книги из ГПНТБ / Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища

изогнутому участку, вновь прижимаясь к вогнутому берегу. По­ верхностные его струи при соприкосновении е берегом опуска­ ются ко дну. На прямом участке струи воды растекаются. Тече­ ния, сосредоточенные на изогнутых участках, Н. С. Лелявский назвал с б о й н ыми , а течения, расходящиеся на прямых участ­ ках,— в е е р о о б р а з н ы м и .

Особенности поперечной циркуляции в руслах были исследо­ ваны А. И. Лосиевским путем моделирования в лаборатории.

Им выделено три основных ви­ да циркуляции (рис. 22, а): I тип — течения, расходящиеся по дну и сходящиеся к середи­ не потока по поверхности; ха­ рактерен для широких и неглу­ боких русел; II тип — течения, расходящиеся по поверхности и сходящиеся к середине пото-, ка по дну; свойствен глубоким рекам с большими скоростями течения; III — тип—’Односто­ ронняя циркуляция с течения­ ми, направленными по дну от приглубокого берега к отмелому; характерен для участков русла с резким различием глу­ бин у берегов.

Во внутригодовом ходе тече­ ния II типа характерны для подъема половодий и павод­ ков, проходящего интенсивнее на стрежне, чем у берегов. Те­ чения I типа, наоборот, харак­ терны для спада, когда отток воды, а следовательно, и пони­ жение уровня также интенсив­ нее на стрежне.

Сочетание сбойных течений и различного вида циркуляций создает сложные условия фор­ мирования русла.

Характерной особенностью очертаний рек в плане является их извилистость. Формирование извилин связано как с гидравли­ ческими особенностями потока, так и с рядом случайных причин (неодинаковая устойчивость горных пород, слагающих русло и

др-)-

Если на прямом участке русла в результате образования по­ бочной или ,каких-либо случайных причин (например, различной размываемости горных пород в русле) создается изгиб берега,

90

водный поток отклоняется от своего первоначального направле­ ния. Часть струй воды ударяет в нижний по течению участок вог­ нутости берега и, размывая его, увеличивает изгиб. Отклонение потока увеличивается под влиянием центробежной силы и цирку­ ляционных течений. Поступившие в результате размыва вогну­ того берега наносы переносятся отклоняющимися от него струя­ ми воды к противоположному выпуклому берегу и откладыва­ ются у него несколько ниже изгиба. Таким образом возникают извилины русла — ме а н д р ы . Название их происходит от реки Меандр в Малой Азии, отличающейся большой извилистостью.

Извилистые очертания речных русел и долин весьма разно­ образны. Извилистость долин называют о р о г р а ф и ч е с к о й , русел — г и д р о г р а ф и ч е с к о й . Когда обе эти извилистости совпадают, река повторяет изгибы своей долины. При неполном их совпадении склоны долины лишь отчасти ограничивают меандрирование русла. Чаще всего наблюдается полное их несов­ падение. Тогда река меандрирует по широкому дну долины, об­ разуя обширную пойму.

Рельеф дна и распределение глубин связаны с плановыми очертаниями русла. Несмотря на большое разнообразие русло­ вых форм, можно выделить их общие черты, свойственные подав­ ляющему большинству рек.

Сильнее всего размываются берега и дно рекц на изогнутых участках русла — п л е с а х (рис22, б), к которым вследствие этого приурочены наибольшие глубины. Отклоняясь от во­

той верхней плесовой ложбине, образуется причленившаяся к не­

ней плесовыми ложбинами лежит с е д л о в и н а переката, пере­ секаемая наиболее глубокой его частью—' . корытом. Вал пе­ реката по своему строению асимметричен: верхний его склон по­ логий, нижний крутой, образующий подвалье,. обращенное к -нижней плесовой ложбине. Верхняя плесовая ложбина может плавно переходить к нижней через перекат. Такой перекат с плав­ ным изменением глубин, удобный для прохождения судов, назы­ вается нормальным, или хорощим. В случае, когда плесовые лож­ бины сдвинуты относительно друг друга, линия наибольших глу­ бин на перекате искривлена и проход для судов затруднителен, перекат называется сдвинутым, или плохим.

Наиболее полно особенности строения различных форм рус­ ла и рельефа его дна выявлены в последние десятилетия по ма­ териалам аэрофотосъемок (И. В. Попов, 1965). Согласно этим исследованиям, морфологические образования речных русел под­ разделяются на простые (микроформы и мезоформы) и сложные

91

потоке, обтекающем обсохшие побочни, хорошо выражена изви­ листость. Происходит переливание потока из одного плеса в дру­ гой через перекат. Вода, поступившая с переката, подходит к берегу плеса под углом,, близким к прямому, и включается в вин­ тообразное движение, характерное для извилистых потоков. При половодье вся гряда вновь перемещается вниз по течению.

