Как исчезают берега

Бурная р. Кубань. Стоит теплая, летняя погода. В горах усилилось таяние ледников. С каждым часом в реке прибывает вода. Уровень катастрофически растет. Мутный поток яростно лижет лёссовый берег. Время от времени в воду обрушиваются подпиленные блоки грунта. Струи с силой ударяют в берег, отрывая от него частицы, комки, целые блоки.

Но вот уровень реки начинает падать. За два-три дня неистовства потока высокий берег, сложенный лёссовыми грунтами, отступил на 10 м. Другим классическим примером может служить р. Амударья, которая в течение года на отдельных участках «съедает» до 400 м берега.

Еще более впечатляющим является образование оврагов. Неудачно проведенная борозда вниз по склону и через год-два дождевые потоки образуют в этом месте глубокий овраг.

Разрушающую деятельность воды на каждом шагу можно видеть на берегах морей. Мощные удары штормовых волн разбивают и крошат грунты, слагающие береговые откосы. Большие неприятности доставляет размыв берегов жителям Великобритании. Так, в графстве Суссекс в отдельные годы берега отступают в глубь острова до 6 м.

Давайте теперь взглянем «в корень» этого явления. Не вызывает сомнения, что здесь действуют два фактора: энергия движущейся воды и способность грунтовых массивов к размыву. Изучением этой способности грунтов ученые занимаются уже давно. В последнее время она оценивается двумя показателями. Первый показатель — это скорость, при которой начинается отрыв частиц от массива. Нетрудно догадаться, что наиболее размываемыми должны быть илы. Их разрушение начинается при скоростях потока от 0,2 до 0,5 м/с. Более устойчивы пески. Они размываются в зависимости от крупности составляющих их песчинок при скоростях движения воды от 0,25 до 0,9 м/с.

Глинистые грунты очень разнообразны по составу и структуре, поэтому они ведут себя по-разному. Например, лёссы начинают разрушаться при скоростях 0,3—0,9 м/с, а моренные суглинки (образованные ледниками) — от 0,6—1,1 м/с. Менее всего способны к размыву глины и обломочные грунты (гравий, галька). Их разрушение возникает при скоростях 1,0—2,5 м/с.

Оказалось, что чем влажнее глинистые грунты, тем медленнее они размываются. Эту особенность стали использовать гидротехники для борьбы с размывом. Каналы, которые строятся в глинистых грунтах, предварительно замачиваются. Этот процесс осуществляется пропуском через только что построенный канал воды с малой скоростью.

Скальные грунты практически не разрушаются водой (если они только не состоят из водорастворимых минералов).

Большую роль в возникновении размыва играет способность грунтов к размоканию. Ясно, чем быстрее грунт размокает, распадаясь при этом на мелкие частицы, тем при меньших скоростях будет начинаться размыв.

Вторым показателем, который применяет грунтовед для прогноза размываемости грунтов, служит их способность к разрушению водным потоком. Она представляет собой величину слоя образца, который размывается при данной скорости за определенное время. Показателем размываемости является толщина смываемого слоя в миллиметрах в течение минуты при определенной скорости потока. Легко понять, что чем больше интенсивность подобного размыва, тем быстрее такой грунт будет  разрушаться  рекой  или  морскими волнами.

Предрасположенность рыхлых грунтов к размыву доставляет много неприятностей строителям каналов оросительных систем. Действительно, с одной стороны, к орошаемым полям нужно подать как можно больше воды. Для этого требуются максимальные скорости ее движения. Но они ограничиваются величинами, при которых стенки и дно каналов начинают размываться. Превышение этих критических скоростей чревато крупными неприятностями. Как быть? Есть два выхода из этого положения: либо упрочнить стенки и дно канала, либо просто одеть их бетоном, который не поддается размыву водой.

С другой стороны, возникает вопрос: как практически определить размывающую скорость и способность к размыву? Нужно сказать, что эта задача оказалась достаточно сложной. Самое лучшее ее решение — организация наблюдения за размывом грунтов на опытных участках каналов. Но это длительный и дорогостоящий путь. Поэтому чаще всего грунтовед судит о размывающих скоростях и интенсивности процесса по результатам испытаний образцов грунтов в специальных лотках. В эти лотки помещаются монолиты, которые подвергаются действию потока. Его скорость постепенно увеличивается до момента начала размыва.

Кроме того, накопился большой опыт наблюдений за размывом грунтов берегов рек, каналов и морских побережий. Он позволяет прогнозировать скорости разрушения пород. Ц. Е. Мирцхулава, используя ЭВМ, предложил математический метод оценки размывающей скорости по целому комплексу других свойств грунтов. Однако этот метод пока имеет больше теоретическое, чем практическое, значение.