9. Русловой процесс
Известно, что русло управляет потоком и формирует поле скоростей, а поток, в свою очередь, влияет на форму своего русла, производит размыв и намыв наносов, создает себе русло, отвечающее его скоростному полю. Такова диалектика взаимодействия потока и русла.
Русловой процесс – это изменение морфологического строения русла под действие текущей воды. Изучает русловые процессы в реках речная гидроморфология.
Деформация русла и поймы, возникающая вследствие взаимодействия различных факторов режима, стока, характера грунта дна русла и берегов, уклонов, строения долин и пр. обуславливают формирование различных типов русловых процессов.
Выделяют 7 типов русловых процессов:
Ленточногрядовый, побочневый, свободного меандрирования, незавершенного меандрирования, ограниченного меандрирования, русловой и пойменной многорукавностью. Для каждого типа руслового процесса свойственно определенное сочетание или отношение ширины долины к ширины русла ( от 2 для русел ленточногрядового типа до 18 для русел с пойменной многорукавностью), а также соотношения их уклонов.
Рис. Типы руслового процесса и их основные измерители.
1 - ленточногрядовый тип (г - шаг ленточных гряд); 2 - побочневый тип
(пб - шаг побочней); 3 - ограниченное меандрирование (и - шаг излучины, 0 - угол разворота излучины); 4 - свободное меандрирование (Sи - длина излучины, и - шаг излучины,1 - угол входа, 2 - угол выхода, 0=1+2); 5 - незавершенное меандрирование;
1а - русловая многорукавность; 5а - пойменная многорукавность.
Русло в плане имеет, как правило, извилистую форму. По генезису различают два вида извилин:
Орографические – это те, которые обусловлены наличием в русле каких либо местных сопротивлений, например, в виде трудно размываемых участков дна.
Гидрографические – обусловлены размывающей деятельность потока.
В ходе руслового процесса извилины растут, сползают вниз по течению, происходят прорывы извилин, образование протоков и стариц.
Извилистая форма является наиболее устойчивой для рек, протекающих в легко размываемых грунтах.
Расположение глубин русла в плане показывает, что равнинные реки представляют собой чередование глубоководных участков – плесов и перекатов, которые ха половодье могут перемещаться до 200…300 м в год.
Рис. Схема излучины реки.
1 – верхний плес, 2 – верхний побочень,
3 – нижний плес, 4 – нижний побочень, 5 – гребень переката,
6 – форватор, 7 - поперечный профиль.
Если в течение длительного времени, соизмеримого допустим со сроком службы сооружения, не происходят существенные деформации русла, то такие русла называются устойчивыми, т.е. находящимся в динамическом равновесии.
Для проектирования больших каналов, мостов, причалов, водозаборов и пр. необходимо давать прогноз деформаций русла в результате их строительства.
Наиболее точно это делается на модельных установках в результате экспериментальных исследований. Для крупных, ответственных сооружений такое моделирование считается обязательным, несмотря на очень высокую их стоимость. Это многократно окупается.
Что касается использования для прогнозов деформаций математического моделирования, способного заменить физическое моделирование, то оно имеет место только в случаях решения частных задач (заиление водохранилищ, размывы русла у опор мостов и в нижних бъефах ГЭС, у причальных стенок и т.д.). В основу большинства из них положено уравнение баланса наносов на рассматриваемом участке.