Типы русловых процессов

Русловые деформации в зависимости от их развития по отношению к направлению силы тяжести и роли в осуществлении эрозии грунта, транспорта и аккумуляции наносов, составляют три основные группы: 1) вертикальные, вызывающие трансформацию продольного профиля реки (врезание или аккумуляция) и изменения отметок дна русла; 2) горизонтальные, связанные с перемещением русла в плане и размывами берегов, приводящие к расширению долины и образованию поймы; 3) движение аллювиальных гряд, обусловливающие формирование перекатов, кос и других аккумулятивных образований в русле.

Вертикальные русловые деформации.

Вертикальные деформации, включает в себя процессы врезания или размыва дна с одной стороны, и аккумуляцию наносов, с другой. В зависимости от пространственно-временных проявлений они могут быть общими направленными, местными периодическими или локальными.

Направленные изменения продольных профилей рек выражаются на системном уровне «река–водосбор» в виде глубинной эрозии или систематической аккумуляции наносов на дне речных долин, знак которых меняется при смене общих условий руслоформирования.

Местные периодические (знакопеременные) трансформации продольного профиля обусловлены эволюцией форм русла на системном уровне «русло–поток» (например, вызваны периодическим спрямлением и развитием излучин, отмиранием длинного и развитием короткого рукава и т.д.).

Направленные вертикальные деформации – следствие всего комплекса природных условий на водосборе, колебаний базиса эрозии, климатических изменений, которые выражаются в изменении водности рек, а также локальные или общие для всего бассейна тектонические движения. С ними связано образование меандрирующих, разветвлённых на рукава и относительно прямолинейных русел. Однонаправленное вздымание территории обеспечивает врезание реки, погружение – аккумуляцию. В случае увеличения стока реки в бассейне начинают врезаться, при уменьшении, наоборот, аккумулировать. Как правило, оба фактора проявляются в комплексе, причём преобладание того или иного из них определяется местными условиями их влияния.

Локальные вертикальные деформации проявляются на коротких отрезках русла в границах одной или нескольких форм русла (излучин, узлов разветвления), распространяясь вверх по течению от места возбуждения (например, регрессивное врезание при спрямлении излучин) на сравнительно небольшое расстояние. Местный характер носят размывы русла при искусственном его стеснении дамбами, мостовыми переходами, у основания причальных стенок и набережных, а также на приплотинных участках нижних бьефов гидроузлов.

Направленные вертикальные деформации русел на системном уровне «река–водосбор» в естественных условиях, как правило, отличаются очень малой интенсивностью (доли миллиметра в год), их результат сказывается на протяжении тысячелетий или геологических отрезков времени, и поэтому они могут не учитываться при строительном и водохозяйственном проектировании. В горах реки часто врезаются со скоростью от 1 до 7 см в год, зафиксированы катастрофические скорости врезания (32 см/год).

Вертикальные деформации русел заметно активизируются под влиянием антропогенных факторов. На малых реках они проявляются, главным образом, в их заилении и деградации вследствие избыточного поступления наносов – продуктов эрозии почв на сельскохозяйственных землях и при сведении лесов в пределах водосборов, зарастании.

Антропогенно обусловленное врезание рек приводит к обсыханию водозаборов, акваторий портов, водных подходов к береговым объектам и подходных каналов к шлюзам, к провисанию подводных коммуникаций (трубопроводов), подмыву и разрушению устоев мостов, нарушает устойчивость берегов, способствует снижению затопляемости пойм, обусловливая ухудшение сенокосных угодий, огородных плантаций и способствуя необходимости обводнительных мелиораций (Чалов Р.С., 1997, с. 51).

Горизонтальные русловые деформации.

Участки, где преобладает отложение наносов в русле и наблюдается интенсивный подмыв берегов, называются районами боковой эрозии.

Горизонтальные деформации (синонимы – боковая эрозия, плановые деформации) в зависимости от условий руслоформирования являются направленными или периодическими. В первом случае они заключаются в постоянном смещении русла в сторону коренного берега, который иногда называют ведущим.

