Глава 4. Движение воды и наносов в реках

Глава 4. ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ И НАНОСОВ В РЕКАХ

Основные типы перекатов

Главное затруднение для судоходства на внутренних водных путях представляют перекаты в естественных руслах рек в связи с ограниченными глубинами судового хода.

Перекаты по длине реки обычно располагаются группами, образуя так называемые перекатные участки. В пределах перекатного участка отдельные перекаты разделяются друг от друга короткими и неглубокими плесовыми лощинами. Между перекатными участками обычно находятся протяженные, устойчивые и глубокие плесы. На реках с различными типами руслового процесса эти сочетания проявляются по-разному.

Для своего образования перекаты нуждаются в наличии наносного материала. Поэтому на реках, где больше расход наносов, перекаты встречаются чаще. Примером этого могут служить побочневые русла. На этих реках транспорт наносов происходит интенсивнее, чем в меандрирующих руслах. Поэтому на многих участках рек с побочневым процессом перекаты следуют один за другим. У меандрирующих рек они отделены друг от друга протяженными плесовыми лощинами.

Наибольшие расходы русловых наносов в реках наблюдаются в весенний период времени. В это же время происходят основные переформирования перекатов. По К.В. Гришанину группа перекатов образуется там, где на значительной длине русла во время половодья преобладает процесс отложения наносов. Это возможно в том случае, если скорости течения воды по длине участка реки уменьшаются.

Питание перекатного участка наносами происходит за счет размыва берегов на вышележащем участке реки. Важным источником пополнения реки наносами являются также боковые притоки.

Долины рек обычно состоят из чередующихся расширений и сужений. К началу каждого большого расширения поймы приурочена группа перекатов. Группы перекатов встречаются также выше резких сужений поймы. Перекаты часто образуются в местах возникновения подпора и на участках впадения притоков.

На образование и последующие переформирования перекатов оказывает влияние большое число факторов. Плановые очертания русла на перекатах различных рек весьма разнообразны. Можно выделить основные преобладающие типы наносных образований: перекаты-перевалы, перекаты с затонской частью, сложные перекаты и перекаты-россыпи (рис. 4.13).

Наиболее благоприятными для судоходства являются перекаты-перевалы. Они образуются в реках с побочневым типом руслового процесса. Характеризуются высокими побочнями и хорошо развитым корытом переката. Судовой ход на таких участках плавно переваливает от одного берега к другому.

Перекаты с затонской частью отличаются заходящими друг за друга плесовыми лощинами. Побочни у этих перекатов имеют более низкие отметки; корыто переката развито меньше. В нижней плесовой лощине образуется затонская емкость. Судоходные условия на таких перекатах ухудшаются по сравнению с перекатами-перевалами. Судовой ход становится более крутым, на перекате наблюдаются свальные течения в сторону затонской емкости.

Сложные перекаты состоят из двух и более перекатов, разделенных короткими и неглубокими плесовыми лощинами. На таких перекатах обычно можно выделить три побочня: верхний, средний и нижний. Судоходные условия на таких перекатах затруднены. Судовой ход становится узким и извилистым, а также наблюдаются свальные течения.

Перекаты- россыпи не имеют отчетливо выраженных побочней и корыта, как у рассмотренных выше перекатов. На таких перекатах по всей ширине и на значительной длине разбросаны песчаные отложения. Эти перекаты, как правило, встречаются на прямолинейных участках русла с пойменными берегами. Они весьма быстро изменяют свою форму и размеры. Судоходные условия на перекатах- россыпях являются неблагоприятными. Судовой ход на таких участках становится неустойчивым и часто изменяет свое положение в русле реки.

В меандрирующих руслах распространена разновидность перекатов с затонской частью, расположенных на участках с крутыми поворотами. Такие перекаты представляют серьезные затруднения для судоходства в связи с недостаточными радиусами поворота судового хода и наличием свальных течений.

На участках русловых разветвлений всегда образуются перекаты. В коротких двухрукавных разветвлениях обычно располагается пара перекатов – у приверха острова в одном рукаве и у ухвостья острова в другом. Затруднения для судоходства в данном случае возникают потому, что расходы воды, распределенные между рукавами, оказываются недостаточными для поддержания необходимых глубин. По мере развития одного из рукавов возникает необходимость переноса судового хода в этот рукав. Поддержание судоходных условий в многорукавных руслах оказывается еще более сложным.

Взаимодействие потока с подвижным ложем переката обусловливает непрерывные переформирования наносных образований. Сезонные деформации плесов и перекатов заключаются в изменении отметок дна реки в течение года. В плесовых лощинах и на перекатах сезонные переформирования происходят по-разному.

При высоких уровнях воды скорости течения на перекатах становятся меньше, чем в плесовых лощинах. Поэтому в половодье на перекатах происходит отложение наносов, и отметки их повышаются. В плесовых лощинах в это время наблюдается обратный эффект – размыв дна. В период спада уровней эта картина изменяется. Гребни перекатов начинают размываться, а в плесовых лощинах происходит аккумуляция наносов.

На рис. 4.14 приведены совмещенные графики колебания уровней воды и изменения отметок дна гребня переката с течением времени. Из рисунка видно, что амплитуда колебания уровней воды значительно больше амплитуды изменения отметок дна переката. При этом пик половодья наступает раньше, чем заканчивается отложение наносов на перекате. Таким образом, речной поток в начале спада уровней еще продолжает некоторое время откладывать наносы на гребне переката. Размыв переката начинается уже во второй половине спада уровней воды.

Величина сезонных деформаций переката зависит от водности года, устойчивости русла и размеров реки. На крупных реках с размываемым дном толщина слоя отложения в весенний период имеет порядок от 0.5 до 2.5 м. Чем больше водность реки и выше степень подвижности дна, тем больше наносов откладывается на перекатах. На реках с устойчивым руслом изменение отметок дна на перекатах составляет 10-20 см.

Транспорт русловых наносов в реках и, как следствие этого, наличие сезонных деформаций перекатов и многолетних переформирований речного русла необходимо учитывать при обеспечении судоходных условий на внутренних водных путях. Путевые работы на реках всегда производятся с учетом специфики проявления руслового процесса. Это позволяет осуществлять судоходство на реках с наименьшими затратами и минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду.

Глава 4. ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ И НАНОСОВ В РЕКАХ