Поверхностные воды и их геологическая деятельность. Под поверхностными водами понимаются все воды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега

Под поверхностными водами понимаются все воды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Все воды, стекающие по поверхности Земли, произ­водят различного вида работу. Чем больше масса воды и скорость течения, тем наибольший эффект ее деятельности. Хорошо известно, что поверхност­ная текучая вода – один из важнейших факторов денудации суши и преобра­зования лика Земли.

Как и в других экзогенных процессах, в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: разрушение, перенос и отложение или аккумуляция, переносимого материала. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловой склоновый сток, сток временных русловых потоков, сток постоянных водотоков – рек.

Плоскостной сток характеризуется тем, что в периоды выпадения дождей и таяния снега вода стекает по склонам в виде сплошной тонкой пелены или густой сети отдельных струй. Они захватывают главным образом мелкоземистый материал, слагающий склоны, переносят его вниз. У подошвы течение воды замедляется, и переносивый материал откладывается непосредственно у подножия, так и в прилегающей части склона. Такие отложения, образованные склоновым стоком, называются делювиальными отложениями или делювием. Продолжающийся процесс плоскостного смыва и образование делювия постепенно приводят к выполаживанию склонов.

Среди временных русловых потоков выделяются временные потоки оврагов и временные горные потоки. Начало оврагообразования связано в большинстве случаев со склонами долин рек. Если в пределах склона или его бровки имеются различные естественные или искусственные неровности, понижения, то при выпадении дождя или таянии снега в них происходит слияние отдельных стекающих струй воды, которые разрушают указанные части склона и на их месте образуется различные промоины рытвины. Так начинается на склонах процесс размыва или эрозии. Фактически это первая зародышевая стадия развития оврага. В последующем в таких рытвинах периодически концентрируется еще большее количество воды, и они начинают расти в глубину, ширину, вниз и вверх по склону. Дно такого оврага отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления (увеличение донной эрозии) профиль оврага постепенно выравнивается, его устье достигает основания, куда впадает поток. Уровень реки или какого–либо бассейна, куда входит овраг, называется базисом эрозии. В вершине оврага, выдвинувшейся за бровку склона в пределы водораздельного плато, образуется перепад. В результате возникающие водотоки обрушиваются в вершину оврага водопадом или образуют здесь стремнины с быстрым течением, завихрениями. Это способствует интенсивной эрозии в пределах перепада и постепенному продвижению вершины оврага все дальше вглубь водораздельного плато. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. По мере продвижения вершины растущего оврага вглубь водораздельного плато на его склонах образуются промоины или рытвины, которые также превращаются в овраги. Такие ответвления, от главного оврага растут попятно, следуя по течению сливающихся струй воды, и по мере развития они также ветвятся. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, расчленяющая местами не только склоны, но и обширные водораздельные пространства.

Стадии образования оврага:

Стадия промоины или рытвины глубиной до 0.5 реже до 1м, V-образной формы. В ней обычно концентрируются потоки талых и дождевых вод. Продольный профиль промоины повторяет профиль склона, на котором она образовалась.

Вторая стадия – стадия ускоренного врезания оврага вершиной. Продольный профиль днища постепенно отклоняется от профиля склона, но еще сильно отличается от профиля равновесия. Глубина оврага становится значительнее, склоны крутыми, треугольная форма его начинает переходить в трапециидальную.

Третья стадия – стадия выработки продольного профиля равновесия. Овраг врезается до основания слона, форма поперечного профиля становится трапецеидальной, рост заметно замедляется.

Четвертая стадия — стадия затухания, превращения оврага в балку или лог. Продольный профиль и склоны достигают некоторого равновесия, выполаживаются, задерновываются, зарастают кустарником.

Полевые исследования.

Овраг. Во время практики бригадой был изучен овраг, а территории города Гомеля, в Железнодорожном районе, на остановке Юбилейная. ширина оврага 155 ма, длина 240 мов. На территории оврага был заложен шурф глубиной 1 м, были выделены слои: А₀ дерновый 5 см, А₁ – пески серые 26 см, В пески мощностью 34 см. Растительность: клевер четырехлистный, подорожник лечебный, клен, ольха, липа, луговые травы, береза (рисунок 4).

