4.5.3. Донныя наносы

Волочение твердых частичек по дну русла обусловлена прыдоннай скоростью воды. Из павялічэннем скорости возрастают размеры частичек, которые могут перемещаться по дну. На равнинных рэках по дну перемещаются небольшие частички, на горных рэках при значительных уклонах вода переносить гравий, гальку, даже валуны.

Частички трогаются из места и начинают двигаться, когда скорость водного течения выводить ее из устойчивого состояния. Сначала двигаются более мелкие частички, затем более крупные, которые выступают над поверхностью дна реки. Этот процесс приводить к их смыву из дна, содействуют углыблению русла. Движение частичек скачкообразный характер, так как он зависит от пульсаций скорости, веса частичек и их трения о дно. Скачкообразное движение частичек в прыдонным слои течения адбываеццаа в виде скольжения, перекатки и перепрыгивания. Такое движение частичек называют сальтацыяй.

Частички, которые оторвались от дна, могут некоторое время находиться и в завіслым станет. Потому, деление наносов на завіслыя и цягнутыя (донныя) довольно условное. Буйнасць цягнутых наносов увеличивается в полноводье и время наводнений, уменьшается в межень. Зависимость между вагой частичек, которые волочатся по дну русла, и скоростью, при какой эти частички двигаются, выражаются формулой Эры:

Р = А V6,

где Р - масса частички, А - коэффициент, который зависит от формы и удзельнайвагі частички, V - скорость, при какой эти частички начинают двигаться.

Закон Эры отображает то, что при небольшой разнице в скорости горные рэки переносят крупную гальку и валуны, а равнинные - мелкие песчаные частички. Формула показывает, что при павялічэнні скорости воды в 3 разы, вес частички, которая может двигаться при этой скорости, может увеличиться в 729 раз.

При соответствующих условиях рака моей соответствующую способность перенести ограниченный расход завіслых наносов. Эта способность реки зависит от ее гидрологических характарыстык (уклона, скорости, глубины) и сложу наносов. При превышении расхода завіслых наносов над транспарціруючай зольностью течения происходит их аккумуляция. Для такой оценки течения существуют эмпирические зависимости, например, формула Е.А.Замарына:

Р = 11 V ?(RVI)/W,

где Р - транспарціруючая способность течения, кг/м2; R - гидравлический радиус, м; И - уклон поверхности течения; W - средняя взвешенная гидравлическая буйнасць завіслых наносов, м/с.

На горных, часей за все небольших речках и временных водотоках из малыми площадями водосборов, возникают кратковременные наводнения, которые несут большое количество наносов. Их обычно называют селями и и могут быть гразявымі, грязево-камянымі, камянымі.

4.5.4. Рэчышчавыя процессы

Вода рек постоянно двигается и находиться во взаимодействия из самим руслом. Из одной стороны вода воздействует на русло, изменяет его очертание, глубины, г второго - изменяется структура течения под влиянием формы и размеров русла.

Разносторонние изменения морфологического строения русла под воздействием текучей воды объединяют названием рэчышчавага процесса. Рэчышчавы процесс тесно связанный из эрозией на водосборы, переносам и перераспределением (размвам, намывам) наносов, и осуществляется водным течением. В связи с этим главными факторами изменения русла является водный режим и сток наносов. А эти процессы в свою очередь связанный из физико-географическими особенностями водосбора и гидравлическими свойствами течения. В итога рэчышчавых процессов происходит формирование современного аллювию. Характерной особенностью переноса наносов рекой является чередование в пространства и времени размыва и намыва отрезков русла и поймы.

Характерной особенностью современных рек в плане является их извилистость. Формирование извилин связана как из гидравлическими особенностями течения, да и из локальными и случайными причинами (неодинаковая устойчивость горных пород, пр.). На излучине берега часть потоков течения воздействует на нижний по цячэнню отрезок вогнутого берега и размывает его, увеличивает излучина. Наносы, которые образовались в итога размыва, переносятся адхіляючымі от его потоками воды к супрацілеглага берегу и откладываются несколько пониже по цячэнню и от излучино. Таким образом, возникает меандра, извилина русла, которая носит название по названию реки Меандр в Малой Азии из типичными формами рельефо при меандраванні.

