Меню

Размыв рек как называется

Руководство Руководство по изучению динамики размыва берегов рек при инженерных изысканиях методом наземной фототопографической съемки

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО
по изучению динамики размыва
берегов рек при инженерных
изысканиях методом наземной
фототопографической съемки

Москва Стройиздат 1983

Рекомендовано к изданию решением экспертной комиссии ПНИИИС Госстроя СССР.

Содержит сведения о составе и методике выполнения комплекса инженерных изысканий, связанных с изучением динамики размыва берегов, как формы проявления русловых процессов. Приведена методика наземной фототопографической съемки по определению величины площади размыва и скорости поверхностных струй водного потока. Даны рекомендации по камеральной обработке материалов полевых работ, составу и оформлению технической документации.

Для инженерно-технических работников проектно-изыскательских организаций.

Разработано канд. геогр. наук А.Ф. Крашниковым, канд. техн. наук В.К. Львовым, инж. А.А. Тинтом.

1. ИНЖЕНЕРНО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Размыв берегов речных русел является следствием многолетних, а иногда сезонных переформирований дна, берегов и поверхности пойм под действием водного потока реки. Процесс изменения в морфологическом строении русла и поймы реки, обусловленный действием текущей воды, называется русловым процессом.

Происходящие при действии русловых процессов переформирования дна, берегов русел и поверхности пойм называются деформациями соответственно дна, берегов и поверхности пойм. Деформации выражаются как в размыве, так и в отложении (аккумуляции) водным потоком реки, слагающего русло и пойму материала.

1.2. Для оценки величины размыва берегов речных русл используются способы, имеющие в своей основе анализ картографических и аэрофотосъемочных материалов, а также результатов специальных работ, проводимых с целью получения натурных данных.

Картографические и аэрофотосъемочные материалы являются основными, как правило, для предварительного суждения о характере деформаций и типе руслового процесса на изучаемом участке реки. Их более детальная оценка возможна при наличии материалов крупномасштабных наземных съемок и аэрофотоснимков русла и поймы, выполненных в разные годы (для крупных рек могут быть использованы также лоцманские карты). Характер изменения русла в плане, в том числе смещение его берегов вследствие размыва наиболее объективно оцениваются при использовании данных не менее двух съемок, охватывающих период более 25 лет.

При отсутствии материалов крупномасштабных съемок, выполненных в различные годы предшествующего периода, имеющиеся картографические и аэрофотосъемочные материалы используются в совокупности с результатами натурных измерений, получаемыми при инженерных изысканиях.

1.3. Оценка величины размыва берега за период наблюдений может быть выполнена при инженерных изысканиях несколькими способами. Наиболее простым из них является способ линейных измерений, при котором через определенные интервалы времени измеряются расстояния от магистрального хода (либо от закрепленных в плане пунктов) до бровки размываемого берега. Недостатком этого способа является субъективность в оценке размыва берега между створами наблюдений вследствие интерполяции результатов измерений.

Наиболее приемлемыми для оценки величины размыва являются материалы мензульной, фототеодолитной съемок либо аэрофотосъемки, выполняемые для исследуемого участка реки через задаваемые периоды времени. При этом изменения в русле, происходящие вследствие размыва его берега, наиболее достоверно отражаются при использовании фототеодолитной съемки, обладающей преимуществами фотограмметрических методов. Большая оперативность этого способа дает возможность организовать через задаваемые интервалы времени серию последовательных съемок, что необходимо для освещения динамики изучаемого процесса в связи с обусловливающими его гидрологическими условиями.

1.4. Способ фототеодолитной съемки может быть использован также для измерения скоростей и направлений поверхностных струй речного потока, которые нередко выполняются в комплексе работ при изучении динамики размыва речных берегов.

1.5. При оценке величины размыва берегов необходимо знание типа руслового процесса, его количественных характеристик, размеров и видов деформации, их связей с обусловливающими факторами. Типы руслового процесса устанавливаются в соответствии с их определением и классификацией, которые приводятся в методической литературе Госкомгидромета (Рекомендации по учету естественных циклических деформаций русел равнинных рек при строительном проектировании, 1969 г.; Рекомендации по учету русловых, пойменных и береговых деформаций, волновых и ледовых воздействий при проектировании фундаментов опор ЛЭП на переходах через реки и водохранилища, 1973).