Рисунок 4 – шурф оврага

Для борьбы с оврагами применяются различные методы, направленные на предотвращение попятной эрозии и укрепление склонов.
Аккумулятивная деятельность временных водотоков проявляется в низовьях оврага и особенно при его выходе в долину реки или в другие водоемы, где местами образуется конус выноса, сложенный различным несортированным обломочным материалом местных пород. На развитии сложной системы оврагов сказываются новейшие тектонические движения (поднятие водоразделов или опускание базиса эрозии). В результате могут происходить оживление эрозионной работы, формирование молодых врезов (оврагов) в древние и накопление более молодых отложений в конусах выноса. Местами в областях лесостепи и степи наблюдаются оврагоподобные формы с расширенным дном и мягкими пологими склонами, покрытыми плащом делювия и в ряде случаев растительностью. Такие формы называют балками.

Деятельность рек это мощные водные потоки рек, расчленяющие ог­ромные пространства суши, производят значительную эрозионную, перенос­ную и аккумулятивную деятельность. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Интенсивность работы рек определяется их живой силой, т. е. кинетической энергией, равной mv2/2, где m – масса воды; v – скорость течения. Интенсивности процессов в речных долинах сказывается турбулентный характер течения, когда молекулы воды движутся беспорядочно или по пере­крещивающимся траекториям, наблюдаются различные завихрения, вызы­вающие перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности. Наи­большие скорости наблюдаются в приповерхностной части потока на стрежне, меньше у берегов и в придонной части, где поток испытывает тре­ние о породы, слагающие русло. Вдоль реки скорость течения также меня­ется, что связано с наличием перекатов и плесов, нарушающих равномер­ность уклона. В зависимости от характера и интенсивности питания изменяются режим рек, количество и уровень воды, а также скорость ее течения. В соответствии с изменением уровня воды в реке говорят о высоком горизонте, соответст­вующем половодью, и низком меженном горизонте, или межени, наступаю­щей после спада половодья. Помимо этого, в реках наблюдаются периодиче­ские паводки, соответствующие кратковременному повышению уровня воды от затяжных дождей. Выделяют два типа речной эрозии:

1 Донная, или глубинная, направленная на врезание речного потока в глубину.

2 Боковая, ведущая к подмыву берегов и в целом к расширению долины.

Соотношение донной и боковой эрозии изменяется на разных стадиях развития долины реки. В начальных стадиях развития реки преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль равновесия применительно к базису эрозии – уровню бассейна, куда она впадает. Базис эрозии определяет развитие всей речной системы – главной реки с ее притоками разных порядков. Первоначальный профиль, на котором закладывается река, обычно характеризуется различными неровностями, созданными до образования долины. Такие неровности могут быть обусловлены различными факторами: наличием выходов в русле реки неоднородных по устойчивости горных пород (литологический фактор); озера на пути движения реки (климатический фактор); структурные формы – различные складки, разрывы, их сочетание (тектонический фактор) и другие формы. В процессе регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится преодолеть различные неровности, которые со временем сглаживаются, и постепенно вырабатывается более плавная (вогнутая) кривая, или профиль равновесия реки. Считается, что этот выровненный профиль соответствует на каждом отрезке долины динамическому равновесию при данных гидрологических условиях и постоянном базисе эрозии.

Анализ развития речных долин, как в равнинных, так и в горных областях показывает, что в выработке профиля равновесия реки играют большую роль не только главный базис эрозии, но и местные, или локальные, базисы, к которым относятся различные уступы, или пороги. На месте порога, или уступа, возникают водопады, которые размывают дно уступа, а с другой стороны подмывают его основание вследствие возникающих водоворотов. В результате уступ разрушается и отступает.

