Геологическая деятельность горных ручьев и речек

геологический делювий рытвина водоток Процессы эрозии, наблюдаемые в оврагах, еще с большей силой проявляются в долинах горных ручьев и речек, заложенных на склонах среднегорных и высокогорных хребтов и имеющих поэтому большие уклоны (не менее 0,10) продольного профиля. Долины здесь большую часть года бывают сухими или имеют очень мало воды. Однако растут они быстро, так как по ним в периоды ливневых дождей и дружного таяния снегов и ледников проносятся бурные потоки, несущие огромное количество обломочного материала, накопившегося на склонах и в тальвегах долин при выветривании. С помощью несомого материала потоки проводят интенсивную эрозионную работу. При выходе на предгорную равнину такие потоки ветвятся на многочисленные рукава. Разделение на рукава и большие потери поверхностной воды на просачивание приводят к тому, что весь принесенный обломочный материал отлагается в предгорной части в виде конуса, получившего название конуса выноса. Размеры конусов, как правило, небольшие (десятки квадратных километров). Радиусы кривизны их малы, а угол, образующий конус, значительный.

При менее обильных дождях или медленном таянии снегов живая сила потока менее значительна, поэтому и несомый им материал мельче по своим размерам. В результате в руслах протоков конуса ранее отложенный крупнообломочный материал перекрывается более мелкообломочным материалом, который в свою очередь может быть затем перекрыт крупнообломочным, и т. д. Следовательно, в вертикальном разрезе отложений горных ручьев и речек имеет место переслаивание мелкои крупнообломочного материала. Обломки накоплений плохо сортированы и слабо окатаны, так как путь переноса обломочного материала по сравнению с крупными реками невелик. Указанные особенности заставили геологов выделить накопления временно действующих ручьев и речек в особый тип континентальных отложений — пролювий (пролюо, лат.— промываю).

Термин «пролювий» в геологию введен А. П. Павловым (1893), который под пролювием понимал отложения только взвешенных частиц, осаждающихся в «лужицах и озерцах», образующихся в периферической части конусов выноса. Такой же смысл в термин «пролювий» вкладывает О. К. Ланге. По Ланге, конусы отдельных ручьев и речек, сливаясь между собой, образуют окаймляющую подошву гор полосу — подгорную волнистую равнину. Пролювиальные отложения, развитые по периферии конусов в зоне разливов вод на равнинах, образуют плоскую равнину. В. И. Попов, Н. П. Костенко, автор данной книги и др. предложили отложения конусов выноса временных речек и горных ручьев назвать фаналлювием (веерный аллювий; фан, франц.— веер); термин пролювий закрепить за осадками, образующимися в разливах по периферии конусов выноса.

В некоторых горных и среднегорных районах, где имеются условия для накопления и быстрого перемещения на значительные расстояния продуктов разрушения горных пород, слагающих склоны долин, речки и ручьи приобретают характер селевых потоков. Селевым потоком называют — кратковременный от десятка минут до скатывающийся с большой скоростью по крутому тальвегу пульсационный поток с очень высоким содержанием обломочного материала. До (60—75% от общего объема) и потому обладающий большой разрушительной силой.

По составу твердой составляющей селевые потоки принято делить на грязевые, каменногрязевые, грязекаменные, водокаменные и водопесчаные. Первые три типа потоков решением III Всесоюзной конференции, посвященной селям (1952 г., Тбилиси), отнесены к связным, или структурным, селям, а четвертый и пятый к несвязным селям. Последние имеют характер описанных выше временно действующих потоков.

