В реальных условиях фактический расход наносов в реке и транспортирующая способность потока могут не совпадать, что и становится причиной русловых деформаций.

Сток наносов реки (прежде всего взвешенных наносов) обычно рассчитывают по п остроенным на основе измерений связям расхо­да воды и расхода взвешенных наносовR=f(Q). У такой связи имеются две важные особенности: она нелинейна, причем R растет быстрее, чем Q; очень приближенно эту зависимость иногда можно записать в виде степенного уравнения:

R = kQ^m, (8.15)

где, по Н. И. Маккавееву, n = 2 ¸ 3.

Очень часто связь между R и Q оказывается неоднозначной (петлеобразной). Это объясняет­ся несовпадением изменения в реках расходов воды и расходов наносов во времени (рис. 6.18). Максимальная мутность воды в ре­ках (и максимальные расходы наносов тоже) обычно опережают максимальный расход воды, поскольку наиболее активный смыв грунтов с поверхности водосбора идет в период подъема паводка или половодья.

Рис. 8.4. Типичные графики изменения расходов воды и взвешенных наносов (а)и связи ме жду ними ( б): 1 - подъем половодья; 2 -спад половодья

С помощью графика связи R =f(Q) по известным средним су­точным значениям Qлегко определить и соответствующие величи ны R.

Средние расходы наносов за любой период Rопределяют точно так же, как и средние расходы воды. Сток наносов рассчитывают по формуле:

W _н = R×T, (8.16)

где сток наносов W _н, кг; средний расход наносов R, кг/с; интервал времени T, с.

Сток наносов чаще удобнее представить не в кило­граммах, а в тоннах или даже в миллионах тонн. В этих случаях применяют формулы

W _н (т)= R ×T ×10^-3, (8.17)

Если речь идет о годовых величинах, то записы­вают

W _н (млн т) = R ×31,5×10^-3. (8.18)

Модулем стока наносов называют сток наносов в тоннах с 1 км² площади водосбора (A):

M _H=Wн/A. (8.19)

Для годовых величин стока наносов получим М _н, т/км²:

М _н= R×31,5×10³/F. (8.20)

Модуль стока наносов характеризует эрозионную деятельность речных потоков (напомним, однако, что фактическая денудация в бассейнах рек во много раз больше модуля стока наносов, рас­считанного только что описанными способами, так как огромное количество смытых со склонов наносов не попадает в реки, а от­лагается у подножья склонов, в устьях балок, оврагов, малых при­токов, на поймах.

Модуль стока взвешенных наносов и средняя мутность воды рек, так же как и модуль стока воды, неравномерно распределены по территории. Так, на севере Европейской территории России (тундра, лесная зона) он часто не превышает 1-2 т/км² в год, в северной и западных частях Европейской равнины повышается до 10-20 т/км². На юге Европейской территории бывшего СССР он достигает 50-100 т/км², а в ряде районов Кавказа - даже 500 т/км² в год. Для бассейнов некоторых рек мира модуль стока взвешенных наносов в естественных условиях стока с оставлял: у Волги - 10,3 т/км², Дуная-63,6, Терека - 350, Хуанхэ- 1590 т/км ² в год. Мутность рек довольно закономерно распределяется по территории. Так, например, средняя годовая мутность рек на севере Европейской части России весьма невелика – 10-50 г/м ³, в бассейнах Оки, Днепpa, Дона увеличивается до 150-500 г/м³, на Северном Кавказе иногда превышает 1000 г/м³.

Из суммарного годового стока наносов всех рек мира (15700 млн. т) наибольшая доля в естественных условиях приходится на Амазонку (1200 млн т), Хуанхэ (1185 млн т), Ганг с Брахмапутрой (1060 млн т), Янцзы (471 млн т), Миссисипи (400 млн т) (см. табл. 6.1). Среди наиболее мутных рек на планете - Хуанхэ (средняя годовая мутность воды более 25 кг/м³, а максимальная - в 10 раз больше), Инд, Ганг, Янцзы, Амударья, Терек.

Русловые процессы

Русловые процессы - это изменения морфологического строения речного русла и поймы, обусловленные действием текущей воды. Русловые процессы проявляются во взаимодействии потока и русла реки. Конкретные проявления русловых процессов в виде измене­ния положения и размеров русла, поймы и отдельных русловых образований, т. е. в виде размыва или намыва дна и берегов, на­зывают русловыми деформациями.

Русловые образования, подвергающиеся деформациям,- это скоп­ления наносов, создающие характерные формы рельефа речно­го русла и поймы разного размера - микро-, мезо- и макроформы. К микроформам относятся перемещающиеся в русле донные гряды, размеры которых меньше глубины русла. Мезоформы - это также состоящие из наносов гряды, но более крупного размера, соизмеримые уже с поперечными размерами самого русла. К мезоформам относятся речные перекаты, осередки, небольшие острова. Макроформами называют крупные, морфологически однородные участки речного русла, представленные относительно прямолиней­ными участками, извилинами (излучинами, меандрами), системами русловых и пойменных разветвлений, участками так называемого разбросанного русла. Русловые процессы неразрыв­но связаны с переносом в речном потоке наносов, в основном - влекомых. Иногда даже говорят, что русловые процессы - это форма перемещения влекомых наносов.

Изучение русловых процессов имеет большое практическое значение, так как от характера и интенсивности русловых дефор­маций зависят работа водного транспорта, эксплуатация водозабор­ных сооружений, мостовых переходов, газо- и нефтепроводов через реки и т. д.

Физической причиной русловых деформаций является наруше­ние баланса наносов на тех или иных участках речного русла. Изменение расхода наносов вдоль потока на бесприточном участке должно неизбежно сопровождаться русловыми деформациями: при увеличении расхода наносов вдоль реки должен происходить раз­мыв русла (эрозии), при уменьшении расхода наносов вдоль реки - намыв русла (аккумуляция наносов). Соотношение между фактическим расходом наносов и транспорти­рующейспособностью потока определяют русловые дефорации. При R > R _тр должны происходить отложение наносов и намыв дна, при R < R _тр - наоборот, размыв дна. По направленности русловые де­формации подразделяются, таким образом, на два вида: размыв (э розия ) и намыв (аккумуляция наносов).

Русловые деформации подразделяют также на вертикальные, когда происходят изменения отметок дна русла, и горизонтальные, когда наблюдаются поперечные смещения русла. Обычно эти два вида русловых деформаций происходят одновре­менно, но в некоторых случаях преобладают первые, в некото­рых - вторые.

Русловые деформации и русловые процессы подразделяют так­жена два типа: периодические (знакопеременные, обрати­мые ) и направленные (необратимые). К периодическим рус-ловым деформациям относят такие изменения русла, которые неод­нократно повторяются и после которых русло возвращается при­близительно в первоначальное положение. Эти русловые деформации наблюдаются при движении донных гряд, развитии излучин и т.д. Направленные русловые деформации выражены в односторонних изменениях русла, например при однонаправленном размыве или намыве, сопутствующих сооружению водохранилища на реке.