Часть реки, расположенная выше уступа, будет развиваться регрессивно применительно к нему, а ниже расположенная часть реки – к главному базису эрозии. Только после уничтожения уступа развитие профиля долины будет контролироваться главным базисом эрозии. Такими же местными базисами могут быть озера, расположенные в депрессиях первичного рельефа. До тех пор, пока это озеро не будет спущено или заполнено осадками, верхняя часть реки будет развиваться применительно к озеру. Таким образом, продольный профиль реки превращается в один только по мере выравнивания кривой продольных уклонов местных базисов эрозии.
По мере выработки продольного профиля, приближающегося к стадии динамического равновесия, закономерно изменяется и форма поперечного профиля долины. На ранних стадиях ее развития, при значительном преобладании глубинной эрозии реки вырабатываются крутостенные узкие долины, дно которых почти целиком занято руслом потока. Поперечный профиль долины представляет или каньон с почти вертикальными, иногда ступенчатыми склонами и ступенчатым продольным профилем дна, или имеет V–образную форму с покатыми склонами. Эта первая стадия развития реки называется стадией морфологической молодости.

Боковая эрозия. По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов русла донная эрозия постепенно ослабевает и все больше начинает сказываться боковая эрозия, направленная на подмыв берегов и расширение долины. Это особенно проявляется в периоды половодий, когда скорость и степень турбулентности движения потока резко увеличиваются, особенно в стрежневой части, что вызывает поперечную циркуляцию. Возникающие вихревые движения воды в придонном слое способствуют активному размыву дна в стрежневой части русла, и часть донных наносов выносится к берегу. Накопление наносов приводит к искажению формы поперечного сечения русла, нарушается прямолинейность потока, в результате чего стрежень потока смещается к одному из берегов. Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на другом, что вызывает образование изгиба реки. Такие первичные изгибы, постепенно развиваясь, превращаются в излучины, играющие большую роль в формировании речных долин.

Наряду с эрозией и переносом различного материала происходит и его аккумуляция. На первых стадиях развития реки, когда преобладают процессы эрозии, возникающие местами отложения оказываются неустойчивыми и при увеличении скорости течения во время половодий они вновь захватываются потоком и перемещаются вниз по течению. Но по мере выработки профиля равновесия и расширения долин образуются постоянные отложения, называемые аллювиальными, или аллювием. В накоплении аллювия и в формировании речных долин большую роль играют указанные выше изгибы рек, возникающие главным образом в результате турбулентного характера течения потока, когда поступательные движения воды сочетаются с поперечной циркуляцией. Но изгибы могут возникать и при наличии различных неровностей рельефа. Двигаясь по дуге изгиба, вода испытывает воздействие центробежной силы, и стрежень потока прижимается к вогнутому берегу, где вода опускается вниз, вызывая усиленный размыв дна, борта русла и захват обломочного материала. От подмываемого крутого берега придонные токи воды направляются к противоположному выпуклому берегу, где начинается интенсивная аккумуляция и образуется так называемая прирусловая отмель, частично обнажающаяся при спаде воды во время межени. Это начальный этап формирования аллювия.

Так шаг за шагом подмываемый берег становится обрывистым и постоянно отступает, увеличивая крутизну изгиба, а на другом берегу происходит постепенное наращивание прирусловой отмели. Постепенное смещение подмываемых вогнутых берегов и наращивание русловых отмелей у выпуклых берегов приводит, в конце концов, к образованию крупных излучин, называемых также меандрами (по названию р. Меандр в Малой Азии). В результате последовательного развития речной долины происходят значительное расширение площади русловых аллювиальных отложений и образование низкого намываемого берега, который начинает заливаться только в половодье.

Такой низкий участок долины, сложенный аллювием, представляет пойму реки – часть долины, возвышающуюся над руслом, называемую также пойменной, луговой или заливной террасой. Поперечный профиль долины приобретает плоскодонную, или ящикообразную форму. Излучины, развиваясь, приобретают значительную кривизну, образуют серию петель, разделенных узкими перешейками. Местами происходит прорыв такого перешейка, и река на таких участках спрямляет свое русло. Осадки, накапливающиеся рядом с главным спрямленным руслом у концов покинутой излучины, заполняют оба ее конца, и она превращается в замкнутое озеро.

Гидрологическая сеть Гомельского района. Достаточное увлажнение, особенности геологического строения и рельефа благоприятны для развития гидросети на территории Гомельской области. Здесь сформировалась устойчивая гидросистема рек, озер, болот, подземных вод. Хозяйственная деятельность привела к созданию многочисленных прудов, водохранилищ, каналов и канав, которые существенно изменили гидросеть и увеличили водную поверхность.

