Где образуются овраги. Образование и развитие оврагов

Образование оврагов, широко распространенных в степной и лесостепной зонах, является результатом водной эрозии - процесса размыва почв и рыхлых подстилающих их пород стекающими со склонов потоками воды от дождей и таяния снега. Возвышающиеся элементы рельефа земной поверхности образуют гидрографическую сеть - систему связанных между собой путей стока дождевых и талых вод. Образование в отдельных местах струй воды, объем которых по мере роста площади питающих их бассейнов возрастает, вызывает размыв поверхности грута. Эрозионные процессы начинают проявляться при крутизне склона 0,5-2°, заметно усиливаются на склонах с уклоном 2-6° и получают существенное развитие при крутизне 6-10°.
В процессе своего образования овраги проходят несколько закономерно сменяющихся стадий. На первой стадии размыва на крутом участке склона образуется промоина, или рытвина, треугольного поперечного сечения дно ее практически параллельно поверхности земли. На второй стадии происходит углубление рытвины с уменьшением продольного уклона дна. У вершины создается обрыв высотой 5-10 м. Рытвина расширяется и становится в поперечном сечении трапецеидальной. К концу второй стадии в нижней части оврага вырабатывается плавный продольный профиль - транзитное русло, в пределах которого размыв уравновешивается приносом грунта. У устья оврага, где вода, растекаясь, теряет скорость, откладывается конус выноса. На третьей стадии происходит дальнейший рост оврага по направлению к водоразделу и расширяется его поперечное сечение в результате подмывания и осыпания берегов. По боковым тальвегам, по которым к оврагу притекает вода, о второстепенных бассейнов, начинают образовываться ответвляющиеся овраги - отвертки.
Овраг продолжает развиваться до тех пор, пока не достигнет грунтовых слоев, не поддающихся размыву, или питающий его вершину водосборный бассейн не уменьшится вблизи от водораздела до такой степени, что размыв прекратится. В четвертой стадии глубинная эрозия и подмыв берегов постепенно прекращаются, овраг перестает расти. Склоны его принимают устойчивое очертание и зарастают траной. Овраг превращается в балку. Наибольшую крутизну боковые склоны имеют у вершины. По мере приближения к устью склоны оврага в результате осыпания грунта становятся более пологими и покрываются почвенным слоем.
Для уменьшения и замедления стока воды с площади водосборного бассейна наиболее целесообразны агротехнические мероприятия - распахивание почвы при подготовке к посевам сельскохозяйственных культур поперек склонов, полосное размещение сельскохозяйственных культур, создание травяного покрова на крутых склонах, выращивание полезащитных лесных полос. Наиболее интенсивно размывается вершина оврага. Для замедления притока к вершине воды во время ливней на непосредственно прилегающей полосе иногда устраивают систему земляных валов, замедляющих сток, задерживающих его или распределяющих между несколькими руслами, отводя его к расположенным поблизости отверткам.
Для удержания притекающей воды на придорожной полосе иногда устраивают два-три водозадерживающих вала высотой от 1 до 2 м и шириной по гребню от 0,5 (валы узкого профиля) до 2,5 м. Валы после уплотнения и осадки должны на 0,2-0,5 м возвышаться над уровнем воды, которая может за ними накопиться. Валы располагают вдоль горизонталей, загибая их конечные участки вверх по склону. Трассируют валы по отрезкам прямых, гребень их должен быть горизонтален. Валы могут быть защитными (глухими), когда вода из прудка может уходить, только достигнув высоты гребня вала, и открытыми, когда в конце загибов устраивают пониженное место для слива воды.
Ближайший к вершине оврага водозадерживающий вал располагают обычно на расстоянии 10-15 м от вершины оврага, причем не ближе чем на две-три глубины оврага в вершине. Через каждые 100 м задерживающих валов делают поперечные шпоры, прерывающие течение воды вдоль вала.

Выделяют 4 основные стадии.