Извилистость долины реки называют араграфічнай, а русло - гідраграфічнай извилистостью. Когда эти две извилистости совпадают, река повторяет излучины своей долины. При неполном совпадении склоны долины частично ограничивают меандраванне русло. В природе почаще за ўс1 наблюдается полное их несовпадение. Такая река меандруе по широкому дну долины и образовывает широкую речную пойму. Больше всего размываются берега и дно на загнутых участках русла - плесах (черт. ), где наблюдается наибольшая глубина. При переходе от верхнего к нижнему плесу формируется перекат. В выпуклого берега, супрацілеглага вогнутому, где откладываются наносыфармуецца верхний побачэнь. Пониже верхнего плесу находиться нижний побачэнь. Между верхним и нижним плесами лежит седловина перекато. Наиболее глубокая часть перекато называется корытом. По своему строению перекат асимметричный: верхний его склон палогі, нижний - более крутой, образовывая падвалле из стороны нижней плёсавай ложбины. Верхняя плёсавая ложбина может неспеша и плаўна переходить в нижнюю плёсавую ложбину. Такой перекат называется нормальным, либо хорошим перекатом. В том случае, когда плёчавыя ложбины здвінуты относительно друг друга, линия наибольших глубин не перекате искривлена и переход для судов на больших рэках тяжелый, перекат называется здвінутым, либо плохим.

Закон Фарга. Распределение глубин в русла тесно связана из его плановым очертанием. Эта зависимость носит название правил ("законов") Фарга. Суть их заключается в следующем:

1. Самая глубокая часть плеса и самая мелкаводная часть перекато здвінуты относительно точек наибольшей и наименьшей кривизны вниз по цячэнню прыблизна на одну четверть длины системы "плес+ перекат".

2. Плаўнай смене кривизны русла соответствует плаўная смена глубин. Всякая резкая смена кривизны вызывае резкую смену глубин.

3. Чем большая кривизна, тем большая глубина.

4. Из павялічэннем длины хромой сгибо к некоторой величине глубины при данной кривизне сначала увеличивается, а затем уменьшается. Для каждого участка раки существует некоторая средняя значимость длины хромой, при какой глубине становятся наибольшими.

Это правило Фарга нарушается, в особенности, когда русло проходить по разному грунтам.

Размыв и отложение наносов и смена фомы русло под воздействием текучей воды называется рэчышчавымі деформациями, которые разделяются на невозвратные (однонаправленными) и обратными (цикличными).

Невозвратные деформации выражаются в смене паўздоўжнага профилю реки и ее морфологической структуры. Деформации русла и поймы происходят в условиях влияния абмяжоўваючых факторов, главными из их являются геологическое строение речной долины. Невозвратные деформации приводят к некоторым сменам строения бассейна и рельефо, а это влияет на характер стока воды и наносов.

Обратные деформации выражаются в перемещения в русла крупных песчаных гряд, сердцевин, побачней, сязонных чередований намыва и размыва дна на песках и перекатах и т.д. В ходе перераспределения наносов возникают морфологические образования. В соответствия из типизацией И.В.Попова и Н.Е. Кандраццева выделяются три основные марфаметрычныя группы морфологических образований:

Мікраформы - небольшие песчаные гряды, несувымяралльныя из размерами русла. Их деформации зависеть от расхода донных наносов. Мікраформы определяют. Степень шероховатости дна реки.

Мезаформы - представляют собой крупные одиночные песчаные гряды, которые двигаются по руслу и определяют его морфологическое строение. Размеры гряд суввымяральны из размерами русла. При сменах скорости они мало изменяют свою форму.

Мараформы - морфологические образования, которые включают и русло и пойму (речная меандра, система протоков и т.д.), которые определяют весь рэчышчавы процесс.

Разные сочетания стока воды и наносов и абмяжоўваючых условий приводят к образованию разных макраформаў, то есть разных схем деформации русел и пойм.

Типы рэчышчавых процессов. В соответствия из типизацией Н.Е.Кандраццева и И.У. Попова выделяются следующие типы рэчышчавых процессов: стужкаваградавы, побачневы, асярадковы, ограниченного, свободного и незаконченного меандравання. Однако в реальных природных условиях рэки сочетают элементы смежных типов рэчышчавых процессов.

При лентообразном типа рэчышчавага процесса основные перафарміраванні русла заключаются в сползания по его дну крупных одиночных песчаных гряд, которые занимают всю ширину русла. Скорость такого асоўвання гряд, которые называются стужкавымі, часто достигают 200-300 м/год. Длина гряд обычно в 6-8 раз превышает ширину русла, высота 1,5-2,0 м, редко 3 м и больше. При этом деформации русла в плане практичного не наблюдаются (черт. ). Соўванне гряд по руслу вызывае периодические смены глубины дна. Повышение пометок дна при насоўванні грэбеня наблюдается скорей, чем их понижение. Наиболее активный процесс наблюдается при полноводье при высоких уровнях. В межень движение гряд может приостанавливаться, а гряды полностью выравнивается.

