Разрушение берега реки может быть вызвано, когда гравитационные силы, действующие на берег, превышают силы, которые удерживают осадок вместе. Разрушение зависит от типа осадка, слоистости и содержания влаги . [1]
Все речные берега подвержены эрозии , но разрушение зависит от местоположения и скорости, с которой происходит эрозия. [2] Разрушение речного берега может быть вызвано размещением домов, насыщением водой, весом на берегу реки, растительностью и/или тектонической активностью. Когда сооружения построены слишком близко к берегу реки, их вес может превысить вес, который может выдержать берег, и вызвать оползень или ускорить оползень, который может быть уже активным. [1] [3] К этим напряжениям может добавиться повышенное насыщение, вызванное орошением и септиками , которые снижают прочность почвы. [4] В то время как глубоко укоренившаяся растительность может повысить прочность речных берегов, замена травой и растительностью с более мелкими корнями может фактически ослабить почву. Наличие газонов и бетонных подъездных путей концентрирует сток на берегу реки, еще больше ослабляя его. Фундаменты и конструкции еще больше увеличивают напряжение. [3] Хотя каждый режим разрушения четко определен, необходимо четко определить исследования типов почв, состава берега и окружающей среды, чтобы установить режим разрушения, из которых несколько типов могут присутствовать на одной и той же территории в разное время. После классификации разрушения можно предпринять шаги для предотвращения дальнейшей эрозии. Если виноват тектонический сбой, исследование его последствий может помочь в понимании аллювиальных систем и их реакций на различные нагрузки.
Берег реки можно разделить на три зоны: зона мыса, зона берега и зона притока. Зона мыса — это зона, которая наиболее подвержена эрозии. [2] Поскольку она расположена между обычным уровнем воды и низким уровнем воды, она сильно подвержена влиянию течений и эрозионных явлений. [2] Зона берега находится выше обычного уровня высокой воды, но все равно может периодически подвергаться воздействию течений и получает наибольшее количество движения людей и животных. Зона притока находится внутри как зоны мыса, так и зоны берега и может быть классифицирована как пойма или обрыв, в зависимости от ее уклона. [2] Берег реки будет реагировать на эрозионную активность в зависимости от характеристик материала берега. Наиболее распространенным типом берега является стратифицированный или интерстратифицированный берег, который состоит из несвязных слоев, перемежающихся связными слоями. [5] Если связная почва находится у подножия берега, она будет контролировать скорость отступления вышележащего слоя. Если несвязная почва находится у подножия берега, эти слои не защищены слоями связной почвы. Берег коренной породы обычно очень стабилен и будет подвергаться постепенной эрозии. Связная почва очень восприимчива к эрозии во время понижения уровня воды из-за своей низкой проницаемости . [2] Разрушения в связных почвах будут происходить на вращательных или плоских поверхностях разрушения, тогда как в несвязных почвах разрушения будут лавинообразными . [ 5]
Гидравлические процессы на поверхности воды или под ней могут увлекать за собой осадок и напрямую вызывать эрозию. Несвязные берега особенно уязвимы для этого типа разрушения из-за подмыва берега, деградации ложа и базальной очистки. [6]
Гидравлическая эрозия носка происходит, когда поток направлен в сторону берега на изгибе реки, а самая высокая скорость — на внешнем крае и в центральной глубине воды. [5] Центробежные силы поднимают уровень воды так, что он становится самым высоким на внешнем изгибе, и поскольку гравитация тянет воду вниз, происходит катящаяся, винтовая спираль с нисходящей скоростью против берега (эрозионная сила). [2] Она будет самой высокой в крутых изгибах. Самая сильная эрозия будет непосредственно ниже по течению от точки максимальной кривизны. В случаях с несвязными слоями течения удаляют материал и создают консольный выступ связного материала. Сдвиг превышает критический сдвиг на мыске берега, и частицы размываются. Затем это приводит к выступу, который в конечном итоге приводит к отступлению берега и его разрушению. [2]
