geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.7868/S0435428118030045geomorf-1373Research ArticleМетодика научных исследованийScientific Research MethodsГеоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом (ст. 4. Анализ крупности руслового аллювия для определения скоростей палеопотоков)Geomorphological approach to the river runoff evaluation in the geological past (Part 4. Sediment particle size analysis for the assessment of paleo-flow velocity)СидорчукА. Ю.SidorchukA. Yu.

географический факультет

Faculty of Geography

aleksey.sidorchuk@geogr.msu.ruПанинА. В.PaninA. V.a.v.panin@yandex.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, Москва; Институт географии РАН, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University, Faculty of Geography, Moscow; Institute of Geography RAS, MoscowRussian Federation20182209201803Геоморфология4051Copyright © Сидорчук А.Ю., Панин А.В., 20182018Сидорчук А.Ю., Панин А.В.Sidorchuk A.Y., Panin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://geomorphology.igras.ru/jour/article/view/1373

Текстура и структура аллювиальных отложений являются отражением динамики речного потока. Структура аллювия современных рек используется в качестве показателя поля скоростей в речном русле. Для этого применяются формулы для расчета критической скорости потока для условий начала движения или начала осаждения частиц различной крупности. Хорошая разработанность теории и экспериментальная проверка таких формул создала возможность реконструкции скоростей палеопотоков по измерениям крупности частиц наносов в  аллювиальных отложениях. Этому также способствует нелинейность зависимости критических скоростей от диаметра частиц грунта, в результате чего широкому диапазону размеров перемещаемых частиц соответствует довольно узкий диапазон необходимых для этого перемещения скоростей потока. В результате при правильной оценке конкретной динамической обстановки формирования аллювиальной толщи и при правильном отборе образцов аллювия, возможно восстановить как среднюю скорость потока, так (иногда) и интенсивность его турбулентности. При этом следует иметь в виду, что методы расчета критических скоростей дают некий диапазон значений, обычно ±20–30% от среднего.

Существенной ограниченностью этого метода является отсутствие возможности по крупности аллювия определить другие характеристики потока. Такая величина, как глубина потока, необходимая для правильного расчета скорости, оценивается по другим признакам, таким как текстура аллювия, морфометрия палеорусел и т.п. Так что оценка скорости потока по крупности аллювия обычно дополняет и уточняет палеогеоморфологические и палеогидрологические построения, выполняемые другими методами.

The texture and structure of the alluvial deposits are the reflection of the dynamics of the river flow. The texture of the modern river alluvium is used as a measure of the velocity field in the river channel. The formulas for the calculation of the critical flow rate for the conditions of the beginning of the movement or the beginning of the deposition of particles of varying size are used for this purpose. Significant development of the theory and experimental verification of such formulas gives an opportunity for reconstruction paleo­flow velocity by measuring the size of particles in alluvial deposits. This procedure is supported by non­linearity of the relationship between critical velocities and diameters of the soil particles. A wide range of particle sizes is transformed into rather narrow range of flow rates, necessary for movement of these particles. As the result, with the correct assessment of the particular dynamic conditions of formation of the alluvial strata and efficient selection of alluvium samples, the average paleo­flow rate and (in some cases) the intensity of its turbulence can be estimated.

The methods of calculating the critical velocities provide a range of values, typically ±20–30% of the mean. Another significant limitation of this method is the lack of ability to determine other flow and channel characteristics by the use of the size of alluvium. The flow depth, which is required for correct calculation of the velocity, must be determined from the other characteristics, such as the structure of the alluvium, geometry of paleochannels, and etc. Therefore an evaluation of flow rate by alluvium size is usually complements and refines paleogeomorphological and paleohydrological reconstructions, performed by other methods.

