ТИПЫ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА

8.1. Типизация руслового процесса. Общая схема

Типизация руслового процесса ― это классификация форм речных русел и транс­порта наносов в различных гидравлических условиях и на различных стадиях деятельно­сти потока.

Наиболее полной схемой типизации руслового процесса является классификация, разработанная в ГГИ (Н.Е. Кондратьев, И.В. Попов) применительно к рав­нинным рекам. По уточненной схеме (2013 г.) выделено семь типов руслового процесса (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Типы руслового процесса (по ГГИ)

Приведенная типизация опирается на то положение, что при каждом типе руслового процесса возникновение и наличие характерных для него деформаций и русло­вых образова­ний связано с изменением транспортирующей способности потока и роли дон­ных и взве­шенных наносов в руслообразовании.

С после­довательным переходом от ленточногрядового и побочневого типа и далее, к сво­бодному меандрированию, увеличивается извилистость русла, уменьшается степень использова­ния рекой свойственного ей уклона дна долины и транспортирующей способности потока. Раз­ветв­ление на рукава при незавершенном меандрировании, и далее, при пойменной многорукав­ности, выражает дальнейшее уменьше­ние транспортирующей способности потока, которая в итоге оказывается ис­черпанной при свободном меандрировании.

8.2. Ленточногрядовый тип руслового процесса

Этот тип руслового процесса связан с переме­щением по руслу ленточных гряд, зани­мающих всю ширину русла. На рис. 8.2. показан участок реки с элементами ленточногрядового ру­слового процесса и его показатели:

Рис. 8.2. Ленточногрядовый тип руслового процесса

l ― шаг гряды (м), т.е. расстояние между гребнями смежных гряд по средней ли­нии русла;

∆ ― высота гряды (м), т.е. возвышение гряды над подошвой подвалья;

С ― скорость перемещения (сползания) гряды (м/год).

Ленточногрядовый тип руслового процесса возникает при нали­чии условий, ограничи­вающих плановые деформации речного русла: берега не размы­ваются, поймы отсутствуют. Гряды образуются на прямолинейных участках реки с относительно крупными донными наносами. Они являются простейшей русловой формой первичных гряд.

В плане ленточная гряда имеет дугообразную форму с выпуклостью, направленной вниз по течению, а поперечном разрезе характеризуется постепенным повышением отметок в сторону из­гиба. Длина ленточных гряд в несколько раз превосходит ее высоту. В условиях Беларуси длина самых больших гряд может достигать нескольких ширин русла (до 6 ― 8), а на очень больших ре­ках мира их длина в несколько десятков, а иногда и в несколько сот раз превосходит ее высоту.

В межень высота ленточных гряд уменьшается, в пе­риод половодья ― возрастает. Скорость сползания гряд колеблется от 1 до 100 м/год (на очень больших реках). При резких снижениях уровня воды ленточные гряды могут образо­вывать одиночные осередки.

Этот тип руслового процесса в естественных условиях в Беларуси наблюдается редко и ха­рактерен для канализированных участков рек, а также для каналов.

8.3. Побочневый тип руслового процесса

Побочневый тип руслового процесса возникает как развитие ленточногрядового, когда за­медляется транспорт наносов (вследствие уменьшения уклонов, скоростей и т.д.) и поток оказы­вается неспособным переме­щать донные наносы в форме ленточных гряд.

Побочень ― часть перекошенной в плане ленточной гряды, обсыхающей в межень. На рис. 8..3. представлен участок реки с побочневым типом руслового процесса и его пока­затели:

Рис. 8.3. Побочневый тип руслового процесса

l ― шаг побочня (м), т.е. расстояние по прямой между двумя точками пере­гиба осевой линии русла;

b ― ширина русла в межень, м;

В ― ширина русла в половодье (между бровками противоположных берегов), м.

Этот тип руслового процесса характерен для участков рек, стеснен­ных склонами до­лин, и чаще проявляется в сочетании с другими типами руслового процесса.

Гряды формируются в половодье. При спаде уровня прибрежная их часть обсыхает, обра­зуя побочни, а направление течения становится извилистым. Побочни относительно друг друга располагаются в шахматном порядке. Побочень сохраняет основные особенности строения гряды: центральная и низовая его часть возвышенны; внешний, обращенный к реке склон ― бо­лее крутой, чем внутренний, обращенный к берегу.

