Описать движения наносов и русловые процессы

Речными наносами называют твердые минеральные частицы вне зависимости от размера, переносимые потоком воды и образующие при определённых условиях отложения. Интенсивность образования, переноса и отложения наносов зависит от энергии текущей воды и характера слагающих русло пород. При этом чаще всего размыв наблюдается в верхнем течении рек, а отложение (аккумуляция) – в нижнем течении.

Наносы можно разделить по характеру их перемещения и отложения на донные и взвешенные. Донные наносы – это наиболее крупные частицы, которые перемещаются без отрыва от дна (влекомые) или с отрывом на короткое время (полувзвешенные). Такие наносы являются рельефообразующими и в значительной степени формируют русло потока.

Взвешенные наносы – совокупность наиболее мелких частиц грунта, долгое время находящихся во взвешенном состоянии и перемещающихся со скоростью, близкой к скорости течения. Наибольшая концентрация этих частиц наблюдается в придонном слое. Степень насыщения воды частицами наносов определяется мутностью воды, кг/м3 (концентрацией). Этот показатель зависит от энергии потока и значительно изменяется как по длине реки, так и по ширине и по вертикали.

Зная распределение мутности воды и скорости потока в каком-либо створе, можно определить расход наносов, то есть количество наносов, переносимое потоков в единицу времени; а также транспортирующую способность потока – количество переносимых наносов определённого зернового состава без деформаций дна. Таким образом, транспортирующая способность потока равна максимальному расходу наносов, при котором их осаждение и взвешивание уравновешены, а средняя мутность потока постоянна.

При сравнительно крупных размерах частиц и значительной скорости потока начинается массовое перемещение наносов по дну, при этом образуются так называемые микроформы – несимметричные образования, похожие на рябь на поверхности воды. Они могут быть с короткими криволинейными гребнями (рифели) или с длинными прямыми (плоские гряды). Их образование обусловлено появлением вихревых зон в потоке за случайными неровностями дна, которые вызывают разрежение и появление подъемной силы на поверхности дна. Частицы грунта дна поднимаются и образуют микрогребень, что вызывает дальнейший рост подъёмной силы и развитие неровности, некоторые взвешенные частицы переносятся ниже первичного рифеля и образуют новую неровность. Процесс можно отчётливо наблюдать на песчаной отмели при небольших скоростях течения. При увеличении скорости размеры рифелей растут, вихревые зоны увеличиваются и начинается массовое взвешивание частиц, что приводит к образованию плоских гряд.

При интенсивном развитии гряд образуются мезоформы – неровности, по размерам сравнимые с размерами русла и могущие занимать как его часть, так и всё русло целиком. При падении уровня воды такие отложения могут образовывать полузатопленные или затопленные острова (осерёдки), мели, косы-побочни и т.д. При больших расходах и скоростях течения длины гряд могут достигать порядка ширины русла, а расстояния между ними – нескольких километров.

При бурном потоке со значительной турбулентностью могут формироваться крупные симметричные синусоидальные структуры, находящиеся в фазе с волнами на поверхности потока. При этом частицы с «подветренного» склона вышележащей гряды переносятся на «наветренный» склон нижележащей, и гребни гряд «ползут» вверх по течению. Такие формы называют антидюнами.

Совокупность всех процессов взаимодействия потока и русла называют русловым процессом. В это понятие входит образование и переформирование русла, движение наносов с образованием зон размывов и аккумуляции, смещение русла под действием потока и изменение характеристик потока под действием русла. При любых видах строительства на реках следует тщательно изучить русловой процесс в естественных условиях чтобы избежать нежелательных последствий строительства и предусмотреть мероприятия по их снижению в проектных решениях.

С помощью разработанной в первой половине ХХ века гидроморфологической теории русловых процессов все эти процессы были разделены на несколько типов, и рассмотрена взаимосвязь между ними, а также последствия, к которым приводит то или иное развитие процесса. Для практического применения выведена методика расчёта русловых деформаций, которые будут наблюдаться при том или ином изменении руслоформирующих факторов или режима течения.