ЗАДАЧИ ИЗЫСКАНИЙ

1.6. Инженерно-гидрологические изыскания по изучению размыва берегов речных русл, выполняемые в комплексе с топографо-геодезическими и геоморфологическими работами, проводятся для площадок строительства, которые располагаются вблизи рек, подверженных деформационным процессам. Задачей изысканий является получение материалов для прогноза изменения положения берега в плане вследствие его размыва для обоснования выбора и расчета систем защитных мероприятий.

1.7. Для решения задачи изысканий в следующей последовательности проводятся:

подготовительные работы, включающие сбор гидрологических, топографических и геоморфологических материалов по району работ, гидроморфологический их анализ и составление программы изысканий;

полевые работы, имеющие целью получение материалов натурного обследования русла и поймы, а также результатов наблюдений за размывом берега с одновременным освещением комплекса гидрологических условий, определяющих этот процесс;

камеральные работы, включающие обработку материалов полевых наблюдений и составление технического отчета о результатах проведенных изысканий.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

1.8. Целью подготовительных работ является приближенная оценка ожидаемых на участке предполагаемого строительства деформаций берега и, при необходимости, составление программы работ по изучению динамики размыва берега русла. Первоочередной задачей работ является сбор материалов по картографической, гидрологической и геоморфологической изученности района.

1.9. Картографические материалы могут быть представлены топографическими, аэрофотосъемочными, лоцманскими, а также землеустроительными картами и планами, приведенными к одному масштабу. В зависимости от назначения картографический материал должен иметь следующее содержание:

обзорная карта, показывающая взаимное расположение русла с поймой реки и площадки проектируемого сооружения; масштаб карты должен быть не мельче 1:25000;

карты и планы разновременных съемок изучаемого участка реки в масштабе не мельче 1:10000, на основе которых предварительно устанавливаются тип руслового процесса и основные характеристики деформации берега; картографическими материалами должен быть освещен участок реки, включающий не менее 2-3 излучин выше изучаемого участка и 2-3 излучины ниже его;

топографические планы масштаба от 1:500 до 1:5000 для полевого морфологического картирования; планами должен быть освещен участок русла, включающий не менее 1-2 излучин выше и ниже площадки строительства.

Сбор топографических и аэрофотосъемочных материалов производится в Центральном картгеофонде и территориальных инспекциях Государственного геодезического надзора (Госгеонадзора) Главного управления геодезии и картографии при Совете Министров СССР (ГУГК).

1.10. Основой для суждения о водном режиме рек и гидрологических условиях, при которых протекают деформационные процессы, служат материалы гидрологической изученности района работ. Информация о наличии результатов наблюдений на реках, а также других сведений об их гидрологическом режиме получается из книг серии «Ресурсы поверхностных вод» и гидрологических ежегодников, периодически издаваемых органами Государственного фонда гидрометеорологических материалов Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет).

Необходимо также использовать фондовые материалы организаций, проводивших в различное время гидрологические работы в связи с проектированием объектов строительства либо для других целей.

1.11. На стадии подготовительных работ производится сбор материалов по геоморфологии и геологии дна речной долины, которые могут дать представление о ее геоморфологическом строении и геологическом разрезе поймы и ложа русла до базального горизонта.

Материалы по геоморфологической и геологической изученности собираются в местных изыскательских и проектно-изыскательских организациях, а также во Всесоюзном и территориальных геологических фондах Министерства геологии СССР (Мингео СССР).

1.12. На основе собранного материала выполняется гидрологоморфологический анализ, в результате которого формируется представление о преобладающем типе руслового процесса, возможных скоростях смещения русла в плане вследствие размыва его берегов, а также возможность влияния процесса деформации берега русла на площадку проектируемого сооружения. Результаты гидрологоморфологического анализа, который при недостаточности материалов может быть предварительным, обосновывают необходимость и направленность изыскательских работ для более детального изучения динамики размыва берега. Изыскательские работы в этом случае проводятся по специально составляемой программе.

