Строение и рельеф пойм. Типы пойм

Пойма. Формирование пойменной долины. По определению Н.И. Маккавеева, пойма — это приподнятая над меженным уров­нем воды в реке часть дна долины, покрытая растительностью и затопляемая во время половодья. 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 достигает 11—12 м, у Волгограда она снижается до 7 м, а у Астрахани — до 2 м. В сужениях дна долины сезонная амплитуда уровней больше, чем на прилегаю­щих участках расширений дна, поэтому и высота поймы возрас­тает на первых и убывает на вторых. Так как высота половодий изменяется от года к году, то наиболее высокие участки поймы затопляются редко, один раз в 10 или даже в 100 лет. Вследствие этого не всегда легко найти границу между поймой и надпоймен­ной террасой. В таких случаях приходится руководствоваться поч-венно-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 извилистостью рек. Рассмотрим этот процесс на примере развития одного колена излучины реки (рис. 75).

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,

Рис. 75. 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); 6 — коренные берега, сложен­ные песчано-глинистой толщей с вклю­чением грубообломочного материала; I—I, II—II — линии профилей 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, 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, образует прирусловую отмель (рис. 76).

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. 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 в зависимости от водности реки и высоты половодий (приложение 12).

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 превра­щается в пойму (рис. 77).

Строение и рельеф поймы. Как видно из процесса образования поймы, в ее строении принимают участие различные типы аллюви­альных отложений. В основании, на контакте с коренными порода­ми, залегает перлювий (от лат. perluo — промываю), представленный грубообломочным валунным или галечниковым материалом, воз­никшим в результате промывания водой осадков, слагающих под­мываемый вогнутый берег. Грубообломочный 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,

Рис. 77. Схема, иллюстрирую­щая формирование поймы (по

Е.В. Шанцеру): I — зона размыва и намыва вле­комых наносов поперечными цир­куляционными токами; цифры в кружках (1—7) — последователь­но образующиеся слои руслового аллювия; II — зона осаждения взвешенных наносов и образова­ния пойменного аллювия; А — русло; А, — прирусловая отмель; В — пойма; H — уровень полых вод; h — крупнозернистые пески, гравий, галька; 2 — слои заиления; 4 — пойменный аллювий;

и характеризующийся, как правило, хорошо выраженной косой слоистостью (рис. 78). 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.

Рис. 78. Перекрестная (пле-тенчатая) слоистость русло­вого аллювия

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. 79). В такой долине русло занимает небольшое пространство. Большая часть плоского дна долины занята поймой, в пределах которой река формирует свободные меандры. В результате синхронных перемещений излучин в продольном и поперечном направлениях они могут претерпевать сложные изменения формы. Так, если в процессе смещения в продольном направлении нижнее крыло излучины попадает в область залегания устойчивых против эрозии

Рис. 79. Схема формирова­ния поймы и меандрового пояса:

А, Б, В, Г, Д, Е, Ж — стадии развития речной долины

пород или высота берега становится большой, то движение этого колена замедляется. Верхнее ко­лено, находясь в рыхлых отложениях поймы, про­должает смещаться с прежней скоростью.

Излучина из сегмент­ной превращается в си­нусоидальную, близкую к треугольной. Послед­няя с течением времени отмирает в результате ста­чивания шпоры и сбли­жения крыльев (рис. 80, А). Если преобладает процесс бокового перемещения, сегментная излучина вследствие размыва вогнутых берегов превращается в омеговидную (рис. 80, Б). Шейки крутых излучин могут размываться с обеих сторон. В итоге шейка стано­вится настолько узкой, что в половодье может быть прорвана. Вследствие резкого увеличения уклона в образовавшемся прорыве происходит быстрое углубление русла, и сюда переходит основ­ное течение реки. Верхняя часть петли прорванной излучины быстро мелеет в результате аккумуляции наносов, остальная сохраняется ряд лет сначала в виде затона (изолированного от меженного течения только в верхней части), а затем в виде старицы — пойменного озера. В старицах формирует­ся особый тип аллювиальных

