4.8. Річкові наноси

Річкові наноси– це тверді частинки, утворені внаслідок розмивання русел і ерозії водозборів, що їх переносять водотоки та течії у водойми. Річкові наноси утворюються з продуктів розмиву поверхні басейну і русел річок, тобто в результаті водної ерозії.Водна ерозія – це руйнування земної поверхні під впливом текучих вод. Інтенсивність водної ерозії залежить насамперед від енергії текучих вод, а також від опору розмиву поверхні, по якій стікають ці води.

Наноси, що складають дно річки, називають донними відкладами або алювієм. Найбільшу концентрацію наносів (мутність води) мають річки з паводковим режимом і ті, що протікають в умовах посушливого клімату та у ґрунтах, які легко розмиваються.

Найбільш важливі характеристики наносів такі: геометрична крупність, що висловлюється через діаметр часток наносів (мм), гідравлічна крупність (швидкість осідання часток наносів у нерухомій воді, мм/с, мм/хв.), щільність часток (кг/м³), щільність відкладів (щільність ґрунту, кг/м³), концентрація (уміст) наносів у потоці, яку можна подати як у відносних величинах (відношення маси або об’єму наносів до маси чи об’єму води), так і в абсолютних величинах; в останньому випадку використовують поняття каламутність (мутність) води (г/м³, кг/м³ ).

За характером переміщення в річках наноси поділяють на два типи – завислі і тягнені. Проміжним типом є сальтуючі наноси. Такий поділ є умовним, оскільки одні ті самі наноси, залежно від швидкості течії можуть переходити в завислу чи рухому форми.

Донні (тягнені) наноси– наноси, що переміщуються річковим потоком у придонному шарі, і які рухаються ковзанням, перекачуванням або сальтацією (пісок, гравій, галька, валуни). Вони формують річкове русло, заплаву чи ложе водойми, взаємодіючи з водною масою.

Сальтація– це форма переміщення донних наносів, яка виражається в перекиданні вихровими утвореннями частинок ґрунту, що відриваються від дна на деякій порівняно короткій відстані з подальшим перекиданням частинок новими вихровими імпульсами.

Тягнені наноси розподіляються у річковому потоці нерівномірно, у придонних шарах каламутність максимальна і зменшується в напрямку до поверхні.

Переміщення частинок залежить від величини придонної швидкості і розмірів частинок. Дослідженнями встановлено, що між масою частинок, яка переміщується по дну, і швидкістю, при якій ці частинки рухаються, існує залеж-

ність, яка названа законом Еріі виражається формулою:

М = АV⁶,

де М – вага частинок, яка переноситься в придонному шарі, г; V – придонна швидкість потоку, м/с; А – коефіцієнт пропорційності.

З цього рівняння видно, що вага часток, які пересуваються по дну, пропорційно шостій ступені швидкості течії. Закон Ері пояснює, чому при порівняно невеликій різниці у швидкостях течії крупність наносів, які переміщуються по дну, значно змінюються. Так, якщо швидкість течії збільшиться, наприклад, у 2, 3, 4 рази, то це призведе до збільшення ваги часток наносів, що переміщаються по дну у 64, 729, 4096 рази. Саме це пояснює, чому на рівнинних річках із малими швидкостями течії потік може переносити по дну лише пісок, а на гірських річках із великими швидкостями – гальку і навіть великі валуни.

Завислі наноси– наноси, які у завислому стані переносить водний потік. Найважливіша характеристика під час руху завислих наносів у річках –мутність води. Завислі наноси у річковому потоці розподіляються нерівномірно: у придонних шарах мутність максимальна і зменшується в напрямку до поверхні.

У текучій воді, завдяки турбулентному характеру течії, частки можуть бути в завислому стані, якщо вертикальна складова швидкості течії перевищує гідравлічну крупність часток. Вертикальна складова зростає зі збільшенням швидкості течії води. Виходить, що чим більша швидкість потоку, тим крупніші частки можуть зависати. Якщо гідравлічна крупність часток більша від вертикальної складової, то частки осідатимуть на дно, і почнеться відкладання наносів. Тому в міру руху вниз по річці у зв’язку з загальним зменшенням швидкості течії розміри часток у завислому стані будуть зменшуватися, а акумуляція наносів посилиться.

Проміжним типом є сальтуючі наноси– наноси, які переміщуються водним потоком у придонному шарі, та рухаються ковзаючись, перекочуючись чи стрибками.

Крім того, наноси поділяються на транзитні та руслоформуюючі. Дрібні фракції переносяться до гирла річки транзитом, а більші фракції, залежно від гідравлічних властивостей (нахилу, швидкості, глибини), можуть переноситись у завислому або рухомому стані.