1.13. Программа работ предусматривает:

определение величины размыва берега русла за период наблюдений и динамики размыва в связи с изменениями гидрологических условий;

определение основных характеристик гидрологического режима реки за период наблюдений и в многолетнем разрезе (уровень и расход воды, мутность воды, взвешенные наносы, данные отложения);

распределение скоростей и направлений поверхностных течений в пределах русла и поймы изучаемого участка реки; эпюры скоростей и диаграммы направлений течений на вертикалях в характерных створах реки и вдоль размываемого берега реки;

изучение морфологического строения русла и поймы и их особенностей, влияющих па развитие русловых процессов (состав русловых и пойменных отложений, выходы трудноразмываемых пород и др.).

ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ

1.14. Основной задачей полевых работ является получение данных, обосновывающих расчет средней многолетней скорости размыва берега русла. Результаты расчетов используются в дальнейшем для прогноза смещения в плане бровки размываемого русла к концу прогнозируемого периода, установления зоны деформации и выводов о возможности воздействия русловых процессов на площадку проектируемого сооружения.

1.15. Полевые работы по своему составу подразделяются на следующие виды:

рекогносцировочное обследование русла и поймы, сопровождающееся картированием основных морфологических элементов реки;

серии последовательных фототопографических съемок, а также линейных измерений положения бровки берега для оценки динамики его размыва в пределах планового смещения русла;

комплекс гидрометрических работ по оценке основных гидрологических характеристик режима реки и гидравлических условий водного потока, влияющих на динамику размыва изучаемого берега реки.

1.16. Рекогносцировочное обследование русла и поймы реки имеет целью уточнение полученной при предварительном анализе схемы развития руслового процесса и намеченной программы изыскательских работ. В результате обследования производится выбор мест размещения пунктов наблюдений.

Основным элементом работ при рекогносцировочном обследовании является морфологическая съемка, сопровождающаяся картированием на топографическом плане или аэрофотоснимках, имеющих большую подробность изображения. При производстве картирования, которое сопровождается описанием морфологических образований, особое внимание уделяется выявлению факторов, обусловливающих проявление тех или иных русловых и пойменных образований. Описание должно фиксировать не только наличие, но и форму, размеры морфологических образований, а также содержать обоснованные выводы о факторах, обусловливающих образование и развитие картируемых элементов.

При обследовании берега русла на план наносятся современное положение бровки русла и границы размываемого участка реки. Картирование сопровождается описанием геологического строения берега, при котором особое внимание обращается на состав и однородность слагающего берег материала. При картировании на план наносятся также основные формы русловых образований и выявляются факторы и условия, влияющие на их развитие (влияние твердого стока притоков, развитие растительного покрова, наличие местных естественных и искусственных базисов эрозии, выходы трудноразмываемых пород, хозяйственные мероприятия и др.).

При обследовании поймы реки на топографический план наносятся ее границы с выделением редко затапливаемых участков, а также границы, за пределами которых отсутствуют следы эрозионной и аккумулятивной деятельности речного потока. На плане и в описании указываются площадь и мощность (глубина) образования, места поступления на пойму речных наносов, их состав и порядок напластования. В районах с интенсивным хозяйственным использованием пойм на плане должны быть показаны контуры различных видов сельскохозяйственных угодий, системы мелиоративных канав и др.

По результатам рекогносцировочного обследования устанавливаются участки размыва и намыва, а также направленность деформации русла в плане.

1.17. Наблюдения за динамикой размыва берега русла организуются на участке реки, границы которого намечаются на стадии подготовительных работ и уточняются по результатам рекогносцировочного обследования. Выбранный участок реки должен включать не менее трех сопряженных излучин русла, в том числе не менее чем по одной выше и ниже изучаемой площадки. В зависимости от протяженности площадки проектируемого сооружения и размеров излучин наблюдения на отдельных участках района работ могут быть как детальными, так и упрощенными.