Геотехнические разрушения обычно происходят из-за напряжений на берегу, превышающих силы, которые может выдержать берег. Одним из примеров является перенасыщение берега после понижения уровня воды от поймы до нормальных уровней берега. Давление поровой воды в насыщенном берегу снижает прочность почвы на сдвиг при трении и увеличивает силы скольжения. [5] Этот тип разрушения наиболее распространен в мелкозернистых почвах, поскольку они не могут дренироваться так же быстро, как крупнозернистые почвы. [2] Это может быть усилено, если берега уже были дестабилизированы из-за эрозии несвязных песков, которая подрывает материал берега и приводит к обрушению берега. [5] Если берег подвергался воздействию замерзания-оттаивания, трещины растяжения могут привести к обрушению берега. Подповерхностная влага ослабляет внутренний сдвиг. [2] Капиллярное действие также может уменьшить угол естественного откоса берега до значения меньше существующего склона берега. Это делает склон слишком крутым и может привести к обрушению при высыхании почвы. [2]
Разрушение трубопровода может произойти, когда увеличивается высокое давление просачивания грунтовых вод, а также скорость потока. Это вызывает обрушение части берега. Разрушение обычно происходит из-за избирательного потока грунтовых вод вдоль перемежающихся насыщенных слоев в стратифицированных речных берегах, с линзами песка и более грубого материала между слоями более мелкого связного материала. [6]
Изменения в уклоне дна долины могут влиять на аллювиальные реки, что может произойти из-за тектоники . Это может вызвать обрушение берега реки, что приведет к опасностям для людей, живущих рядом с рекой, и для таких сооружений, как мосты, трубопроводы и переходы линий электропередач. В то время как большие и быстрые реки должны сохранять свои первоначальные пути течения, низкие градиенты делают эффекты, вызванные изменениями уклона, более значительными. [7] Обрушение берега в результате тектоники может также привести к отрыву, при котором река отказывается от своего собственного речного русла в пользу формирования нового. [7] Отрыв из-за тектоники чаще всего встречается в реках, испытывающих высокий уровень воды, при котором обрушение берега привело к потере естественных дамб из-за разжижения и трещин от землетрясения. [8]
Гравитационное разрушение включает в себя неглубокие и вращательные оползни, обрушения плит и консольные обрушения, а также подземные потоки и сухие зернистые потоки. Это процесс отрыва осадков в первую очередь от связного берега и его транспортировки по течению.
Неглубокое разрушение происходит, когда слой материала движется вдоль плоскостей, параллельных поверхностям берега. Разрушение типично для почв с низкой связностью и происходит, когда угол берега превышает угол внутреннего трения. [5] Блоки небольшого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или около него из-за чрезмерного давления поровой воды и перегрузки . Плита материала в нижней половине берега выпадет, оставив полость в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными мелкозернистыми связными материалами берега, которые допускают накопление положительного давления поровой воды и сильное просачивание внутри конструкции. [6]
Выталкивающее разрушение происходит, когда блоки небольшого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или около него из-за чрезмерного давления поровой воды и перегрузки. Плита материала в нижней половине берега выпадет, оставив полость в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными мелкозернистыми связными береговыми материалами, которые позволяют накапливать положительное поровое давление воды и сильную просачивание внутри структуры. Блоки небольшого и среднего размера вытесняются у основания речного берега или около него из-за чрезмерного порового давления воды и перегрузки. [6]
Разрушение плиты представляет собой скольжение и падение вперед глубоко залегающей массы в русло реки. Разрушения связаны с крутыми, малой высотой, мелкозернистыми связными берегами и происходят в условиях низкого потока. Они являются результатом комбинации размыва у основания берега, высокого давления поровой воды в материале берега и трещины растяжения в верхней части берега. [6]
Консольные обрушения происходят, когда нависающие блоки обрушиваются в канал. [5] Обрушение часто происходит после того, как берег подвергся подрезке. Обрушение обычно происходит в композите из мелко- и крупнозернистого материала и активно в условиях низкого потока. [6]
Разрушение, вызванное сухим гранулярным потоком , обычно происходит на несвязных берегах на уровне угла естественного откоса или около него, которые подрезаны. Это увеличивает локальный угол берега выше угла трения, и отдельные зерна катятся, скользят и отскакивают вниз по берегу в слое. Накопление обычно происходит у носка. [6]