Первая стадия - образование промоины, или рытвины, глубиной 30 - 50 см. Характерный признак промоины - параллельность продольного профиля ее дна поверхности склона, на котором образовался овраг. В плане овраг имеет линейную форму; поперечное сечение - треугольное или трапециевидное. На распаханных площадях и рыхлых грунтах первая стадия протекает очень быстро (1 - 3 года).

Вторая стадия - образование вершинного обрыва. Берег балки, как более крутой, чем прилегающий к ее бровке склон водосбора, размывается в глубину быстрее, чем склон, поэтому ниже бровки балки образуется обрыв. Основание обрыва подмывается падающим потоком воды. Стена обрыва обрушивается, глыбы грунта размываются водным потоком и уносятся течением. Высота обрыва над дном оврага в его вершине составляет от 2 до 10 м. Овраг растет в длину обвалом своей вершины, навстречу водному потоку, врезаясь в прилегающий к балке склон. Одновременно происходит его углубление, но устье оврага еще не достигает уровня дна балки. Овраг как бы «висит» над дном балки. Продольный профиль дна оврага имеет вид вогнутой линии и сильно отличается от профиля поверхности размываемых берега балки и прилегающих склонов. Откосы оврага обнажены, обрывисты и неустойчивы. Осыпь грунта у их основания не задерживается, так как уносится водным потоком. Овраг в этой стадии растет как в глубину, так и в ширину. По мере углубления дна оврага его устье опускается все ниже и ниже и, наконец, достигает уровня дна балки. Овраг вступает в новую стадию развития.

Третья стадия - выработка профиля равновесия. Она начинается, когда устье оврага опускается до уровня дна балки, т. е. достигает местного базиса эрозии. Дно оврага выше устья продолжает углубляться до тех пор, пока продольный его уклон станет соответствовать уклону профиля равновесия для данного грунта. При этом уклоне дна скорость водного потока настолько мала, что его сила будет уравновешиваться сопротивляемостью грунта. При такой скорости водный поток обычно не в состоянии переносить крупные частицы твердого стока, поэтому для профиля равновесия характерно отложение по дну оврага наносов. В начале этой стадии развития наносы откладываются в устье оврага, затем зона отложения увеличивается, продвигаясь к вершине оврага по мере углубления дна и уменьшения его уклона. Овраг в этой стадии растет в глубину, ширину и длину. Рост в ширину идет в результате подмыва и обрушивания откосов оврага, поскольку водный поток течет по дну не прямолинейно, а извилисто.

Четвертая стадия - затухание роста оврага. Эта стадия начинается после выработки профиля равновесия дна оврага. Дальнейшего углубления дна не происходит. Продолжается рост в ширину вследствие подмыва и обрушивания откосов, в результате чего дно оврага расширяется. Постепенно откосы оврага достигают угла естественного, устойчивого для данного грунта, откоса и зарастают растительностью. Овраг превращается в лощину или балку.

На достаточно можно наблюдать все стадии развития на одном и том же овраге, поскольку они в перечисленной последовательности пространственно перемещаются навстречу течению водного потока: промоина, обрыв, участки с профилем равновесия, участки затухания (у устья). Когда вершина оврага достигнет водораздела, дальнейший рост в длину прекращается, обрыв в его вершине сполаживается. Рост оврага можно остановить на любой стадии развития прекращением поступления в него воды или закреплением вершины и дна водосбросным сооружением.

В первичный овраг вода поступает на первых двух стадиях развития в основном через его вершину, а в последующем и через стокоударную бровку, т. е. обращенную к верхней части склонов водосбора. Эту особенность надо учитывать при закреплении и облесении таких оврагов.

Рассмотрим причины образования и особенности роста вторичных оврагов. Описание стадий развития первичных оврагов показало, что водный поток, обладающий одной и той же разрушительной силой, вырабатывает такой продольный профиль дна оврага, который соответствует профилю равновесия между размывом и отложением грунта. В результате овраг затухает и превращается в балку.