Рис. 80. Переформирование излучин: А — сжатие и "стачивание" колена меан­дра; Б — образование омеговидных ме­андров и "пережимы" их шеек вслед­ствие размыва вогнутых берегов; 1, 2, 3 — последовательные положения русла отложений — старинный аллювий. Так как осаждение материала в озерах-старицах в течение большей части года происходит в спокойной среде, старичный аллювий слагается преимуществен­но илами и глинами и характеризуется тонкой горизонтальной слоистостью. Среди глин и илов встречаются песчаные линзы, образующиеся в период прохождения через старицу полых вод. В верхней части старичных отложений часто залегает торф, сви­детельствующий о болотной стадии развития озера-старицы.

Из изложенного видно, что образование поймы и слагающих ее различных фаций 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 осерёдок, который, постепенно разрастаясь и превращаясь в пойменный остров, спо­собствует размыву и отступанию обоих берегов одновременно. При отмирании рукавов пойменные острова причленяются к бе­регу, наращивая береговую пойму.

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. Старичный аллювий в них практически отсутствует, а пойменный имеет малую мощность и ограниченное распространение. 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 разных рек различна, но она не может превышать разницу высот между положением коренного ложа в самом глубоком месте данной реки и макси­мальным уровнем половодья, если в работу реки не вмешиваются посторонние процессы. Такую мощность аллювия называют нор­мальной.

Итак, в строении пойм равнинных рек выделяются три типа аллювиальных фаций: русловая, слагающая нижнюю часть поймы, пойменная, покрывающая русловую фацию, и старинная. В осно­вании руслового аллювия иногда наблюдается грубообломонная фация перлювия.

По динамическим условиям образования В.В. Ламакин выде­ляет аллювий инстративный, перстративный и констративный.

Инстративный (выстилаемый) аллювий образуется в условиях не-выработанного продольного профиля реки, когда боковая эрозия сопровождается глубинной, о чем свидетельствует наклоненное коренное ложе долины, сопровождающееся иногда небольшими уступами. В этой фазе развития долины наблюдается отрицательный баланс рыхлого материала — в реку наносов поступает меньше того количества, которое она может перенести. Инстративный аллювий представлен преимущественно русловой фацией и слагает эрозионные террасы.

Перстративный (перестилаемый) аллювий образуется в условиях выработанного или почти выработанного продольного профи­ля, т.е. в состоянии динамического равновесия между количе­ством поступающего в реку и выносимого ею рыхлого материала. В процессе смещения свободных меандров река перемывает, сор­тирует и переотлагает наносы. Основание перстративного аллю­вия в поперечном профиле долины характеризуется ровной, почти горизонтальной поверхностью. Перстративный аллювий имеет нормальную мощность и представлен всеми описанными выше фациями (рис. 81), слагает эрозионно-аккумулятивные террасы.

Констративный (настилаемый) аллювий характеризуется повы­шенной мощностью, многократным чередованием в разрезе рус­ловых, пойменных и старичных фаций аллювия, наложением друг на друга аллювиальных пачек, из которых каждая построена по типу перстративного аллювия. Он слагает аккумулятивные террасы. Образуется в связи с прогибанием земной коры или перегрузкой реки наносами, обусловленной особенностями физико-географи­ческих условий (рис. 82).

По набору и распространению различных фаций аллювия, их составу, строению и мощности судят о динамической фазе развития поймы — инстративной, перстративной или констративной — и соответственно об эрозионном, эрозионно-аккумулятивном или аккумулятивном ее генезисе.

Сформировавшиеся поймы не являются омертвевшими фор­мами рельефа. Изменение поймы и ее рельефа протекает особен­но интенсивно во время высоких половодий (на пойме и в русле устанавливается единое течение). Представим себе массив поймы, огибаемой пологой дугой русла реки (рис. 83). Пересекая затоп­ленный массив поймы, поток размывает уступ в верхней его части.

01 02 ИЗ IZU⁴

^{ши* шт? 0»}

Рис. 83. Схема массива поймы {по Н.И. Маккавееву): 1 — 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

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 интенсивная аккумуляция происходит 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, примыкающий 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: прирусловую, централь­ную и притеррасную (см. рис. 83).

