Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геолого-геоморфологические факторы горизонтальных русловых деформаций среднего Терека и методика расчета размыва его берегов

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Геолого-геоморфологические факторы горизонтальных русловых деформаций среднего Терека и методика расчета размыва его берегов"

московский ордена Ленина,

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Ы.В.ЛОМОНОСОВА ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

РАШУГИН ДМИТРИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

УДК 551.482.2

Геолого-геоморфологические факторы горизонтальных русловых деформаций среднего Терека и методика расчета размыва его берегов

11.00.04 - Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 1991 г.

Работа выполнена в Проблемной лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и в институте "Севкавгипроводхоз"

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор

Р.С.Чал05

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук,

А.А.Чистяков - кандидат географических наук, доцент Б.В.Матвеев

Ведущая организация - Геолого-географический факультет

Харьковского государственного университета

Защита состоится 11 Ц " 1991г. в У^^час.

на заседании специализированного совета по геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д.053.05.Об; при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, г.Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, аудитория 21-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан " <Г " & 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор географических наук - Ю.Ф.Книжников

-СП:.; .

Г..!

Актуальность темы. Строительство крупных водохранилищ и их длительная эксплуатация ведут к существенным изменениям не только гидрологического режима рек, но и их руслофорыирующей деятельности. Это, в свою очередь, влечет за собой изменение инженерно-геоморфологической обстановки в русле и приречной части нижерасположенного участка долины. Последствием таких изменений может быть интенсификация уже имеющихся небл-агогтриятных процессов - эрозия дна, размыв и обрушение берегов,заиление русла и т.д. Для разработки соответствующих предупредительных и защитных мероприятий необходима прогнозная оценка возможных изменений морфологии и динамики русла на основе комплексных исследований,установление связи форм проявления русловых процессов с геолого-геоморфологическими особенностями долины и общим морфоструктурным и тектоническим планом территории, по которой протекает река. Особенно остро эта проблема стоит на реках типа Терека,берущих начало в горах и протекающим по предгорьям .сложенным легкоразмываемыми породами. Схемой комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна Терека предусмотрено строительство водохранилища в месте слияния его с рекой Малкой. Это требует не только применения стандартных инженерных методов расчета, но и оценки геолого-геоморфологических условий формирования русла как фактора, учет которого позволит принять меры к снижению возможных неблагоприятных последствий в жизни реки.

Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в изучении гео-лого-геоыорфологических факторов, оказывающих влияние на развитие и активизацию горизонтальных деформаций русла Среднего Терека и разработке методики расчета размыва его берегов, сложенных глинистыми грунтами.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Выявление геолого-геоморфологического строения долины среднего Терека, характера неотектоническихигеодинамичееких процессов и литологического состава отложений в русле и на берегах реки и их влияние на развитие долины и русла.

2. Изучение вида, интенсивности и направленности горизонтальных деформаций русла, их изменений по длине реки и связи с определяющими, в первую очередь - геолого-геоморфологическими факторами.

3. Определение физико-механических свойств грунтов слагающих русло (в том числе - современного аллювия) и приречную часть долины.

4. Разработка методики расчета размываемости глинистых грунто] по действующим на границе поток-берег касательным напряжениям.

5. Выявление механизма размыва реки и обоснование прогнозных оценок размыва русла в ходе горизонтальных русловых деформаций.

Научная новизна работы

I. При изучении геолого-геоморфологического строения среднего Терека установлено время формирования современной долины реки и е( рельефа,выявлены ряд форм и элементов рельефа,ранее не отмечавшихся исследователями. В частности, в районе устья Сунжи выявлены верхнехвалынские аллювиально-дельтовые накопления Сунжи и Аксая ("древние" слившиеся конусы выносов).имеющие террасовидный облик, в восточной части долины по правобережью отмечены фрагменты аллю-виально-пролювиальной раннехвалынской террасы,установлено наличие двух террасовых уровней, относимых к хазарскому, времени.

■ 2. Впервые для равнинной части Терека проведена типизация русла, выделены и проанализированы морфодинамические типы русла,установлены причины их последовательной смены вниз по течению.

3. Показано значение литологического типа и мощности русловых отложений как факторов,определяющих морфодинамический тип русла.

4. Выявлено влияние современных вертикальных движений земной коры на направленность и интенсивность горизонтальных деформаций русла.

5. Описан механизм формирования некоторых типов русла в равнин ной части предгорной зоны под влиянием вертикальных движений земной коры на неотектоническом этапе развития рельефа.

6. Предложена методика оценки устойчивости глинистых грунтов к размыву русловыми потоками на основе учета развиваемых потоком уел лий и особенностей восприятия этих усилий грунтами.

Научное и практическое значение. В диссертации,на примере доли ны Среднего течения реки Терек,разрабатываются некоторые вопросы теории русловых процессов,касающие учета факторов геолого-геоморфо логического плана,определяющих механизм.направленность и интенсивность горизонтальных деформаций равнинных рек предгорной зоны. Выполненные исследования имеют прикладное значение и могут быть использованы на практике:

а) выявленная тенденция правосторонних смещений русла обуславливает практическую бесперспективность мероприятий по защите право го берега реки от размыва. В этих условиях экономически целесообразные является вынос жилых и хозяйственных построек за пределы опасной зоны;

б) установленные закономерности распределения морфодинамичес-ких типов русел в зависимости от мощности подрусловых отложений могут служить критериальной оценкой глубины залегания трудно размываемых грунтов и использоваться для определения мощности аллювия при оценке возможности разработки карьеров стройматериалов и поисках россыпных месторождений;

в) разработанная методика расчета размывов глинистых берегов, а также формула К.И.Верковича с уточненным значением коэффициента

К могут применяться в гидротехническом строительстве,проектировании различных сооружений и объектов на берегах рек и каналов.

Апробация. Результаты исследований докладывались на Всесоюзной научной конференции "Исследование русловых процессов для практики народного хозяйства" (Москва,1983),на У1 краевой конференции по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа (Ессентуки,1985),в школе-семинаре "Методика и технические средства геоиндикационного дешифрирования"(Свердловск,19861 и изложены в 8 публикациях.

Диссертационная работа имеет объем 181 страницу машинописного текста,38 таблиц,42 рисунка. Список литературы содержит 123 наименования, в том числе 4 на иностранном языке. Диссертация состоит из введения, 9 глав и заключения.

Автор пользуется случаем,чтобы выразить благодарность научному руководителю профессору Р.С.Чалову,к.г.н,ведущему научному сотруднику лаборатории эрозии почв и русловых процессов МГУ А.Ю.Сидорчуку, к.г.-м.н.,зам.главного инженера Э.В.Запорожченко.к.г.-м.н.главному геологу Г.А.Дербиняну, нач.отдела гидравлических исследований И.Н.Турину (институт "Севкавгипроводхоз") за помощь в работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I дается анализ истории исследований и состояния изученности геолого-геоморфологических факторов русловых процессов. Отмечено,что еще В.М.Лохтин в 1097 г.указывал на необходимость учета всех природных факторов,влияющих на развитие русла. В советское время в изучении русловых процессов четко обозначились два направления - инженерно-гидрологическое и геолого-геоморфологическое. Первое уделяло внимание механизму процессов на основе применения законов гидромеханики и гидравлики. Второе,собственно геолого-геоморфологическое, направление рассматривало русла рек во всем их многообразии, с учетом факторов рельефа и геологического строения,но в течение длительного времени было описательным,а само явление изучалось в статике (как результат процесса).

Сближение обоих направлений теории русловых процессов произошло в послевоенный период благодаря обобщающим исследованиям М.А.Ве ликанова,Н.И.Маккавеева,Е.В.Шанцера.Н.Е.Кондратьева,Н.А.Ржаницина, И.В.Попова,в которых заметное внимание (особенно Н.И.Маккавеев и Е.В.Шанцер) уделено поймам и речным террасам, как продукту русло-формирующей деятельности рек. В это же время появляется и новый аспект в исследованиях речных русел:С.К.Горелов, Ю.А.Мещеряков, А.А.Чистяков и другие стали рассматривать строение поймы как метод изучения современных тектонических движений. Однако большинство ав торов рассматривает влияние тектоники на формирование продольного и поперечного профилей реки лишь на неотектоническом этапе: современные вертикальные движения (геодинамика) как фактор горизонтальных деформаций русла реки практически не рассматривался.