Можно предположить, что продольные профили дна всех звеньев гидрографической сети, которая выработалась в процессе геологической эрозии, соответствует профилю равновесия для нормального режима стока, т. е. ненарушенного хозяйственной деятельностью человека. Это тем более вероятно, что до хозяйственного освоения земель все звенья гидрографической сети были покрыты лесной или травянистой растительностью в зависимости от зоны. Многие из них и теперь покрыты растительностью.

В настоящее время значительная часть гидрографической сети имеет . Причиной их образования, по-видимому, является несоответствие нового, увеличенного поверхностного стока прежнему профилю равновесия дна балок, лощин и пр. Их уклоны не изменились, поэтому и скорость течения воды по их дну не могла измениться. Следовательно, увеличение кинетической энергии потока можно объяснить при постоянной скорости только увеличением массы воды, стекающей со склонов водосборной площади. Повышенный поверхностный сток нельзя объяснить увеличением количества атмосферных осадков, так как в историческое время климат земли не изменился. Увеличение поверхностного стока можно объяснить только неправильным использованием земли, вырубкой лесов и усиленной распашкой земли с одновременным ухудшением водно-физических свойств почвы.

Рост донных оврагов начинается, по сути дела, с выработки нового профиля равновесия, соответствующего новому повышенному стоку воды. Принципиально не отличаясь от третьей стадии развития первичных оврагов, рост вторичных оврагов имеет и ряд особенностей. Сначала идет разрушение («обновление») дна, а затем и берегов сети. Образование донного оврага может начаться в балочном звене, а затем в лощинах и ложбинах, впадающих в эту балку, по мере продвижения вершины донного оврага к верховьям балки. Этот процесс может начаться и одновременно в нескольких звеньях балочной системы или только в вершине балки. Все будет зависеть от того, в какое звено гидрографической сети происходит наиболее усиленный сброс поверхностного стока воды.

Третья стадия развития донного оврага заканчивается полным обновлением дна и берегов древней гидрографической сети. Эти овраги, как правило, многовершинные, по числу прежних лощин и ложбин. Четвертая стадия - затухание оврага, протекает, как выше было описано. Овраг постепенно превращается в новую балку. Образно говоря, если овраги являются свежими ранами на теле земли, то балки - это рубцы от старых ран. Особенностью роста донных оврагов является то обстоятельство, что они наследуют от прежней гидрографической сети их водосборные площади. В эти овраги вода поступает не только через вершину, но и с прилегающих склонов водосбора через бровки балок (лощин). При усиленном стоке воды, который собственно и вызывает появление вторичного оврага, берега балок еще до их обновления прорезаются струйчатыми размывами.

Рост вторичного оврага

Особенности геологического строения той или иной местности сказываются на скорости прохождения отдельных стадий и внешнем облике оврагов.

Наиболее быстро идет образование оврагов на лессовых отложениях и рыхлых грунтах.

Чем древнее земледельческие районы, тем больше там оврагов. При росте оврагов теряется много освоенной земли. Но вред от оврагов не только в этом. Они снижают уровень грунтовых вод, увеличивают площадь испаряющей поверхности и тем самым вызывают иссушение территории, на что указывал еще В. В. Докучаев. Кроме того, овраги, расчленяя пашню на мелкие клочки, делают ее неудобной для обработки. Вынос твердого стока из оврагов и отложение его в поймах рек приводят к обмелению рек и заболачиванию пойм. Овражная эрозия наносит большой и почти непоправимый ущерб земле. Это вызывает острую необходимость изучения данного явления и разработки мер защиты земли от разрушения.

Овраг - крутосклонная долина, часто сильно разветвленная, образованная временными водными потоками. Геологический процесс, обусловливающий их развитие, называют оврагообразованием .