Детальные наблюдения за размывом берега проводятся, как правило, на участке, для которого выполняется расчет размыва берега на прогнозируемый период. Измерения величины смещения линии бровки берега производятся в этом случае способом наземной фототопографической съемки.

Упрощенные наблюдения за размывом берега (при использовании фототеодолитной съемки) производятся для излучин русла, расположенных выше и ниже участка реки, для которого предусматривается прогнозный расчет. Наблюдения производятся в безледоставный период года и включают в себя серию последовательных измерений расстояний от бровки размываемого берега до закрепленной на берегу магистрали или точки. Разница в расстояниях, получаемая в результате сопоставления первого и последнего измерений, оценивается как величина размыва берега за период наблюдений, в то время как сопоставление результатов серии последовательных измерений дает представление о динамике наблюдаемого процесса размыва берега.

Частота измерений при наблюдениях за динамикой размыва берега определяется внутригодовыми изменениями в режиме реки и должна составлять как для детального, так и для упрощенного способов не менее 4-5 измерений в половодье (паводок) и 1 измерение в месяц в течение устойчивого меженного периода.

1.18. Гидрометрические работы проводятся в течение безледоставного периода (включая периоды весеннего и осеннего ледохода) и имеют целью освещение гидрологических условий, при которых протекает процесс размыва изучаемого участка берега. В результате работ должны быть получены материалы, освещающие колебания следующих элементов режима реки:

уровней воды; условий весеннего и осеннего ледохода;

мутности воды; твердого стока;

уклонов водной поверхности; скорости и направления течений; их распределения на поверхности и по глубине;

данных отложений, их распределения по длине реки.

При наличии вблизи, изучаемого района действующей гидрометеостанции (поста), данные наблюдений на которой могут быть использованы для оценки режима реки, состав гидрометрических работ при изысканиях может быть сокращен. В этом случае отдельные виды наблюдений за режимом реки, которые входят в перечень номенклатуры работ, установленной Госкомгидрометом для гидрометеостанций (постов) соответствующего разряда, не выполняются. Вместо наблюдений в составе изыскательских работ предусматривается сбор материалов по действующей гидрометеостанции (посту), которая принимается при последующих расчетах в качестве аналога.

1.19. Измерение уклонов водной поверхности, скоростей и направлений течения, которые определяют гидравлические условия водного потока, производится в связи с изменениями гидрологического режима реки. В соответствии с этим комплекс работ по оценке гидравлических условий рекомендуется проводить на подъеме, пике и спаде половодья (паводка), а также 1-2 раза в течение летней межени.

Уклоны водной поверхности реки определяются геометрическим нивелированием горизонтов воды по урезовым кольям. Количество урезовых точек в нивелирном ходу зависит от величины уклона воды, но должно быть не менее 2 на 1 км длины реки при малом падении уровней воды (до 5 см на 1 км длины реки). Одновременно с определением уклона водной поверхности производится промер глубин воды по фарватеру (линии наибольших глубин). При стабильном положении перекатов и плессовых лощин промер глубин допускается производить не при каждом измерении уклонов, а два раза: на подъеме половодья (паводка) и после его прохождения.

В результате выполненных работ должны быть получены продольные профили водной поверхности изучаемого участка реки с продольным профилем дна но линии наибольших глубин, соответствующие различным фазам режима реки в свободный от льда период.

Изучение режима скоростей и направлений течения производится в виде съемки поверхностных струй водного потока, а также измерений скоростей и направлений течения по глубине, выполняемых на постоянных створах и вертикалях.

Съемка скоростей и направлений поверхностных течений (поверхностных струй) производится посредством фиксирования геодезическими способами траектории движения полупогруженных поплавков, перемещаемых водным потоком. Координирование в плане поплавков выполняется обычно прямой засечкой теодолитом или мензулой с одновременным фиксированием времени их прохождения в наблюдательных створах.