Все русловые деформации проявляются в виде сползания гряд (при отсутствии сущест­венных плановых смещений берегов русла), а также в сезонных изменениях отметок русла (в пе­риод половодья размываются плёсы и наращиваются пере­каты, в межень происходит об­ратный процесс).

В Беларуси побочневый тип руслового процесса, вместе с ленточно-грядовым, от­мечается на участках рек общей длиной, составляющей 10 % от суммарной длины рек Беларуси. Он характерен в северной, наиболее возвышенной, части республики ― на от­дельных участках рек: Западная Двина и ее притоках (Межа, Каспля, Лучоса, Оболь), Нё­ман, Вилия (с притоком Ошмянка), Днепр, а также на участках рек, протекающих у Мо­зырской гряды.

8.4. Ограниченное меандрирование

Ограниченное меандрирование наступает при дальнейшем развитии побочневого процесса вследствие уменьшения транспортирующей способности потока. Оно развива­ется на реках с узкой поймой (односторонней или чередующейся) и характеризуется сис­тематическим сползанием вниз по тече­нию слабовыра­женных извилин при сохранении ими плановых очер­таний. На рис. 8.4 показан участок реки с элементами огра­ниченного меандри­рования:

Рис. 8.4. Ограниченное меандрирование

l_и ― шаг излучины (м), т.е. расстояние по прямой между двумя точками перегиба осе­вой линии русла;

a ― угол разворота излучины, образованный касательными, проведенными через точки перегиба;

b ― ширина русла в межень, м;

В_м― ширина пояса меандрирования (м), т.е. расстояние между линиями, огибаю­щих вершины излучин;

mm ― участок подмываемого берега.

Скорость сползания излучины (м/год) ― отношение длины пути, пройденного точ­кой перегиба русла, к периоду времени, за которое этот путь пройден; определяется со­поставлением разновременных топо- и аэросъемок участка реки.

В отличие от ленточногрядового и побочневого типов руслового процесса, деформации захватывают не только русло реки, но, в результате плановых смещений русла, распространя­ются и на пойму. Ограниченное меандрирование свойственно рекам, русла которых стеснены склонами долин, уступами террас и устойчивыми береговыми валами. В межень наблюдается размыв перекатов с намывом их в половодье, на плёсах же про­исходит обратный процесс. Ско­рость сползания излучин на больших реках достигает 3−5 м/год.

В Беларуси ограниченное меандрирование отмечается на участках рек общей длиной, составляющей 5 % от суммарной длины рек Беларуси. Он встречается преимущественно в северной и центральной (возвышенных частях) Беларуси ― на участках рек: Западная Двина (с притоками Лучоса, Усвейка, Эсса, Улла и др.), Нёман (с притоками Вилия, Западная Березина и др.), Днепр, Сож (с притоком Проня), а также на вер­ховых участках притоков Припяти и
Березины.

8.5. Свободное меандрирование

Этот тип меандрирования возникает при отсутствии факторов, препятствующих пере­мещению русла реки в плане. Он развивается на реках с широкой долиной и поймой. Сво­бод­ное меандрирование может быть количественно охарактеризовано следующими парамет­рами (рис. 8.5):

Рис. 8.5. Свободное меандрирование

l ― шаг излучины (м), т.е. расстояние по прямой между двумя точками перегиба осе­вой линии русла;

a_вх ― угол входа в излучину, т.е. угол между касательной в верховой точке перегиба и линией шага излучины;

a_вых ― угол выхода из излучины, т.е. угол между касательной в низовой точке пере­гиба и линией шага излучины;

S ― длина излучины (м), т.е. расстояние между точками входа и выхода по осевой ли­нии русла;

a_р ― угол разворота, равный сумме углов: a_р = a_вх + a_вых.

В процессе свободного меандрирования наблюдается цикличность развития излучин: русла проходят последовательные стадии развития от слабоизогнутых до петлеобразных. Цикл развития завершается прорывом перешейка излучины, что ведет к отчленению изгиба русла и образованию старицы. После этого цикл развития повторяется.

В половодье нарастают пере­каты и развиваются плёсы, а в межень происходит обрат­ный процесс. Скорость смещения (размыва) вогнутых берегов излучин рек Беларуси колеб­лется от первых метров до 18 м/год (р. Припять).