Кроме описанных форм рельефа, возникающих в процессе формирования поймы (прирусловые валы, старицы, гривы и др.), поверхность поймы может быть осложнена комплексом форм рельефа, связанных как с деятельностью реки, так и с деятель­ностью других экзогенных агентов. 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 на 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 сглаживаются в направлении от прирусловой к центральной пойме. Наиболее высокие дюны в половодье 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 меандров 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 выравнивается.

Типы пойм. Различия в рельефе и строении пойм равнинных рек положены в основу их классификаций. Так, по характеру рельефа различают: сегментно-гривистые, ложбинно-островные и параллельно-гривистые.

Сегментно-гривистые поймы характерны для меандрирующих рек. Рельеф их подробно рассмотрен при описании формирова­ния поймы как одного из основных элементов речной долины. Подчеркнем лишь, что сложный рельеф таких пойм является ре­зультатом процесса переформирования меандров и расширения долины в результате боковой эрозии (приложение 12).

Ложбинно-островные поймы характерны для рек, дробящихся на рукава.

Параллельно-гривистые поймы обычно возникают у крупных рек с широкими долинами. Они обусловлены тенденцией реки смещать­ся все время в сторону одного из склонов. Это может вызываться в одних случаях влиянием силы Кориолиса, в других — тектони­ческими движениями. Особенностью рельефа параллельно-гривис­тых пойм является наличие длинных продольных (параллельных руслу) грив и разделяющих их межгривных понижений. В межгрив-ных ложбинах иногда располагаются цепочки вытянутых вдоль

долины озер. Примером параллельно-гривистой поймы может служить участок поймы Оки ниже Рязани. Ширина развитых здесь грив достигает 200 м, относительная высота — 6—8 м. Параллельно-гривистые поймы односторонние (в отличие от сегментной), т.е. развиты только у одного из берегов долины.

У рек, пересекающих предгорные наклонные равнины, возника­ют обвалованные поймы. Вследствие резкого падения скоростей при выходе на равнину такие реки интенсивно аккумулируют несомый ими материал. В результате русло реки оказывается приподнятым над прилегающей равниной и ограниченным прирусловыми вала­ми (естественными дамбами) высотой до 3 м, а иногда и более. Во время высоких половодий вода прорывает валы и заливает значительные территории. Наличие дамб и приподнятость русла создают благоприятные условия для заболачивания прилегающих пространств и образования плавней (плавни в низовьях Терека и Кубани).

Своеобразный тип пойм может сформироваться при констра-тивном типе накопления аллювия. Ширина пойм в этом случае может быть обусловлена величиной заполнения наносами ранее образованного вреза и в меньшей степени связана с боковой эро­зией реки (см. рис. 82, 84, 88, А). Вследствие перегрузки наносами русла рек блуждают по дну долины, дробясь на многочисленные рукава. Отличительной чертой пойм таких рек служит их вырав-ненность, отсутствие или слабое развитие гривистого рельефа, на­личие множества причудливо извивающихся староречий (рис. 84).

По строению различают поймы аккумулятивные и цо­кольные. К аккумулятивным относятся поймы с нормальной или повышенной 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 наложения пойменно­го аллювия (при констративном типе его накопления) на снижен­ные участки ранее образованных террас или коренных бортов.

Зачатком цокольной поймы может служить бечевник, образую­щийся в основании подмываемого высокого берега, сложенного достаточно устойчивыми к эрозии породами. Это откос крутизной от 5—10 до 30°, выработанный в породах, слагающих склон доли­ны, и прикрытый сверху 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

7. Рычагов Г.И.

служит меженный уровень воды в реке. Ширина бечевника различ­на и зависит как от крутизны откоса, так и от высоты половодий.

В заключение характеристики поймы следует отметить, что в долинах рек может наблюдаться несколько пойменных уровней. Чаще развиты два: высокая (зрелая) и низкая (молодая) пойма. Высокой называют пойму, заливаемую один раз в несколько лет или в несколько десятков лет. Низкая пойма заливается в поло­водье ежегодно.