Речная сеть области целиком относится к бассейну Черного моря. Ее образуют система Днепра и его крупных притоков: Припяти, Сожа, Березины. В области насчитывается 29 рек длиной более 50 км.

Густота естественной речной сети колеблется от 0,3 до 0,5 км/км² (средняя 0,4 км/км²), искусственной (открытая мелиоративная сеть) в среднем 0,74 км/км², уклоны рек преимущественно незначительные (0,1–0,4 %), средняя скорость течения в межень 0,1–0,2 м/c, на некоторых небольших реках, имеющих значительный уклон (до 1 и более промилле) она возрастает до 0,5–0,8 м/с.

Среднегодовой модуль стока уменьшается при движении с севера на юг с 5,0–5,2 л/с с 1 км² до 3,5 л/с с 1 км² и менее. На долю рек Гомельской области приходится 56 % среднего многолетнего стока рек Беларуси (32,0 км³ из 57,1 км³).

Реки Гомельской области в основном относятся к Припятскому гидрологическому району, а северо-восточная часть находится в пределах Центральноберезинского района. Основой питания рек служит часть атмосферных осадков, остающаяся от испарения и транспирации (в теплое время они стекают в реки непосредственно после выпадения, в холодный период накапливаются на поверхности водосборов и стекают после таяния снега). По гидрологическому режиму реки Гомельщины относится к восточно-европейскому типу. Для них свойственно четко выраженное весеннее половодье и сравнительно устойчивые летнее-осенняя и зимняя межени, которые иногда нарушаются паводками от дождей летом и во время оттепелей зимой. Среднее превышение половодья над самым низким уровнем на крупных реках составляет: на Днепре – 3,5 – 4 м, на Березине – до 3,5 м, на Припяти – 4 – 4,5 м, а в районе Мозыря достигает 7 м, на Соже – 4 – 5 м. В средний по водности год в период весеннего половодья проходит около 55–65% годового стока, до 20 –28 % приходится на летне–осеннюю межень и 13 – 16% – на зимний период. Крупнейшей рекой Гомельской области, как и всей Беларуси, является Днепр. Он пересекает область в меридиональном направлении с севера на юг в восточной части.

Первые ледовые образования на реках отмечаются в середине ноября. Устойчивый ледостав обычно отмечается со второй половины декабря до второй половины марта. Толщина льда в отдельные годы достигает 50–60 см. В целом реки покрыты льдом 90–110 суток.

Средняя многолетняя температура воды за теплый период (май–сентябрь) около 16 ⁰С, в июне–августе – 20 – 21 ⁰С. В связи с мелиорированием речных долин и спрямлением русел рек температура воды в летнее время снижается на 3 – 4 ⁰С, а зимой повышается на 1,0 – 1,5 ⁰С.

Современная поверхность Гомельского Полесья плоско-волнистая, реже – волнистая, с уклоном к югу. Колебания относительных высот – 3–5 м/км². Озерно-аллювиальные и аллювиальные террасированные равнины существенно расширяются в пределах Приднепровской низины. В районе особо выделяются Хойникско-Хвысоты (максимальные высоты до 153 – 157 м на моренных холмах) и Юровичская возвышенность (высота до 170 м) на крайнем западе по левобережью Припяти. Вдоль правого берега Днепра выделяются песчаные зандровые равнины. В долинах Днепра, Припяти и Сожа четко выражены пойма и 2 надпойменные террасы. Пойма рек высотой 2 – 3 м, гривистая, местами плоскогривистая, сложена мелко- и среднезернистыми песками. Высота грив – 1,5 м, ширина – 10 – 20 м, протяженность – до 100 – 200 мов.

Характерны так же пойменные озера. Первая надпойменная терраса (высотой 5 – 6 м) сложена аллювиальными песками, основание второй (высота 12 – 18 м) – мореной, перекрытой аллювиальными осадками. Поверхность террас слабоволнистая, осложнена дюнами, останцами морены в виде холмов с западинами и ложбинами.