Высота побочней часто достигает 1,5—2 м. Скорость их пе­ ремещения (сползания)— от десятков до сотен метров в год.'

Ленточно-грядовый и побочневый типы руслового процесса развиваются при отсутствии плановых деформаций русла и раз­ мыва берегов. Деформации ограничиваются руслом и сводятся к перемещению вниз по течению гряд или побочней и к размыву гряд перекатов. Побочневый тип наблюдается относительно ред­ ко— на участках рек, стесненных склонами долин, или в сочета­ нии с другими типами русловых формирований.

О г р а н и ч е н н о е м е а н д р и р о в а н и е происходит при стеснении дна долины склонами. В отличие от грядовых и побочневых типов руслового процесса, здесь смещаются вниз по тече­ нию излучины, образуемые неподвижными побочнями, и образу­ ются поймы (см. рис. 23, III). Излучины перемещаются вниз по течению вследствие подмыва нижних участков вогнутых берегов. Форма их в плане существенно не меняется. Для этого типа рус­ лового процесса характерна большая извилистость русла не толь­ ко- в межень, но и в половодье, приуроченность побочней к вы­ пуклым участкам берегов и перемещение их только вместе со всей излучиной. Пойма состоит из" отдельных обособленных мас­ сивов (абва на рис23, III), чередующихся по берегам. Ширина поймы равна ширине пояса меандрирования. Происходит обмен наносами между поймой и руслом.

Скорость перемещения излучин на средних и крупных реках 5—15 м в год, иногда больше. Размыв плесовых ложбин и намыв перекатов происходит в половодье, размыв перекатов и отложе­ ние наносов в плесах — в межень.

С в о б о д н о е м е а н д р и р о в а н и е происходит в широ­ ких долинах, склоны которых не ограничивают плановых дефор­ маций излучин. Излучины при свободном меандрирования про­ ходят цикл развития от формы в плане, близкой к синусоиде, до петлеобразных очертаний (см. рис. 23, IV). Плановые деформа­ ции их завершаются прорывом перешейка между двумя смежны­ ми излучинами и обособлением части русла (образованием ста­ рицы) . После прорыва перешейка возникает новая излучина, повтоояющая прежний цикл развития. В начале развития излучины сползают вниз по течению, но, в отличие от ограниченного меандрирования, кривизна их постепенно увеличивается за счет под­ мыва нижних участков вогнутых берегов и сползание замедля­ ется. В результате такого развития излучины на последующей стадии формирования не вползают, а «вращаются» вокруг фик­ сированных точек на участках перегиба (перекатах) (см. рис. 23,

94

IV) до момента прорыва перешейка, происходящего обычно в по­ ловодье. В результате плановых переформирований русла проис­ ходит смещение не только отдельных излучин, но и всего пояса меандрирования. В связи с этим река может принимать различ­ ные положения относительно оси своей долины: располагаться вдоль нее, прижиматься к склонам, пересекать ее под некоторым углом. Ширина поймы в несколько раз превышает ширину поя­ са меандрирования.

На выпуклых участках излучин из дойных наносов образу­ ются пляжи, напоминающие по форме побочни, но более устойчи­ вые и перемещающиеся вместе с излучинами. Верхний участок пляжа (обращенный к вогнутости излучины) подмывается и ста­ новится круче.

Изменения отметок дна перекатов и плесов сохраняют общие для меандрирующих рек закономерности: в половодье намыв пе­ рекатов и размыв плесов, в межень — наоборот. Годичные изме­ нения отметок дна плесов и перекатов могут достигать несколь­ ких метров.

Формирование поймы и обмен ее наносами с руслом проис­ ходит при свободном меандрировании значительно сложнее и рельеф их более разнообразен, чем при других видах русловых процессов.

Новые участки пойм возникают у выпуклых берегов, где пу­ тем причленения сползающих по руслу гряд образуются пляжи. Гребень пляжа, закрепленный растительностью, может повыси­ ться за счет отложения наносов и превратиться в береговой вал. В результате размыва противоположного вогнутого берега и сме­ щения русла к нему образуются новые пляжи и береговые валы. При этом формируется характерный грядовый (гривистый) рель­ еф поймы. На ней чередуются дугообразные гряды (гривы) и понижения между ними, сходящиеся концами близ точек переги­

ба русла.

При затоплении поймы на ней откладываются взвешенные наносы (наилок), наиболее крупные у русла и мелкие в притер­ расной части. Общая мощность современного аллювия (руслово­ го и пойменного) обычно около 2/3 высоты половодья.