В целом тенденция к комплексной оценке природных факторов рус ловых процессов в настоящее время резко преобладает. Однако, влияние геолого-геоморфологических условий часто относят к "ограничивающим факторам" и,практически, исключают их из анализа (Н.Е.Кондратьев,И.В.Попов,Б.Ф.Снищенко) . Наиболее полно геолого-геоморфоло гические и структурно-тектонические особенности территории,по кото рой протекает река,нашли отражение в морфодинамической схеме классификации речных русел Р.С.Чалова,основанной на изучении руслофор-мирующей деятельности рек в различных,природных условиях.

Вопросы устойчивости и разрушения речных берегов в теории русловых процессов до сих пор остаются актуальными. Существует болыпо число расчетных формул, но из них лишь формулы Ц.Е.Мирцхулавы и Г.И.Швебса ориентированы на глинистые грунты,остальные - на песча-но-гравийные. Практически все формулы имеют единую структуру,основываясь на критических скоростях размыва. В последнее время предло жены также эмпирические формулы для определения скоростей отступания берегов (К.М.Беркович и др.).

В зарубежной литературе размываемость грунтов часто оцениваете не по условным размывающим или неразмывающим скоростям потока, а н строгом учете сил,действующих на границе поток-ложе, и особенностя их восприятия грунтами,слагающими русло реки.

Первые систематизированные сведения о долине и русле Терека из вестны с Петровских времен. В период Кавказских войн и вплоть до начала XX века они пополнялись русскими военными топографами и инж нерами. В советский период,за исключением•военного времени,в долин Терека активно ведутся комплексные инженерно-геологические исследо вания,служащие,главным образом,обоснованием проектов строительства оросительных систем. При этом русловые процессы (кроме устьевой об

ласти реки) практически не изучались.

В главе 2 рассматриваются методика и состав исследований. Геолого-геоморфологические исследования базировались на анализе литературных, фондовых и картографических материалов обцегеологической и инженерно-геологической направленности, изучении топографических карт и аэрофотоснимков разных лет. Одновременно проводились натурные маршрутные исследования для изучения особенностей строения русла, вдольбереговой полосы, поймы, террас. Для детализации отдельных участков и отбора образцов грунтов проводились горно-буровые работы.

Для оценки руслового режима реки использованы данные постов гидрометслужбы.а также материалы института "Севкавгипроводхоз".выполнявшего в 70-80-е годы большой объем изыскательских работ на Тереке и основных его притоках - Малке,Ваксане, Сунже (в этих работах принимал участие автор).

Лабораторные исследования предусматривали определение гранулометрического состава песчано-гравийных грунтов и стандартных физико-механических характеристик (в том числе и прочностных) глинистых грунтов; выполнялось также определение устойчивости глинистых грунтов к размыву. Для этих целей при участии автора был разработан и изготовлен специальный напорный гидравлический лоток. Его конструктивные особенности позволяли в широких пределах менять основные параметры потока: расход 0 =0-0,25 м3/с,скорость V=0-5,Ом/с напор Н=0-5,0 м,касательное напряжение =0-30 Па, т.е. приближать эти параметры к условиям реальных водотоков. Величина смыва определялась как разница в отметках поверхности монолита до и после опыта. С учетом времени опыта вычислялась интенсивность смыва. По результатам наблюдений строились графики зависимости интенсивности смыва £ от величин V, 7" и Н.

Русловой анализ проводился путем сопоставления топографических карт, изданных в разные годы,с привлечением данных натурных наблюдений, русловой и грунтовой съемок,морфоыетрических характеристик, описаний берегов и определения морфодинамических типов русла (по классификации Р.С.Чалова). При анализе продольного профиля русла исследовались взаимосвязи морфодинамических типов русла с особенностями геолого-литологического строения подрусловых отложений и берегов реки.

Глава 3 посвящена анализу геолого-геоморфологического строения района среднего течения Терека,известного как Терская низменность.

Это - аккумулятивная полого наклоненная к востоку равнина,сложенна мощной осадочной толщей и имеющая асимметричное строение. По право бережыо расположена Надтеречная равнина, по левобережью - Затереч-ная. Рельеф приречной части долины.эрозионно-аккуыулятивный, сложе четвертичными образованиями флювиального генезиса. Здесь выделяете ряд террасовых уровней различного типа и возраста.

1. Наиболее молодой (голоценовый) уровень - пойма,подразделяющаяся на низкую (аО?у) и высокую (аО?у). Оба уровня характеризуют^ свежестью форм рельефа - следами современного размыва и аккумуляци! обилием (особенно на низкой пойме) старичных понижений, задернованных при-русловых валов. Пойма залесена. Высота низкой поймы 0,2-2,0 м над уровнем межени, высокой - 2,0-4,0 м. Ширина поймы 1,5-5,0 км.

2. Позднехвалннская терраса (аОщ^у/! \/р) развита фрагментарно узкой полосой, преобладает на левобережье. Общая ширина её по обоим берегам 1,0-7,0 км. Высота уступа 4-8 ы. Для рельефа характерно наличие флювиальных форм: ложбин - бывших проток, береговых валов.На участках локальных тектонических поднятий прослеживаются межегади-альные уступы высотой до I м. Аллювий представлен разнозернистыми песками с примесью гравия и гальки (их доля сокращается вниз с 30-40 до 5-10%) и редкими прослоями иловатых глин, суглинков, супесей Он залегает с размывом на аллювии нижней хвалыни,образуя вложенные террасы,либо на супесчано-суглинистых образованиях хазара. Мощность от 15-18 до 0-5 м (под руслом и поймой).

В районе устья Сунжи террасовидный облик принимают верхнехва-лынские аллювиально-дельтовые накопления Сунжи и Аксая ("древние" слившиеся конусы выносов). Они залегают на размытой поверхности хазара, мощность 25-30 и. Представлены преимущественно песками с примесью гравия и гальки с маломощным супесчаным покровом (1,5 м). Древняя дельта Сунжи и Аксая образует слабоволнистую, полого наклоненную к востоку - северо-востоку поверхность, рассеченную Тереком. Правобережная часть продолжает местами размываться Тереком,левобережная представляет собой останец, оконтуренный с севера высокой поймой древнего русла Терека,соответствующей,по-видимому,начальному этапу новокаспийской трансгресии, с юга - современной низкой поймой

3. Раннехвалынская терраса (аО^/ш,) развита по левобережью от устья Малки до ст.Червленной и фрагментарно по правобережью. Для её рельефа характерны линейно вытянутые грядовые формы - следы

миграций древней дельты Терека на восток вслед за регрессируют™ хвалынским морем. Выделяется 2-5 ыежстадиальных уступов высотой до 1,2-1,5 м. Суммарная ширина раннехвалынской террасы 5-13км. Мощность аллювия 20-30 м, в переуглублениях - до 50 ы; представлен разнозернистыми песками с примесью гравия и гальки,часто образующими базальный горизонт, и редкими глинистыми прослоями. Он с размывом перекрывает отложения хазара.

В восточной части района (от ст.Калиновской до с.Виноградного) по правобережью узкой полосой (0,2-1,5 км) встречаются фрагменты аллювиально-пролювиальной раннехвалынской террасы высотой от 4-5 м у с.Виноградного до 8-16 м у с.Кень-Юрт. Поверхность террасы слабо всхолмленная,полого наклоненная к востоку.

4. В позднехазарское время формирование террасовых уровней проходило в два этапа. К позднему относится аллювиальная терраса (аОщ/и |)»прослеживаемая по правобережью от устья Малки до ст.Галю-гаевской.по правобережью - к западу от с.Терекского. Поверхность её слабоволнистая,полого наклоненная к востоку,со следами палеорусел. Ширина по правому берегу до 5 км,по левому - 3-10 км. Высота уступа 12-15 м. Сложена разнозернистыми песками с гравийно-галечниковы-ыи и глинистыми прослоями; мощность - 30-50 м.

