Реки, их долины и русла, гидрологический режим и русловые процессы

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДОЕМАХ, МЕСТОРОЖДЕНИЯХ И НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Речная система. Значительный по размерам водный поток, текущий в разработанном им русле, называется рекой. Поток питается атмосферными осадками и подземным водами. Русло представляет собой разработанное потоком вытянутое углубление земной коры. Совокупность всех рек какой-либо территории сливающихся вместе и выносящих свой воды в виде общего потока, называется речной системой. Система состоит из главной реки и притоков.

Бассейном называется территория, с которой происходит сток воды в реку, речную систему, озеро или море. Граница раздела между смежными бассейнами называется водоразделом.

Долиной реки называют вытянутое пониженное и обычно извилистое углубление земной поверхности с общим однообразным падением его ложа от истока к устью. Ширина долины может быть oт нескольких десятков метров до десятков километров, а глубина - от десятков до сотен метров. Под воздействием речного потока долина постоянно изменяет свою форму.

Долины имеют важное гидрологическое значение: они регулируют сток воды. Существует три основных типа долин: с развитой, менее развитой и неразвитой поймой.

Поймой называют часть речной долины, затопляе­мую водой при высоком уровне. Поймы рек имеют большое народнохозяйственное значение. Периодическое затапливание поймы обусловливает отложение в ней ила и других продуктов, способствующих формированию плодородных земель.

В долине различают коренные берега (склоны) – участки земной поверхности, ограничивающие долину с двух противоположных сторон, и дно (или ложе) – относительно ровную пониженную часть, заключенную между подошвами склонов.

Руслом реки называют наиболее пониженную часть долины, по которой осуществляется сток воды при низких уровнях. Русло занимает незначительную ширину долины.

Пойма является малоподвижным элементом долины. Ее поверхность обычно покрыта растительностью и изобилует озерами, болотами, староречьями. Широкие части долины, как правило, чередуются с узкими. Узкие долины с отвесными берегами называют каньонами. Долина имеет два уклона: продольный и поперечный. Террасы представляют собой относительно горизонтальные площадки, расположенные уступами на разной высоте от дна долины.

Речное русло характеризуется продольным и поперечным профилями, геологией слагающих их пород и плановыми очертаниями. По плановым очертаниям русла подразделяют на три основных типа: прямолинейные однорукавные, извилистые однорукавные (меандрирующие) и разветвленные. Формы поперечного сечения русла разнообразны в зависимости от строения берегов и положения русла в плане. Размеры русла зависят от расхода воды. Отличительной особенностью равнинных рек является чередование в руслах глубоких участков – плесовых лощин и мелких – перекатов (или порогов). Перекаты разнообразны по форме и положению в русле, судоходным качествам.

Движение воды в реке. В реке непрерывно изменяются уро­вень, скорость течения, мутность, температура воды и другие параметры. Эти изменения создают сложный режим реки. Мас­сы воды в реке движутся под действием ветра, инерции, центро­бежных сил и сил вращения земли. Однако основной силой движения воды является сила тяжести.

Различают два вида движения жидкости: установившееся и неустановившееся. При установившемся движении характеристики потока с течением времени не меняются. Оно может быть равномерным (когда скорости в соответствующих точках любых сечений одинаковы) и неравномерным (при постоянном по времени расходе воды и переменной по длине реки скорости течения). При неустановившемся движении его характеристики меняются по времени.

При движении воды наблюдается внешнее (между частицами воды и руслом) и внутреннее (между отдельными ее частицами) трение, способствующее сопротивлению сдвигу частиц воды относительно русла и между собой. Внутреннее трение между частицами называют вязкостью. Вязкость прямо пропорциональна скорости. Поверхности соприкосновения и существенно меняется с изменением температуры воды.

Движение жидкости характеризуется двумя режимами: ламинарным (параллельно-струйным) и турбулентным (беспорядочно - вихревым). В речных потоках практически всегда наблюдается турбулентный режим.

Речные наносы. Наносы - это частицы грунта, переносимые речным потоком и попадающие в него из русла или водосборного бассейна. Наносы подразделяют на взвешенные (находящиеся в потоке во взвешенном состоянии) и влекомые (движущиеся скачкообразно и перекатывающиеся по дну). Во врем движения частицы наносов постоянно переходят из одного состояния в другое, поэтому их деление на взвешенные и влекомые условно. Содержание взвешенных в воде наносов (мг/л или г/м³) называют мутностью.

Наносы характеризуются гранулометрическим составом, степенью неоднородности, гидравлической крупностью. Гидравлическая крупность — скорость равномерного падения частицы в спокойной воде - зависит от плотности жидкости и частицы, диаметра и формы частицы, ускорения свободного падения и вязкости жидкости.

Движение наносов в реке обусловлено гидродинамичес­ким воздействием потока на частицы грунта. Результирующая сила этого воздействия состоит из подъемной и сдвигающей составляющих. Силами сопротивления являются избыточный вес частиц и сила трения, пропорциональная этому весу.

Типы русловых процессов. Работу потока по образованию русла и его переформированию называют русловым процессом. Русловые процессы имеют различную направленность и в соответствии с этим формирование речных русл идет разными путями. Руслу каждого типа соответствует свой тип руслового процесса. Трудами ученых Н. И. Маккавеева, И. В. Попова, К. В. Гришанина и др. разработана классификация речных русл и типов русловых процессов, позволяющая оценить русло­вые деформации.