Мокрый оползень возникает , когда потеря прочности участка берега из-за насыщения увеличивает вес берега и снижает прочность материала берега, так что почва течет как вязкая жидкость. [2] Этот тип разрушения обычно происходит на пологих берегах, и затронутый материал стекает вниз по берегу, образуя лепестки материала у подножия. [6]
Разрушение балки происходит в результате образования трещин растяжения в свесе и происходит только тогда, когда нижняя часть блока свеса разрушается вдоль почти горизонтальной поверхности разрушения. [6]
Землетрясения в районе Нью-Мадрида 1811–12 годов были вызваны землетрясениями на реке Миссисипи и представляют собой обрушение берега, вызванное тектонической активностью в сейсмической зоне Нью-Мадрида (NMSZ). [9] NMSZ является результатом несостоявшейся рифтовой системы, которая остается слабой и сегодня, и, таким образом, подвержена сбросам и сейсмической активности. [9] Землетрясения вызвали немедленное обрушение берега, при котором поверхностные берега упали выше и ниже поверхности воды, вызвав волны, достаточно большие, чтобы потопить лодку. [7] Некоторые волны были вызваны падением осадка в реку, но в других случаях сами волны, ударяясь о берега, вызывали одновременное обрушение больших участков берегов Миссисипи. [7] Было замечено, что воды Миссисипи текут вспять из-за толчков, вызванных землетрясением. [8] Большое количество осадков было внесено в реку. Обрушение берега наблюдалось вплоть до Мемфиса, штат Теннесси . Вертикальные смещения могли быть основным источником турбулентности, хотя и кратковременным. [7]
Обрушение берега произошло на реке Ред-Ривер и ее притоках. Оно было вызвано эрозией и представляет собой оползень. Обрушение происходит в этой области, потому что берега реки состоят из глины из-за ледниковых и озерных отложений, в отличие от более устойчивых отложений, таких как песок или гравий. [1] Чаще всего оползень наблюдается в формации Шерак, которая находится на менее прочной формации, называемой формациями Хуот и Бренна. [1] Формация Шерак состоит из слоев ила и глины, в то время как Бренна представляет собой глинистое отложение. [10] Эти менее прочные формации обнажаются, когда вышележащая формация Шерак размывается речной долиной. Трещины также могут образовываться в формации Шерак, вызывая слабость в подстилающей глине и оползень. Открытый контакт между формациями (обычно в районе реки Ред-Ривер) и, таким образом, присущая этому контакту слабость вызывают массовое опустошение берега реки. [11] Человеческая деятельность вблизи берегов реки затем увеличивает риски обрушения. [1] Из-за этого человеческого вмешательства лучшим способом защиты реки является избежание ненужной нагрузки вблизи реки и повышение осведомленности о проблемах, ведущих к обрушению. [1] Когда обрушение действительно происходит, необходимо понимание геотехнических параметров склона, и на них в основном полагаются, чтобы понять основные причины. [11] Этого можно достичь, получив значения предела пластичности и предела текучести грунтов. [1]
Также интерес представляют взаимодействия между речными потоками и вкладом осадка. Ред-Ривер и Миннесота получают вклады от реки Пембина на северо-востоке Северной Дакоты. [10] Скорость эрозии очень высока для этой реки и приводит к обширной и крутой эрозии берегов реки. Этот увеличенный сток затем приводит к увеличению речного стока и, следовательно, к более высоким эрозионным событиям ниже по течению, например, в Ред-Ривер. [10]
Обрушение берегов реки зависит от многих решений, наиболее распространенными из которых являются стабилизация известью и подпорные стенки , каменная наброска и шпунтовые сваи , поддержание густой растительности, валки и траншеи, мешки и блоки, габионы и матрасы, грунтоцемент и отказ от строительства сооружений вблизи берегов реки. [12]
Каменная наброска из камней и других материалов, уложенная таким образом, чтобы сдерживать эрозионные процессы на берегу реки. Этот метод является дорогостоящим и может дать сбой, но его можно использовать для больших площадей. [3] Разрушение наблюдается, когда берег подвергается эрозии частиц из-за того, что камни слишком малы, чтобы противостоять сдвиговому напряжению, удаление отдельных камней ослабляет общую каменную наброску, боковой склон берега слишком крутой для того, чтобы каменная наброска сопротивлялась смещающим силам, или градация каменной наброски слишком однородна (нечем заполнять небольшие пространства). Разрушение также может произойти из-за оползня, трансляционного скольжения или модифицированного оползня. [12]