5. К раннему этапу позднего хазара относится самы высокий флю-виальный уровень (0щ/?г ^-Надтеречная равнина,сложенная мощной толщей лессовидных суглинков (90 м и более). Равнина ограничена с севера эрозионным уступом высотой 25-35 м с прислоненными останцами хвалынских террас. Местами уступ обрывается непосредственно к руслу Терека. На поверхности равнины отмечаются эрозионные формы флювиаль-ного происхождения - межстадиальные уступы,следы палеорусел,переработанные просадочными.пролювиально-делювиальными и другими процессами, в результате чего первичный рельеф устанавливается с трудом. Равнина в субмеридиональном направлении пересечена крупными балками с плоским дном,висячими относительно причлененных хвалынских террас.

Долина среднего течения Терека приурочена к зоне Терского передового прогиба,отличающегося асимметричным профилем, значительной шириной,сложностью структуры. В плейстоцен-голоценовую фазу прогиб развивался унаследованно по отношению к более древнему тектоническому плану. В этот период активизируются вертикальные подвижки. За плейстоцен (~0,5 млн.лет) максимальное опускание Терского прогиба составило 0,5 км, поднятие осевой зоны Большого Кавказа 1,5 км,что соответствует средним скоростям движения:- I мм/год и+3 мм/год.

Меловой фундамент долины имеет блоковое строение с разнознаковыми вертикальными смещениями. Наиболее активные приподнятые блоки проявляются в рельефе в виде локальных тектонических поднятий - Аду-юртовском,Червленском,Моздокском,Сухотском и др.Высокоточное нивелирование, выполненное ГУГКом с 1976-1982 гг. на участке долины от ст.Галюгаевской до устья Сунжи с повторами через 0,5-1-2 года, пор твердило высокую тектоническую активность региона,характеризующуюся современной скоростью подъема блоков 3-14 мм/год, опускания 3-5 мм/год. По левобережью Терека преобладают воздымающиеся блоки.

В главе 4 приводятся основные сведения о гидрологических факторах русловых процессов. Исследованный участок реки (среднее тече ние) имеет протяженность по руслу 220 км и практически бесприточен Единственный правый приток - р.Курп имеет максимальный среднегодовой расход воды менее 5 мЭ/с. Это обеспечивает единообразие параметров стока на всем его протяжении.

Характерной особенностью Терека является повышенный половодно-паводочьый сток в период с апреля по октябрь (от 200 до 550 ыэ/с), обусловленный таянием снегов в горах и выпадением в этот период наибольшего месячного количества осадков, и продолжительная устойчивая мекень с октября по март (100-150 ы3/с). Колебания среднегодовых температур в многолетнем разрезе сказываются на интенсивности таяния ледников и снегов,что влечет за собой изменение среднего довых объемов стока в пределах до 90$.

Терек ежегодно переносит огромное количество твердого материала. Сток наносов его равен стоку наносов Волги,хотя водность её в 25 раз выше. На долю среднего Терека приходится транспорт наносов в объеме 10,6 млн.тонн в год. Внутригодовое распределение стока наносов изменяется соответственно стоку воды - увеличиваясь в поло-водно-паводочный период и снижаясь в межень.

Руслоформирующие расходы среднего Терека имеют сложный характе] изменений и характеризуется наличием трех локальных максимумов. Пр! этом нижний имеет высокую повторяемость и соответствует уровням затопления отмели, средний наблюдается при уровнях,близких к высоте пойменных бровок, а верхний соответствует выходу воды на пойму.

В главе 5 даются, характеристики физико-механических свойств современного аллювия и грунтов в русле среднего Терека. Современны! русловой и пойменный аллювий представлен здесь раздельнозернистыми образованиями. В западной части, долины это - гравийно-галечниковые отложения с прослоями и линзами песков, ниже по течению - разнозер-нистые и мелкозернистые пески с включениями гравия и мелкой гальки.

Замещение галечников песками носит покровный характер. При этом пески появляются сначала в виде линз,сменяющихся песками с "островками" галечников,а затем полностью выстилают русло. Замещение разно- и среднезернистых песков на мелкозернистые имеет ту же закономерность.

Пойменный аллювий имеет ту же закономерность распределения мех-состава по длине исследуемого участка,что и русловой. Но в его составе встречаются также иловатые супесчано-суглинистые образования. На низкой пойме они прослеживаются лишь единичными линзовидными прослоями. На высокой пойме они наблюдаются в виде покрова мощностью до 1,5-2,0 м. В распределении супесчано-суглинистых образований пойменного аллювия какой-либо закономерности не наблюдается.

Коренными грунтами долины среднего Терека являются лессовидные образования,для которых характерны низкая плотность и высокие механические характеристики,что объясняется значительным количеством карбонатного цемента,существенно повышающего прочность грунтов.

Морфология, морфометрия русла и русловые деформации Терека рассматриваются в главе 6. При выделении типов русла за основу принята морфодинамическая классификация Р.С.Чалова (1979).несколько трансформированная применительно к местным условиям. На среднем Тереке русло имеет следующие типы: I) разветвленное на рукава, 2)меандри-рутощее и 3) неразветвленное, относительно прямолинейное. Для каждого из них характерно наличие участков,отличающихся формой проявления и соответствующих им ыорфометрических показателей (табл.1).Выделенные типы русла по длине реки резко дифференцированы. Русло, разветвленное на рукава,занимает не более всей длины среднего Терека,преобладает ыеандрирующее -€¡9%; неразветвленное,относительно прямолинейное составляет 22%.

I).Русло,разветвленное на рукава,характерно для участка реки выше 264 км. Здесь выделяются два вида многорукавности- русловая и пойменная. Русловая многорукавность развита выше устья Малки.Суммар-ная ширина русла здесь достигает 0,7 км,изобилуя островами различных размеров; глубина - 1-1,5 м. Русло и берега сложены гравийно-галечниковыми отложениями. Русло прижато к правому берегу высотой 3-4 м.Левобережная пойма высотой 0,5-1,5 м имеет ширину 0,7-1,5 км. Наблюдается тенденция к правостороннему смещению русла,которое за 70 лет (1900-1970 гг.) составило 0,4-0,6 км. За этот же период место слияния Терека и Малки сместилось вниз по течению реки на 3,5-4,0 км.

Таблица I

Морфометрические характеристики речных русел среднего Терека I. Русло,разветвленное на рукава А) Русловая ыногорукавноеть (Терек выше устья Малки)

Русло

Острова

По#ма

Уклоны

Суммарная ширина рукавов, км

ВР •

Ширина пояса руслоформиро-вания, км

Ви>

Глубина, м

Длина/ и

/о

Ширина, м

Высота, м

Ширина, км

Высота уступа,и

Долины

Л

Потока

ъ

0,2-0,35 0,4-0,7

1-1,5

30-400

10-100 0,4-1,2 0,7-1,5 0,5-1,5 0,0019 0,0018

Б) Пойменная многорукавность

Русло

Пойма

Уклоны

Суммарная шири-.'Ширина пояса рус лона рукавов,км :формирования, км

ВР : пр__

Глубина, м

V

Ширина, км В„

Высота уступа,: Долины .'Потока м :

Н

Ь

а) устье Малки - 276 км

0,2-0,25 0,5-1,5 1,5-3,0 2,0-2,5 1,0-1,7 0,00183 0,001

б) 271-264 км

0,2-0,3 0,6-1,5 2,0-3,0 2,0-3,0 1,0-1,5 0,00076 0,00047

0

1

В

о

2. Меандрирующее русло

Продолжение табл.1

Русло

Пойма

Уклоны

Излучины

км : Вр : Нр ¡формирования, : Впр км •длина,км :шаг,км : : / : 1 : радиус кривизны,™, й . км : Вп : уступа,«. Нп Л : ь