При изучении распределения поверхностных скоростей и направлений течения может быть использован способ фототеодолитной съемки, при которой на фотопластинке фиксируется траектория движения перемещаемых водным потоком поплавков. Методические указания по выполнению этого вида работ в поле и камеральной обработке материалов наблюдений приводятся в разд. 2 настоящего Руководства.

Изучение распределения скоростей и направлений течения по глубине водного потока производится посредством их многократного измерения на постоянных створах и скоростных вертикалях. Течение измеряется в точках, расположенных у поверхности на 0,2; 0,6; 0,8 глубины на скоростной вертикали и у дна. При выборе мест размещения створов и скоростных вертикалей должны руководствоваться условием равномерного освещения режима течения вблизи изучаемого участка берега русла.

ОТЧЕТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.20. В результате проведения полевых работ и их камеральной обработки должны быть представлены:

топографический план (карта) с указанием пунктов гидрометрических наблюдений и с результатами морфологической съемки русла и поймы реки;

регистрационный план масштабов 1:200-1:5000, совмещающий результаты серий фототопографической съемки положения бровки изучаемого берега, выполненных за период работ;

планы скоростного поля по поверхности водного потока и различным глубинам (0,2; 0,6; 0,8 у дна); эпюры скоростей и диаграммы направлений течении по скоростным вертикалям;

продольные профили водной поверхности и дна реки по фарватеру;

графики колебаний за период наблюдений уровней, расходов поды и других изучаемых элементов режима реки.

Читайте также:  Река миус ростовская область описание

1.21. В итоге обработки и анализа результатов полевых работ, а также материалов гидрологической изученности района составляется технический отчет о проведенных изысканиях, который долижи содержать:

обоснование направленности инженерно-гидрологических изысканий в соответствии с поставленной задачей;

краткий физико-географический очерк района работ;

гидрологическая, картографическая и геоморфологическая изученность района;

описание состава, объема и методики выполненных работ;

результаты измерения величин размыва для отдельных участков (излучин) изучаемого берега с оценкой линейных характеристик деформаций (площадь и фронт размыва, величина и скорость смещения берега в плане) и объема размываемых пород;

гидрологический режим реки за период наблюдений (уровни и расходы воды, весенний и осенний ледоход, мутности и расходы взвешенных наносов);

гидравлические условия водного потока на участке изысканий (распределение скоростей и направлений течения по поверхности и глубине водного потока, режим уклонов водной поверхности по длине реки);

анализ динамики процесса размыва изучаемого участка берега в связи с изменениями гидрологических условий и гидравлических характеристик водного потока реки;

выводы с кратким изложением результатов изысканий и характеристики деформационных процессов на изучаемом участке берега.

1.22. Помещенные в техническом отчете сведения кладутся в основу дальнейшей работы по прогнозным расчетам, в результате которой уточняются характер и черты преобладающего типа руслового процесса, деформационные формы его проявления и схема развития процесса в пределах изучаемого участка реки. На топографическом плане представляется прогнозное положение бровки размываемого берега к концу расчетного периода и, в соответствии с положением границ площадки строительства, устанавливаются возможность и характер воздействия деформационного процесса на проектируемое сооружение.

2. ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДИНАМИКИ РАЗМЫВА БЕРЕГОВ РЕК

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Метод фототопографической съемки при изучении динамики размыва берегов рек используется для определения величин размыва берегов, а также определения скоростей и направлений поверхностных струй речных потоков.

По сравнению с применяемыми для этой цели геодезическими методами метод фототопографической съемки обладает следующими достоинствами:

объективностью и достоверностью результатов измерений;

способностью получения информации о состоянии объекта исследования в определенный, максимально короткий, отрезок времени;

возможностью проверки результатов измерений путем повторных измерений снимков;

отсутствием непосредственного контакта с объектом исследования при выполнении работ;

большей оперативностью и производительностью.

2.2. По материалам фототопографической съемки составляются специальные (регистрационные) планы динамики размыва берегов и характеристик поверхностных струй речного потока для каждого определенного техническим заданием момента наблюдения.

