Речные наносы и русловые процессы.

Характеристики речных наносов:

- мутность воды (s г/м³) -количество взвешенных веществ (т) в единице объема воды (V), s = m/V;,

- геометрическая крупность наносов (D мм) - размер взвешенных или влеко­мых частиц (условный диаметр);

- гидравлическая крупность наносов (ω мм/с) - скорость осаждения частиц в неподвижной воде.

Взвешенные наносы переносятся при условии v_в.в. > ω, где v_в.в. — вертикальная со­ставляющая турбулентного потока, направленная вверх.

Перемещение влекомых наносов происходит при условии v_дно > v_дно.0, где - v_дно скорость течения у дна, v_дно.0 — начальная скорость, при которой частица на дне теряет свою устойчивость, зависящая от размера и плотности частиц наносов, шероховатости дна и др. Согласно закону Эри, вес частицы (F_g), приходящей в движение по дну под воздействием водного потока пропорционален шестой степени скорости течения у дна:

F_g = Av_дно⁶,

где А - коэффициент пропорциональности.

Расход наносов (R кг/с) — количество твердых веществ (в кг), проносимое через поперечное сечение реки за 1 с.

Сток наносов - количество твердых веществ, проносимое через поперечное се­чение за некоторый интервал времени (∆t). Сток взвешенных наносов W_в.н. = R_cp·∆t·10^-3 тонн, где R_cp - средний расход наносов. За год W_в.н. = R_ср31,54·10³

тонн. Сток влекомых наносов обычно составляет 5-10% от общего стока наносов.

Русловые процессы — постоянно происходящие изменения размеров и положе­ния в пространстве отдельных русловых образований в результате взаимодействия реч­ного потока и русла.

Русловые образования - скопления отложившихся наносов, создающих специ­фические формы рельефа русла и поймы. Различают микро-, мезо- и макроформы.

К микроформам относятся гряды, высота которых значительно меньше глубины реки; самые мелкие гряды высотой в нескольких сантиметров — рифели.

Мезоформы:

перекат — крупная русловая гряда по всей ширине русла, расположенная пер­пендикулярно к нему (нормальный перекат) или под углом (косой перекат); относи­тельно глубокие участки русла между перекатами называются плесами;

ленточная гряда - крупная гряда, занимающая всю ширину русла или значи­тельную его часть, обычно дугообразной формы с выпуклостью вниз по течению;

побочень — отмель (относительно мелкое пространство), примыкающая к берегу и обсыхающая в межень;

осередок - отделенная от берегов подвижная отмель обычно вытянутой формы, обсыхающая в межень;

коса - гряда, примыкающая в верхней (по течению) части к берегу и вытянутая вдоль русла под углом к берегу;

пляж - скопление речных отложений на выпуклой стороне излучины;

остров - относительно стабильное образование, закрепленное растительностью, часть затапливаемое при высоком уровне воды.

Макроформы: речная излучина, система протоков, система осередков.

Излучина (меандра) — изгиб русла реки в плане. Излучины характерны для типа извилистого русла. В процессе развития кривизна излучины увеличивается, в итоге происходит прорыв ее перешейка и образование старицы, т.е. отделенной от русла из­лучины.

Система проток (рукавов) между островами, свойственная типу многорукавно­го русла.

Система осередков, свойственная типу разбросанного русла.

Температура воды и ледовые явления.

Температура подо льдом 0,1-0,3° выше нуля, весной во время ледохода она не превышает 1°. В периоды без ледовых явлений температура воды зависит в основном от температуры воздуха. Среднесуточная температура воды до середины лета обычно ниже, чем воздуха, в конце лета и осенью - выше.

Ниже водохранилищ температура речной воды летом существенно ниже обычной, зимой выше, что приводит к возникновению многокилометровых незамерзающих уча­стков реки. Обильное подземное питание реки охлаждает ее воду в летний период, зи­мой приводит к уменьшению ледяного покрова, а иногда - к образованию полыньей.

Суточные максимумы температуры воды запаздывают на 1-2 часа по сравнению с температурой воздуха.