А) Свободные излучины: а) 264-247 км

0,1-0,2 2,0-3,0 0,5-1,0 1,5-3,0 1,0-2,0 б) 247-225 км 0,5-1,2 1,0-2,0 1,5-1,7 0,001 0,0007

0,2-0,25 2,0-2,5 0,5-2,0 1,5-2,5 1,0-2,0 в) 212-155 км 0,3-1,0 2,0-4,0 1,0-1,5 0,001 0,00049

0,2-0,3 1,4-2,8 1,0-3,0 2,0-5,0 1,5-4,0' г) 155-131 км 1,5-3,0 1,5-3,0 1,5 0,001 0,00054

0,25-0,5 1,0-3,0 1,5 Б) 2,0-4,0 2,0-3,5 Врезанные излучины, 3,0-5,0 225-212 км 2,0-4,0 0,9-1,3 0,00066 0,00054 1 и м

0,1-0,15 2,0-3,0 3,5 4,0 1,0-1,5 0,5-0,7 4,0-5,0 1,5 0,0011 0,00038 I

В) Вынужденные и адаптированные излучины, 88-70 км

0,2-0,6 1,5-3,0 0,7-1,0 - - 3,0-3,5 1,0 0,00072 0,00058

3. Неразветвленное,относительно прямолинейное русло

Русло

Ширина,км :1'луоина,м гширина пояса руслоформиро Вр : Нр : вания, км, Впр

Пойма_

ширина, км :Ьысота уступа,п Вп : Нп

Уклоны_

Долины : Потока Л Л

0,1-0,15 2,5-3,0 0,25-0,5 1,0-2,5

а) 276-271 км

0,2 2,0-2,5

б) 131-88 км 0,7-1,0 0,7-2,0

1,5 1,0

0,001 0,00078 0,00072 0,00059

Пойменная многорукавносгь получила развитие на двух участках: устье Малки - 276 км и 271-264 км (створ плотины Терско-Кумского гидроузла).

а) Устье Малки - 276 км. Здесь русло представлено двумя рукава ми шириной 50-150 ы и глубиной 1,5-3,0 м,а также серией мелких про> ток. Суммарная ширина рукавов достигает 250 м. Пойма высотой 1-1,71 шириной 2,0-2,5 км резко преобладает по левобережью. Русло и берег) сложены в основном гравийно-галечниковым материалом. Правый рукав реки часто прижимается к правому высокому лессовому уступу коренно' го берега.

За 70 лет. участок претерпел значительные изменения,заключающие! не только в горизонтальных смещениях,но и в смене морфодинамическо: типа русла. Существовавшая здесь на 1900 г. русловая многорукавнос-к 1950 г. трансформировалась в пойменную,которая к 1970 г. также претерпела значительные перестройки - правосторонние горизонтальны« смещения всего участка достигают 500 м,трансгрессивные смещения излучин рукавов - 100-200 м.

б) 271-264 кы. Здесь пойменная многорукавность развита среди песчаных отложений,заполнивших верхний бьеф Терско-Кумского гидроу; ла уже к концу 60-х годов. Современные рукава в головной части бывшего водохранилища наследуют положение рукавов до 1950 г. Ширина р: кавов 70-200 м,глубина 1,5-3,0 м. Ширина поймы до 3,0 км.

2). Меандрирующее русло разделяется на три подтипа: свободные излучины,врезанные излучины, вынужденные и адаптированные излучины,

Свободные излучины характерны для 264-225 и 212-131 км русла. По морфометрическим показателям они группируются на четырех отрезках реки: 264-247, 247-225, 212-155 и 155-131 км.

а) 264-247 км. Ширина русла до 200 м, глубина 2-3 м. Пойма двуз сторонняя шириной 1-2 км с мелкими протоками. Длина излучин 1,5-3,0 км, шаг - 1-2 кы,радиус кривизны 0,5-1,2 км. Русло и берега образованы гравийно-галечниковыми отложениями.

б) 247-225 км. Ширина русла до 250 м, глубина 2-2,5 м.Мелких проток практически нет. Длина излучин русла 1,5-2,5 км, шаг - I--2,5 км,радиус кривизны 0,3-1,0 км. Пойма шириной 2-4 км. Русло и берега сложены песками (средний диаметр - 0,49 мм). За 70 лет горизонтальные смещения русла как вправо, так и влево достигли 1,0 км, регрессивное смещение излучин - 0,5-1,0 км.

в) 212-155 км. Здесь ширина русла 200-250 м, иногда 300 и даже 400 ы,глубина 1,4-2,8 м. Длина излучин 2-5 км,шаг - 1,5-4,0 км, радиус кривизны 1,5-3,0 км. Пойма преимущественно левобережная шириной 1,5-3,0 км. Русло и берега сложены песками (средний диаметр -

- 0,3 мы).,За 70 лет горизонтальные смещения (правосторонние ) русла составили 0,1-0,3 км. Трансгрессивные смещения излучин 0.5-1,0км.

г) 155-131 км. Ширина русла 250-500 м,глубиной 1-3 м. Длина излучин 2-4 км,шаг - 2-3,5 км,радиус кривизны 3-5 км. Пойма преимущественно левобережная шириной 2-4 км. За 70 лет горизонтальные смещения (правосторонние) русла в среднем составили 0,1-0,5 км,на участке 151г140 км - 3,0 км. Русло и берега сложены песками (средний диаметр - 0,2-0,3 мм).

Врезанные излучины 225-212 км - обусловлены выходом на данном участке коренных супесчано-суглинистых пород.сгабилировавших русло. За 70 лет горизонтальные смещения составили не более 50 м, заключаясь в основном в развитии омеговидных форм излучин на фоне очень слабых регрессивных их смещений. Ширина русла 100-150 м,глубина -2-3 м. Длина излучин около 4 км,шаг - 1-1,5 км,радиус кривизны 0,5-9,7 км. Ширина поймы 4-5 км.

Вынужденные и адаптированные излучины русла (88-70 км) обусловлены его расположением вдоль уступа высокой правобережной поймы,сложенной супесями. Ширина русла'250-500 мглубина 1,0-2,5 м. Ширина низкой поймы,полностью левобережной, 3-3,5 км. Здесь наблюдаются правосторонние смещения русла,достигающие за 70 лет в среднем 0,1 км, на отдельных участках - 0,5-0,6 км. Извилистость данного участка русла обусловлена избирательной размываемостью грунтов высокой поймы (вследствие дифференциации песчаного и глинистого материала в разрезе поймы).

3) Неразветвленное, относительно прямолинейное русло - отмечается на двух участках: 276-271 и 131-88 км.

а) 276-271 км - русло прижато к коренному правому берегу при наличии широкой левобережной поймы,сложенной гравийно-галечными грунтами. Ширина русла 100-150 м,глубина 2,5-3,0 ы. За 70 лет отмечаются слабые правосторонние смещения - 10-20 м.

б) 131-88 км - русло прижато к коренному ведущему берегу и отличается наличием узкой односторонней левобережной поймы (0,7-2,0 м). Ширина русла 0,25-0,5 км,глубина 1-2,5 м. За 70 лет смещения русла, в основном правосторонние ,не превышали 0,5 км.

В главе 7 рассматриваются результаты лабораторных исследований размыва связных грунтов. Методической базой лабораторных исследований являлись работы Р.Ареатурая и К.Аруланандона (1978).предложивших интенсивность размыва (6 ) оценивать в зависимости от величины касательного напряжения (Т ) .развиваемого потоком на стенке,т.е. £ =

Предложенная ими зависимость в несколько трансформированном виде выражается уравнением: £ = МТ+ К, где М - тангенс угла наклона прямой; К - определяется точкой пересечения оси £ экстраполированной прямой.