Регистрационные планы являются конечным продуктом комплекса работ по фототопографической съемке и исходным документом для определения частных и средних величин размыва берегов и построения эпюр скоростей и направлений поверхностных струй речных потоков.

2.3. Главным содержанием регистрационных планов динамики размыва берегов рек являются линии, отображающие изменение планового положения кромки размываемого берега за известные отрезки времени.

Главным содержанием регистрационных планов направлений и скоростей поверхностных струй речных потоков являются траектории движения поплавков с указанием местоположения каждого поплавка в моменты фотографирования.

2.4. Частные величины размыва берегов определяются путем непосредственных измерений на регистрационном плане; средние величины размыва определяются по результатам измерения на регистрационном плане площади, и протяженности размытого участка берега.

Направление поверхностных струй речных потоков определяется на регистрационном плане положением траекторий движущихся с речным потоком поплавков. Скорость поверхностных струй определяется измерением на регистрационном плане пути, пройденного поплавком за интервал времени между началами смежных экспозиций.

2.5. В современных условиях применение графомеханического (аналогового) метода обработки снимков является наиболее рациональным ввиду обеспеченности изыскательских организаций фотограмметрическим оборудованием. При аналоговом методе снимки обрабатываются на универсальных стереофотограмметрических приборах, в результате чего непосредственно получают регистрационный план.

Аналитический метод обработки снимков возможен при наличии стереофотограмметрических приборов, позволяющих осуществлять регистрацию координат точек стереомодели, ЭВМ с соответствующим программно-математическим обеспечением и высокоточных автоматизированных графопостроителей.

2.6. Комплекс работ по фототопографической съемке, выполняемых с целью изучения динамики размыва берегов рек, разделяется на следующие этапы:

сбор исходных данных и составление программы работ;

рекогносцировка участка работ, выбор местоположения фотостанций и контрольных пунктов; закрепление их центрами, обеспечивающими долговременную сохранность; маркировка контрольных пунктов;

геодезические работы по определению координат и высот фотостанций и контрольных пунктов;

фотосъемочные работы и полевая фотолабораторная обработка экспонированных фотопластинок; оценка качества негативов;

вычислительные и стереофотограмметрические работы по составлению регистрационных планов;

определение величин размыва берегов и скоростей поверхностных струй речного потока, составление технического отчета о выполненных работах.

2.7. При выполнении фототопографической съемки следует использовать общие указания по организации работ, укомплектованию бригад исполнителей необходимым снаряжением, материалами и инструментами, по выполнению отдельных технологических процессов, составлению проектной и исполнительной документации, приведенные в «Руководстве по применению фототеодолитной съемки при инженерных изысканиях для строительства», 1976 г.

СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ РАБОТ

2.8. Программа работ является основным документом, регламентирующим технические требования, технологическую последовательность и методику выполнения работ с учетом конкретных условий, существующих на объекте изысканий.

Программа работ разрабатывается на основании технического задания, выдаваемого руководителем гидрологических изысканий.

В техническом задании должны содержаться сведения о местоположении и границах объекта инженерных изысканий, средних погрешностях определения величины размыва берега, ожидаемых величинах площади размыва, примерной скорости речного потока в различные периоды времени, необходимом количестве циклов наблюдений, очередности и сроках сдачи материалов.

2.9. Программа работ состоит из текстовой части и графических приложений.

В текстовой части приводятся:

общие сведения о проектируемых работах, физико-географическая характеристика и топографо-геодезическая изученность района работ, объемы и стоимости проектируемых работ;

обоснование выбора масштабов регистрационных планов;

методы создания опорной геодезической сети, технология выполнения полевых и камеральных работ по фототопографической съемке, потребное количество материалов;

перечень выпускаемых материалов.

Графическая часть программы содержит:

картограмму расположения участка работ;

схемы существующих и проектируемых опорных геодезических сетей, чертежи центров и наружных знаков проектируемых геодезических пунктов;

схему расположения базисов фототопографической съемки.

ВЫБОР МАСШТАБОВ РЕГИСТРАЦИОННЫХ ПЛАНОВ

2.10. Масштабы регистрационных планов определяются на основании сведений технического задания об ожидаемых величинах размыва берега, протяженности изучаемого участка реки, скорости речного потока.