Этот тип руслового процесса получил наибольшее распространение в Беларуси. Оно обнаружено на участках рек общей протяженностью, составляющей ⅔ от суммарной длины рек Беларуси. Особенно четко эта разновидность меандрирования представлена на реках При­пять, Птичь, Березина, Свислочь, Друть, Нёман, Сож, Беседь, Ипуть, а также и на других реках, неко­торые из которых свободно меандрируют почти на всем протяжении. На больших реках уча­стки свободного меандрирования имеют значительное протяжение (Днепр ― 375 км, Нёман ― 240 км, Западная Двина ― 100 км).

8.6. Незавершенное меандрирование. Пойменная многорукавность

Незавершенное меандрирование осуществляется на реках, имеющих низкие, хорошо за­топляе­мые поймы, когда цикл развития излучины нарушается образованием спрямляющего потока. На рис. 8.6 приведен пример незавершенного меандрирования и его показатели:

Рис. 8.6. Незавершенное меандрирование

S_р― длина излучины основного русла (м), т.е. расстояние между точками входа и вы­хода по осевой линии русла;

S_пр― длина спрямляющего протока (м), т.е. расстояние между точками входа и вы­хода по прямой линии.

При незавершенном меандрировании происходит прорыв перешейка излучины до дос­тижения ею петлеобразного очертания (поэтому оно и называется незавершенным) путем обра­зования спрямляющего протока (рукава, воложка), в который затем переходит главный поток, а прежнее русло отмирает. Новое русло повторяет описанный цикл. Такой процесс длится не­сколько лет, иногда и десятилетий.

Интенсивное развитие этого типа руслового процесса создает благоприятные условия для расчленения поймы многочисленными протоками. В результате возникает достаточно са­мостоятельная разновидность процесса незавершенного меандрирования ― пойменная много­рукавность (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Пойменная многорукавность

При развитии этого процесса на участке поймы река протекает несколькими рукавами большой протяженности. При этом отдельные рукава могут рассматриваться как самостоятель­ные реки А, Б и В.

Незавершенное меандрирование и пойменная многорукавность получили в Беларуси менее широкое распространение, чем свободное меандрирование. Они отмечены в руслах и поймах рек Днепр, Березина, Сож, Ипуть, Нёман, Вилия, Припять, Ясельда, Пина, Бобрик, Цна и др.

8.7. Осередковый тип или русловая многорукавность

Этот тип руслового процесса возникает как развитие ленточногрядового типа
(см. рис. 8.2) вследствие большой насыщенности потока донными наносами (превышающей его транспортирующую способность), вызывающей активный процесс аккумуляции.

Река образует широкое распластанное русло, по которому движутся либо расчлененная гряда, либо ряды этих гряд. Возвышенные части гряд, обсыхая в межень, образуют осередки, которые в условиях длительной межени могут превращаться в острова (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Осередковый тип (русловая многорукавность)

Одним из показателей этого типа руслового процесса является плотность осередков:
k =f / F, где f ― площадь осередков на участке; F ― площадь всего участка, ограниченная створами I и III (см. рис. 8.8).

Осередковый тип руслового процесса не получил широкого распространения на реках Беларуси (ввиду небольших значений мутности и стока речных наносов) и встречается лишь фрагментарно на отдельных участках.

*

Таким образом, развитие руслового процесса от исходной ленточногрядовой формы мо­жет происходить или в порядке последо­вательного перехода к побочневому типу процесса, и далее ― к ограничен­ному, свободному (незавершенному) меандрированию, или путем пере­хода непо­средственно от ленточногрядового к осередковому типу руслового про­цесса.

Первая линия эволюции грядового движения наносов происхо­дит при условии законо­мерно меняющихся условий транспорта на­носов, водности потока и ограничивающих усло­вий.

Вторая линия эволюции грядового движения наносов, приво­дящая непосредственно от ленточногрядового к осередковому типу руслового процесса и русловой многорукавно­сти, связана с возраста­нием загрузки по­тока наносами выше его способности транспортировать их в форме ленточных гряд и побочней.

Первая линия эволюции характерна почти для всех рек Беларуси, вторая ― встре­чается очень редко, ввиду небольших значений мутности и стока речных наносов. Наибо­лее распространенными типами русловых процессов является меандрирование всех типов (более 80 % общей длины речной сети), особенно свободное меандрирование, охваты­вающее ⅔ общей длины речной сети Беларуси.