На реках, поймы которых вследствие малого слоя наилка низки, глубины во время половодья значительны. В этих случа­ ях возникает ’н е з а в е р ш е н н о е м е а н д р и р о в а н и е , при котором спрямление излучин происходит раньше, чем они прой­ дут полный цикл петлеобразного развития (см. рис. 23, V). Спрямление происходит в результате размыва поймы в перешей­ ке излучины. В спрямленное русло поступает все большая часть расхода воды, а старое русло отмирает. Спрямления могут про­ исходить на разных стадиях развития излучины и в разных участ­

ках поймы. • О с е р е д к о в ы й тип руслового процесса возникает в слу­

чаях, когда река перемещает большое количество донных нано-

95

сов (см. рис. 23, VI). При этом образуется широкое распластан­ ное русло, по которому сползают не одиночные гряды, занимаю­ щие всю ширину реки, как при ленточно-грядовом «ли побочневом процессе, а ряды разобщенных крупных гряд. При их обсыхании в межень образуются о с е р е д к и — малоустойчивые скопления наносов в русле, затапливаемые в половодье. Во вре­ мя -продолжительной -межени они могут закрепляться раститель­ ностью и превращаться в о с т р о в а . Протоки между островами меандрируют, и острова .могут смещаться как вниз по течению, так и в поперечном направлении. Острова могут возникать и при расчленении поймы при 'незавершенном меандрировании, отчленении -протаками береговых валов, гряд, -побочней, прорыве реч­ ных вод по притеррасной части поймы и т. п. Обычно верхний но течению конец острова или осередка (шриверх) размывается, а у нижнего конца (ухвостья) происходит отложение наносов. О-стров принимает каплевидную форму, обращенную широкой частью против течения. Отложение наносов у ириверха бывает в тех случаях, когда остров создает подпор, или при большом ко­ личестве наносов.

Б л у ж д а н и е рек наблюдается при большой подвижности донных наносов и связанной с -нею неустойчивости их скоплений в русле. На таких реках часты смещения динамической оси по­ тока в плане, подмывы берегов на большом протяжении и их внезапное обрушивание при колебаниях уровня воды.

Ленточно-грядовый и побочневый типы руслового процесса характерны для участков, где реки текут среди холмистой мест­ ности и имеют глубоко врезанные русла. Примерами могут слу­ жить участии рек Волги, Днепра, Днестра, Южного Буга, Оки, Камы, рек Восточной Сибири, Дальнего Востока.

Ограниченное меандрирование распространено главным об­ разом в северных и северо-западных холмистых районах Евро­ пейской части СССР (бассейны Северной Двины, Онеги, Волхо­ ва, Наровы, Западной Двины, Немана), на Средне-Русской и Во- лын-о-Подольской возвышенностях.

Свободно меандрируют реки обширных аллювиальных рав­ нин Припятского Полесья, Приволжской и Приднепровской низ­ менностей, Западной Сибири и межгорных депрессий (Баргу­ зин, Верхняя А-нгара).

Незавершенное меандрирование обычно для низо-вьев круп-' ных рек (Волго-Ахтубинская пойма, Нижняя Обь и др.).

Осередкювый тип руслового процесса обычен на участках вы­ хода рек из гор (Кура, Кубань и ее притоки, Верхняя Обь

и ДР-)- Блуждание русла свойственно многим рекам полупустынных

и пустынных районов (низовья Амударьи, Сырдарьи и др.). Поскольку деформации русел связаны со скоростями тече­

ния и режимом наносов, М. А. Великано-вым для характеристи­ ки устойчивости русла предложен -коэффициент устойчивости

96

(?]). учитывающий эти факторы:

где g — ускорение силы тяжести;

d — средний диаметр частиц наносов; v — скорость течения.

На основе анализа величин коэффициента устойчивости и деформаций русел различных рек М. А. Великанов предложил классификацию рек по устойчивости русел, согласно которой вы­ деляется пять типов водотоков: 1) реки с наиболее устойчивым руслом, сложенным относительно нера'змываемыми грунтами (скалистыми, крупным галечником т. п.), и малым количеством

мыв) происходят в одних и тех же местах, в основном на пере­ катах. К этому типу относится большинство рек Русской равни­ ны; 3) реки о малоустойчивым руслом, в котором глубины меня­ ются без заметных плановых деформаций. Положение и глубины перекатов меняются из года в год. Это реки, протекающие в рыхлых четвертичных отложениях (низовья Дона, Днепра и др.); 4) равнинные реки с наименьшей устойчивостью русел, в кото­ рых меняется не только глубина, но и очертания в плане. К ним относятся реки равнин Средней Азии (Сырдарья, Амударья и др.) и Прикаспийской низменности (Еруслан, Большой и Малый Узень и др.); 5) горные реки с наименее устойчивым руслом, ко­ торое сильнее всего изменяется при селях.

12. Устья рек

Каждая река впадает в океан, море, озеро или другую реку. В зависимости от режима реки и водного объекта, в который она впадает, формируются устья различных типов.