Масштаб регистрационного плана динамики размыва берегов рек определяется но формуле

где MD — знаменатель масштаба регистрационного плана динамики размыва берегов рек;

— заданная средняя квадратическая погрешность определения величины размыва берега;

d — протяженность размытого берега на плане;

тК — средняя квадратическая погрешность определения на плане положения точки контура, ограничивающего составляемую площадь;

l — средняя ожидаемая величина размыва берега на плане;

тS H — средняя квадратическая погрешность измерения площади на плане.

2.11. В отдельных случаях при определении величины площади размыва берегов рек могут использоваться топографические планы прошлых лет, составленные в соответствии с требованиями «Инструкции по топографо-геодезическим работам при инженерных изысканиях для промышленного, сельскохозяйственного, городского н поселкового строительства (СН 212-73, 1974), где средняя погрешность положения контура на плане σ принимается равной 0,5 мм. При тК = 1,25, σ = 0,625 мм масштаб регистрационного плана определяется по формуле

Размерность всех членов, входящих в формулу (2), принимается в см.

2.12. При измерении площади полярным планиметром и при σ = 0,5 мм масштаб регистрационного плана определяется по формуле (2), где

где K — отношение длины контура размыва к его ширине;

S — измеренная на плане площадь размытого участка, см 2 .

Рассчитанные по формулам (2) и (3) для т L = 10 и 25 см и приведенные к стандартному ряду масштабы регистрационных планов помещены в табл. 1.

Источник

Разрушение берегов

Разруше́ние берего́в – опасный гидрологический процесс размыва или обрушения берегов водных объектов (рек, озёр, водохранилищ, морей) под воздействием гидрологических или геологических факторов.

Берега рек могут разрушаться прежде всего в результате их размыва речным потоком (например на изгибах излучин при меандрировании речного русла). На некоторых реках с крутыми берегами, сложенными рыхлыми лёссовыми или песчаными породами, обрушение берега может произойти в результате гравитационного воздействия. Такие обрушения берегов были в прошлом характерны для нижнего течения Амударьи (здесь это явление имело название дейгеш) и иногда носило катастрофический характер. Значительному разрушению подвергаются берега рек в низовьях или берега дельтовых рукавов при прорыве прирусловых валов или защитных дамб во время наводнений. Нередко размываются и оплывают берега каналов, прорытых в грунте и не облицованных. Такой процесс может привести к уменьшению глубины канала.

Сильному разрушению подвержены берега водохранилищ, оказавшиеся в первые годы после сооружения вод влиянием поднявшегося уровня воды и волнения. Например, в первые годы существования Цимлянского водохранилища на Дону отмечены размыв и отступание берега со средней интенсивностью 9 м/год (при максимальной величине 50 м/год). Разрушение (абразия) берегов водохранилища сопровождается образованием из продуктов размыва береговой отмели. В результате таких процессов может уменьшиться объём водохранилища.

Под влиянием волнения (особенно в условиях повышающегося среднего уровня) могут сильно размываться берега озёр и морей. Так, например, в период значительного повышения уровня Каспийского моря на 2,35 м в 1978–1995 гг. сильному размыву подверглись берега западного побережья водоёма. В результате пострадали некоторые прибрежные районы Махачкалы и Дербента. Типичны размывы морских берегов в дельтах рек, сток наносов которых сильно сократился (дельты Нила, Риони, Тибра, Эбро и др.).

Источник

Русловые процессы

Основные понятия. Взаимодействие потока и русла

Основными характеристиками русла являются: продольный и поперечный профиль, плановые очертания и распределение глубин в нем. Речное русло подвержено изменениям, или деформациям. Непрерывные изменения морфологического строения речного русла и поймы, происходящие под действием текучей воды, называются русловым процессом.

