Динамическая геоморфология - Ананьев Г.С.
ISBN 5-211-01618-1
Скачать (прямая ссылка):
ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ФЛЮВИАЛЬНОГО ПРОЦЕССА И ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ЕГО РАЗВИТИЯ
Флювиальный процесс, включающий в себя размыв, перенос наносов и отложение осадков, осуществляется вследствие течения воды, порождаемого определенными силами, среди которых ведущее значение имеет сила тяжести. Она вызывает движение воды и наносов, осаждение на дно обломочного материала, а также движение его за пределами русловых потоков на склонах долин. В перемещении воды непосредственно участвует составляющая силы тяжести P2, параллельная поверхности водного потока и ориентированная в направлении его уклона. Сила P2 находится в зависимости от величины наклона поверхности потока а обычно соответствующей уклону дна и определяется из выражения P2 = P sin а, где P - сила тяжести. Сила P2 как составляющая силы тяжести должна бы вызывать в потоках равномерно ускоренное движение, но так как она тратится не только на перенос воды, но и на преодоление трения, на влечение и взвешивание наносов и размыв дна, то ускорения она не вызывает, и мы обычно
139
наблюдаем в реках установившееся равномерное течение.
Движущиеся водные массы испытывают отклоняющее воздействие вращения Земли, вызывающего кориолисово ускорение Ку. Оно присуще любому движущемуся телу независимо от направления движения и ориентировано по нормали к его траектории, вызывая отклонение потоков в Северном полушарии вправо, а в Южном полушарии влево (закон Словцова - Бэра - Бабине). Кориолисово ускорение определяется из выражения: Ку = 2vu sin (р, где ш - угловая скорость вращения Земли, v - скорость движения тела, (р - географическая широта места.
Рис. 20. Воздействие силы Кориолиса на водную массу и морфолитогенез на поперечном сечении водного потока: 1 - аллювий; 2 - коренные породы; 3 - меженный уровень; 4 ~ паводковый уровень; 5 - уровни горизонта; 6 - циркуляционное течение при высоком уровне; 7 - направление перемещения русла; Я- пойма; Б - бечевник; Ah - превышение уровня воды у правого берега; В - ширина потока в паводок; v\, t>2 - скорости течения в верхнем и нижнем слоях воды в паводок; K^1 К2 - значения силы Кориолиса для верхнего и нижнего слоев воды в паводок; Ky - ускорение Кориолиса; д - ускорение силы тяжести; / - равнодействующая ускорений (силы тяжести и кориолисова)
Ускорение, действуя на водную массу, вызывает изменение поперечного уклона рек а, который может быть определен (рис. 20) из отношения кориолисова ускорения к ускорению силы тяжести:
Поперечный уклон обусловливает превышение АЛ уровня во-
140
ды у правого берега1 по сравнению с левым, которое будет тем больше, чем шире поток, чем больше скорость его течения и широта местности. Обычно оно измеряется первыми сантиметрами. Так, например, у р. Волги на широте г. Ульяновска (54,3°) при ширине русла В =1700 м и скорости течения около 1 м/с значение АЛ составляет 2 см. Подобные превышения оказываются достаточными для того, чтобы в руслах рек возникала слабая поперечная циркуляция, направленная в придонных слоях воды от правого берега к левому, благодаря которой их правый склон преимущественно размывается, а на левом происходит отложение аллювиального материала. Различная направленность руслового процесса на противоположных берегах приводит к смещению русла вправо, что является причиной выработки асимметричного поперечного профиля речной долины.
Кориолисово ускорение дает разный геоморфологический эффект у рек с неодинаковой массой воды, поскольку сила Кориолиса К, определяемая как произведение массы воды т на ускорение Кориолиса (K= тКу), существенно различна у рек разного размера. Наибольших значений она достигает у крупных рек, где ее величина может измеряться несколькими килограммами на 1 м длины. Поэтому асимметрия долин крупных потоков встречается чаще, чем у малых. У одной и той, же реки сила Кориолиса оказывается различной при высоких и низких уровнях и на разных глубинах. По расчетам Б.А. Аполлова (1952), эти различия могут быть порядка нескольких килограммов. По-видимому, в этом кроется одна из причин формирования протяженных бечевников у подошвы правых крутых склонов асимметричных долин, образующихся здесь вследствие их интенсивного подмыва в паводки, когда масса воды, скорости ее течения, а следовательно, и сила Кориолиса существенно возрастают.
Прямая зависимость ускорения Кориолиса от скорости течения потока должна была бы явиться причиной резкой асимметрии долин горных стран, где скорости потоков намного больше, чем у равнинных рек. Однако на самом деле долины горных рек не обладают правосторонней асимметрией, выдержанной на значительных по длине участках их течения. Хотя скорости течения у горных рек и велики, но массы воды в них незначительны, из-за чего и сила Кориолиса недостаточна для выработки асимметрии. Кроме того, горным рекам благодаря большим уклонам и скоростям течения присуще перемещение русла вниз по вертикали, что, естественно, не способствует созданию асимметричных долин.
На поворотах речного русла на водный поток воздействует центробежная сила (рис. 21), под действием которой последнее тоже приобретает асимметричную форму, причем знак асиммет-
