Виды речных русел и русловые переформирования

В связи с изменением размеров, формы русла и шероховатости дна по длине реки скорости течения воды не остаются постоянными. Это приводит к тому, что по длине реки изменяется величина расхода русловых наносов. На участках снижения скоростей происходит частичное осаждение наносов – намыв, а при увеличении скоростей – размыв ложа реки. На одном и том же участке реки в различные периоды времени эти процессы чередуются друг с другом. Такие знакопеременные деформации русла имеют сезонный характер.

Кроме сезонных деформаций, русла рек испытывают однонаправленные многолетние переформирования. В некоторых случаях они заключаются в том, что все русловые образования – острова, побочни, перекаты и плесовые лощины с течением времени изменяют свои размеры и плановые очертания. Размывая одни участки русла, и откладывая наносы в других местах, речной поток создает иллюзию смещения всех русловых образований вниз по течению. В других случаях русла рек с течением времени существенно изменяют свои размеры в плане за счет размыва одного берега и отложения наносов у другого.

На различных реках эти процессы протекают по-разному. Изучением и прогнозом русловых переформирований естественных русел занимается специальная дисциплина – теория руслового процесса.

В природе можно выделить три основных типа руслового процесса. Первый тип – побочневый – развивается на относительно прямолинейных и слабо изогнутых участках русла с узкой поймой. Он характеризуется наличием побочней, расположенных в шахматном порядке по длине реки. На таких участках побочни сильно развиты, а плесовые лощины короткие и неглубокие. Перекаты следуют один за другим с интервалом в 5-7 ширин русла. Каждый побочень участвует в образовании двух перекатов: для одного он является верхним, а для другого нижним. Многолетние переформирования русла здесь заключаются в постепенном смещении всех русловых форм – побочней, перекатов и плесовых лощин вниз по течению.

На рис. 4.10 схематично показано движение побочней в русле реки. Плановое положение других русловых форм – перекатов и плесовых лощин – на момент времени t₁+Dt не приводится, чтобы не усложнять схему. Скорость перемещения русловых образований составляет несколько десятков метров в год. Обычно все переформирования происходят в весенний период при высоких уровнях воды. Когда побочни обсыхают, их смещение приостанавливается. Если скорости перемещения двух смежных побочней различны, то с течением времени происходит искривление судового хода.

В ряде случаев при движении крупного, сильно перекошенного побочня возможно отторжение его от берега весенним потоком по наиболее низкой прикорневой части. Это приводит к образованию осередка – отделенного от берега скопления наносов в русле реки. Осередок имеет продолговатые очертания в плане. Если на нем будет происходить отложение наносов и с течением времени появится растительность, то это приведет к образованию острова в русле реки. В других случаях осередок длительное время может развиваться самостоятельно или примкнуть к побочню у противоположного берега реки, существенно увеличивая тем самым его размеры.

Другой тип руслового процесса формируется на широких речных поймах. Не стесненная бортами долины река свободно извивается, образуя излучины большой кривизны. Такие русла называются меандрирующими (рис. 4.11, а), а процесс развития и переформирования излучин называется меандрированием. Эти термины происходят от названия греческой реки Меандр, имеющей очень извилистое русло.

В процессе своего развития каждая излучина проходит один и тот же цикл переформирований. На начальной стадии русло реки (рис. 4.11, б) может иметь лишь незначительную кривизну. Вследствие изгиба под действием центростремительного ускорения создается поперечное течение воды,
направленное к вогнутому берегу. Скорость течения у этого берега возрастает, и происходит его размыв. Одновременно у выпуклого берега происходит отложение наносов, данный процесс усиливается по мере увеличения кривизны русла. Излучина в результате увеличивает свою длину, а перешеек между соседними излучинами уменьшается. Это заключительная стадия искривления – образование петли (рис. 4.11, в).

Во время прохождения высокого половодья вода размывает перешеек между вершинами излучин и разрабатывает себе новое русло – спрямляющий проток. Некоторый период времени на этом участке вода течет двумя рукавами (рис. 4.11, г). Однако отторгнутая при прорыве перешейка старая излучина постепенно отделяется от основного русла. В ее истоке откладываются наносы, и образуется старица (рис. 4.11, д). Через некоторое время кривизна спрямленного участка начинает увеличиваться и процесс меандрирования повторяется снова.

Третий тип руслового процесса – ветвление, т.е. разделение русла на рукава. Встречается русловая и пойменная многорукавность. В первом случае острова образуются в русле реки. Во втором случае сеть рукавов прорезает пойму, образуя протяженные протоки. Многолетние переформирования на разветвленных участках заключаются в постепенном развитии одних и отмирании других рукавов. Кроме этого происходит постепенное смещение островов и осередков вниз по течению. На рис. 4.12 приведена схема многорукавного участка реки.

В нашей стране встречаются реки с различными типами руслового процесса. Примером меандрирующей реки служит Иртыш. Элементы меандрирования встречаются также на Вычегде. На Оке и Вятке меандрирование сочетается с побочневым типом руслового процесса. На Северной Двине развита русловая и пойменная многорукавность в сочетании с побочневым процессом. Осередковая многорукавность встречается на Оби и Печоре.

Данная схематизация руслового процесса отражает лишь общие черты его проявления. На разных реках обычно имеется своя специфика и особенности. Это необходимо учитывать на практике при проектировании гидротехнических сооружений на реках, а также при проведении путевых работ и организации судоходства.