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

пукло-вогнутом склоне (правый коренной склон до­ лины р. Свияги).

Обозначения: 1— зона приемущественного плоскост­ ного смыва, 2 — зона преимущественного мелкоручейкового смыва, 3 — зона начала эрозионного вреза.

растительность выгорает. Слой почвы, не скрепленный растительностью, постепенно смывается, и на поверхность выходит элювий коренных пород, лишь кое-где покрытый угнетенного вида резко разреженным растительным покровом.

Внешний вид такой только что образованной верхней части склона свидетельствует о преобладающей роли плоскостного смыва, ибо обнаженная поверхность еще не­

кается, не совершая здесь значительного смыва. На поверх­ ности обнаженной части склона трудно найти даже мелкие борозды (гр. 50, зона 1).

Плоскостной смыв, расширяя (вначале хоть и незначи­ тельно) область обнаженной части склона, создает пред­ посылку для возможности концентрации стекающей воды в мелкие промоины. Возникает уже вторая зона (гр. 50, зона 2)

ручейков и созданных ими промоин срезает поверхностный слой элювия на глубину врезания самих ручейков и мелких времен­ ных борозд. Область обнажения элювия с этого момента начинает разрастаться уже более интенсивно. Инструменталь­ ное изучение делювиальных процессов на склонах позволили Г. С. Ананьеву и Е. Д. Сыроечковской (1971) показать, что объем снесенного материала с падением задернованности резко увеличивается при достижении рубежа 10—2 0 %.

160

Эммет (Emmett, 1970) на основе экспериментов на дожде­ вальной установке, приходит к выводам, что верхний выпук­ лый сегмент склона формируется ламинарным потоком; сред­ ний, прямолинейный, формируется потоком, режим которого меняется во времени, и нижний, вогнутый сегмент, создается турбулентным потоком.

Таким образом, на склоне возникают три зоны (гр. 50). Выделение их конечно условное; границы расплывчаты. Ширина каждой из зон изменчива, различна и отражает сте­ пень или стадию развития склона. Общий характер развития происходит таким образом, что вторая зона разрастается за счет первой, вытесняя ее, а третья зона аналогичным обра­ зом разрастается за счет второй. На территории изучаемого участка были найдены склоны, имеющие сразу все зоны, имеющие только две зоны и, наконец, имеющие только одну зону. Последняя стадия наступает в том случае, когда эро­ зионная борозда врезается в бровку и как бы срезает последнюю. На данной стадии развития склон, в результате

срезания его выпуклой части, приобретает форму, довольно близко приближающуюся к прямолинейной.

В силу определенных уклонов, характера слагающих склон коренных пород и законов стенания, максимальный врез эро­

ложбинами. При увеличении глубины промоины возрастает относительная высота водораздельчика, становятся круче его склоны, расширяется борозда (величина а). На изучаемых

склонах среднее значение глубины (А) промоин 1.389 м (при

Из сказанного можно сделать два вывода:

1.Чем глубже эрозионная борозда, тем интенсивнее снос

сводораздельчика и тем скорее он снижается. Поскольку

пенно заполнять эрозионные ложбинки, частично выносясь временными водотоками, частично отлагаясь на их днище. Соотношение между величинами /г и а уже нарушится. Величина а остается постоянной, а величина k — все больше уменьшается. Уменьшение h связано с двумя процессами: понижения водораздельчиков и частичного отложения на днище материала. В связи с указанными процессами, неров­ ности на поверхности склона начинают постепенно затяги­ ваться; поверхность задерновывается. В связи с тем, что весь ход современных процессов переработки склонов (по

графике для сопоставления между собой одновременно нане­

и 180—270°; для склонов С-СВ экспозиции (на графике крестики) — 0—90° и 270—360°.

