Типизация русловых процессов

Скорость течения воды неравномерна во времени как в продольном, так и в поперечном сечениях реки. Поэтому в отдельных местах русла, где скорость течения выше минимальной размывающей, происходят размывы дна и берегов. Поток воды в реке обычно перемещает донные наносы: глинистые частицы, песок и гальку. В других местах русла, где скорость течения ниже минимальной размывающей, донные наносы откладываются и происходят намывы берегов и дна.

Переходы магистральных трубопроводов через реки относятся к категории пассивных гидротехнических сооружений, не предназначенных и не способных влиять на ход развития руслового процесса. Подводные трубопроводы сами подвержены влиянию русловых деформаций и требуют учета характера, темпов, интенсивности и возможного диапазона плановых и глубинных деформаций за период их эксплуатации.

Все возможные схемы деформаций русла равнинных рек, включающие начальную, промежуточную и конечную стадии развития в соответствии с гидроморфологической теорией руслового процесса, где направление стрелки на рисунке показывает предполагаемое увеличение транспортирующей способности потока. На рисунке показаны также основные морфометрические измерители различных типов руслового процесса.


Fig10.1.1

Ленточногрядовой тип руслового процесса распространен на средних и малых равнинных реках, сложенных из средних и крупных песков, а также на горно-предгорных участках русел и в отдельных потоках крупных равнинных рек; как самостоятельный тип руслового процесса на равнинных реках встречается редко.

Ленточногрядовой тип характеризуется наличием в реке одиночных, занимающих всю ширину русла песчаных гряд, длина которых в 6 – 8 раз превышает ширину русла, а высота составляет 0,15 – 0,3 глубины в плесе при высоких уровнях воды менее 10%-ой обеспеченности. Основные деформации русла при ленточногрядовом типе выражаются в сползании ленточных гряд по реке, вызывающем местные периодические повышения дна в фиксированном створе при прохождении гребней и понижение отметок при прохождении подвалий ленточных гряд.

Ленточногрядовой тип руслового процесса характеризуется отсутствием поймы. Плановые деформации невелики и носят нерегулярный локальный характер.


Fig10.1.2

Побочневый тип руслового процесса характеризуется наличием в русле крупных, занимающих в меженный период большую часть ширины русла и обсыхающих в межень отмелей, расположенных в русле в шахматном порядке. В период паводков побочни покрываются водой и русло принимает прямолинейный вид. Обсохшие побочни в межень придают руслу извилистость в плане. Пониженные затопленные части в местах перегиба русла между побочнями образуют перекаты. Плесы в русле располагаются напротив выпуклых краев побочней.

Русловые деформации при этом типе сводятся к сползанию побочной вниз по течению и в основном приурочены к периодам половодий и паводков. Высота побочней составляет 0,3 глубины в плесе, соответствующей уровню бровок русла, а длина побочней в 6 – 8 раз больше ширины русла между бровками. Побочневый тип руслового процесса характеризуется отсутствием поймы.

Плановые деформации берегов несущественны и не имеют закономерного характера.


Fig10.1.3

Ограниченное меандрирование – тип руслового процесса, распространенного чаще на равнинных реках, характеризуется извилистым руслом с углом разворота до 120°, сохраняющим извилистость и во время паводка.

Свободное развитие плановых деформаций русла при этом типе руслового процесса ограничено наличием неразмываемых склонов долины. Осевая линия русла имеет форму, близкую к синусоиде.

Внутрирусловые деформации такие же, как при побочневом типе руслового процесса. В межень перекаты размываются, а в половодье намываются. В плесах размыв приурочен к половодью, а намыв - к межени. На пойме следы меандрирования отсутствуют. Деформации поймы выражаются в постоянном нарастании пойменного массива в высоту в результате отложения наилка, образуемого преимущественно взвешенными наносами.


Fig10.1.4

Свободное меандрирование – самый распространенный тип руслового процесса на равнинных реках. Этот тип руслового процесса обычно развивается в широких речных долинах, склоны которых не ограничивают свободное развитие плановых деформаций излучин. Характеризуется наличием одного действующего русла, механизм переформирования которого значительно сложнее и разнообразнее, чем при ограниченном меандрировании, сохраняющем при сползании свои размеры и плановые очертания.

В начальной стадии развития при углах разворота менее 90° излучины свободного меандрирования сползают вниз по течению по схеме ограниченного меандрирования, но при этом меняя (увеличивая) угол разворота. По мере увеличения угла разворота сползание излучины замедляется и меняется ее форма (излучины вытягиваются). При углах разворота, близких к 140° происходит разделение плесовой ложбины и нарушение плановой симметрии в результате преимущественного развития одного из плесов. Развитие излучин завершается сближением подмываемых берегов выше и ниже расположенных смежных излучин, прорывом образовавшегося между ними перешейка. После прорыва возникает новая излучина, что нарушает нормальный ход развития смежных излучин. Скорости деформаций в зоне прорыва возрастают.

Общий ход глубинных деформаций в многолетнем разрезе подчинен характеру развития плановых деформаций. Глубинные деформации в пределах фиксированных плановых очертаний русла носят сезонный характер и сводятся к нарастанию перекатов и размыву плесов в период половодья и к противоположным деформациям в период межени.

В пойме свободно меандрирующей реки сохраняются староречья – изолированные от действующего русла отпавшие излучины, находящиеся в различной стадии отмирания, соединяющиеся с рекой при высоком уровне воды.


Fig10.1.5

Незавершенное меандрирование является разновидностью свободного меандрирования. Характеризуется наличием спрямляющего протока излучин. Возникает в сильно затапливаемых во время половодья поймах, сложенных из легкоразмываемых пород грунта. В начальный период своего развития излучины развиваются по схеме свободного меандрирования, но задолго до завершения полного цикла развития излучины на пойме возникает и развивается спрямляющая протока, со временем превращающаяся в главное русло. По мере развития спрямляющей протоки деформации главного русла ослабевают.

Спрямляющая протока разрабатывается постепенно (на малых реках быстрее, на больших медленнее). По ней происходит интенсивное движение насосных скоплений в виде ленточных гряд, осередков, побочней. После того, как спрямляющая протока примет основную часть расхода воды в реке, прежнее главное русло начинает превращаться в старицу и цикл возобновляется. Прогноз плановых деформаций производят совмещением плановых материалов разных лет съемок.


Fig10.1.6

Пойменная многорукавность является дальнейшим развитием и усложнением незавершенного меандрирования, при котором спрямляются не отдельные излучины, а группы излучин. Характеризуется широкой поймой. Острова, образованные протоками, представляют участки поймы, обладающие значительной плановой устойчивостью.

Деформации реки в целом сводятся к медленному развитию спрямляющих протоков, их отмиранию и возобновлению, сопровождающимся перераспределением расхода воды между рукавами. Спрямлениями, как правило, оказываются охвачены не отдельные излучины, как при незавершенном меандрировании, а группы смежных излучин.


Fig10.1.7

Осередковый тип руслового процесса (русловая многорукавность) распространен на участках равнинных и горно-предгорных рек с интенсивным движением донных насосов в условиях перегрузки потока насосами. Характеризуется распластанным руслом, по которому в паводковый период перемещаются мезоформы: осередки, побочни и ленточные гряды, в разной степени обсыхающие в период межени и создающие многорукавный облик русла.

В периоды межени и низких половодий на участках русел, сложенных из мелких насосов, происходят внутрирусловые плановые деформации контуров мезоформ.


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