­ ленного генетического типа, либо склоны определенного типа рельефа.

4. Распределение уклонов по поверхности выпукло-вогнутых делювиальных склонов

Наличие трех основных областей, обладающих различными уклонами, обусловливает специфику распределения уклонов по поверхности делювиальных склонов. Для оценки харак­ тера распределение, на примере правых коренных склонов долины р. Свияги (в р-не Тихий Плес), проводилось профи­ лирование через каждые два метра. Результаты, характери­ зующие распределение уклонов показаны на графике 44. Общий характер распределения для каждого склона иденти­ чен. Полученные данные позволили показать графический характер (гр. 45) распределения уклонов по поверхности де­ лювиального склона. На графике 45 по оси х отложены зна­ чения длины склона (/), но оси у — уклоны (а). Способом наименьших квадратов найдено общее уравнение связи а(1), характеризующееся квадратичной параболой

144

График 44. Распределение уклонов по поверхнос­ ти делювиальных выпукло-вогнутых склонов (пра­ вые коренные склоны нижний части долины р.

Свияги в р-не пос. Тихий Плёсе)

Распределение уклонов по поверхности склона представ­ ляет собой наиболее важную морфометрическую характери­ стику склона, ибо в зависимости от распределения уклона определяется возможная работа в каждой точке склона. Для этих целей используется функция Р. Хортона (1948)

На графике 46 показана гистограмма распределения укло­ нов по поверхности делювиальных выпукло-вогнутых скло­ нов Среднего Поволжья; кривой показана возможная работа в каждой точке склона, найденная с по­ мощью функции Хортона

(2.1.1— 2). Общий вид кри­ вой описывается уравне­ нием

/( 5 ) = — 0.3145/2 + + 6,238/ + 29,075.

(2.1.1 - 3 )

Расчеты приведены, как и в случае графика 45, для условного склона длиной в 200 м. Таким образом,

процент возможной работы (/>=/($)) определяется также квадратичной параболой

В отличии от крутых выпуклых склонов, поперечный про­ филь которых имеет одну точку перегиба и описывается уравнением (1.1.3 — 4), профиль выпукло-вогнутых склонов имеет две точки перегиба, поэтому может быть описан не­ сколько модифицированной моделью (1.1.3 — 4)

где в отличии от (1.1.3 —4) показатель степени натурального логарифма возведен в квадрат. Коэффициенту k здесь, так­ же, как и в случае уравнения (1.1.3 —4) коэффициенту kit может быть придан смысл коэффициента денудации. В соот­ ветствии с наличием на склоне трех основных областей (об­ ласти преобладающей денудации, области транзита материала и области преобладающей аккумуляции), коэффициент k дол­ жен иметь, вообще говоря, различное значение, т. е. к Ф

=t=const.

На примере выпукло-вогнутых делювиальных склонов, профили которых показаны на графике 42 (профили А, Б, В, Г, Д, Е, Ж), показано соответствие природных конфигураций теоретическим, расчитанным по уравнению (2.1.1 — 5) при

среднем значении коэффициента денудации (А). Расчетные данные показаны в таблице 226.

Для каждого из склонов в таблице 226 приведены значе­ ния у, X, k при соответствующем значении h. В конце каж­

дого ряда показано значение к. Интересным является пове­ дение к. С помощью этого коэффициента отчетливо выделя­ ются названные основные области склона. В области аккуму­

ризующие область транзита материала, выделены рамкой.

таблицы 226, отчетливо характеризуют эти закономерности.

146

В таблице показаны также аппроксимирующие поперечные профили склонов уравнения.

* По всей видимости, для каждого склона существует своя оптимальная величина к, при достижении которой коэффициент денудации характеризует ту или иную область делювиаль­ ного склона.

6. Зависимость коэффициента денудации {к) от среднего уклона делювиального склона

При расчетной оценки величины коэффициента денудации k было обнаружено, что он довольно хорошо связывается

с величиной среднего уклона склона (aJ). Врезка Б графика 42 иллюстрирует эту зависимость. Здесь по вертикальной

Используя это уравнение, можно несколько упростить урав­ нение (2.1.1 — 5), заменив значение k легко определяемым в полевых условиях средним значением уклона склона

у = А{1 — ехр [— (а + ba.)xf\,

где а, Ь — коэффициенты уравнения (2.1.1—6).

§ 2. ИНТЕНСИВНОСТЬ И ХАРАКТЕР ПРОТЕКАНИЯ ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ (ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ)

Конфигурация делювиального склона зависит от интенсив­ ности протекания процессов плоскостного и мелкоручейкового смыва. Последнее, в свою очередь, связано с интенсивностью процесса подготовки материала (собственно процессов выветривания) и с процессами, обусловливающими интенсив­ ность смыва. Таким образом, интенсивность делювиального процесса зависит (Воскресенский, 1971)

—от количества стекающей воды,

—от скорости стекающей воды,

—от характера грунта склона и свойств почвы,

—от растительного покрова и

—от микрорельефа склона.

А: = 0,064

у = 75,-<°.oetO»

148

Т а б л и ц а 226

в о г н у т ы х с к л о н о в г р а ф и к а 42

149