аллювийгранулометрический составкритические скоростиреконструк­ция скоростей палеопотоковAlluviumparticle size distributioncritical velocityreconstruction of paleo-­flow velocitiesРабота выполнена по теме “Эволюция и трансформация эрозионно-­русловых систем в условиях изменения природной среды и антропогенных нагрузок (ГЗ)” (А.Ю. Сидорчук) и при поддержке РФФИ (проект № 15­05­05284) (А.В. Панин).The work was carried out on the subject “Evolution and transformation of erosion­channel systems in response to natural environment changing and anthropogenic load” (A. Yu. Sidorchuk) and with the support of the RFBR (project 15­05­05284) (A.V. Panin).ReferencesJopling A.V. Some procedures and techniques used in reconstructing the hydraulic parameters of a paleoflow regime // Journal of Sedimentary Petrology. 1966. No. 36. P. 5–49.Jopling A.V. Some procedures and techniques used in reconstructing the hydraulic parameters of a paleoflow regime. Journal of Sedimentary Petrology. 1966. No. 36. P. 5–49.Ethridge F.G. and Schumm S.A. Reconstructing paleochannel morphology and flow characteristics: methodology, limitations, and assessment // Fluvial sedimentology / A.D. Miall, Ed. Canadian Society Petroleum Geologists Memoir. 1978. Vol. 5. P. 703–722.Ethridge F.G. and Schumm S.A. Reconstructing paleochannel morphology and flow characteristics: methodology, limitations, and assessment, in Fluvial sedimentology. A. D. Miall. Ed. Canadian Society Petroleum Geologists Memoir. 1978. Vol. 5. P. 703–722.Maizels J.K. Palaeovelocity and palaeodischarge determination for coarse gravel deposits // Background to paleohydrology: A Perspective / K.J. Gregory, Ed. New York: John Wiley and Sons. 1983. P. 101–139.Maizels J.K. Palaeovelocity and palaeodischarge determination for coarse gravel deposits, in Background to paleohydrology: A Perspective. K.J. Gregory, Ed. New York: John Wiley and Sons. 1983. P. 101–139.Шамов Г.И. Речные наносы. Л.: Гидрометеоиздат, 1954. 346 с.Shamov G.I. Rechnye nanosy (River sediments). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1954. 346 p.Лохтин В.М.О механизме речного русла. СПб.: Тип. Мин­ва путей сообщения, 1897. 77 с.Lokhtin V.M. O mekhanizme rechnogo rusla (On the mechanics of the river channel). S.­Petersburg: Min. putei soobshcheniya (Publ.), 1897. 77 p.Великанов М.А. Динамика русловых потоков. Т. II. Наносы и русло. М.: Гостехиздат, 1955. 323 с.Velikanov M.A. Dinamika ruslovykh potokov (Channel­flow dynamics). vol. II. Nanosy i ruslo (Sediments and channel). Moscow: Gostekhizdat (Publ.), 1955. 323 p.Yang C.T. Sediment Transport: Theory and Practice. N.­Y.: The McGraw­Hill Co., 1996. 396 p.Yang C.T.Sediment Transport: Theory and Practice. N.­Y.: The McGraw­Hill Co., 1996. 396 p.Гончаров В.Н.Основы динамики русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1954. 452 с.Goncharov V.N.Osnovy dinamiki ruslovykh potokov (Fundamentals of channel­flow dynamics). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1954. 452 p.Гришанин К.В. Динамика русловых потоков. 2­е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 312 с.Grishanin K.V.Dinamika ruslovykh potokov (Channel­flow dynamics). 2­nd edition. Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1979. 312 p.Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М.: Колос, 1970. 240 с.Mirtskhulava Ts.E.Inzhenernye metody rascheta i prognoza vodnoi erozii (Engineering methods of calculation and prediction of water erosion). Moscow: Kolos (Publ.), 1970. 240 p.Gessler J.Self­stabilizing tendencies of alluvial channels // Proc. ASCE. 1970. Vol. 96(WW2). P. 235–249.Gessler J. Self­stabilizing tendencies of alluvial channels. Proc. ASCE. 1970. Vol. 96(WW2). P. 235–249.Гринвальд Д.И., Никора В.А. Речная турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 152 с.Grinvald D.I. and Nikora V.A.Rechnaya turbulentnost’(River turbulence). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1988. 152 p.Колмогоров А.Н.О логарифмически нормальном распределении размеров частиц при дроблении // Докл. АН СССР. 1941. Т. 31. № 2. С. 99–101.Kolmogorov A.N. About a logarithmically normal distribution of particles during the fragmentation. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1941. Vol. 31. No. 2. P. 99–101. (in Russ.)Hjulström F.Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris // Bulletin of the Geological Institute, University of Uppsala. 1935. Vol. 25. P. 221–527.Hjulström F. Studies of the morphological activity of rivers as illustrated by the River Fyris. Bulletin of the Geological Institute, University of Uppsala. 1935. Vol. 25. P. 221–527.http://www.fluvial­systems.net/geomorfologiya_2016/supplement4.htmlhttp://www.fluvial­systems.net/geomorfologiya_2016/supplement4.htmlЛодина Р.В., Рашутин Д.В., Сидорчук А.Ю., Чалов Р.