Поле точек для склонов южной экспозиции четко отли­ чается от поля точек для склонов северной. Перемеживание

найти уравнения зависимости уклона (а) от ориентировки склонов (Л|) для склонов северной и южной экспозиции:

162

50

График 51. Зависимость среднего уклона делю­ виального склона от его экспозиции (для скло­ нов северной и южной экспозиции)

164

I

График 51 а. Зависимость мощности делювиальных отложений (М) от длины скло­ на (1) и его уклона (а).

ном в 35°, склоны обращенные на север — уклоном в 25,4°.

Глава 3. ДЕЛЮ ВИ АЛЬН Ы Е Ш ЛЕЙФ Ы .

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЛЮ ВИАЛЬНЫ Х О ТЛО Ж ЕН И Й

§ 1. М О Р Ф О М Е Т Р И Ч Е С К А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А

Д Е Л Ю В И А Л Ь Н Ы Х Ш Л Е Й Ф О В

Процесс перехода от выпукло-вогнутых к вогнутым скло­

шлейфы характеризуются тремя зонами осадконакопления (врезка А, графика 42). В привершинной зоне скапливается наиболее грубый материал, характеризующейся наиболее выраженной слоистостью. Для средней зоны характерны отложения с периодической или ритмичной слоистостью. Наконец, в периферийной части отлагаются тонкозернистые осадки суглинистого характера. В соответствии с особенно­ стями формирования, профиль делювиальных шлейфов имеет

Они довольно сильно вытянуты. Отношение длины к ширине чаще всего составляет 2—3, иногда 5 единиц. Поверхность задернована, однако интенсивность задернованности не пре­ вышает 50—60%.

Длина делювиального шлейфа зависит от многих факто­ ров, основным из которых является стадия развития склона.

Общее представление о длине шлейфа можно получить исходя из определения длины пробега обломочного материала по поверхности делювиального склона. Экспериментальные данные А. М. Калинина (1971) показывают, что длина пробега обломка (L) находится в прямой зависимости от мощности

165

слоя снесенного материала (Л) и уклона (а). Для малых укло­ нов (менее 3°) зависимость имеет вид

чаще всего состоят из множества слившихся воедино и пере­ крывающихся отдельных конусов. В связи с этим, уравнение

Мощность делювиально-пролювиальных отложений не пре­ вышает двух — пяти метров. Наиболее характерное значение мощности 0,5—2 метра.

точке делювиальных шлейфов. Однако процесс отложения обломочного материала различной величины в соответствую­

у вершины) можно найти какую-то преобладающую величину

на дне этого потока (у осыпных, гравитационных склонов —

166

наоборот). Надо сказать, что пределы диаметров не отли­ чаются (см. приведенные примеры); изменение же Md вниз по конусу связано с изменением в том же направлении коэф­ фициента сортировки (50).

Зависимость мощности делювиальных отложений от длины склона и его уклона

Представление о соотношении мощности делювиальных отложений с уклоном склона и его длиной дает врезка А графика 51 а.

По мере перехода от основания делювиального склона к вершине делювиального шлейфа мощность отложений изменяется не однозначно. Вначале она резко возрастает, а затем постепенно уменьшаеться, выклиниваясь. Графически для 24 случаев замеров на делювиальных склонах право­ бережья долины р. Свияги эта зависимость показана на ука­ занном графике крестиками. Мощность отложений (М ) у ос­ нования не превышает 0,2 м (первый метр), резко увеличи­ ваясь к 4—7 метрам по длине шлейфа (/)• Далее она постепенно уменьшается к вершине шлейфа. Общий вид зависимости можно показать с помощью линейной функции

Ж = 1,4 — 0,03/

при коэффициенте корреляции г = — 0,433 + 0,162 (результат

достоверен при уровне доверия 0,99). Малая величина коэф­ фициента корреляции связана с особенностями распределе­ ния М по поверхности делювиального шлейфа.

Также специфично проявляется зависимость мощности делювиальных отложений от уклона склона (а). На врезке А графика 51 а обозначено: as — уклон делювиального шлейфа

в исходной точке; а2— уклон коренных пород в той же точке. Поскольку величина д2 определяется с трудом, а ве­ личина Ді зависит от а2, для оценки зависимости мощности

от уклона склона использовано значение а (а = а, + а2). Точ­ ками на графике показана зависимость Ж (а), которая может характеризоваться в общем виде уравнением

М= 0.34 + 0.07а,

сбольшим чем в первом случае значением коэффициента корреляции (г = 0,52 ± 0.14) при том же уровне доверия.

167

§ 2 . В И Д Ы И С К О Р О С Т Ь С М Е Щ Е Н И Я О Б Л О М О Ч Н О Г О Д Е Л Ю В И А Л Ь Н О Г О М А Т Е Р И А Л А П О С К Л О Н У

1. Виды и способы смещения делювиального материала

Прежде всего следует разделить виды смещения делю­ виального материала от характера протекания процесса смыва. Смыв, как говорилось выше, может быть плоскостным, мелкоручейковым и линейным. В каждом конкретном случае ин­ тенсивность, величина и вид перемещения обломков различен.

Однако существуют способы перемещения, проявляющиеся одинаково в каждом указанном виде:

1.Перенос обломочного материала во взвешанном со­ стоянии. Интенсивность сноса зависит от количества и ско­ рости стекающей воды.

2.Перекатывание крупных обломков потоком, рассматри­ вающиеся как результат суммы ударов взвешанных частиц потока.

3.Перенос потоком растворенного вещества.

4.Особый способ механического движения крупных об­ ломков — аблювиальное смещение (Калинин, 1971). При смыве, защищенные крупными обломками части склона становятся выше окружающей поверхности. Поток как бы обмывает их, постепенно подрезая. Находящийся наверху крупный обломок может потерять опору и переместиться вниз по склону.

2.Скорость смещения обломочного делювиального

материала по склону

Материал § 1 позволяет рассмотреть механизм движения обломочного материала делювия в каждой точке склона, точнее установить те части склона, где происходит эрозия и аккумуляция материала. Обширные работы по этому вопросу (Хортон, 1948; Кинг, 1967 и др.) показывают, что сам скло­ новый поток обусловливает эрозию и аккумуляцию. Поясним, это более подробно.

В верхней части склона количество выветрелого материала мало по сравнению с возможной нормой переносимого мате­ риала и поэтому поток, хотя обладает возможной минималь­ ной работой, зачастую в состоянии транспортировать этот материал вниз по склону. В результате, в верхней части склона может возникнуть экспозиция коренных пород, очень часто наблюдаемая на всех эродируемых склонах.

Ниже по склону скорость потока увеличивается (в соот­ ветствии с законами стекания, расчеты которых даны, напри­ мер, Хортоном, 1948; Армандом, 1961 и др.). В связи с этим увеличивается и его транспортирующая способность. Однако в некоторой точке склона, по мере накопления влекомого

168

материала, приращение его скорости находится в динами­ ческом равновесии с приростом выветриваемого транспорти­ руемого материала (Шайдеггер, 1964). Это равновесие не позволяет потоку производить работу по интенсивной

Начинается процесс его аккумуляции, с чем связано наличие вогнутого профиля склона. Потеря скорости потока обуслов­ лена еще и тем, что часть его пропитывается вниз. Первый момент потери скорости обусловливает выпадение в осадок больших обломков; дальнейшее снижение скорости ведет к выпадению в осадок меньших по величине. В результате, в делювиальном шлейфе отмечается дифференциация (сорти­ ровка) обломков, свидетельствующая о различной скорости их смещения.

Если аналитически подойти к описанию скорости переме­ щения обломочного материала делювия, то следует рассма­ тривать его механизм как смещение насыщенного выветрелым материалом склонового потока, обладающего определенной степенью насыщения и соответствующим внутренним и внеш­

где h — высота (или мощность) смещающегося слоя, k — коэф­ фициент трения, F — движущая сила.

Определяя изменение скорости во времени при начальном условии V = ѵ0 при t — t0, решим однородную часть уравне­ ния (2.3.2—1).

Поскольку F убывает со временем (см. описание динами­

169