Исследования проводились в напорном гидравлическом лотке на 9 монолитах,представленных аллювиальнши супесями и суглинками и супес-чано-суглинистыми грунтами коренного ложа. При выполнении исследований скорость эрозии определялась как линейная величина (м/с),т.е. в виде глубины размыва в единицу времени. Получены критические значения "Тс,при превышении которых скорость эрозии резко возрастает и имеет значимые величины. Для супесей ¿с =0,24 Па,для суглинков -1,81 Па,для коренных грунтов 0,82 Па. Для каждого из исследуемых грунтов зависимость принимает вид:

1) для супесей - £ = 6,51 I -1,56

2) для суглинков- £ = 3,54 / -6,36

3) для коренных супесчано-суглинистых грунтов £=2,22^-1,81

Размываемость супесей выше,что объясняется меньшим содержанием

в них глинистых связующих частиц. В то же время угол наклона прямой М для коренных грунтов меньше,чем для аллювиальных,что объясняется наличием в коренных грунтах растворимых соединений,связывающих частицы грунта в сухом состоянии,но теряющие эти свойства при смачивании. Скорость растворения этих соединений сказывается на интенсивности размыва.

В главе 8 оценивается влияние геолого-геоыорфологического строения долины на морфологию, морфоыетрию и деформации русла. Показано, что оно проявляется в довольно четком контроле распределения типов русла уклонами дна долины. Так,разветвленное русло развивается в диапазоне уклонов 7„>0,001; при 70 < 0,001 русло переходит сначала в неразветвленное,относительно прямолинейное,а затем- в меандрирую-щее . Исключение составляет участок 271-264 ^»соответствующий верхнему бьефу Терско-Кумского гидроузла,где разветвленность проявляется при уклонах 0,00076. Это участок не может служить показателем проявления естественных процессов,т.к. 'является объектом техногенного воздействия.

Анализ ыорфоыетрических характеристик показывает их закономерное изменение при смене морфодинанического типа русла. Так,показатель А = 7оВп/ ЗрВр при переходе от русловой многорукавности к пойменной изменяет свою величину с 3,5 до 18,3. Для участков свободного меанд-рирования рек с песчаным аллювием наблюдается закономерное уменьшение его величины с 27,7 до 10,5 вниз по долине. Другие типы русла имеют собственные значения этого показателя.

Выделенные морфодинамические типы русла характерны для равнинных рек,что подтверждается таким показателем,как соотношение Нр/Вр, имеющим величины от 0,021 до 0,0046 в пределах всего среднего Терека. Состояние динамического равновесия русла среднего Терека подтверждается значениями показателя К.В.Гришанина М

Для большинства выделенных типов русла он соответствует условию 0,75 <М <1,05. Исключение составляют лишь два участка: выше устья Малки и 271-264 км. Для первого М =0,56,что свидетельствует (по К.В. Гришанину) о процессах эрозии русла. Этотучасток является нижним бьефом водозабора Мало-Кабардинской оросительной системы и испытывает дефицит стока наносов,что обусловливает процессы врезания. Второй участок является верхним бьефом Терско-Кумского гидроузла, где процессы аккумуляции(здесь М =1,15) вполне естественны; таким образом, в обоих случаях превышение граничных значений М обусловлено техногенным фактором.

Геоморфологическим фактором.влияющим на русловые процессы,является также асимметрия долины,выражающаяся в наличии высокого правого коренного берега и обширных аллювиальных террасе по левобережью. Это не только оказывает влияние на направленность современных горизонтальных деформаций,но и способствует формированию самостоятельных типов русла на 131-88 и 88-70 км. В первом случае расположение реки вдоль трудно размываемого коренного берега обусловило формирование неразветвленного относительно прямолинейного русла. Во втором случае река огибает древний конус выноса рек Сунжи и Аксая,образуя серию вынужденных и адаптированных излучин.

Влияние литологии пород на деформации русла сказывается как в комплексе с элементами геоморфологического строения, так и самостоятельно. В первом случае оно проявляется через дифференциацию аллювия, обусловленную,в свою очередь,изменением уклонов,с которыми в общих чертах увязывается распространение типов русла. Разветвленное русло наблюдается только в гравийно-галечниковом аллювии. Мёавдрирующее русло в галечниках отличается по морфометрическим показателям от излучин на участках с песчаным аллювием. Во втором случае крупные врезанные излучины 225-212 км контролируются по их форме выходами в русле и основании террас коренных трудноразмываемых грунтов.

Неразветвленное, относительно прямолинейное русло 231-88 км приурочено к осевой зоне локального неотектонического поднятия. Отсутствие извилистости русла на данном участке объясняется однородностью

механических характеристик грунтов коренного берега, к которому прижата река. На участке 88-70 км ведущий берег сложен грунтами с разнородным литолэгическим составом (встречаются пески,супеси,суглинки) и,соответственно, с различной устойчивостью к размыву,что способствует формированию вынужденных и адаптированных излучин.

Анализ строения подруслового аллювия по продольному профилю русла позволяет выявить дополнительные условия,определяющие развитие морфодинамических типов русла. Как отмечалось, разветвленное русло находится в зоне галечникового аллювия,но на участке русловой многорукав-ности его мощность под руслом в среднем составляет 10 ы,а на участке пойменной ыногорукавности от устья Малки до 276 км - не более 2 м. Первый участок неразветвленного относительно прямолинейного русла совпадает с мощностью подрусловых галечников 5 м. В верхнем бьефе Терско-Куыского гидроузла (271-264 км) галечники перекрыты песками мощностью 2-4 м, что соответствует границам второго участка пойменной многорукавности. Для обоих участков пойменной многорукавности характерно то, что мощность подруслового аллювия, подстилаемого труднораз-мываемыми грунтами (в первом случае коренными,во-второы - аллювиальными галечниками), примерно соответствует средней глубине русла. Таким образом,для разветвленного русла при прочих равных условиях (расходы,уклоны и т.п.) мощность и диалогический тип подрусловых отложений определяют морфодинамический тип русла.

На 264-131 км развиты свободные излучины (за исключением 225-212 км).которые по морфометрическим характеристикам группируются в четыре участка,отличающихся составом и мощностью подруслового аллювия, Уменьшение крупности частиц аллювия и увеличение его мощности соответствует закономерному уменшению соотношения I /\_ и увеличению ширины пояса руслофорыирования. В это понятие входит ширина пояса меан-дрирования для меандрирунцего русла и ширина пояса разветвленности для разветвленных русел.

• Для оценки влияния геолого-литологического строения на горизонтальные деформации русла проведен коррреляционно-регрессионвый анализ. В качестве показателя развитости горизонтальных деформаций русла принята величина пояса руслофорыирования (Впр),определенного для каждого морфодинамического типа русла,а также отдельных участков в их пределах. Полученное уравнение регрессии имеет вид:

в Вр0,335.Вп0,144 . Ъ 1,518 . ^ 0,202.Нд 0,276

=" " Нр2"б2 ;103,472

где Впр - ширина пояса руслоформирования,км; Вр - ширина русла,км; Нр - глубина русла,м; Зп - ширина поймы,км; 7о - уклон долины; Зр -- уклон русла; Ыа - средний диаметр аллювия,мм; На - мощность однородной толщи подруслового аллювия,м; - коэффициент.

Расчетные величины имеют донолыгсг высокую сходимость с фактическими данными (табл.2,рис.1) за исключением участков 276-271 и 225-212 км (первый из них - неразветвленное,относительно прямолинейное русло,второй - врезанные излучины). В первом случае расчетная величина в два раза выше фактической,во-втором - в два раза ниже. На остальных участках отклонения не превышают +10-15%, а на отдельных даже +2-3%.

