3.Русловые процессы

Русловые процессы - это изменения морфологического строения речного русла и поймы, обусловленные действием текущей воды. Русловые процессы проявляются во взаимодействии потока и русла реки. Конкретные проявления русловых процессов в виде измене­ния положения и размеров русла, поймы и отдельных русловых образований, т. е. в виде размыва или намыва дна и берегов, на­зывают русловыми деформациями.

Русловые образования, подвергающиеся деформациям,- это скоп­ления наносов, создающие характерные формы рельефа речно­го русла и поймы разного размера - микро-, мезо- и макроформы. К микроформам относятся перемещающиеся в русле донные гряды, размеры которых меньше глубины русла. Мезоформы - это также состоящие из наносов гряды, но более крупного размера, соизмеримые уже с поперечными размерами самого русла. К мезоформам относятся речные перекаты, осередки, небольшие острова. Макроформами называют крупные, морфологически однородные участки речного русла, представленные относительно прямолиней­ными участками, извилинами (излучинами, меандрами), системами русловых и пойменных разветвлений, участками так называемого разбросанного русла. Русловые процессы неразрыв­но связаны с переносом в речном потоке наносов, в основном - влекомых. Иногда даже говорят, что русловые процессы - это форма перемещения влекомых наносов.

Изучение русловых процессов имеет большое практическое значение, так как от характера и интенсивности русловых дефор­маций зависят работа водного транспорта, эксплуатация водозабор­ных сооружений, мостовых переходов, газо- и нефтепроводов через реки и т. д.

Физической причиной русловых деформаций является наруше­ние баланса наносов на тех или иных участках речного русла. Изменение расхода наносов вдоль потока на бесприточном участке должно неизбежно сопровождаться русловыми деформациями: при увеличении расхода наносов вдоль реки должен происходить раз­мыв русла (эрозии), при уменьшении расхода наносов вдоль реки - намыв русла (аккумуляция наносов). Соотношение между фактическим расходом наносов и транспорти­рующей способностью потока определяют русловые дефорации. При R> R _тр должны происходить отложение наносов и намыв дна, при R< R _тр - наоборот, размыв дна. По направленности русловые де­формации подразделяются, таким образом, на два вида: размыв (эрозия) и намыв (аккумуляция наносов).

Русловые деформации подразделяют также на вертикальные, когда происходят изменения отметок дна русла, и горизонтальные, когда наблюдаются поперечные смещения русла. Обычно эти два вида русловых деформаций происходят одновре­менно, но в некоторых случаях преобладают первые, в некото­рых - вторые.

Русловые деформации и русловые процессы подразделяют так­же на два типа: периодические (знакопеременные, обрати­мые) и направленные (необратимые). К периодическим рус-ловым деформациям относят такие изменения русла, которые неод­нократно повторяются и после которых русло возвращается при­близительно в первоначальное положение. Эти русловые деформации наблюдаются при движении донных гряд, развитии излучин и т.д. Направленные русловые деформации выражены в односторонних изменениях русла, например при однонаправленном размыве или намыве, сопутствующих сооружению водохранилища на реке.

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. 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 соизмеримыс глубиной русла. Обычно гряды меньшего размера накладываются на гряды большего размера, создавая целую «иерархию» микро форм 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.

Мезоформы речного русла и их изменения

Наиболее типичным видом мезоформы речного русла является крупная русловая гряда - перекат (рис. 8.5). 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.