ПЕРЕКАТЫ

Перекаты представляют собой скопление наносов по всей ширине русла. Они вызывают местное уменьшение глубины, а в период низ­ких уровней — подпор воды на вышележащем участке (плесе).

Перекаты являются основным препятствием для движения cудов на реках. Располагаясь группами, они образуют перекатные участки.

У рек со слабоустойчивым руслом разделение на перекатные и плесовые участки выражено плохо. На плесовых участках перекаты бывают редко, чаще встречаются перевалы. Перевал, распола­гаясь на переходе судового хода от одного вогнутого берега к другому, имеет такую же форму, как и перекат, но глубина его значительно больше. Особых затруднений для судоходства он не представляет.

Установление закономерности образования перекатов — наибо­лее сложная задача речной гидрологии. Основная причина образова­ния перекатов — отложение в русле большого количества наносов.

Это отложение происходит из-за перегруженности ими потока, уменьшения скорости течения и подпоров потока, затухания внутрен­них поперечных течений. Из отложившихся наносов формируется пе­рекат.

Перекат может образоваться перед крутым поворотом русла, когда повышенное сопротивление движению воды создает подпор потока,

а также при появлении в русле случайных подводных препятствий, оползней и заторов.

Чаще всего перекаты находятся в местах перехода потока из одной извилины в другую. На таких участках поперечные течения одного на­правления затухают и зарождаются течения другого направления, по­этому здесь по всей ширине русла откладываются наносы.

Основные элементы переката следующие:

верхний и нижний побочни (косы) — соответст­венно 9 и / (рис. 26, д);

верхняя и, нижняя плесовые лощины — соот­ветственно 3 и 11;

седловина 7 — вал из наносов, соединяющий верхнюю и нижнюю косы;

корыто 6 — наиболее глубокая часть седловины, где обычно проходит судовой ход;

напорный (верхний ) скат I3 — верховая пологая часть седловины;

подвалье (тыловой или нижний скат) 4 — низовая часть седловины, более крутая, чем напорный скат;

гребень 5 — верхняя кромка подвалья, имеющая наименьшую глубину;

затонная часть 8 — верхняя часть нижней плесовой ло­щины, находящаяся за ухвостьем верхней косы (перекаты могут не иметь затонной части; в этом случае плесовые лощины не заходят одна за другую);

выбоина 12 — разработанное потоком углубление в верхней части нижней косы, направленное своим устьем против течения (не­редко из выбоины вдоль корневой части побочня у берега образуется проток воды, называемый побочневым протоком).

В отличие от перекатов перевалы имеют напорный скат, очень плавно переходящий в отлогое подвалье без резко выраженного гребня. На планах глубины изображают при помощи изобат 10. Цифра на изобате показывает глубину от срезочного уровня 2;

им считается условный уровень, к которому приводятся глубины, из­меренные при различных рабочих уровнях.

В меженный период живое сечение на перекатах меньше, чем на плесах, а следовательно, больше уклоны поверхности воды и ско­рости течения. От верхней плесовой лощины к гребню переката ско­рость течения увеличивается, причем к подвалью она достигает наи­большей величины, а за подвальем в результате увеличения глубины русла значительно понижается. Такая разница в скоростях течения отрицательно сказывается на судоходстве, затрудняя проход судов че­рез перекат.

l Во время половодий и паводков распределение скоростей меняет­ся. На перекатах скорости становятся меньше, а на плесах больше. Это объясняется тем, что перекаты находятся на расширенных участ­ках русла и при половодье живое сечение перекатных участков боль­ше, чем плесовых.

В половодье отметки корыта переката и отметки побочней выравниваются; основное течение направлено через пески нижнего побочня. В этот период уклоны на гребне переката и в плесовых лощинах становятся близкими по величине.

На спаде половодья перекат оказывает подпорное действие на уровни плесовой лощины. Уклон на гребне становится больше, чем в плесовой лощине, а водная поверхность приобретает поперечный ук­лон в сторону затонины. Поперечный уклон при низких уровнях зна­чительно увеличивается и обычно превосходит средний продольный уклон на перекате, создавая слив воды в сторону нижней плесовой ло­щины.

При спаде воды, когда побочни перекатов осушаются, речной поток поворачивает, огибая нижний побочень, и создает корыто.

Вид продольных профилей водной поверхности на перекате при средних СУ и низких НУ уровнях показан на рис. 26, б. Чем ниже уровень воды, тем больше падение на перекате. Выше начала свала воды через гребень устанавливается зона спада. На подвалье образует­ся небольшой подъем водной поверхности, в связи с чем на гребне со­здается местное понижение уровня. С повышением уровня воды зона спада удлиняется.

Направления течений на перекате определяются его индивидуальными особенностями и положением уровня, они различны в весенний и меженный периоды. В половодье направление течения как на перекатах, так и на плесах параллельно берегам долины. В этот период перекаты не влияют на направление течений. В меженный период на­правление течения на перекате зависит от его типа, формы, вида подвалья, очертаний русла и др.