Таблица 2. Основные характеристики литологического строения русла,фактические и расчетные значения пояса руслоформирования

Морфодинамические типы ¡Мощность:

.подрусло-: :вого ал-: •лювия, :

русла

Н а

Средний диаметр наносов с/а »мм

,м

:Ширина пояса русло-:0ткло-:форм ирования,Впр,км:нение,

;фактичес-:расчетная: % :кая :

1.Многорукавное русло:

а) русловая многорукав-

ность:

I) Терек выше Малки

б)пойменная многорукав-ность:

1) Устье Малки-276 км

2) 271-264 км

2.Меандрирующее русло:

а) свободные излучины:

1) 264-247 км

2) 247-225 км

3) 212-155. км

4) 155-131 км

б) врезанные излучины I) 225-212 км

в)вынужденные и адаптированные излучины

I) 88 км -устье Сунжи

3.Неразветвленное относительно прямолинейное русло:

1) 276-271 км

2) 131-88* км

10,0 11,0 0,6 0,7 + 16

2,0 17,7 1,0 0,98 -2

3,0 0,3 1,0 0,91 -8

4,0 19,0 0,8 0,83 + 4

4,0 0,49 1,3 1,41 +8

1,0 0,3 2,0 1,78 -II

15,0 0,25 1,5 1,35 -10

0,5 0,49 3,5 2,3 -34

12,0 0,23 0,9 - -

5,0 14,0 0,2 0,41 + 105

5,0 0,25 .0,9 - -

«P,KU

4

Îi-'.Г.

левый Зерег

правый iscsr

р-ПЛО II

"а

5

ТО 15м

¿ÎTICo о о

с. СЗ '« Э ф

s

«=> о о » О- • С

/ V/

м -«г

C\J OJ

э • о * ô'-fcv .о. ; с

! ч

lS

^F/i

ОДО /

s:

8 §

S К

■0.3;:

8 S

0,25 . .

sy/////

■0,25.-

7777777777.

/

Л \'/У/<

0,28

/ ///У

SÏ.

И Р. о о Ч t. о о

Г< «С (С cl sj»-t

USX • fi к

оt. ?•>« о , о s

usa

- е

Ч (К

ВЧ V „ум

s I §

г> о о о

о) О Я «3

& е а &

g а а

Щ S

р

>* у

s

//1 сjnесчано-сvглинистые V/А аллсвиальные /Л грунты хазара У /Л с/гишси

аигаиальяае scjnici |

ш

песок »^крупный б)мелга!Я

0.19 - средиа диачэтр частиц

Fie. схема геолого-ятоштеокого отроеи*я pjcxa ш берегов Среджего Терека,совиекнвая с xpiJOÏ ымевепя хмппш поим рходаформроваяш^ )

соответственно морфодиампеокп тип au русла.

Схема влияния мощности и литологии грунтов,слагающих русло и берега реки как геологических факторов формирования русла,представлена в таблице 3. Геолого-литологическое строение подрусловых отложений оказывает значительное влияние также на интенсивность горизонтальных деформаций русла.

Таблица 3. Геологические факторы формирования морфодинамического типа русла

-си о X 1=1 о о о ш о

Морфодинамические типы русла

Развет-:Меандрирующее русло

т™глп°е•свободное:вре занные: ^ :меандри- гизлучины : ■рование :

_:Неразветвленное,

яннтапрннкр•относительно пря-тв,™^^е:молинейное русло

ванные :с широкой:с узкой излучины :поймой :поймой

Мощность и грану- Мощность лометрический подрусло-состав подрусло- вого вого аллювия аллювия

Мощность подрусло-вого аллювия

о

Сч

о X X

СЦ

X

ей

и

С-.

о

Литологический тип

подрусловых отложений

Литологи-

ческий

тип

грунтов

береговых

уступов

Литоло-

гический

тип

грунтов береговых

уступов

Б

При дальнейших исследованиях на разных реках помимо геологических факторов развития русловых деформаций следует учитывать также различия в расходах воды 0 и уклонах 7о . С учетом типа и мощности руслового аллювия искомая зависимость должна выражаться функцией

Впр = /(0, Вп, 70 ,с/а, Н« ) ПРи этом через расходы воды,уклоны и ширину долины, мощность и состав аллювия будут отражаться зональные особенности горизонтальных деформаций русла в условиях их свободного развития. Тектонические особенности территории сказываются уже на региональном уровне - долина среднего Терека заложена в ложбине Терского прогиба,разбитого сложной серией дизъюнктивных нарущений на блоки,испытавшие в неотектонический этап разнознаковые вертикальные движения. Преобладание восходящих движений по левобережью обусловили смещение Терека вправо,подмывая правый коренной берег и формируя по левобережью обширные аллювиальные террасы и в целом асимметричную в поперечном профиле долину.

Современные вертикальные движения имеют унаследованный характер,что отражается в продолжающемся в настоящее время воздымании Затеречной равнины. Это обуславливает общую тенденцию современного направленного смещения русла реки вправо, следствием чего является резкое преобладание размывов правого берега.

Тектонический фактор сказывается и в развитии того или иного морфодинамического типа русла. В районе 225-216 км русло располагается в зоне глубинного разлома, ориентированного вкрест оси долины. Активизация разлома, приходящаяся на. неотектонический этап и продолжающаяся в настоящее время,привела к воздыманию блока, расположенного выше разлома, что проявилось в увеличении уклонов долины на данном участке (7о=0,001Л, относительно смежных (7о=0,001). На начальном этапе увеличение уклонов долины при воздымании блоков, очевидно, вызвало увеличение уклонов русла и, соответственно, скоростей потока, активизировав размыв руслового аллювия. Уменьшение его мощности под руслом по мере врезания, согласно приведенным выше формулам, обусловили сужение пояса меандрирования (руслоформирова-ния). Это наблюдалось до тех пор, пока на дне русла не обнажились коренные грунты. Над зоной разлома в четвертичных отложениях формируется микротрещиноватость, понижающая механическую прочность грунтов. Река интенсивно их размывает, но т.к. участок размыва ограничен (снизу по течению) трудноразмываемыми бортами зоны разлома, ориентированного вкрест долины, поток активно мигрирует в поперечном направлении, образуя врезанные излучины, ширина пояса меандрирования которых почти в 2 раза выше чем на соседних участках русла.

131-88 км русла приурочен к сводовой части локального неотектонического поднятия, ориентированного длинной осью по простиранию долины. Во время воздымания сводовая часть поднятия испытывает максимальные растягивающие усилия, способствующие развитию вдоль длинной оси зоны микрогрещиноватости с пониженными прочностными характеристиками грунтов. Река, прорезающая поднятие по длинной оси, оказывается "зажатой" более устойчивыми к размыву бортами зоны и вынужденно формирует врезанное неразветвленное, относительно прямолинейное русло. На данном участке к началу воздымания река уже частично располагалась вдоль коренного берега. Его уступ оказался пространственно согласован с длинной осью поднятия, и Терек был зажат в его узкой ослабленной зоне.

Таким образом тектоника предопределяет не только место заложения долины и её облик, тенденцию направленных горизонтальных смещений русла, но и в ряде случаев имеет существенное значение при формировании в предгорной зоне того или иного морфодинамичебкого типа

русла (врезанных излучин или врезанного прямолинейного русла) в зависимости от ориентировки зоны поднятия (вдоль или поперек долины).

В главе 9 приводятся методы расчета эрозии русла. Для оценки интенсивности горизонтальных смещений русла, сложенного песками и галечниками, в условиях свободного развития русловых деформаций K.M. Берковичем (1987) предложена формула: Сб = K(Q2 J/c/Нб), где Сб -скорость отступания берега, м/год; Q - среднегодовой расход воды, м3/с; J- уклон; d - средний диаметр наносов,мм; Нб -высота подмываемого берега над меженным уровнем,м; К -коэффициент с размерностью (м3/с)~*,изменяющейся в пределах от 6,0 Ю-3 до 0,8 10~^,в зависимости от водности рек. При сопоставлении расчетных значений отступания берега с данными среднегодовых смещений русла среднего Терека за период с 1900 по 1970 гг. выявлена необходимость корректировки коэффициента К. Если для равнинных рек, по К.М.Берковичу, этот параметр не превышает величины 6,0 Ю-3, то на Тереке он возрастает на порядок и достигает величины 7,5 10"^ (табл.4). При этом наблюдается довольно четкая дифференциация его значений в зависимости от литологического типа размываемых отложений, а также от морфодинами-ческого типа русла - меньшие для разветвленных русел, большие для меандрирующих. Максимальные значения К характерны для участков русла с большей мощностью подруслового аллювия.