Периодически горизонтальные деформации в основном заключаются в спрямлении свободных излучин, их образовании вновь и развитии до таких размеров, когда снова происходит спрямление русла, в попеременном развитии рукавов в разветвлённом русле, их обмелении, причленении островов, разделяющих русло на рукава, к берегам и образовании новых островов. Влияние таких факторов, как сила Кориолиса (закон Бэра), устойчивое направление сильных ветров поперёк долины, тектонические перекосы земной поверхности может привести к смещению к одному из бортов долины пояса меандрирования или пояса разветвления русла реки.

Горизонтальные деформации проявляются в пределах отдельных форм русла (излучин, узлов разветвления) или сравнительно коротких участков реки, где эти формы развиваются сопряжённо (серии излучин, системы сопряжённых рукавов). Скорость горизонтальных деформаций колеблется от нескольких сантиметров до сотен метров в год, определяясь, в первую очередь, устойчивостью русла. Лишь в условиях ограниченного развития русловых деформаций скорость отступания берегов соизмерима, а иногда даже меньше, чем скорость врезания рек. Морфологический эффект горизонтальных деформаций здесь также сказывается в геологическом масштабе времени. Крайним видом их проявления являются беспойменные русла, ограниченные коренными бортами долины. При этом часто форма русла в плане предопределяется литологией, трещиноватостью, тектонической раздробленностью скальных горных пород, и она в этом случае выступает в качестве ведущего фактора русловых процессов. С другой стороны, вид горизонтальных деформаций и их отражение в морфологии русел разных типов зависит от непосредственного влияния на русловые процессы гидрологического режима реки, стока наносов, особенностей развития эрозионных и денудационных процессов на водосборе, геологического строения дна и берегов, морфологии долины. Поэтому развитие горизонтальных деформаций в конкретных природных условиях, отличающихся определённым сочетанием тех или иных природных факторов, сопровождается возникновением присущего им набора русловых форм разных порядков, а также спецификой их развития на конкретных реках.

Особенности проявления горизонтальных и вертикальных русловых деформаций и их единство.

Различным сочетаниям направленности и пространственно-временных проявлений русловых деформаций соответствует определённая ступень в морфологической иерархии русловых форм: I – продольный профиль реки; II – формы русла; III – грядовые формы руслового рельефа.

Каждой из этих групп соответствуют различные пространственно-временные формы развития: направленные, периодические и временные (пульсационные), с одной стороны, и общие, местные и локальные, с другой. Временные (пульсационные) и локальные деформации соотносятся только с движением аллювиальных гряд, и выделение их в других видах деформации связано уже с их расчленением на отдельные составляющие единого процесса по времени и пространству его проявления. Все виды деформаций сложно взаимодействуют друг с другом, либо полностью определяя развитие одного или нескольких других видов, либо оказывая на них только опосредованное косвенное воздействие; некоторые виды деформаций связаны между собой прямыми связями, другие же имеют чёткие, хотя и не существенные, второстепенные связи.

Вертикальные и горизонтальные деформации русел на разных системных уровнях проявляются по-своему. На уровне «водосбор–река» ярко выражены вертикальные деформации в виде изменений продольного профиля реки. Плановые деформации выражаются в коренных изменениях течений рек. На уровне «поток–русло» вертикальные и горизонтальные деформации неразрывно связаны по закономерностям соответствующего типа русловых процессов.

Многие авторы выделяют следующие основные причины, от которых зависит преобладание боковой или глубинной эрозии:

1. Сезонный режим подпоров. Если подпор распространяется на весенний паводок, а в межень река выходит из подпора, то создаются благоприятные условия для развития боковой эрозии и образования перекатов. Если же в весенний паводок не в подпоре, и подпор распространяется только на межень, то русло формируется по талу, глубиной эрозии и перекатов обычно не образуется, так как меженные скорости течения в таком случае невелики и не могут вызвать внутренних течений, нормирующих гребни перекатов.

2. Геологическое строение долины. Если вдоль по течению происходит смена пород, имеющих разное сопротивление размыву, то в тех местах, которые сложены легко размываемыми породами, сильнее развивается боковая эрозия, а в местах залегания трудно размываемых пород энергия потока в основном направлена на углубление дна долины.

3. Постепенное изменение уровня водоёма, в который впадает река. Понижение уровня водоёма сказывается на общем усилении глубинной и боковой эрозии вследствие увеличения энергии потока.