Излучины русла, их элементы и форма. Классификация излучин

Извилистость характерна для равнинных и полугорных рек, на­ходящихся в стадии врезания или стабильного состояния продоль­ного профиля. Менее характерны излучины для рек в стадии ак­кумуляции. Лучше всего развиты излучины (меандры) у равнин­ных рек с глинистыми или суглинистыми берегами, несущими много наносов.

—ось долины Ьк-







Рис. 55. Элементы излучин: L — шаг излучины; г — радиус излучины; h — стрела прогиба; В — ширина пояса меандри­рования; 6 — ширина русла

Рис. 56. Формы излучин в плане: А — сегментные; Б — синусоидаль­ные; В — сундучные; Г — омеговидные; Д — заваленные; £ — сложные

Среди вторичных излучин выделяют три типа: вынужденные, свободные и врезанные.

Берега свободных излучин подвергаются деформациям направ­ленного характера и испытывают смещение в продольном и в по­перечном направлениях по отношению к оси долины реки. Скоро­сти смещения излучин находятся в прямой зависимости от расхо­да воды и уклона и в обратной от высоты, берегов и некоторых других факторов. В процессе синхронных перемещений в продольном и поперечном направлениях, значительные изменения может претерпевать форма свободных меандр. Причины таких изменений рассмотрены ниже, при описании формирования поймы.

Излучины, определяя гидравлическую структуру изгиба потока, играют большую роль в формировании речных долин, и, прежде всего пойм и слагающих их фациальных разностей аллювия.

По определению Н. И. Маккавеева, пойма — это приподнятая над меженным уровнем воды в реке часть дна долины, покрытая растительностью и затопляемая половодьем. Пойма образуется почти на всех реках, как горных, так и равнинных, имеющих пе­ременный уровень воды и находящихся в стадии врезания акку­муляции или стабильного состояния продольного профиля. Пойма может отсутствовать только на участках порожисто-водопадного русла и в узких ущельях. Высота пойм зависит от высоты поло­водья. У рек, впадающих в крупные приемные бассейны, высота половодья убывает к устью. В соответствии с этим убывает и вы­сота поймы. Так, относительная высота (над меженным уровнем реки) волжской поймы в районе Саратова 11—12 м, у Волгогра­да она снижается до 7 м, а у Астрахани — до 2,0 м. В сужениях дна долины сезонная амплитуда уровней больше, чем на прилега­ющих участках расширений дна, поэтому и высота поймы возраста­ет «а первых и убывает на вторых. Так как высота половодий из­меняется от года к году, то наиболее высокие участки поймы за­топляются редко, раз в десять или даже в сто лет. Вследствие этого не всегда легко найти границу между поймой и надпоймен­ной террасой. В таких случаях приходится руководствоваться почвенно-ботаническими признаками: смена луговых почв почвами зонального типа и появление в растительном покрове видов, не выносящих затопления (например, ковыля), помогают установить границу разлива, а, следовательно, и границу поймы.

Большая роль в формировании поймы и слагающих ее различ­ных фаций аллювиальных отложений принадлежит боковой эрозии рек. Последняя в значительной мере обусловливается первичной извилистостью рек. Рассмотрим этот процесс на примере развития одной первичной излучины реки (рис. 57).

Каждая капля потока по инерции стремится двигаться прямо­линейно. Поэтому при повороте русла вода устремляется к вогну­тому берегу, .подмывает его. Вогнутый берег становится обрывис­тым, начинает отступать, увеличивая кривизну изгиба и ширину долины реки. Образовавшийся (вследствие подхода к вогнутому берегу поверхностных струй) поперечный уклон водной поверхно­сти вызывает перемещение донных струй от вогнутого берега к вы­пуклому. Возникает винтообразное движение воды в потоке, при­водящее к углублению русла реки у вогнутого берега. Материал, образовавшийся в результате подмыва берега и размыва русла, подвергается сортировке. Если берег сложен песчано-глинистой толщей с включением грубообломочного материала, то глинистые частицы при размыве перейдут во взвешенное состояние и будут унесены рекой вниз по течению. Значительная часть песчаного материала относится донными струями к противоположному

(выпуклому) берегу и там откла­дывается. В наиболее глубокой части реки (на дне плёса у обры­вистого вогнутого берега) оста­ется лишь наиболее крупный ма­териал (валуны, галька, щебень), который и выстилает эту часть русла реки, образуя базальную фацию аллювия.

Особенно интенсивно река ра­ботает в половодье, когда увели­чиваются масса воды и скорость ее течения, т. е. резко возраста­ет живая сила потока. С падением уровня накопившийся у выпукло­го берега песчаный материал вы­ходит из-под воды и образует прирусловую отмель.

Описанный процесс, повторя­ясь из года в год, ведет к смеще­нию русла реки в сторону вогнутого берега, к расширению при­русловой отмели, песчаные осадки которой, двигаясь вслед за отступающим руслом, постепенно перекрывают крупнообломочный материал, отложившийся в наиболее глубокой части реки, в плёсах.


Рис. 57. Схема образования прирус­ловой отмели:

а — план; б — профиль; / — направление движения воды в поверхностных частях реки; 2—направление придонных струй; 3 — контуры первоначального положения русла реки; 4 — участок берега, разрушен­ный в результате боковой эрозии; 5 — на­мытый берег (прирусловая отмель — П. О.); 6 — коренные берега, сложенные песчано-глинистой толщей с включением грубообломочного материала: /—/, //—// — линии профилей
Прерывистость процесса наращивания прирусловой отмели (за, счет причленения все новых «порций» аллювия в период весенне­го половодья) находит отражение в ее рельефе, для которого характерна система параллельных дугообразных гряд (грив), разде­ленных межгрядовыми (межгривными) понижениями. Относитель­ная высота грив колеблется от нескольких десятков дециметров до
нескольких метров (рис. 58). '

Образовавшаяся прирусловая отмель заливается водой только в половодье. Высота полых вод над отмелью и скорость их течения значительно меньше, чем в пределах меженного русла реки. Они не мешают появлению на отмели растительности, которая, в свою очередь, начинает оказывать сопротивление движению полых вод и понижать скорость их течения. В пределах затопленной отмели создаются условия, благоприятствующие оседанию из воды взве­шенных (глинистых) частиц, особенно на участках, удаленных от стрежня. С течением времени песчаные отложения расширяющей­ся прирусловой отмели оказываются перекрытыми более тонким материалом (суглинком, супесью); прирусловая отмель постепенно превращается в пойму (рис. 59).

Рис. 58. Растущая прирусловая отмель у выпуклого участка берега (по Е. В. Шанцеру)

Как видно из процесса образования поймы, в ее строении при­нимают участие различные типы аллювиальных отложений. В ос­новании, на контакте с коренными породами, залегает перлювий {perluo — промываю), представленный грубообломочным валунным или галечниковым материалом, возникшим в результате промыва­ния водой осадков, слагающих подмываемый вогнутый берег. Гру-бообломочный материал может чередоваться с линзами илов, от­лагающихся на дне плёсов в период межени. Выше перлювия залегает русловой аллювий, представленный преимущественно пес­ками, часто с включением гальки и гравия и характеризующийся, как правило, хорошо выраженной косой слоистостью. Еще выше залегает пойменный аллювий, состоящий главным образом из су­песей и суглинков с нечеткой горизонтальной или слегка волнистой слоистостью.

Ударяясь о вогнутый берег, вода в реке отклоняется от него, переходит ниже по течению к противоположному берегу и подмывает его. Поэтому в долине реки наблюдается чередование вогну­тых (подмываемых) и выпуклых (намываемых) берегов.

Как отмечалось выше, излучины реки перемещаются не только в сторону вогнутого берега, но и вниз по течению. В результате

выступы коренного бере­га постепенно срезаются, образуется широкая ящикообразная долина, шири­на которой равна ширине пояса меандрирования, характерного для той или иной реки (рис. 60). Рус­ло в такой долине зани­мает небольшое простран­ство. Большая часть плос­кого дна долины занята поймой, в пределах кото­рой река формирует сво­бодные меандры. Как ука­зывалось выше, в резуль­тате синхронных переме­щений излучин в продоль­ном и поперечном направ­лениях, они могут претер­певать сложные измене­ния своей формы. Так, если в процессе смещения в продольном направле­нии нижнее крыло излучины попадает в область

Итак, образование поймы и слагающих ее различных типов ал­лювия у меандрирующих рек есть результат смещения излучин. Зачаточной поймой у таких рек является прирусловая отмель, об­разующаяся у выпуклого намываемого берега. Сходный процесс формирования поймы и аллювиальных отложений наблюдается и у фуркирующих (дробящихся на рукава) рек. Зачаточной поймой у таких рек является осередок, который, постепенно разрастаясь и превращаясь в пойму, способствует размыву и отступанию обоих берегов одновременно.

Описанный процесс образования и соотношения различных ти­пов аллювиальных отложений характерны для равнинных рек. Поймы горных рек еще плохо изучены. Обычно они уже, чем в до­линах равнинных рек. Пойменный и старичный аллювий в них практически отсутствует. Русловой аллювий часто представлен маломощной толщей крупногалечниковых наносов и валунами, за­легающими на цоколе из коренных пород или на крупных глыбах, скатившихся с горных склонов.

Мощность аллювиальных отложений пойм различна, но она не может превышать разницу высот между самым глубоким местом в реке и максимальным уровнем половодья, если в работу реки не вмешиваются посторонние процессы. Такую мощность аллювия называют нормальной. Наблюдаемое местами повышение (по срав­нению с нормальной) мощности аллювия может указывать на уси­ленную аккумуляцию вследствие, например, тектонического опускания участка территории, по которому протекает река, уменьшение — на интенсивное врезание реки при тектонических поднятиях. Могут быть, конечно, и иные причины анормальной мощности ал­лювия.

Сформировавшиеся поймы не являются омертвевшими форма­ми рельефа. В процессе смещения свободных меандр они испыты­вают значительные изменения, а слагающий их аллювиальный ма­териал неоднократно переотлагается. Изменение поймы и ее рель­ефа протекает особенно интенсивно во время высоких половодий, когда на пойме и в русле устанавливается единое течение.

Представим себе массив поймы, огибаемый пологой дугой русла реки (рис. 62). Пересекая

/ — высокие незатопляемые берега; 2 — подмываемый берег поймы; 3 — аккумулятивный берег; 4 — границы фаций аллювия; 5 — центральная пойма; 6 — притеррасная пойма; 7— прирусловая пойма; 8 — течение в основном русле; 9 — течение на пойме при высоких уровнях половодья

затопленный массив поймы, поток размывает уступ в верхней его части. Часть материала, образуе­мого при размыве уступа, выносится на поверхность поймы, другая его часть остается в русле, переносится вдоль края пойменного мас­сива. На контакте между течением, сходящим с поймы, и течени­ем, идущим ,по основному руслу, образуется аккумулятивная форма — коса, которая отделяет от русла заводь, часто наблюдаемую в низовьях пойменных массивов.

Наносы, принесенные потоком на пойму, аккумулируются на ее поверхности. Наиболее интенсивна аккумуляция на участке, при­легающем к руслу реки, так как скорость переходящих из русла в пойму струй потока здесь резко уменьшается из-за уменьшения глубины и увеличения шероховатости дна. В дальнейшем скорости потока становятся почти постоянными, интенсивность аккумуляции в центральной части пойменного массива убывает, и крупность осевших наносов уменьшается. К тыловой части поймы поток до­носит лишь мелкие (илистые и глинистые) частицы. Различие в ин­тенсивности аккумуляции и размерах оседающих частиц приводит к тому, что наиболее повышенной оказывается та часть поймы, ко­торая примыкает к руслу. После спада половодья здесь нередко можно встретить скопление свежеотложенных крупных наносов мощностью от нескольких сантиметров до нескольких дециметров. Повторение процесса приводит к образованию в этой части поймы прируслового вала, в ряде случаев довольно четко выраженного в рельефе.

От прируслового вала поверхность поймы слегка понижается к центру пойменного массива, характеризующегося сглаженным рельефом. Наиболее пониженным оказывается участок поймы, при­
мыкающий к коренному берегу реки или к уступу надпойменной террасы. Низкое положение в рельефе и тяжелый механический состав отложений этой части поймы способствуют заболачиванию. В соответствии с часто наблюдаемыми различиями высот отдель­ных участков поймы и характером слагающих их осадков пойму принято разделять на три части: 1) прирусловую, 2) центральную и 3) притеррасную (рис. 62).

Кроме описанных форм рельефа, возникающих в процессе фор­мирования поймы (прирусловые валы, старицы, гривы и др.), ее поверхность может быть осложнена комплексом форм рельефа, связанных как с деятельностью реки, так и с деятельностью дру­гих экзогенных агентов. Так, например, после ледохода на реках при высоких уровнях воды поверхность поймы может оказаться прорезанной глубокими бороздами, выпаханными льдинами, а мес­тами покрытой крупными камнями-одинцами, вытаявшими из льдин. На реках, прирусловые валы и прирусловые отмели кото­рых сложены хорошо отсортированным песком и не закреплены растительностью, большое влияние и а формирование мезорельефа поймы оказывает ветер. В период летней, а иногда и зимней меже­ни на пойме из песчаных отложений валов и отмелей формируются дюны, высота которых может достигать нескольких метров, иногда 15—20 м. В результате перемещения дюн в глубь поймы и возник­новения на месте прирусловых валов и отмелей новых дюн образу­ются целые системы эоловых гряд, резкость и очертания которых постепенно теряются в направлении от прирусловой к центральной пойме. Наиболее высокие дюны перестают заливаться в половодье и выступают над водой в виде хаотически расположенных островов. В тыловой части поверхность поймы может быть осложнена наложенными конусами выноса временных водотоков или руслами нижних участков небольших притоков реки, которые, достигнув поймы, уклоняются от своего первоначального направления и сле­дуют вдоль затона или заводи.

Усложнение в морфологию поймы могут вносить изолирован­ные возвышенности, не заливаемые в половодье, образованные в результате прорыва шейки врезанных меандр и отчленения участ­ка коренного склона долины или надпойменной террасы, бывшего частью шпоры. Такие возвышенные «острова» среди поймы назы­ваются останцами.

Не остается неизменным и гривистый рельеф поймы. В резуль­тате деятельности склоновых процессов и неравномерной аккуму­ляции пойменного аллювия гривистый рельеф нивелируется, и по­верхность поймы с течением времени меняется.

Различия в рельефе и строении пойм равнинных рек положены в основу их классификаций.

Так, по характеру рельефа различают: сегментные, параллель­но-гривистые и обвалованные типы пойм.

По строению различают, поймы аккумулятивные и цокольные. К аккумулятивным относятся поймы с нормальной мощностью ал­лювия. Цокольными называют поймы с маломощным аллювием, залегающим на породах неаллювиального происхождения или на древнем аллювии таким образом, что меженное русло реки вреза­но в эти породы. Образование цокольных пойм чаще всего связано с интенсивной глубинной эрозией реки, но они могут возникать и в результате боковой эрозии.

Зачатком цокольной поймы может служить бечевник, образую­щийся в основании подмываемого высокого коренного берега, сло­женного достаточно устойчивыми к эрозии породами. Он представ­ляет собой откос крутизной 10—30°, сложенный коренными порода­ми, сверху прикрытыми тонким чехлом обломочного материала, частично принесенного рекой с вышележащих участков реки, час­тично местного, делювиально-коллювиального происхождения. Вверху откоса может наблюдаться ниша, фиксирующая положение наиболее высоких уровней половодья. Нижней границей бечевника служит меженный уровень воды в реке. Ширина бечевника раз­лична и зависит как от крутизны откоса, так и от высоты поло­водий.

В заключение характеристики пойм следует отметить, что в до­линах рек наблюдается, как правило, два уровня пойм — высокая и низкая. Высокой называют «пойму, заливаемую один раз в не­сколько лет или в несколько десятков лет. Низкая пойма залива­ется в половодье ежегодно.