Для оценки интенсивности размывов русла в берегах, сложенных глинистыми грунтами, автором разработана методика,отличающаяся от общепринятых,базирующихся,в основном,на работах Ц.Е.Мирцхулавы. Существующие методы расчета русловых деформаций в глинистых грунтах учитывают характеристики грунтов лишь качественно,разделяя их на легкоразмываемые,трудноразмываемые или неразыываемые. Гидравлические характеристики потока при этом сводятся лишь к понятию "допустимых" или "недопустимых" (размывающих или неразмывающих) скоростей, определяемых-либо расчетным,либо лабораторным путем. При этом структура расчетных формул остается той же, что и для раздельнозернистых грунтов, но с поправочными коэффициентами, учитывающими свойства глинистых грунтов (в частности сцепление).

Н.И.Ыаслов (1982) в качестве одного пз показателей прочностных свойств грунтов предложил использовать сопротивляемость сдвигу (S ), величина которого численно равна критическому касательному напряжению (7с2),при превышении которого происходит сдвиг или разрушение грунта. Если учесть,что отрыв частиц на стенке потока происходит за счет сил трения (касательных напряжений Т) .развиваемых потоком, т.е. полностью моделирует условия работы грунта при сдвиге, то такой показатель как Tci представляется наиболее оптимальным при

Таблица 4

Сопоставление скорости отступания берегов по формуле К.М.Берковича и фактической

за период 1900-1970 гг.

Тип русла (участок реки)

Средне-: годовой: расход

О,

м3/с:

Уклон :Средний¡Высота под-:Скорость отступания: К :диаметр:мываемого :берегов, С5 м/год : ¡наносов:берега, :фаКтичес-:расчетная: (м3/с) 1 : а,мм : Нб, м :кая : :

-1

¡Мощность :подрусло-.вого :аллювия 'На , м

Русловая мно-горукавность 170 0,0018 10,8 3,0-4,0 8,5 7-9 0,001 20,1

!. Пойменная мно-горукавность (устье Малки --276 км) 260 0,001 17,7 1,0-1,7 8,5 8,6 0,0017 1,5

!. Меандрирующее русло Свободные излучины

а. (264-247 км) 0,007 19,0 1,5-1,7 7,1 7,0-7,1 0,008-0,009 4,5

б. (247-225 км) 0,00049 0,49 1,0-1,5 14,3 14,4 0,012-0,018

(212-155 км) 0,00054 0,3 1,5 4,3 4,2 0,075

(151-131 км) 0,0С054 0,25 0,9-1,3 7,1-42,9 7,5-43,1 0,075-0,013

го го

оценке устойчивости грунтов к рызыыву. Если разв иваемые потоком напряжения Г не достигают критических величин, то участок русла устойчив к размыву; при их превышении происходит размыв русла.

Критические значения Т и зависимость интенсивности размыва от развиваемых потоком касательных напряжений для аллювиальных супесей и суглинков, а также супесчано-суглинистых коренных грунтов получены лабораторным путем в описанном выше лотке. Для определения касательных напряжений на стенках русла Терека использована зависимость Д.В.Найта и М.Е.Хамеда (1981),которая, при некоторой трансформации, имеет вид: „ п

Г= Bj^e"3-253 4^+3) +6,189,

где 7" - касательное напряжение на стенке потока; В и H - ширина и глубина русла; J - гидравлический уклон,¿¿пы. -синус угла наклона стенки потока. Касательные напряжения на каждом конкретном участке русла определялись соответственно основным фазам гидрологического режима-межени, паводку и др.

Расчет размывов глинистых берегов Терека выполнен на трех участках: 278,5 км, 254,3 й 215,5 км русла. На первых двух размываются коренные супесчано-суглинистые грунты, на третьем - аллювиальные супеси поймы. Результаты расчета следующие:

1) 278,5 км. Размываемый берег правый,среднегодовой размыв 5 м/год, уклон русла - 1,2%<>,высота уступа до 20 м.

2) 254;3 км. Размываемый берег правый, размыв - 5 м/год, уклон русла - 0,8%о,высота уступа до 15 м.

3) 215,5 км. Размываемый берег левый,размыв - 2 м/год, уклон русла 0,3%о, высота уступа 2 м.

В качестве примера расчета в таблице 5 приводятся данные по участку 278,5 км.

Проведенные исследования показывают, что размыв берегов происходит в паводочный период - при подъеме уровня воды и достижении потоком "Г превышающих Тс7. При сопоставлении фактических и расчетных величин среднегодовых размывов берегов реки (табл.6) наблюдается некоторое несоответствие - расчетные на 20-60% выше фактических, что объясняется влиянием ряда природных факторов, не учитываемых методикой расчета.

Таблица 6. Сопоставление фактических и расчетных величин размывов

Метод определения : Участок

среднегодового размыва : 278,5 км : 254,3 км :215,5 км

фактический 5 м 5 м 2 м

расчетный 8 м 6,8 м 2,4 м

отклонение + 60% +36% + 20%

Таблица 5

Расчет среднегодового размыва берега,сложенного супесчано-суглинистыми образованиями хазара на 278,5 км (7=1,2?«; 7с?. =0,82 Па)

Месяцы : I : П : Ш : 1У : У : У1 : УП ; : УШ ; : IX : X : XI ; : ХП

Расход воды

Q, м3/с 112 115 126 196 301 409 545 483 327 231 153 128

Ширина,

В,и 104 104 105 107 III 117 119 118 III 108 105 105

Глубина,

Н, м 1,2 1,2 1,23 1,32 1,47 1.6 1,75 1,7 1,5 1,37 1,25 1,23

}/Л ы. 0,1 0,1 0,1 0,1 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,1 0,1 ОД

'Г ,Па 0,41 0,41 0,43 0,46 0,98 1,09 1,25 1,18 1,04 0,48 0,43 0,43

м/с, Ю-6 - - - - 0,32 0,58 0,95 0,78 0,46 - - -

м/сут - - - - 0,028 0,05 0,08 0,07 0,04 - - -

м/ыес - - - - 0,84 1,49 2,45 2,03 1,19 - - -

м/год

8,0

Для участка 215,5 км наличие в супесчаном аллювии поймы прослоев с повышенным содержанием глинистых частиц,связующих пылеватые и песчаные, несколько повышает устойчивость берега к размыву по сравнению с лабораторными исследованиями,предусматривакщими точечный отбор образцов. Кроме того,наличие корневищ растений оказывает армирующее действие и несколько повышает устойчивость к размыву всего массива.

Для участков 278,5 и 254 км,где размываемые берега сложены коренными супесчано-суглинистыми образованиями и|ймеют высоту уступов 15-20 м,некоторая дифференциация прочностных свойств грунтов не имеет принципиального значения. По наблюдениям автора,размыв здесь происходит следующим образом: в паводочный период,при достижении потоком 7с г начинается размыв основания выспкого уступа и образование ниши размыва; по достижении некоторой критической величины происходит обрушение нависающего массива грунта; обрушившийся массив отжимает поток от размываемого берега и лишь после выноса потоком обрушившейся массы возобновляется размыв основания уступа.

Наблюдениями установлено,что отступание бровки уступа в результате размыва и обрушения происходит один раз в три года. Это проверено расчетным путем с использованием формулы Н.И.Маслова (1982):

tfY=tyY+C/J>h , где tyy- тангенс угла плоскости скольжения; t<ji> - тангенс угла внутреннего трения грунтов, С - сцепление,кгс/см^, ß - плотность грунта,т/м3; h -высота уступа до расчетной точки. Схема отступания берега приведена на рис.2. При расчетах учтено,что нижняя часть уступа до высоты 3 м над меженным уровнем находится в замоченном состоянии (высота паводка - около 2 м + высота капиллярного увлажнения около I м = 3 м). Расчетная плоскость скольжения определяет два основных параметра: в нижней части уступа максимальную глубину ниши размыва, в верхней - отступание бровки уступа при обрушении. Расчет ведется от исходной вертикальной стенки. Расчетная плоскость отрыва проходит в 15-16 м от бровки уступа (реальные трещины отрыва проходят в 12-18 м от бровки). Глубина ниши размыва,определяемая расчетной плоскостью скольжения,не превышает 5 м. После размыва ниши,обрушения уступа и выноса обрушившегося грунта потоком (что происходит за один год, т.к. обрушенный грунт не имеет структурных связей и легко размывается) глубина размыва по меженному урезу не превышает 1-2 м. Расстояние от уреза воды до еновь образованной бровки составляет в плане 13-14 м. При средней скорости размыва 6-8 м/год, на размыв этого участка потоку потребуется два года, Таким образом, весь цикл размыва высоного лессового уступа проходит за три года, при сохранении средней скорости размыва 5 м/год.

а) р;.эивв вертикального уступа:

- образование ниши размыва,

- обоупение массива грунта.

б) размыв вшоложенного основания высокого уступа со скоростью 6-8 ц/год до образования новой вертикальной стенки.

?ис. Схема размыва высокого берегового уступа,слозенного супесчано-суглинистыми образованиями хазара ( ^гт-пт'12)*

Основные выводы:

I. Современный эрозионно-аккумулятивный асимметричный рельеф долины среднего Терека,заложенный в зоне Терского прогиба,формировался в послехазарское время на четвертичных осадочных образованиях преимущественно флювиального генезиса. Аллювиальные толщи,слагающие террасы левобережной Затеречной равнины,с размывом залегают на су-песчано-суглинистых образованиях хазара,образующих по правобережью высокую террасу Надтеречной равнины. Современный аллювий,слагающий пойму и русло реки,представлен в западной части долины (до 247 км русла) гравийно-галечниковыми отложениями,ниже по течению сменяющимися песками. В разрезе поймы встречаются прослои илов. Мощность подруслового аллювия на разных участках меняется от 0,5 до 15,0 м. Дочетвертичный фундамент имеет блоковое строение. За неотектонический этап восходящие блоки,преобладая по левобережью,обусловили "перенос" поперечного профиля долины. Современные вертикальные движения земной коры имеют унаследованный характер - восходящие блоки также преобладают по левобережью,обуславливая тенденцию общего смещения русла реки вправо и провоцируя активизацию правосторонних размывов.

2. Терек в пределах среднего течения характеризуется как равнинная река. Здесь выделяются русла,разветвленные на рукава,меандрирую-щие и неразветвленные,относительно прямолинейные. Русла,разветвленные на рукава, представлены двумя морфодинамическими типами: а)русловая многорукавность и б) пойменная многорукавность. Меандрирующие участки русла представлены тремя типами: а)свободные излучины,

б)врезанные излучины, в) вынужденные и адаптированные излучины. Не-разветвленные,относительно прямолинейные русла представлены двумя типами: а) с широкой и б) с узкой поймой.

3.-Смена типов русел обусловлена изменением геолого-геоморфологических условий на соответствующих участках реки - уклонов и ширины днища долины,литологического типа и мощности подруслового аллювия, наличия в береговых уступах и русле трудноразмываемых грунтов. Все морфодинамические типы русел подразделяются на-русла со свободным и ограниченным развитием горизонтальных деформаций. К руслам со свободным развитием деформаций отнесены все типы разветвленного русла, меандрирующее русло со свободными излучинами,неразветвленное,относительно прямолинейное русло с широкой поймой; ограничения условий развития деформаций обуславливают формирование врезанных,вынужденных и адаптированных излучин,неразветвленного,относительно прямолинейно-но русла с узкой поймой. Для русел со свободным развитием горизонтальных деформаций за показатель их активности принята ширина пояса

руслоформирования (Впр). Получена зависимость,отражающая комплексное влияние расходов воды,уклонов и ширины долины,типа и мощности подруслового аллювия на величину этого показателя.

4. Наличие врезанных типов русел (врезанные излучины,неразвет-вленное,относительно прямолинейное русло с узкой поймой) является отражением неотектонического этапа разивтия долины реки вцелом. Врезанные излучины формируются над зоной глубинного поперечного разлома при разнознаковых подвижках его бортов. При малой мощности аллювия приподнятость вышерасположенного по течению участка приводит к обнажению на дне русла коренных труднорармываемых грунтов,в которых вследствие специфического распределения сил в подразломной зоне формируется зона микротрещиноватости. Поперечная относительно оси долины ориентировка этой зоны обуславливает поперечную миграцию русла и врезание его в коренные грунты. Неразветвленное,относительно прямолинейное русло с узкой поймой формируется над осевой зоной локального неотектонического поднятия,купольная часть которого испытывает разрывающие усилия вдоль своей длинной оси. Здесь также развивается зона микротрещиноватости,разрабатываемая и углубляемая рекой. Горизонтальные деформации русла ограничены бортами зоны,не затронутыми трещинами. Таким образом,оба типа русел имеют единый механизм формирования, отличаясь лишь особенностями проявления тектонических движений.

5. Формула К.М.Берковича, предложенная им для оценки отступания песчаных берегов равнинных рек Европейской части СССР,может успешно применяться при расчете размыва берегов рек Предгорной зоны Кавказа (в т.ч. Терека) при увеличении коэффициента К для разветвленных русел в гравийно-галечниковых отложениях до величины 0,001-0,0017 (мэ/с)~1,для свободно меандрирующих в гравийно-галечниковых отложениях - 0,08-0,009 (м3/с)-1, в песчаных - 0,019-0,075 (м3/с>-1.

б. Предлагаемая методика расчета размывов берегов,сложенных глинистыми грунтами,базируется на учете сил,развиваемых потоком на стенке русла в различные фазы водного режима реки (межень,паводок и т.п.). Расчетные величины размывов на 20-60% превышают величины фактически наблюденных среднегодовых размывов за период 1900-1970 гг Величина отклонений прямо пропорциональная высоте размываемого уступа. При низких уступах (пойма) отклонения объясняются армирующим действием корневищ растений и неоднородностью диалогического состава размываемого массива грунта. Размыв высокого уступа (>5 м) носит цикличный характер. При этом в первый год происходит подмыв основания уступа и его обрушение (размыв минимален),в последующие два года - усиленный размыв пологого откоса до восстановления отвесной

стенки. В результате отклонения за трехлетний цикл сводятся к минимуму. Размыв береговых уступов,сложенных глинистыми грунтами, происходит в половодно-паводочный период и начинается при прохождении среднего интервала руслоформирущих расходов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Взаимосвязь морфологических типов русла реки Терек с уклонами водного потока и гранулометрическим составом русловых отложений. В кн.: Исследование русловых процессов для практики народного хозяйства.Изд.Моск.ун-та, 1983, С. 120-1I.

2. К вопросу изучения русловых деформаций. В кн.: Использование и охрана водных ресурсов Верхней Кубани. Ростов-на-Дону,1983,

С.99-104.

3. Геолого-литологическое строение русла р.Терек. Гранулометрический состав русловых отложений. В кн.: Тезисы докладов У1 краевой конференции по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа. Ессентуки,1985. С.307-308.

4. Дешифрирование аллювиальных отложений на примере долины среднего течения р.Терек. 3 кн.:Методика и технические средства геоиндикационного дешифрирования. Свердловск, 1986. С.166-168.

5. Изменение морфологии русла и руслоформирующих наносов от истока до устья (на примере р.Терек). Геоморфология,1987,Гг 1.С 86-94 (Соавторы - Р.В.Лодина, А.Ю.Сидорчук, Р.С.Чалов).

6. Об устойчивости лессового уступа Надтеречной равнины. В кн.: Научно-технический прогресс и изыскательская практика. Пятигорск, 1987. С.41-50.

7. 0 закономерностях развития горизонтальных деформаций русла Среднего Терека. В кн.: Научно-технический прогресс и изыскательская практика. Пятигорск, 1987. С.112-113.

8. Морфодинамика русла среднего Терека и её связь с историей развития реки и геоморфологией долины. Геоморфология, 1988.,'''- 3. С. 56-65.

СКГВХ 229-100.1591г.