Таким образом, перафарміраванне стужкавых гряд, их сдвижение, павялічэнне и уменьшение в размерах происходит парознаму в разные фазы водного режима. Этот тип рэчышчавага процесса встречается на равных отрезках реки при отсутствии поймы и наличия в русла песчаных грунтов.

Побачневы тип. Когда водное течение не в состоянии перемещать одиночные стужкавыя гряды по причине большого количества поступающих наносов либо уменьшения транспарціруючай способности патоку возникает побачневы тип рэчышчавага процесса. Да, например, это наблюдается при выпалажванні паўздоўжнага профилю. В этом случае во время полноводья гряды двигаются в перекошенном состоянии. Возникают правобережные и левобережные гряды. Наиболее возвышенные участки гряд двигаются вдоль берега и размяркоўваюцц по отношениям друг к другу как вроде бы в шахматном порядке. В межень при понижении уровня наиболее высокие части гряд обсыхают и соединяются из берегом и образовывают побачні. Верхняя затопленная часть гряды ніжнягя побачня является дерябнем перекато.

Структура водного течения при побачневым рэчышчавым процесса отличается в полноводье и в межень. В полноводье она близкая к назіраемай при движении стужкавых гряд. В межень при побачнях выразительно зари извилистость течения. Происходит переливание потоков течения из одного плеса во второй через перекат. Вода, которая поступила из места перекато, подходить к берегу под углом, близким к прямому, переворачивается и как под плугом включается в вінтападобны движение, характерный для извилистых течений. В полноводье вся гряда опять двигается вниз по цячэнню. Высота побачняў часто достигает 1,5-2,0 м, а скорость их перемещения (асоўвання) - от красненьких к соцень метров в год.

Стужкаградавы и побачневы типы рэчышчавага процесса происходят при отсутствии плановых деформаций русла и размыва берегов. Такие деформации ограничиваются руслом и выражаются в перемещения гряд и побачняў и размыва гряд и перекатов.

Вторым типам деформаций является меандраванне русло, какое связана из формированием поймы реки и плановыми изменениями русла. В зависимости от ширины дна долины и ширины поймы працэсс меандравання проявляется в разных формапх: ограниченное меандраванне, свободное меандраванне и незавершенное меандраванне.

Ограниченное меандраванне происходит в узких долинах ограниченных караннымі склонами,составленными твердыми горными породами. Сползание сгибов реки происходит в связи из размывом вогнутого берега русла под некоторым углом к оси патоку и отложения материалов размыва в выпуклого берега (черт. ). В течение некоторого достаточно длительного времени меандра может переместиться на всю свою длину, в итога участки выпуклого и увагнутавга берега русла меняются местами. Такие плановые деформации заключаются в виде сползания сгибов (меандров) раки вниз по цячэнню раки без значительных изменений очертания и ширины.

Свободное меандраванне наблюдается на участках рек из широкими долинами, где склоны долины не являются преградой для перемещения русла по им дну перпендикулярно направления долины.

Неограниченный размыв вогнутых берегов приводить к постепенному изменению меандры и преобразованию ее из сінусаідальнай в петляпадобную. Сначала меандра моей тенденцию сползать вниз по цячэнню, а затем она принимает акруглы очертание и на конец стадии петляпадобную форму. Заканчивается этот процесс деформации разрывам перашэйка между двумя смежными меандрами и преобразованием части русла в старое русло (старицу). После разрыва перашэйка постепенно возникает новая меандра и воссоздается новый цикл развития меандры.

Но в отдельных случаях полный цикл развития меандров может не наблюдаться. Размыв перашэйка может произойти и при достаточной его ширине. Спраўленне русло происходит длинновато к сближению вершин двух соседних меандров. Спрамленне русло и формирование протока происходит в понижениях рельефо поймы и выхождении воды на пойму весной. Обычно этот рукав становится новым главным руслом, а старое отмирает. Этот цикл меандравання называется незавершенным меандраваннем.

Прорыв перашэйка, спрамленне русла приводят к усилению інтенсіўнасці размыва русла, павялічэнню местного твердого стока и дальнейшему отложению наносов пониже прорыва.

