Экспериментальная оценка механизма размыва в начальной стадии формирования оврага

В работе излагаются результаты и теоретическое обоснование экспериментального исследования механизма и интенсивности размыва в начальной стадии формирования вершин оврагов. Экспериментальная струйная установка позволяет изменять угол атаки струи от 0.5 до 90° при скоростях истечения до 6 м/с. Угол атаки в опытах изменялся с шагом в 10°, скорость течения выдерживалась в диапазоне 1.01–1.04 м/с. Зависимость интенсивности размыва грунта от угла атаки струи характеризуется положительным трендом в диапазоне от нуля до 40°. При более высоких значениях (в диапазоне углов от 50 до 90°) интенсивность последовательно снижается. Наиболее низкие абсолютные значения наблюдались при угле атаки 90°. Предполагаются две основные причины специфики изменения интенсивности размыва почвы и грунта при различных углах атаки потока – гидратационная и гидромеханическая. Первая обусловливает ослабление и разрушение межагрегатных связей проникающей в грунт водой, вторая – сочетанием направления сил гидродинамического напора и сил, удерживающих частицу (агрегат) на месте. Анализ сил, воздействующих на отдельную частицу грунта падающей струей, показывает максимум этого воздействия при угле атаки 41°. Сток в руслах оврагов происходит эпизодически и полученные результаты следует относить к начальному периоду размыва – периоду до образования так называемой воронки размыва.

1. Арманд Д.Л. (1948). Обзор экспериментальных методов в геоморфологии // Проблемы физической географии. Т. XIII. М.–Л.: Изд-во АН СССР, С. 37–58.

2. Бастраков Г.В. (1994). Эрозионная устойчивость рельефа и противоэрозионная защита земель. Брянск: Изд-во БГПИ, 260 с.

3. География овражной эрозии / Е.Ф. Зорина. (2006). М.: Изд-во МГУ, 324 с.

4. Золотов А.И. (2005). Оценка эрозионной устойчивости пахотных земель Ульяновского Предволжья с целью их противоэрозионного использования // ХХ пленарное межвуз. координац. совещ. по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Ульяновск, 13–15 октября 2005 г.) / Доклады и краткие сообщения. Ульяновск: УГПУ, С. 40–44.

5. Косов Б.Ф., Никольская И.И. (1974). Экспериментальные исследования процесса развития оврага // Геоморфология. № 3. С. 39–45. https://doi.org/10.15356/0435-4281-1974-3-39-45

6. Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв. М.: Изд-во МГУ, 1981. 135 с.

7. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г., Горобец А.В. и др. (2018). Влияние угла атаки на скорость размыва связного зернистого грунта на примере черноземной почвы // Почвоведение. 2018. № 2. С. 253–256. https://doi.org/10.7868/S0032180X18020132

8. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г. Добровольская Н.Г. и др. (2011). Эродируемость модельной почвы различной плотности // Почвоведение. № 8. С. 995–999.

9. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г., Добровольская Н.Г. и др. (2014). Влияние температуры воды и влажности почвы на эродируемость образцов чернозема (модельный опыт) // Почвоведение. № 7. С. 890–896. https://doi.org/10.7868/S0032180X14070107

10. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г., Добровольская Н.Г. и др. (2016a). Оценка вклада сил негидравлической природы в нарушение связей между почвенными частицами в процессе водной эрозии // Почвоведение. № 5. С. 593–598. https://doi.org/10.7868/S0032180X16050117

11. Ларионов Г.А., Добровольская Н.Г., Кирюхина З.П., Литвин Л.Ф. (2008). Влияние взвешенных наносов на эродируемость почв // Почвоведение. № 7. С. 871-876.

12. Ларионов Г.А., Литвин Л.Ф., Краснов С.Ф. и др. (2016б). Экспериментальные исследования размыва береговых обрывов и откосов // Геоморфология. № 2. С. 51–58. https://doi.org/10.15356/0435-4281-2016-2-51-58

13. Маккавеев Н.И. (1955). Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 346 с.

14. Маккавеев Н.И., Хмелёва Н.В., Заитов И.Р., Лебедева Н.В. (1961). Экспериментальная геоморфология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 194 с.

15. Мирцхулава Ц.Е. (1970). Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М.: Колос, 240 с.

16. Courivaud J.-R., Fry J.-J., Bonelli S. et al. (2009). Measuring the erodibility of soil materials constituting earth embankments: a key input for dams and levees safety assessment // Hydro. 2009. 9 p.

17. Dabney S.M., Shields F.D.-Jr., Temple D.M., Langendoen E.J. (2004). Erosion processes in gullies modified by establishing grass hedges // Transactions of the ASAE. Vol. 47. No. 5. P. 1561–1571.

18. Hanson G.J., Cook K.R. (2004). Apparatus, test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ // Applied Engineering in Agriculture. American Society of Agricultural Engineers. Vol. 20. No. 4. P. 455–462. https://doi.org/10.13031/2013.16492

19. Khalifa M.A., Zahra Kh.A. (2014). Collective Review in Particular Reference to Soil Erosion around Maritime Structures, Effects of the Angle of Wave: Attack on Coastal Areas Formation and Variation on Transport Rates // American Journal of Marine Science. Vol. 2. No. 1. P. 25–32. https://doi.org/10.12691/marine-2-1-4

20. Kimiaghalam N., Clark S.P., Ahmari H. (2016). An experimental study on the effects of physical, mechanical, and electrochemical properties of natural cohesive soils on critical shear stress and erosion rate // International Journal of Sediment Research. Vol. 31. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2015.01.001

21. Nearing M.A., Bradford J.M., Parker S.C. (1991). Soil Detachment by Shallow Flow at Low Slopes // Soil Science Society of America Journal. Vol. 55. No. 2. P. 339–344. https://doi.org/10.2136/sssaj1991.03615995005500020006x

22. Nearing M.A., West L.T., Brown L.C. (1988). A Consolidation Model for Estimating Changes in Rill Erodibility // Transactions of the ASAE. Vol. 31. No. 3. P. 696–700. https://doi.org/10.13031/2013.30769

23. Osipov V.I. (2014). Physicochemical Theory of Effective Stresses in Soils // Water Resources. Vol. 41. No. 7. P. 801–818. https://doi.org/10.1134/S0097807814070094