Основной движущей силой возникновения и развития оврагов является водная эрозия, т. е. размыв и разрушение поверхности земли текучей водой. В отличие от плоскостного смыва (эрозии), когда текучая вода смывает весь поверхностный слой на склоне, при оврагообразовании действует в основном линейная водная эрозия, т. е. размыв и разрушение идут по линии максимального уклона поверхности склона.

Стадии развития оврага: эрозионная борозда - рытвина (глубиной до 1 м, длиной 5-20 м) - промоина - овраг .

Длина оврагов может достигать нескольких километров, глубина - до 40-50 м (в лессовой толще до 80-100 м), а ширина 150- 300 м. Скорость развития оврага определяется размываемостью пород и может составлять от 0,3-0,8 м до 10-20 м/год.

Оврагообразование имеет исключительно широкое развитие в степной и лесостепной зонах нашей страны (Среднерусская, Верхневолжская, Приволжская, Приазовская возвышенности, степные районы Алтая и Восточной Сибири и др.).

Овраги затрудняют строительное освоение территории. Расчленяя местность, они представляют большую угрозу для населенных пунктов, дорожных и других инженерных сооружений. В ряде районов Центрально-Черноземной области Европейской части России почти четверть общей площади земель занимают бросовые земли, занятые действующими оврагами. Овражная эрозия - типичный процесс, приводящий к локальной потере ресурса геологического пространства со всеми вытекающими отсюда последствиями (В. Т. Трофимов и Д. Г. Зилинг, 2002).

Основные условия развития оврагов: 1) наличие легкоразмываемых пород (супеси, суглинки, особенно лессовые, в меньшей степени - пылеватые пески, глины, меловые отложения и др.); 2) ливневые осадки, быстрое весеннее снеготаяние, неорганизованный сброс техногенных и поливных вод; 3) крутизна склонов более 4-8°.

Глубина оврага ограничивается положением базиса эрозии , т. е. отметки уровня водоема, в который впадает овраг. Понижение базиса эрозии вызывает активизацию роста оврага и его углубление, что может создавать значительную угрозу для уже выстроенных сооружений.

Овраг растет вершиной вверх по склону вплоть до водораздельной линии. Одновременно происходит и его углубление и расширение за счет размыва склонов оврага и появления боковых отвершков. При достижении оврагом водораздельной линии, а устьем - базиса эрозии развитие оврага затухает. Его дно выполаживается, склоны покрываются растительностью. Овраг полностью утрачивает свою размывающую деятельность и превращается в балк у, отрицательную форму рельефа с плоским дном и пологими задернованными склонами.

Понятно, что настоящую опасность при строительном и ином хозяйственном освоении территории представляют действующие или растущие овраги. Признаками растущих оврагов являются крутые обнаженные склоны, резко выраженные бровки, V-образный поперечный профиль, боковые отвершки и т. д.

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием носят комплексный характер и делятся на профилактические и активные (инженерные).

Профилактические мероприятия направлены на предотвращение развития процессов оврагообразования. Запрещается вырубка леса, продольная распашка склонов, неумеренный выпас скота, производство земляных работ на склонах и т. д.

К инженерным мероприятиям относится устройство простейших гидротехнических сооружений для перехвата и отвода поверхностного стока воды: нагорных канав, водозадерживающих валов, распылителей стока, водосборных железобетонных лотков и т. д. По дну оврагов возводится система запруд для гашения энергии размывающего потока. Участки активного размыва засыпаются грунтом и укрепляются с помощью каменной наброски, бетонных плит и т. п. с последующим мощением камнем.

Овраги представляют собой глубокие рытвины, возникающие вследствие эрозионных процессов и впадающие в суходолы или в русла постоянных водотоков (ручьев и рек).

Базис эрозии – горизонтальный уровень, от которого начался размыв и дальше которого не может происходить разрушение.

Рисунок 1 – Схема растущего оврага.

Встречаются целые системы небольших оврагов, последовательно присоединяющихся как ветви к главному, более глубокому оврагу, который в свою очередь впадает в русло постоянного водотока.