С. Изменение морфологии русла и руслообразующих наносов от истока до устья (на примере р. Терек) // Геоморфология. 1987. № 1. С. 86–94.Lodina R.V., Rashutin D.V., Sidorchuk A. Yu., and Chalov R.S. Changing in channel morphology and channel­forming sediments from the river head to the mouth: the Terek River case study. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 1987. No. 1. P. 86–94. (in Russ.)Коротаев В.Н., Лодина Р.В., Милошевич В.А., Сидорчук А.Ю., Чалов Р.С. Формирование дельты р. Яны и прогноз развития ее устьевых баров // Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 6. М.: Изд­во Моск. ун­та, 1978. С. 123–159.Korotayev V.N., Lodina R.V., Miloshevich V.A., Sidorchuk A. Yu., and Chalov R.S. Delta formation of the Yana River and prognosis of its mouth bars development, in Eroziya pochv i ruslovye protsessy (Soil erosion and channel processes). Iss. 6. Moscow: Izd­vo MGU (Publ.), 1978. P. 123–159.Сидорчук А.Ю. Перемещение донных гряд на Нижне­Шешуровском перекате р. Вычегда // Метеорология и гидрология. 2000. № 4. С. 94–102.Sidorchuk A. Yu. Bed­form dynamics in the Nizhne­Sheshurovski shallows of the Vychegda River. Meteorol. Gidrol. 2000. No. 4. P. 94–102. (in Russ.)Сидорчук А.Ю. Морфология и динамика рельефа русла нижнего Нигера // Пробл. морфодинамики. М.: ГО СССР, 1983. С. 21–38.Sidorchuk A. Yu. Morphology and dynamics of channel relief in the Lower Niger, in Problemy morfodinamiki(Problems of morphodynamics). Moscow: GO SSSR (Publ.), 1983. P. 21–38.Алексеевский Н.И., Белый Б.В., Беркович К.М., Иванов В.В., Никитина Л.Н., Турыкин Л.А., Чалов Р.С., Чернов А.В. Русловые деформации верхнего Чулыма в условиях разработки русловых карьеров // Эрозия почв и русловые процессы.Вып. 10. Изд­во Моск. ун­та, 1995. С. 143–157.Alekseevskiy N.I., Belyi B.V., Berkovich K.M., Ivanov V.V., Nikitina L.N., Turykin L.A., Chalov R.S., and Chernov A.V. Channel processes in the upper Chulym River under the influence of channel quarries, in Eroziya pochv i ruslovye protsessy (Soil erosion and channel processes). Iss. 10. Moscow: Izd­vo MGU (Publ.), 1995. P. 143–157.Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 271 с.Karaushev A.V. Teoriya i metody rascheta rechnykh nanosov(The theory and methods of river sediments calculation). Leningrad: Gidrometeoizdat (Publ.), 1977. 271 p.Россинский К.И., Дебольский В.К. Речные наносы. М.: Наука, 1980. 216 с.Rossinskiy K.I. and Debolski V.K. Rechnye nanosy(River Sediments). Moscow: Nauka (Publ.), 1980. 216 p.Алексеевский Н.И., Сидорчук А.Ю. Морфология и динамика рельефа русла в нижнем течении Терека // Земельные и водные ресурсы. М.: Изд­во Моск. ун­та, 1990. С. 87–95.Alekseevskiy N.I. and Sidorchuk A. Yu. Morphology and dynamics of channel relief in Terek lower reaches, in Zemel’nye i vodnye resursy (Land and Water Resources). Moscow: Izd­vo Mosk. un­ta (Publ.), 1990. P. 87–95.Снищенко Б.Ф. Парные связи параметров гряд и характеристики потока и русла // Тр. ГГИ. 1983. Вып. 288. С. 15–25.Snishchenko B.F. Paired relationships between parameters of sand waves and characteristics of the flow and channel. Tr. GGI. 1983. Vol. 288. P. 15–25 (in Russ.).Нагайцев Б.М. Волжское валунно­песчано­гравийное месторождение // Аллювий. Межвузовский сборник научных трудов. Пермь: Пермский ун­т, 1980. С. 101–113.Nagaitsev B.M. Volga boulder, sand and gravel quarry, inAlluviy(Alluvium). Inter­Univ. Proc. Perm’: Permskii un­t (Publ.), 1980. P. 101–113.Сидорчук А.Ю., Панин А.В. Геоморфологические подходы к оценке величины поверхностного стока в геологическом прошлом (ст. 1. Морфометрические зависимости) // Геоморфология. 2017. № 1. С. 55–65.Sidorchuk A. Yu. and Panin A.V. Geomorphological approach to the river runoff evaluation in the geological past. Part 1. Regime equations. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2017. No. 1. P. 55–65. (in Russ.)Сидорчук А.Ю., Панин А.В. Геоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом (ст. 2. Гидравлические методы реконструкции расходов палеорек) // Геоморфология. 2017. № 2. С. 3–13.Sidorchuk A. Yu. and Panin A.V. Geomorphological approach to the river flow evaluation in the geological past. Part 2. Hydraulic methods of paleoriver discharge reconstruction. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2017. No. 2. P. 3–13. (in Russ.)Сидорчук А.Ю., Панин А.В., Борисова О.К., Еременко Е.А. Геоморфологические подходы к оценке величины речного стока в геологическом прошлом (ст. 3. Анализ структуры сети водотоков) // Геоморфология. 2018. № 1. С. 18–32.Sidorchuk A. Yu., Panin A.V., Borisova O.K., and Eremenko E.A. Geomorphological approach to the river flow evaluation in the geological past. Part 3. Drainage net structure analysis. Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2018. No. 1. P. 18–32. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.