На малых и средних реках температура воды по глубине практически не меняется, на крупных реках возможно ее уменьшение летом в нижних слоях на 1-2°.

Тепловой сток (W_m в Дж или ккал) - количество тепла, проносимое через задан­ный створ реки за интервал времени (∆t):

W_m = L_тпл·ρ·T·V, где V - объем водного стока за тот же интервал времени, Т -средняя температура воды, ρ - ее плотность, L_тпл - удельная теплоемкость воды.

Крупные реки, текущие в меридиональном направлении - трансзональные реки - имеют температуру воды, не свойственную рекам данной местности.

Реки по характеру ледового режима делятся на три группы: замерзающие, с неус­тойчивым ледоставом и незамерзающие.

На замерзающих реках выделяют три периода с характерными ледовыми явле­ниями: 1) замерзания, или осенних ледовых явлений, 2) ледостава, 3) вскрытия, или ве­сенних ледовых явлений.

Замерзание рек. При снижении температуры воды до нуля в реке начинаются осенние ледовые явления. Сало - плывущие пятна ледяной пленки, состоящие из кри­сталликов льда в виде тонких игл. Примерно в то же время образуются забереги - по­лосы неподвижного льда у берегов. При переохлаждении воды (до долей градуса ниже нуля) в ее толще и на дне может образовываться внутриводный лед - непрозрачная губчатая, ледяная масса из хаотически сросшихся кристалликов льда. Скопление внут-риводного льда на поверхности или в толще потока образуют шугу. Ее движение назы­вается шугоходом. Одновременно на поверхности образуются льдины, состоящие из кристаллического льда. Их движение - осенний ледоход. Закупорка русла шугой назы­вается зажором, а льдинами - затором.

Ледостав - образование сплошного неподвижного ледяного покрова. Небольшие незамерзающие участки - полыньи. Они связаны с выходами подземных вод или с бурным течением, иногда со сбросом в реку теплых вод промышленными и комму­нальными предприятиями. По мере нарастания толщины ледяного покрова, поперечное сечение русла уменьшается. Под влиянием возникающего напора вода может изливать­ся на поверхность льда. При ее замерзании образуется наледь.

Вскрытие рек. При наступлении положительных температур воздуха весной на­чинается таяние снега, а затем и льда. На реке у берегов образуются полосы чистой во­ды - закраины. Сцепление ледяного покрова с берегом прекращается, появляются трещины. Иногда после этого наблюдаются небольшие (в несколько метров) смещение ледяных полей - подвижки льда. Затем ледяной покров разбивается на отдельные льдины, движение которых образуют весенний ледоход. Чаще, чем осенью, возникают заторы, особенно на крупных реках, текущих с юга на север. На малых реках ледяной покров нередко тает на месте без ледохода.

Химический состав и гидрохимический режим рек.

По величине минерализации (М) в меженный период выделяют реки с малой (< 200 мг/л), средней (200-500мг/л), повышенной (500-1000мг/л) и высокой (>1000мг/л) минерализацией. Первая группа свойственна большинству рек Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части РФ. Средняя минерализация характерна для рек При­балтики, Белоруссии, Западной Украины, средней полосы европейской части РФ. По­вышенная минерализация наблюдается на реках центральной и северной части Украи­ны, Южного Урала, а высокая - полупустынь и сухих степей.

Внутригодовое изменение минерализации противоположно изменению расходу воды - минимум в половодье, максимум в межень.

Основные ионы в пресных речных водах: НСО₃^- и Са²⁺, в солоноватых (М> 1000мг/л) – SO₄^2-, Cl^- к Na+. Органическими веществами обычно богаты реки с заболоченными бассейнами. В таких реках в зимний период нередко возникает дефи­цит кислорода.

Сток растворенных веществ (ионный сток W_n) - количество растворенных ве­ществ, проносимых через поперечное сечение реки за определенный интервал време­ни (∆t). W_п = Q_cp M_cp ∆t 10³. Ионный сток за год W_n = Q_cp М_ср 31,5 103 тонн. Здесь Q_cp в м³/с, М_ср в мг/л, ∆t в с.