Асярадковы тип рэчышчавага процесса наблюдается на рэках из большим количеством цягнутых наносов и река образовывает широкое распластанное русло, по какому хаотично без всякого порядка сползает шеренга крупных, разобщенных гряд. В межень при понижении уровня они образовывают разбросанные па всей ширины русла асерадкі, а при абсыханні - острова. Протоки между островами меандруюць, а острова могут перемещаться как вдоль, да и поперак раки. Образовывается шматрукаўнае русло. Асярадковы тип процесса часто встречается на участках рек при выхождении из горных районов, на прывусцявых областях. Разновидностью асярадковага типа процессо являются блуждающие русла.

При любимом типа рэчышчавага процесса соотношения между эрозией и накапленнем наносов тесно связанный из транспарціруючай способностью течения. На отрезках реки, где транспарціруючая способность течения превышает удержание наносов, происходит размыв русла. Там, где течение насыщена наносами более, чем он может переносить их, происходит аккумуляция наносов.

Устойчивость русла в основном зависит от скорости цячэння, грунтов, которые складывают русло, неравномерность покачиваний расходов воды, а также от ледового режима. Для определения степени устойчивости русла В.М.Лахцін принял коэффициент устойчивости (а), который представляет отношения среднего диаметру донных частичек (d) в мм, к падению реки в м на километр (h):

а= d/ h.

Но этот показатель не учитывает многие вторые факторы, например, скорости течения, которая влияет на зависание частичек. Потому М.А. Веліканаў предлагал более точный показатель:

а= g d / V2,

где g- ускорение свободного падения, м/с2, d - средний диаметр частичек грунта, которые складывают русло м, V - средняя скорость цячэння воды, м/с. Для устойчивых русел коэффициент устойчивости Веліканава равный 6-7. При павялічэнні скорости цячэння либо уменьшения диаметру частичек грунта каэфіціент а уменьшается.

4.6. Ледово-термический режим

4.6.1. Факторы, которые определяют температуру воды рек

Смена тепла в рэках зависит от нагревания и охлаждения воды на працягй года. Все тепловые процессы, которые наблюдаются в водного течения зависит от теплового баланса, г. зн. От соотношений между приходной и расходной частями водного баланса. Повышение, либо понижение средней температуры воды реки на каждом конкретном отрезке обусловливается теплообменом между отрезком и воздухом, ложам и соседними отрезками реки.

Ураўненн теплового баланса реки за некоторый отрезок времени (t) можно записать в следующем виде:

Sв + Sср. + Sіа - Slв +- STa + Sвк + Sдр + Sгв + Sас + Sл + Sкэ - Sн = +- St,

где Sв - тепло, которое поступила вместе со стоком воды через верхний створ отрезка реки; Sср.- суммарная солнечная радіація, которая была поглощена водой; Sіа - встречное излучение атмосферы, поглощенное водой; Slв - потери тепла поверхностью воды путям доўгахвалевага выпамеьвання; STa - турбулентный обмен тепла из атмосферой; Sвк - тепло, которое теряться на выпаривание и выдзяленае при кандэнсацы; Sдр - теплообмен из дном русла; Sгв - тепло, которое поступает вместе из грунтовымі водами; Sас - тепло, которое поступает вместе из жидкими осадками, либо траціцц на таянне твердых осадков; Sл - тепло, которое выделяется при образовании льда, либо теряться при его таянні на места; Sкэ - тепло, которое выделяется при разсейванні кінетычнай энергии; Sн - потери тепла вместе из водным стоком через нижний створ реки; St - изменения запасов тепла в водной массе за промежуток времени (t) на отрезке реки. Роль састаўляючых уравнения водного баланса неодинаково. Например, роль тепла выдзелянага при образовании льда, грунтовых вод, поступающего вместе из осадками, при теплообмене из дном настолько малышки, что в общем балансе могут и не учитываться.

Ход температуры воды реки обычно соответствует ходу температуры воздуха. Но изменения температуры воды происходят более плаўна и неспеша, чем изменения температуры воздуха. В первой половине теплого периода года температура воздуха бывает повыше температуры воды, а во второй - пониже. Наибольшая температура воды наступает позже, чем максимум температуры воздуха.

Температура воды покачивается по живому сечению и длины реки. В итога турбулентного характера водного течения в рэках наблюдается беспрерывное перемешивание воды, что способствует выравниванию температуры воды в живом сечении реки. Но температура воды в разных точках живого сечения разная. По длине реки температура воды зависит от смены географической зоны, через которые протекает река, видо питания, температуры воды притоков, наличия в бассейне озер и ледников.