До стоку наносіврічки відносять стік тягнених і стік завислих наносів, зазвичай головна роль належить завислим наносам. Вважають, що на долю донних наносів приходиться в середньому тільки 5–10 % стоку завислих наносів річок.

Гранична маса наносів певної гідравлічної величини, яка відповідає умові рівноваги процесів розмивання та відкладання при даному гідравлічному режимі потоку, – транспортувальна здатність потоку.

Основною характеристикою стоку наносів є витрата наносів– це кількість наносів, що переміщається через живий переріз потоку за одиницю часу (R, кг/с): R = f (Q).

Сумарна кількість наносів за певний проміжок часу називається стоком наносів (твердим стоком)і розраховується за формулою:

W_R= RT,

де W_R– стік наносів (кг, або m); Т – час (с); 31,54 · 10⁶с; R – середня витрата наносів (кг/с).

Важливою кількісною характеристикою стоку наносів є мутність. Мутність води (S, г/м³) – це ваговий вміст завислих наносів в одиниці об’єму суміші води з наносами і вичислюється за формулою:

S = m/V.

По живому перерізурічки мутність збільшується від поверхні до дна, а по ширині – від берегів до стрижня потоку.

По довжині річки кількість наносів від витоку до гирла, як правило, збіль-

шується, але залежить від конкретних природних умов, у яких розташований басейн тієї чи іншої річки.

Протягом року найбільша мутність спостерігається у багатоводний пе-ріод, а найменша – у зимову межень. На рівнинних річках завислі наноси складають 90–98 % загальної кількості наносів, для гірських же водотоків доля цих наносів може зменшуватись до декількох відсотків.

Модуль твердого стокунаносів(М_R,т/км² за рік) – це стік наносів у тоннах з 1 км²площі (F) водозбору:

M_R= T · R/F = W_н/F.

Із сумарного річного стоку наносів усіх річок світу (15 700 млн т) найбільша частка в природних умовах приходиться на Амазонку (1200 млн т), Хуанхе (1185 млн т), Ганг із Брахмапутрою (1060 млн т). Найбільш мутною річкою на планеті є Хуанхе, середня річна мутність води якої більше 25,8 кг/м³, а максимальна – у 10 разів більше, наймутнішими річками світу є також Інд, Ганг, Янцзи, Терек.

Стік наносів, як і стік води, збільшується у холодні й вологі кліматичні періоди, а зменшується в теплі та посушливі. Разом із тим у змінах стоку наносів річок відмічаються два прояви антропогенних факторів. Зведення лісів і оранка схилів приводять до посилення ерозії у річкових басейнах і, як наслідок, до збільшення стоку наносів річок. В Європі періодами істотного збільшення стоку наносів річок були епохи Римської імперії і Відродження, а також ХVIII – початок ХХ ст.

4.9. Селі

Сель(араб. сель – бурхливий потік) – бурхливі руслові потоки з води та уламків гірських порід, які раптово виникають у долинах гірських річок. Вони формуються певним збігом геоморфологічних, гідрологічних та кліматичних умов. Передумовою для селеутворення є розчленований рельєф із значним падінням крутосхилих русел. Безпосередніми причинами виникнення селевих потоків є великі зливи і рідше сніготанення. Основні селеві райони України – Карпати та Кримські гори. У Карпатах до районів із значним ступенем селевої активності належать Свидовецький, Чорнотисенський, Діловецький, Великобичківський, Десятинський, Яремчанський тощо; у Криму – Уснутсько-Ворнський, Ялтинсько-Кастропольський.

Типи селів

1.Залежно від складу селевої маси, що переноситься потоком, селі розрізняють:

Водокам’яні селі– це зв’язані селі, які відрізняються незначним умістом дрібнозему.

Грязекам’яні селі– це, зв’язані селі, що утворюються при одночасному потраплянні до потоку дрібних фракцій наносів та крупного уламкового матеріалу.

Грязьові селі– це незв’язані селі, які утворюються внаслідок змивання ґрунтових прошарок.

3. За характером течії селіподіляють на зв’язані (структурні) і незв’язані.

Зв’язані селі– в цьому потоці вода входить до селевої маси, транспортування здійснюється як єдиний гравітаційний рух.

Незв’язані селі– це турбулентний потік, у якому достатньо багато води і вона знаходиться у вільному стані. Вода є транспортуючим середовищем.

В Україні найбільше незв’язаних. У Криму та в Карпатах селі проходять одним, рідше – двома, трьома, а ще рідше – чотирма і більше валами. Максимальні їхні рівні у Криму – 2 м, Карпатах – 3–8 м.