6.11.2. Микроформы речного русла и их изменения
Если в гидравлическом лотке, дно которого выстлано ровным слоем песка, постепенно увеличивать расход воды, то после достижения скоростями течения некоторых значений наносы придут в движение. Поскольку распределение скоростей течения в турбулентном потоке крайне неравномерно, неравномерным будет и движение этих наносов. В результате формируются небольшие донные гряды — рифели. По мере увеличения скоростей течения высота движущихся рифелей постепенно возрастает и образуются донные дюны. При дальнейшем увеличении скоростей течения может произойти разрушение дюн: наступит так называемая гладкая фаза движения влекомых наносов. Наконец, при очень больших скоростях течения возникают песчаные стоячие волны, а затем антидюны, форма которых перемещается вверх по течению.
Русловые деформации при движении всех описанных выше микроформ (донных гряд) обратимы: после смещения гряды на всю ее длину дно потока в этом месте приобретает первоначальные отметки. Пример перемещения гряд в реках был показан на рис. 6.16. Скорость смещения микроформ на реках обычно не превышает нескольких метров в сутки.
Высота донных гряд может изменяться от нескольких сантиметров до 4—6 м. На некоторых реках размеры гряд соизмеримы с глубиной русла. Обычно гряды меньшего размера накладываются на гряды большего размера, создавая целую «иерархию» микроформ речного русла.
Переход от одного вида микроформ к другому происходит, как показали экспериментальные исследования, с увеличением как числа Фруда v2/gh, так и отношения скорости течения к гидравлической крупности частиц наносов v/w, т. е. степени подвижности наносов.
6.11.3. Мезоформы речного русла и их изменения
Наиболее типичным видом мезоформы речного русла является крупная русловая гряда — перекат (рис. 6.19). Перекаты вместе с расположенными между ними понижениями дна — плесами образуют на реках системы плес — перекат. Эти системы, как и другие русловые формы, медленно смещаются вдоль русла; этот процесс сопровождается обратимыми русловыми деформациями. Скорость смещения таких систем обычно не превышает нескольких сотен метров в год.
Наиболее характерными элементами системы плес — перекат являются верхняя и нижняя плесовые лощины и верхний и нижний (или лево- и правобережный) побочни переката (см. рис. 6.19). Перекат представляет собой крупную русловую гряду, пересекающую русло под углом 20—30°. Верхний по течению склон гряды более пологий, низовой откос (подвалье переката) — более крутой. Наиболее мелкие части гряды — прибрежные отмели — носят название побочней. Наиболее глубокая часть переката между смежными плесовыми лощинами называется корытом переката. Через нее и проходят линия наибольших глубин и фарватер. Наиболее мелководный участок фарватера над перекатом называется гребнем переката.
Перекаты по своему строению бывают трех видов: перевалы—перекаты с плавными и небольшими изменениями отметок дна без резко выраженного подвалья; нормальные — перекаты с хорошо выраженным подвальем, но без резкого искривления фарватера (рис. 6.19, а), перекошенные (сдвинутые) — перекаты с резким искривлением фарватера (рис. 6.19, 6). Те перекаты, которые вследствие либо малых глубин на гребне, либо сильного искривления фарватера создают препятствие судоходству, называют лимитирующими.
Наибольшая скорость перемещения характерна для перекатов на прямолинейных участках русла. Она возрастает с уменьшением крупности наносов. По данным Р.С. Чалова, скорость смещения побочней перекатов на р. Вычегде составляет 25—250 м/год, Лене — до 800, Амударье — до 1000 м/год.
Рис. 6.19. Схемы перекатов:
а — нормального; б— перекошенного; 1, 2 — верхняя и нижняя плесовые лощины; 3, 4 — верхний (правобережный) и нижний (левобережный) побочни переката, 5 — корыто; 6 — гребень; 7 — подвалье переката; 8 — затонская часть нижней плесовой лощины; 9 — линия наибольших глубин
Для большинства перекатов с песчаным дном характерны довольно своеобразные сезонные изменения отметок дна. На подъеме половодья происходит намыв переката, на спаде половодья и в межень—размыв. Размыв переката объясняется возрастанием уклонов водной поверхности и сопутствующим увеличением скоростей течения. Напомним, что в целом в период половодья уклоны на перекате меньше, чем в межень (см. разд. 6.3.6). Для плесов характерны, наоборот, размыв в половодье и намыв в межень.
Другой вид мезоформ речного русла — осередки — подвижные, не соединенные (в отличие от побочней перекатов) с берегами и не заросшие растительностью отмели. Осередки часто возникают на перекатах, вызывая разделение фарватера на его гребне на две ветви.