В продольном профиле дно оврага не имеет однообразного уклона. Верховье его (начало) всегда представляет собой почти отвесный обрыв. Дно оврага на некотором протяжении имеет очень крутой уклон; дальше, в средней и низовой частях оврага, уклоны дна становятся все более пологими.

В поперечном сечении овраги имеют плоское или слабо вогнутое дно и в большинстве случаев крутые боковые откосы. В лёссах, лёссовидных, глинистых и плотных песчано-глинистых породах боковые откосы оврагов на большую глубину сохраняют почти отвесные очертания.

Размывающему действию потоков воды, проходящих по оврагу, наиболее подвергаются дно и подошвы боковых откосов. Размыв дна в устье оврага продолжается до тех пор, пока дно его не совпадет с уровнем наинизшего горизонта воды постоянного водотока или дна суходола, в который овраг впадает. Рост оврага в длину прекращается только тогда, когда приостанавливается размыв его вершины.

Вместе с углублением оврага происходит его уширение вследствие разрушения откосов смывами, осыпями и обвалами. Развитие оврага прекращается в том случае, если его дно и откосы начинают покрываться растительностью. Такие затухшие овраги называются балками.

Наличие оврагов на городской территории значительно усложняет планировку города, приводя:

а) к утрате участков для застройки;

б) к расчленению городской территории, что затрудняет транспортную и пешеходную связь между отдельными районами города;

в) к нежелательному для зеленых насаждений поверхностному обсыханию почвы и понижению уровня грунтовых вод в зоне, прилегающей к оврагу.

Каждый овраг является как бы дренажем, принимающим в себя почвенные и грунтовые воды с окружающей территории. Кроме того, овраги засоряют русла рек размытым грунтом. Создается угроза устойчивости расположенных вблизи оврагов зданий, дорог, мостов и подземных трубопроводов.

Причины оврагообразования.

Овраги служат местами сбора и стока поверхностных вод; темп роста их по ширине и протяженности зависит от степени устойчивости грунта против размывания. Образуются овраги в результате эрозийных процессов; в большинстве случаев эти процессы протекают интенсивно и в короткое время вызывают разрушение склонов оврага. В песчаных грунтах поверхностная вода быстро поглощается, не вызывая оврагообразования, напротив, в лёссах, лёссовидных суглинках, в глинистых и суглинистых грунтах овраги разрастаются быстро.

Процессу развития оврагов способствуют: вырубка насаждений по склонам и в бассейне оврагов, распахивание и добыча на крутых склонах глины и песка, отсутствие регулирования поверхностного стока, особенно при наличии заброшенных рвов, и т. п.

Безусловное влияние на образование оврагов оказывают климатические условия, в частности холодные, продолжительные зимы с глубоким промерзанием грунта и с накоплением снежного покрова большой толщины. Все это влечет образование трещин в грунтах и их разрушение. При таянии снега интенсивный и обильный сток воды в эти трещины вызывает образование рытвин. В засушливых районах интенсивное усыхание и растрескивание почв также может вызвать образование трещин в грунте.

Стадии развития.

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.

Борьба . Достаточно неглубокую промоину сгладить (вспашкой всвал или сгладить в ручную или дорожными машинами) засеять многолетними травами, чтобы потоки талых вод и ливневых вод стекали бы по задерненной поверхности, устойчивой против размыва. При более глубоких промоинах применяют донные сооружения – плетни-запруды из живых ивовых кольев и фашин.

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.

Борьба — лотки-быстротоки, донные сооружения: запруды плетни, облесение.

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

Борьба. донные сооружения не имеют значения.

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

Борьба . Необходимо регулировать донными сооружениями меандрирование потока в русле оврага, чтобы талые и дождевые воды не подмывали стены оврага. Кроме того, надо содействовать скорейшему зарастанию склонов оврага древесной, кустарниковой и травянистой растительностью.