Основу твердой фазы связного потока составляют глинистые (10—30% и более) и пылеватые частицы. Вода присутствует, как указывает С. М. Флейшман, изучавший сели Советского Союза, или в виде адсорбционных пленок на частицах, или защемлена в порах, образованных структурным каркасом частиц. Таким образом, связный сель представляет собой вязкопластическую среду, жидкая фаза которой, связанная твердой, движется совместно с последней независимо от русловых условий. Связные сели благодаря огромной силе сцепления между коллоидными частицами способны переносить во взвешенном состоянии крупные глыбы, объем которых в ряде селевых потоков доходил до 20—80 м3 (сель на р. Дурджи, бассейн р. Азазаньв 1901 г.) и даже до 127 м³ (сель на р. Кишчай, бассейн р. Азазани в 1937 г.). Огромные обломки пород как бы связаны грязью.

Там, где скорость потока резко уменьшается (при резком выполаживании долины, при очень крутых ее поворотах, при встрече с искусственными запрудами), откладывается вся несомая масса без отделения от нее воды, без сортировки материала, а в том беспорядочно-хаотическом виде, в каком стремительно двигался этот поток. Отложения селевых потоков имеют вид бугристо-волнистых «лент», языков, полей. Бугристо-волнистая поверхность отложений обусловлена характером движения селевого потока. Он движется обычно в виде следующих один за другим валов. Число их в большинстве случаев от трех до пяти, но иногда доходит до нескольких десятков. Главными причинами большого числа валов являются прорывы запруд, возникающих в местах обрушения в русло обвалов, оползней и выносов боковых притоков и т. п. Высота отдельных валов может достигать 4—5 м, а в узких ущельях — 20 (сель на р. Айлисчай в бассейне Аракса в 1884 г. и на р. Иссык в 1963 г.) и 80 м (долина р. Исфайрамсай в 1966 г.).

Остановившийся селевый поток нередко закрывает собой все русло, и стекающей по долине воде приходится разрабатывать новое. Сели вызывают серьезные разрушения берегов и русла и нередко наносят огромный ущерб народному хозяйству. Они разрушают мосты, плотины, гидроэлектростанции, ирригационные сооружения, насыпи шоссейных дорог, железные дороги и т. д. Процесс формирования селевых масс, как правило, длительный, продолжающийся годами, а в ряде бассейнов — и многими десятилетиями.

Селевые связные потоки возникают в таких долинах ручьев и речек, борта которых сложены глинами, мергелями, сланцами, лессовидными суглинками и другими породами, дающими при выветривании большое количество мелкодисперсного материала. Этот материал после затяжных моросящих дождей набухает, образуя грязевую эмульсию. При внезапных ливнях грязевая эмульсия движется по крутым, не закрепленным растительным покровом бортам с колоссальной скоростью (несколько метров в секунду), обогащаясь по пути новыми порциями продуктов выветривания, в том числе иногда и громадными обломками скал. Обломки, находясь во взвешенном состоянии в густой грязевой массе, беспорядочно движутся вместе с грязью; столкновения несущихся глыб сопровождается грохотом, подобным раскату грома. Еще более катастрофические сели возникают в подобных по геологическим условиям долинах при наличии оплывин, оползней, осовов или обвалов, материал которых пополняет твердую составляющую селя.

В формировании твердого стока селей участвует, как правило, не весь бассейн ручья или речки, а лишь часть его, где имеются доступные для быстрого сноса рыхлообломочные продукты. Это прежде всего крутые склоны выше зоны распространения растительности, крутые оголенные склоны с разрушенным растительным покровом (из-за выпаса больших стад скота) альпийских и субальпийских лугов, неправильно распаханные склоны, а также участки развития осыпей, осовов, оплывин, обвалов, оползней и накопления большого количества обломочного материала, приносимого боковыми притоками.

Связные сели широко распространены в молодых горных системах многих стран: Швейцарии, Италии, Китае, Индии, Франции, Болгарии, США и др. В СССР связные сели известны на южном склоне Главного Кавказского хребта, на Малом Кавказе, в Юго-Западном Забайкалье. Очаги связных селей имеются в Карпатах (в бассейнах Прута, Днестра и Тисы), на Западном Урале (район Перми), в Восточной Сибири. В Средней Азии насчитываются сотни селеопасных бассейнов, в том числе бассейны ручьев и речек, стекающих со склонов Туркестанского, Кураминского, Чаткальского, Ферганского, Алайского, Дарвазского, Зеравшанского, Гиссарского, Киргизского хребтов и Заилийского Алатау. Особенно катастрофические грязекаменные сели (в Альпах их называют мурами) имели место в долинах Заилийского Алатау в 1921 и в 1963 гг., в долинах Алайского хребта — в 1967 г. и Чаткальского — в 1969 г. Основной период образования селей в Средней Азии совпадает с временем ливневых дождей (апрель—-июнь, 80% от всех селей).

Вечером 8 июля 1921 г. после затяжных моросящих дождей прошел в бассейне Малой. Алмаатинки сильнейший ливень. Река вышла из берегов и полутораметровым водяным валом накатилась на г. Алма-Ату, расположенный на конусе выноса этой реки. За водным валом последовал еще более высокий (4—5 м) грязе-каменный вал. Всего прошло до 80 валов с интервалами от полуминуты до минуты. Обладая громадной скоростью и силой, грязевой вал уничтожал все на своем пути. Общее количество вынесенного обломочного материала достигло 3 250 000 л3 (около 25% приходится на мелкодисперсные фракции, 7% —на крупные обломки). Более мелкие сели в районе Алма-Аты проходят довольно часто. На рис. 31 запечатлен результат селя 1957 г. в бассейне Малой Алмаатинки. Отложения грязекамешгого селевого потока, пронесшегося по одному из левых притоков М Алмаатинки. Мощность отложений его до 2 м.

Катастрофический сель в Заилийском Алатау в районе р. Иссык прошел 7 июля 1963 г. Его возникновение было связано с прорывом в долину скопившихся у ледника талых вод. 7 июля вода прорвалась к Жарсаю, притоку Иссыка. На Жарсае незадолго до этого события образовалась в результате обвала плотина. Прорвавшаяся вода размыла ее и, превратившись в грязекаменный поток, ринулась к о. Иссык, круша по дороге скалы, ломая деревья. Двадцатиметровый селевой вал вырвался из-за крутого поворота ущелья и обрушился в озеро. За первым валом мгновенно надвинулся второй, затем третий. Под их натиском обвальная масса, державшая воды озера в течение 8000 лет, не выдержала напора, и вода озера хлынула вниз. Площадь озера была около 2 км², глубина до 50 м. В результате катастрофы озера не стало.

Катастрофические сели имели место весной 1969 и 1970 гг. в северных и западных районах Украины. Они были вызваны интенсивными ливнями (за несколько суток осадки превысили двухмесячную норму), в результате которых уровень воды в реках Днестр, Тиса, Прут, Серет и др. поднялся на 3—5 м. Сели нанесли серьезный материальный ущерб ряду областей.

Н.П. Костенко и автор этой книги делят сели на 2 группы: зональные и азональные. Зональные сели отражают общую зональность горных стран (геоморфологическую в сочетании с климатической), а азональные приурочены к районам ныне живущих с подвижками по которым связано формирование мощных потоков обломочного материала.

Несмотря на то что селевые потоки причиняли и причиняют большие разрушения как у нас, так и за рубежом, до сих пор еще не существует достаточно надежных и проверенных комплексных методов борьбы с ними. Для борьбы с селями используют фитомелиоративные (лесонасаждения и восстановление травянистого покрова на склонах), агротехнические (соблюдение правил обработки земель, предотвращение эрозии почв) и гидротехнические (строительство инженерных сооружений для предупреждения обвалов, оползней, а также для уменьшения продольного уклона русла). мероприятия. В глубоких скалистых ущельях рекомендуется создание завальных плотин методом направленного взрыва (как это было сделано в 1966—1967 гг. в долине Малой Алмаатинки). Для выработки более рациональных методов борьбы с селями в последние годы в ряде горных систем ведутся наблюдения за ними и изучаются условия их образования.