3.4. Продольный профиль реки, поперечный уклон

Графическое изображение продольного вертикального разреза русла по линии фарватера или по его средней линии с указанием высотного положения свободной поверхности в межень или поло­водье и линии дна при движении от истока к устью называют продольным профилем реки. Высота рассматриваемых точек берется над какой-либо плоскостью сравнения, например над уровнем моря. Пусть h\ и hz — отметки поверхности воды (дна) в начале и в конце рассматриваемого участка реки (рис. 3.6). Разность (м) указанных отметок Ah=h\—hz, взятую с обратным знаком, называют падением свободной поверхности (дна) на вы­деленном участке реки. Отношение падения А/г к длине данного участка реки определяет уклон поверхности воды (дна). Чаще всего уклон выражают в виде десятичной дроби или в промилле (%о), что означает падение, выраженное в тысячных долях от длины участка. Например, если падение на расстоянии 2 км равно 1 м, то уклон равен 1:2000=0,0005 или 0,5%₀. Уклоны поверх­ности воды и дна на одном и том же участке реки, как правило, не совпадают.

66

Продольный профиль водной поверхности изменяется в зави­симости от наполнения русла и прохождения половодья и павод­ков. При построении продольного профиля поверхности воды обычно используются меженные уровни. Этот профиль повторяет сглаженный профиль дна. Иногда строится мгновенное положение свободной поверхности воды одного паводка. Продольные про-

Рис. 36 Продольный профиль участ­ка реки:

/ — поверхность воды; 2 — дно реки; h\ и /1₂ отметки поверхности воды (дна), / длина участка реки

Рис. 3.7. Относительные профили рек (по С. В. Григорьеву):

/ — профиль равновесия; 2 — прямолиней­ный, 3 сбросовый, 4 — ступенчатый

фили отдельных рек различаются по форме в соответствии с укло­нами и рельефом дна долины, характера грунтов и т. д.

В соответствии с характером распределения падения и укло­нов по длине реки существует четыре основных типа продоль­ных профилей рек (рис. 3.7).

Плавновогнутый профиль, или профиль равновесия, встречаю­щийся чаще всего, характеризуется вогнутой кривой, более кру­той в истоках реки и пологой ближе к устью; наиболее типичен для рек равнинных районов с однообразными, легко размывае­мыми грунтами, но присущ и рекам горных систем складчатого типа (например, профили рек Риони, Вахш).

Прямолинейный профиль, наблюдаемый чаще всего на малых равнинных реках, характеризуется равномерными уклонами на всем протяжении реки. Близкий к прямолинейному профиль имеет река Кама.

Сбросовый профиль, имеет вид выпуклой параболической кривой с малым падением в верховьях и большим в нижнем те­чении реки. Подобный профиль характерен лишь для рек Каре­лии и Кольского полуострова.

Ступенчатый профиль отличается чередованием участков с малым и сосредоточенным падением, встречается на реках, русло которых сложено трудно размываемыми горными породами. Та­кой профиль часто характеризуется наличием порогов и водопа­дов и встречается в горных странах, например на реках Памир ^и Гунт (Средняя Азия).

^3> 67

Продольные профили большинства рек непрерывно изменяются под влиянием многих факторов. Русло реки с течением времени стремится занять более низкое положение, при этом уклоны по длине реки распределяются так, что не происходит намыва или размыва дна. Такому состоянию соответствует плавновогнутый профиль, называемый профилем равновесия.

Средние уклоны рек на территории СССР вследствие различ­ного рельефа изменяются в широких пределах. Наименьшие укло­ны свойственны равнинным рекам: средний уклон (%о) Волги — 0,07, Оби — 0,04, Иртыша — 0,05. Значительные уклоны (%₀) име­ют реки горных районов: Кубань—1,46, Терек — 4,77, Зерав-шан — 6,2.

Кроме продольных уклонов водной поверхности в реках на­блюдаются и поперечные, т. е. поперечный профиль водной по­верхности представляет собой не горизонтальную линию, а харак­теризуется наличием превышения уровня вод у одного берега над уровнем у другого. Поперечный наклон водной поверхности явля­ется результатом действия центробежной силы и отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса).

Центробежная сила возникает при движении воды на закруг­лениях русла и направлена по радиусу кривизны от центра за­кругления. Совместное действие силы тяжести и центробежной силы обусловливает наклон водной поверхности с повышением в сторону вогнутого берега.

Действие силы Кориолиса проявляется в том, что все тела, движущиеся относительно земной поверхности, в Северном полу­шарии отклоняются вправо, а в Южном — влево от направления их движения. Практическим подтверждением действия силы Ко­риолиса является тот факт, что реки Северного полушария, теку­щие в меридиональном направлении, имеют крутой правый берег, подмываемый речным потоком, и пологий левый.

Сила Кориолиса действует на русловой поток как на поворотах так и на прямолинейных участках. Сама отклоняющая сила вра­щения Земли относительно мала, поэтому и поперечный уклон, вызываемый ее действием, значительно меньше, чем уклон, обу­словленный центробежной силой. В тех случаях, когда направле­ние силы Кориолиса совпадает с направлением центробежной си­лы, значения этих сил складываются, при противоположном на­правлении названных сил равнодействующая будет равна их раз­ности.

Сравнение поперечных уклонов, возникающих под действием центробежной силы и силы отклоняющего действия вращения Земли, с продольными уклонами рек показывает, что продольные уклоны всегда значительно больше поперечных, даже в тех слу­чаях, когда обе силы действуют в одном направлении. Так, на реках Дон, Кама, Обь, Иртыш продольные уклоны в естественном состоянии в период межени 0,06... 0,09% ₀, а поперечные уклоны на закруглениях русла не превышают 0,03 ... 0,05%₀.

68