Гомельское Полесье расположено в пределах Гомельского и Житковичского-Мозырского агроклиматических районов. Средняя температура в январе составляет – 6,5 –7,0°С, в июле – +18,5 –+19,0°С. Среднегодовое количество осадков изменяется от 600 м на северо-западе района до 530 мм на юго-востоке.

Полевые исследования. Во время практики бригада занималась исследованием нескольких разных водоемов.

Озеро Бобриха. Пример старичного озера. Находится в Железнодорожном районе. Площадь озера составляет 204,75 мов Температура воды в озере 20 ⁰С. Вода желто-коричневая, с примесями песка. Озера находится в лесном массиве города, растительность представлена широколистными деревьями ива обыкновенная, клен, лещина лесная. Из кустарников произрастает: малина, вяз. Водная растительность: ряска, осака. На водоеме водятся утки, ужи, жабы, лягушки. Сделав шурф на 50 см были выделены следующие горизонты: А₀ лесная подстилка (дернина) мощностью 4 см, А₁ гумусово-элювиальный горизонт светло-серого цвета, непрочной комковатой структуры мощностью 20 см, В горизонт вымывания темно серого цвета мощностью 41 см. Причина загрязнение вод водоема и прилегающих территорий – автодорога, бытовой мусор, жилые застройки (рисунок 5).

Рисунок 5 – шурф озера Бобриха

Озеро в поселке Осовцы. Озеро находится в районе поселка Осовцы, Гомельского района. Абразия озером берегов привела к образованию надпойменных террас. Бригадой было заложено два шурфа на верхней и нижней террасе. Шурф верхней террасы был заложен на 1 м в глубину, были выделены следующие горизонты: А₀ – подстилка (дернина) мощностью 2 см, В₁ серый песок, мощностью 7 см, В₂ пески аллювиальные с железистыми прослойками, мощностью 41 см, В₃ пески. Шурф нижней террасы был заложен на глубину в 1 м, были выделены следующие горизонты А₀ подстилка, мощностью 3 см, А₁ гумусовый слой, мощностью 17 см, В песок светло–желтого цвет, мощностью 79 см. Температура воды в озере 24 ⁰С. Цвет воды желтый. Растительность: ель, береза, осока, ряска, ива. Клевер, травянистая растительность. Антропогенное воздействие: рядом находится крупный авторынок, ведется добыча строительного песка, оборудован пляж (рисунок 6,7)

Рисунок 6 – шурф верхней пойменной терассы озера Осавцы

Рисунок 7 – шурф нижней пойменной терассы озера Осавцы

Озеро Обком. Пример пойменного озера на территории города Гомеля. Расположено в близи остановки «пролетарский Луг». Был заложен шурф глубиною в м, выделены слои: А₀ дернина, мощностью 12 см, А₁ – глина с прослойками железа, мощностью 47 см. наблюдается процесс оглиения. Растительность: ива обыкновенная, лещина, кусты малины. Травы: мятлик, клевер трехлистный, осока. Температура воды 28 ⁰С. Антропогенное воздействие: автодорога, жилые застройки, на территории зоны отдыха оборудован пляж и причал.

Рисунок 8 – шурф на озере Обком

Река Сож. Река протекает по территории Гомельской области и на территории самого Гомеля. Средняя скорость течения реки 0,5 – 0,7 м/с. Температура воды в реке 21 ⁰С. Цвет воды светло желтый. На берегу был заложен шурф глубиной 1 м, выделены следующие горизонты А₀ – дерновый 4 см, А₁ песок, мощностью 55 см, В – песок с включениями железа, мощностью 35 см. Растительность: щавель, пижма, малина, ива, ольха, ряска, медуница, тополь. Антропогенное воздействие на реку на территории города Гомеля очень велико: различные заводы. Автодороги, жилые застройки, пляжи и др.

Рисунок 9 – шурф пойменной терассы реки Сож

Издавна Сож служил транспортной артерией для перевозки грузов. Используя природные богатства реки необходимо помнить, что они могут уменьшаться. Ухудшается качество воды при сбросах неочищенных городских и сельскохозяйственных стоков. Необходимо сохранять и расширять водоохранные полосы вдоль реки; с этой же целью созданы Чериковский и Чечерский государственные заказники.