Валки — это нагромождение эрозионно-устойчивого материала на берегу реки, где, если их закопать, они становятся известны как траншеи. Когда эрозия сохраняется в уже определенном месте, эти валки и траншеи сползают вниз вместе с берегом, чтобы защитить его от дальнейших проявлений эрозии. [13] Это позволяет минимизировать необходимость в проектных работах, поскольку установка проста на высоких берегах, хотя другие методы могут привести к неудаче. [12] Недостатки включают в себя окна и траншеи, которые продолжают эродировать, пока они не пересекут эрозионно-устойчивый материал. Результаты этого метода оказались непоследовательными, поскольку крутой уклон берега приводит к увеличению скорости реки. [12]
Мешки и блоки могут использоваться во время наводнения, когда мешки заполняются материалом, что позволяет блокам стимулировать дренаж и рост растительности. Этот метод требует большего количества человеческого труда и большего количества наполнителя, так как все мешки и блоки должны быть одинакового размера. [12]
Габионы — это сложенные друг на друга прямоугольные проволочные коробки, заполненные камнями. Они полезны на крутых склонах, когда вода слишком быстрая для использования каменной наброски. Они дороги и трудоемки, а также требуют периодического осмотра на предмет повреждений и последующего обслуживания, хотя они, как было замечено, демонстрируют положительную производительность. [13]
Матрацные габионы — это широкие неглубокие корзины, полезные на гладких берегах рек для роста растительности. Связанные бок о бок и уложенные рядом друг с другом на неглубоких поверхностях, они создают защитное одеяло от эрозии. [12]
Сочлененные бетонные матрасы используются на крупных реках, таких как Миссисипи, и состоят из бетонных блоков, удерживаемых стальными стержнями. [12] Быстрые в использовании и имеющие хорошую репутацию, они позволяют полностью покрыть берег реки при правильной установке. Это, в свою очередь, приводит к хорошей истории обслуживания. [12] Однако открытые пространства (8%) позволяют проходить мелкому материалу, а промежутки между блоками могут привести к сносу берега. [13] К сожалению, сами матрасы плохо подходят для резких поворотов, и удаление растительности на берегу, которое требуется для размещения, может оказаться дорогостоящим. [12]
Точное размещение цемента для грунта может отличаться в зависимости от уклона берега. [14] В реках с высоким волновым воздействием может потребоваться ступенчатая схема для рассеивания энергии, исходящей от волн. [12] В условиях с более низкой волновой энергией цемент может быть «нанесен» листами параллельно склону. Однако этот метод нельзя использовать на крутом склоне. [14] Цемент для грунта может иметь отрицательные эффекты в условиях замерзания/оттаивания, но положительные эффекты на берегах с песком и растительностью, поскольку низкая прочность и непроницаемость могут привести к разрушению. [12]
Существует три основных типа растительности для предотвращения обрушения берегов: деревья, кустарники и травы. Деревья обеспечивают глубокую и плотную корневую систему, увеличивая нагрузки, которые может выдержать берег реки. Кустарники закрепляются на берегу реки, чтобы обеспечить защитное покрытие от эрозии, создавая хорошее растительное покрытие и устойчивость почвы. [3] Черенки можно связывать вместе в фашины и помещать в неглубокие траншеи параллельно берегу реки. [12] Обычно наиболее полезными материалами являются жерди ивы и тополя, однако также могут использоваться волокнистые изделия [13] [15] затем их частично закапывают и закрепляют на месте. Эти связки черенков создают конструкции, похожие на бревна, которые будут укореняться, расти и создавать хорошее растительное покрытие. Конструкции удерживают почву на месте и защищают берег ручья от эрозии. [13] Использование растительности для противодействия эрозионным процессам является наиболее трудоемким методом, а также наименее затратным. Он также улучшает среду обитания и эстетически приятен. Однако на крутых берегах деревья могут не стабилизировать основание берега, а вес самого дерева может привести к его разрушению. Также трудно выращивать растительность в условиях заморозков и оттепелей . Если не обеспечить надлежащую защиту, дикие животные и скот могут повредить растительность. [12]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )