|
Изо дня в день, непрерывно в течение
многих миллиардов лет поверхностные воды в союзе со зноем, холодом и ветром разрушают
самые твердые горные породы, размывают горы и возвышенности, смывают почвенный покров,
образуют широкие долины, глубокие овраги и ущелья, перемещают огромные массы рыхлого
обломочного материала. Необозримые равнины, иногда тянущиеся на тысячи километров
с севера на юг и с запада на восток, в основании своем в большинстве случаев имеют
осадочные породы. Мощность их может достигать фантастических величин - в Прикаспийской
низменности, например, 15 - 20 км. И все это создала природная вода.
По расчетам известного гидролога М.И.
Львовича все реки земного шара ежегодно выносят в океан 22 млрд. т. твердых веществ
(ила, песка и т.п.), в том числе реки России - 600 млн. т. Выщелачивая горные породы,
поверхностные воды еще добавляют в океан ежегодно 3 млрд. т. растворенных веществ.
Под действием подземных вод возникают оползни, растворяются известняки и другие
горные породы, создаются карстовые воронки и провалы. Геологи подсчитали, что если
бы отсутствовали непрерывные тектонические движения земной коры, то поверхность
суши при нынешних темпах ее разрушения ветром и водой сравнялось бы с уровнем Мирового
океана за весьма непродолжительный по геологическим масштабам промежуток времени
- 110 млн. лет. По истечении этого срока Земля представляла бы собой печальное зрелище
- идеально гладкий каменный шар.
Стекающая по склонам земной поверхности
и по русловой сети вода производит работу, часть которой затрачивается на отрыв
частиц грунта от общей массы почвогрунта и перенос их вниз по течению. При определенных
условиях происходит отложение частиц грунта. Разрушение почвогрунта активизируется
дождевыми каплями при их разбрызгивании. Процесс разрушения, перемещения и отложения
почвогрунта и горной породы под воздействием дождя и движущейся воды называется
водной эрозией. Так как водная эрозия способствует сглаживанию рельефа земной
поверхности, ее, как и ветровую эрозию, относят к процессам денудации. Твердые частицы
- продукты эрозии водосборов и русел, а также абразии берегов водоемов, переносимые
водотоками, а также течениями в озерах, морях и водохранилищах и формирующие ложе
водоемов, называются наносами.
Водная эрозия и сток наносов - необратимый
однонаправленный процесс, так как продукты разрушения не могут быть восстановлены
в их первоначальных формах.
Эрозионная деятельность водных потоков
отличается большим разнообразием. В соответствии с видами стока различают эрозию
склоновую и русловую. Эрозия поверхности начинается со смыва дисперсных
частиц, утративших связь с основным массивом грунта. Унос частиц грунта прекращается
или ослабевает после образования выступов шероховатости. С увеличением скорости
движения воды происходит подмыв с тыловой стороны выступа, обуславливающий возрастание
лобовой и подъемной силы потока. Подъемная сила возникает в результате несимметричного
обтекания потоком частиц грунта. Пульсирующие лобовая и подъемная силы вследствие
турбулентности потока отрывают частицы грунта от дна. Однако процесс водной эрозии
нельзя свести только к механическому взаимодействию потока и грунта. В действительности
проявляется совокупность гидромеханических, физико-химических и биологических процессов.
Классификация видов эрозии Г.И. Швебса:
1.
Эрозия разбрызгивания. Возникает при разбрызгивании дождевых капель,
падающих на поверхность почвогрунта. Скорость падения капель увеличивается с ростом
их диаметра, а диаметр капель увеличивается с усилением интенсивности дождя.
2.
Поверхностный смыв. Происходит при образовании поверхностного стока
в микроструктурах почвогрунта при глубине потока, соизмеримой с размерами частиц,
перемещаемых водой.
3.
Струйчатая эрозия. Проявляется при образовании струй и ручьев в поверхностном
стоке.
4.
Овражная эрозия. Образуется в результате концентрации потока на крутых
склонах, сложенных легкоразмываемыми грунтами. В результате формируется глубокий
врез в грунт, вызывающий обвалы, оползание и оплывание склонов.
5.
Русловая эрозия. Русловая эрозия - размыв водными потоками, протекающими
в руслах, коренных пород дна и берегов русла и склонов долин. Она обусловлена динамикой
руслового потока и эрозионными процессами на водосборе и в русле.
6.
Селевый поток. Сель - стремительный поток большой разрушительной силы,
состоящий из смеси воды и рыхлых обломочных пород и возникающий внезапно в бассейнах
небольших горных рек в результате интенсивных дождей или бурного таяния снега, а
также прорыва завалов и морен.
7.
Подземная эрозия. Проявляется в деформации трещин и ходов в почвогрунтах
и горных породах под действием потока, развивается в условиях интенсивного выщелачивания
и карстообразования.
Эрозия сопровождается процессом аккумуляции
наносов, продуктов разрушения в понижениях рельефа, в русловой сети, водохранилищах
и др. Поэтому в гидрологии эрозионно-аккумулятивные явления рассматриваются как
единый процесс.
Продукты эрозионной работы транспортируются
речными потоками в виде взвешенных и влекомых наносов и в виде растворов. Взвешенные
наносы - мелкие минеральные частицы (диаметр не более 3 мм), переносимые водным потоком во взвешенном состоянии. Более крупные наносы перемещаются влечением
по дну. В больших реках на долю влекомых наносов приходится в среднем менее 5%
(от взвешенных). Сток влекомых наносов малых горных рек, впадающих в моря, составляет
50 - 90 % от стока взвешенных наносов. Размер стока взвешенных наносов больших рек
- достоверный критерий интенсивности процесса водной эрозии на определенной части
суши.
Формирование русла определяют донные наносы, поэтому их часто
называют руслоформирующими. Относительно крупные зерна, двигаясь в наиболее насыщенной
наносами придонной области, постоянно сталкиваются и касаются друг друга. Движение
донных наносов и характеристика речного потока тесно взаимосвязаны. Существующие
неровности дна, в том числе шероховатость, образуемая донными наносами, генерируют
повышенную турбулентность потока. В свою очередь локальные турбулентные импульсы
усиливают неравномерность перемещений наносов и связанные с этим неровности дна.
В результате взаимодействия потока с дном в русле рек возникают гряды донных наносов.
Гряды постепенно перемещаются вниз по течению. Повороты русла, поперечная циркуляция
и другие причины приводят к местным скоплениям наносов. Характер их образования
и перемещений определяет тип русла: прямолинейное, извилистое, разбросанное.
Русловой процесс представляет собой постоянно происходящие
изменения морфологического строения русла водотока и поймы, обусловленные действием
текучей воды. Русловой процесс является результатом сложного, саморегулирующего
взаимодействия между потоком и руслом. Русловые процессы подразделяются на необратимые
и обратимые.
Рис.2.2 Типы русловых процессов рек.
1 - ленточно-грядовой тип; 2 - побочневый тип; 3 - ограниченное
меандрирование; 4 - свободное меандрирование; 5 - незавершенное меандрирование;
6 - русловая многорукавность; 7 - пойменная многорукавность.
Необратимые русловые процессы обусловлены однонаправленным
изменением водного режима водотока. Они выражают медленный процесс развития морфологических
характеристик реки, относящихся главным образом к продольному профилю реки. К однонаправленным
процессам также изменения морфологического строения русла, вызванные воздействием
гидротехнических сооружений на речное русло, рассчитанных на длительный срок службы.
К обратимым русловым процессам относятся сезонные изменения
рельефа дна реки на перекатах и плесах, перемещения песчаных гряд, побочней, осередков,
подмывы и намывы берегов, меандрирование, возникновение проток и их отмирание. Обратимые
изменения формы дна потока рассматриваются как внешнее проявление движения наносов
за счет их переотложения в русле и пойме и поступления в реку с водосборного бассейна.
Русловый процесс имеет дискретную структуру, в которой выделяются
структурные элементы разных размеров с присущими им закономерностями формирования.
К структурным элементам относятся:
1.
Отдельные твердые частицы.
2.
Микроформы - мелкие песчаные гряды.
3.
Мезоформы - средние русловые формы, представляющие собой сравнительно крупные
подвижные русловые формы (побочни, осередки, большие гряды).
4.
Макроформы - речные излучины.
Определенная схема деформации русла и поймы реки, возникающая
в результате сочетания особенностей водного режима и стока наносов, обуславливают
тип руслового процесса. Различают следующие типы руслового процесса рек:
1.
Ленточно-грядовой тип. В русле происходит движение системы гряд, искривленных
в плане под влиянием придонных скоростей. Расстояние между вершинами (гребнями)
гряд в направлении движения потока, называемое шагом гряд, существенно больше ширины
русла. Русло малоизвилистое, движение гряд происходит в основном при повышенной
водности.
2.
Побочневый тип. По сравнению с предыдущим типом гребни гряд перекошены,
направления перекосов смежных гряд чередуются.
3.
Ограниченное меандрирование. Для этого типа руслового процесса характерна
сравнительно слабая извилистость русла; могут возникать отдельные пойменные массивы.
Пойменный массив - участок поймы, ограниченный участками русла реки; в своих крайних
точках он соприкасается со склоном долины. Ограниченное меандрирование наблюдается
там, где развитие меандр ограниченно склонами долин, уступами древних террас и береговыми
валами, сложенными неразмываемыми породами.
4.
Свободное меандрирование. Русло реки сильно меандрирует в широкой
пойме со староречьями. После прорыва перешейка между смежными излучинами начинает
развиваться новая излучина.
5.
Незавершенное меандрирование. При этом типе руслового процесса излучина
еще не перешла в состояние петли, а спрямляющая протока пропускает еще значительную
часть расхода воды реки.
6.
Русловая многорукавность. Возникает при больших расходах донных наносов.
Появление рукавов сопровождается образованием широкого распластанного русла. Транспортирующая
способность потока полностью реализована, и наносы аккумулируются в русле. Донные
наносы перемещаются в виде системы больших разобщенных гряд, образующих в межень
небольшие острова, между которыми расположены короткие протоки. Такой тип также
называют осередковым.
7.
Пойменная многорукавность. Этот тип руслового процесса возникает в
широких поймах и характеризуется наличием множества рукавов, которые могут рассматриваться
как самостоятельные реки, если их протяженность велика. Пойменная многорукавность
является в то же время последующим развитием незавершенного меандрирования.
Многие русловые процессы на реках представляют собой промежуточные
формы перечисленных процессов.
Вода - гигантский аккумулятор и распределитель
основного источника энергии на Земле - энергии Солнца. Водяные пары атмосферы жаркого
пояса Земли частично поглощают солнечную энергию, которая затем воздушными массами
под влиянием циклонов и антициклоном переносится в области с умеренным и холодным
климатом. Здесь водяной пар переходит в жидкую или твердую фазу, отдавая окружающей
среде около 2500 Дж тепловой энергии, при конденсации каждого грамма пара. Представьте
теперь, какое гигантское количество тепла переносится водяным паром в атмосфере
при ежегодном испарении с поверхности океанов и суши 577000 км3 воды.
Перенос тепла водяным паром в атмосфере
- это только одна из планетарных "обязанностей" воды. Вторая "обязанность"
водяных паров - защитить нашу планету от космического холода своеобразным тепловым
одеялом. По расчетам известного ученого климатолога М.И. Будыко, при уменьшении
содержания водяного пара в атмосфере только вдвое средняя температура поверхности
Земли понизилась бы более чем на 5°С (с 14,3 до 9°С).
Другим мощным аккумулятором и распределителем
солнечной энергии как во времени, так и в пространстве являются океаны и моря. Хорошо
известно влияние на климат континентов теплых и холодных океанических течений. Например,
для Европы и для всего Северо-запада России исключительным по своему значению является
мощное теплое течение Гольфстрим. Оно зарождается в Мексиканском заливе, питается
водами Северного и Южного экваториальных течений и по выходе из Флоридского пролива
пересекает Атлантический океан с юго-запада на северо-восток. В начале образования
ширина Гольфстрима равна 78 км, глубина - 800 м, скорость движения - до 9 км/ч, температура на поверхности воды - до 30°С. Далее, при движении вдоль берегов Северной
Америки, его ширина увеличивается до 675 км, скорость течения уменьшается до 3 км/ч. На параллели 38° с. ш., где к Гольфстриму присоединяется Антильское течение,
расход (количество воды, протекающее через поперечное сечение в 1 с) достигает 82
млн. м3/с, что в 22 раза больше расхода в месте его зарождения и в 60
раз больше суммарного расхода всех больших и малых рек земного шара. Если бы не
было Гольфстрима, вся Скандинавия, подобно Гренландии, была бы покрыта льдом. По
расчетам видного ученого С.В. Калесника, около половины переноса тепла из тропических
районов в умеренные и полярные широты осуществляется морскими течениями.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
| 