Состояние переката зависит от различных причин и может изменяться в течение года или за многолетний период.

При повышении уровня воды во время половодья на перекатах в большом количестве откладывают­ся насосы. Намыв перекатов начинается в середине подъема уровня воды. Наибольшей высоты они достигают в то время, когда начинается

Рис. 26. Элементы перекатов:

а — план переката; б — профиль поверхности воды на перекате при низком НУ и среднем СУ уровнях воды

спад воды. Высота намыва на судоходных реках достигает 3 м. Нара­стают перекаты тем больше, чем выше уровень весеннего половодья и чем оно продолжительнее. Ежегодные намывы увеличивают высоту перекатов и требуют повторения работ по улучшению их судоходного состояния.

При убыли воды намытый на перекате слой наносов на­чинает смываться. Со снижением уровня и увеличением уклона реч­ной поток, стесненный косами, прорезает корыто на седловине пере­ката. Размыв седловины начинается выше гребня переката, у верхней границы зоны спада.

При дальнейшем понижении уровня начало зоны спада перемеща­ется ближе к подвалью. При быстром понижении уровня река не успе­вает размыть наносы, поэтому к межени состояние переката значитель­но ухудшается и движение судов по нему становится затруднительным. При медленной убыли воды наносы размываются продолжительное время, и к межени может восстановиться прежняя форма переката.

Иногда при низком уровне размыв корыта задерживается и оно, наоборот, продолжает заполняться наносами в межень. Это связано с неопределенным направлением течения, свалом воды через нижний побочень в затонину, размывом вышележащего берега и т. д. На ре­ках с очень неустойчивым руслом во время половодья на перекатах остается большой слой наносов, поток не успевает разработать его даже в течение всей межени.

В период меженных паводков зона спада снова перемещается ближе к верхней плесовой лощине, уклон на перекате убывает и корыто переката пополняется наносами из продуктов раз­мыва дна верхнего плеса. Некоторые перекаты, наоборот, размывают­ся во время паводков. Это наблюдается в тех случаях, когда совпадают паводковый и меженный потоки. Обмеление перекатов может проис­ходить и в межень при реформировании русла.

У перекатов, расположенных в зоне пере­менного подпора — на устьевых участках рек, особый ре­жим. При слиянии рек режим перекатов усложнен взаимодействием обоих потоков. Наибольшее влияние на режим оказывают соотношения уровней воды, сроки прохождения половодья, крупность наносов, ха­рактер ледохода и т. п.

Перекаты постоянно передвигаются вниз по течению — примерно так же, как заструги. Движение перекатов имеет различную скорость и зависит от расходов и уклонов поверхности воды, крупности частиц грунта и т. д. В среднем течении крупных равнинных рек сдвиг пере­катов может достигать 100 м в год.

Скорость перемещения перекатов может быть определена по фор­муле Н. И. Маккавеева

Vп = 50QI/d, (13)

где Q — средний многолетний расход воды;

/—средний продольный уклон в одной поверхности;

d — средний диаметр частиц донных наносов.

Прилегающие к перекатам плесы оказывают большое влияние на их режим. При низких уровнях на плесах откладываются транзитные наносы. Чем глубже и больше вышерасположенный плес, тем более устойчива глубина в межень на перекате. Уровень воды нижней плесовой лощины влияет на величину уклона на перекате. Если на нижнем пле­се происходит снижение уровня, то уклон водной поверхности на пере­кате увеличивается.

На состоянии перекатов сильно сказывается поступление твердого стока в русло и его состав. Наносы, образующиеся от размыва берегов, от оползней и песчаных отложений, а также по­ступающие из притоков, ухудшают состояние перекатов. Крупные частицы засоряют перекаты, находящиеся вблизи от выноса или ме­ста размыва, а мелкие — ухудшают перекаты, расположенные ниже.

В зимний период при ледоставе, ледоходах и заторах происходят изменения в направлении и скорости течений, что приво­дит к размыву берегов, дна, кос, перекатов и к образованию новых пе­рекатов.

За многолетний период может произойти перемещение перекатов, полное их уничтожение, значительное переформирование или возник­новение новых. Постоянные изменения состояния перекатов требуют ежегодного повторения дноуглубительных работ по улучшению их судоходного состояния.

Каменистые перекаты встречаются на реках, проте­кающих в районах горных областей или моренных отложений (Верх­ний Иртыш, Енисей, Лена, Алдан, Зея и др.). Каменистые перекаты, имея только общие черты с обычными перекатами, отличаются от них устойчивостью положения за счет каменистых гряд, россыпи отдельных камней или крупных галечных отложений. На каменистых от­ложениях происходит формирование песчаных наносов в виде кос, побочной, осередков. Такие перекаты обычно очень устойчивы и редко подвергаются сезонным изменениям при подъемах и спадах воды.

Каменистые перекаты затруднительны для судоходства из-за малых глубин, узкого и извилистого судового хода, больших скоростей потока и неправильных течений. Опасен удар судна о камни. Для корен­ного улучшения судоходных условий делают прорезь в обход камней или расчищают ход непосредственно через камни.