Наиболее сложны по строению и режиму устья рейс, впада­ ющих в океаны или моря. Реки, отличающиеся большим твердым стоком и впадающие в мелководную часть океана или моря, при отсутствии течений, перемещающих наносы от устья, образуют конусы выноса — д е л ь т ы (рис. 24, а). Отложения наносов в устье похожи в плане на треугольник или греческую букву

«дельта».

Если река впадает в глубокий и узкий залив, особенно в слу­ чае, когда приливные или сгонно-нагонные течения уносят ал­ лювий в море, образуется э с т у а р и й (рис24, б). Частным слу­ чаем эстуария является лиман — затопленный при опускании су­

яние реки на прибрежный участок моря. В результате этого взаи­ модействия формируется у с т ь е в а я о б л а с т ь , включающая участок нижнего течения реки, на котором сказьгва-ется влияние

моря, и прибрежный участок моря, подвергающийся воздействию реки. В каждой устьевой области выделяются п р е д у с т ь е в о е

ки (см. рис. 24).

Верхней границей приустьевого участка является створ, до которого распространяются в межень приливно-отливные или

асгонно-нагонные колебания уров­ ня, т. е. где прекращается воз­

Наиболее интенсиино дельты формируются во время поло­ водий, когда скорости течения значительны и река транспорти­ рует большую часть годового твердого стока. Большие скорости течения при впадении реки в море вызывают размыв (переуглубление) русла. Ниже участка размыва скорость уменьшается и происходит отложение наносов. Наиболее крупные фракции их отлагаются на стрежне, образуя осередок или бар-гряду нано­ сов у внешнего края устья. У осередка поток раздваивается на рукава. В каждом из рукавов русло также ветвится и таким об­ разом создается сеть проток дельты. Размыв участков бара так­ же приводит к образованию осередков. Осередки в результате закрепления их растительностью и накопления наносов превра­ щаются в острова.

98

При впадении реки в мелководный залив или бухту образу­

тых берегах, где наносы отлагаются в море. К первым относятся, например, дельты Дона, Кубани, ко вторым — Волги, Хуанхэ, Нила.

По очертаниям в плане дельты могут быть лопастными, воз­ никающими при впадении рбк в маре несколькими крупными ’рукавами с большим количествам наносов (Миссисипи/Кура), многорукавными, клювовидными и т. д.

Дельты крупных рек достигают значительных размеров. Так, площадь дельты Амазонки 100 000, общей дельты Ганга и Бра­ мапутры 80 000, Иравади и Ои'ттоига 30 000, Лены 28 500, Волги 19 000 км2. Дельты многих рек, отличающихся большим твердым стоком, интенсивно нарастают в сторону моря. Так, дельта Мис­ сисипи нарастает на 80—350, По — на 170, Амударьи — на 110 м

вгод. Интенсивность роста дельт связана с твердым и водным стоком рек и с колебаниями уровня моря. Среднегодовое нараста­ ние дельты Волги при стабильном уровне Каспия (1863—1914 гг.) 94, при понижении уровня Каспия на 0,40 м (1914—1922 гг.) — 190, а при понижении на 1,45 м (1922—1940 гг.) —370 м в год.1

Взаимодействие речных и морских вод создает в устьях рек

ина взморье специфический гидрологический, гидрохимический, термический и ледовый режим. На колебания уровней воды устьевой области влияют приливно-отливные и сгонно-нагонные колебания уровня моря или океана. Проникновение морских вод

вреки при приливах и нагонах наиболее интенсивно в межень при малых расходах воды. Наибольшие колебания уровня при этом наблюдаются в узких и глубоких эстуариях (Пенжинская губа Охотского моря — до 13, Мезенская Белого моря — до 10 м). При входе приливной волны в реку передний склон ее становится крутым, почти отвесным. Она движется высоким (до нескольких метров) валом. Это явление называется бором в устьях рек Англии, Северной Америки и Азии, поророкой — на Амазонке, маскарэ — на реках Франции. Скорость движения приливной

волны до 5—7 м/с, высота до 2—4 м. Она проникает вверх по реке на 100 и более километров (например, бор на р. Ганг до

200км).

Влияние приливов сказывается на сотни километров вверх

по рекам: на р. Янцзыцзян на 600, на р. Святого Лаврентия на 850, на Амуре на 140—150, на Северной Двине на 135 км и т. д. Высота прилива возрастает при движении по реке. Она достига­ ет, например, на Темзе у Лондона (100 км от устья) 6,8, на р. Святого Лаврентия у Квебека (750 км от устья) 4,5 м.

Соленые морские воды, поступающие при приливах и наго­ нах, проникают вверх от устья на десятки километров (напри­

1 С. С. Б а й ди н. Сток и уровни дельты Волги. Л., .1962.