Проявляется русловой процесс в виде эрозии — размыва русла и поймы, переноса и аккумуляции наносов. Направленность процесса деформации русла определяется соотношением между расходом наносов и транспортирующей способностью потока и, таким образом, связана с комплексом природных условий не только данного участка реки, но и водосбора в целом. Климатические условия и свойства подстилающей поверхности бассейна реки обусловливают объем и режим жидкого стока и формирование твердого стока. Последний проявляется в виде переотложений наносов, с которыми связана деформация русла. Сток воды, кроме того, определяет характер местных гидравлических воздействий потока на русло. Эти воздействия меняются вместе с режимом стока.

Поток, протекающий в русле, вызывает изменения в его очертаниях, распределении глубин и характере продольного профиля реки. Со своей стороны форма русла оказывает воздействие на распределение течений и их скоростей. Таким образом, поток и русло находятся в постоянном взаимодействии, и русловые деформации являются выражением этого взаимодействия. Несмотря на различия природных условий в бассейне той или иной реки, различия в режиме стока воды и наносов, в результате взаимодействия между потоком и руслом вырабатываются некоторые типические черты морфологического строения речного русла. Знание природных условий и закономерностей взаимодействия между потоком и руслом позволяет путем возведения искусственных выправительных сооружений сознательно управлять потоком, перемещением наносов в речном русле и способствовать созданию нужных для хозяйственного использования реки его форм.

Основы учения о русловом процессе как взаимодействии между потоком и руслом были заложены в конце XIX-начале XX столетия в трудах В. М. Лохтина, Н. С. Лелявского, М. Фарга в связи с работами по улучшению судоходных условий рек, а также в трудах М. А. Великанова.

Лохтин исследовал влияние уклона водной поверхности, изменения водности потока и сопротивляемости размыву грунтов, слагающих русло реки, на перемещение наносов и формирование русловых форм. Лелявский занимался исследованием речных течений, влияющих на распределение глубин в речном русле.

В дальнейшем наметились два направления в изучении руслового процесса: гидродинамическое, рассматриваемое обычно в курсах гидродинамики и гидравлики, и гидролого-морфологическое. Последнее направление получило развитие в работах Н. И. Маккавеева, Н. Е. Кондратьева и И. В. Попова.

Плановые очертания речных русел и их изменения

Плановые очертания речных русел отличаются значительным разнообразием и вместе с тем для них характерна отчетливо выраженная извилистость. В процессе формирования извилистого русла большую роль играют поперечные течения, которые возникают как при искривлении динамической оси потока, так и особенно в условиях уже возникшей извилистости русла.

Существуют различные соотношения между очертаниями долины (орографическая извилистость) и очертаниями речных русел (гидрографическая извилистость). В одних случаях имеет место совпадение орографической и гидрографической извилистости, реки как бы повторяют очертания своих долин. Примером могут служить верхние части течений Оки и Дона, реки Днестр, Унжа, Вишера, Чусовая и др. на участках долин, сложенных трудноразмываемыми породами. Для рек этого типа характерно отсутствие или слабое развитие поймы.

В других случаях наблюдается неполное совпадение орографической и гидрографической извилистости. Склоны долин лишь отчасти ограничивают образование извилин.

Наиболее распространенным случаем является полное несовпадение орографической и гидрографической извилистости. Река протекает по широкому дну долины и может перемещать свое русло на большом пространстве, образуя обширную пойму, изобилующую старицами.

Значительно реже встречаются речные русла, характеризующиеся отсутствием извилин или слабой извилистостью. Русла таких рек способны перемещаться в пределах дна долины почти параллельно самим себе. Пойма в этом случае может быть довольно широкой. На ней располагаются старицы, также прямолинейные или слабоизвилистые и параллельные руслу реки. Такой тип русел встречается чаще всего в долинах прорыва или на участках входа реки в сужение долины. Поймы на таких суженных участках долины узкие.

Определенный тип излучин называется меандрами. Этот термин вошел в гидрологическую литературу по греческому названию р. Меандр (Турция). Процесс меандрирования, заключающийся в изменении плановых очертаний русла во времени, очень сложен. Существует несколько гипотез образования меандр. В современной гидрологической литературе (Н. Е. Кондратьев, И. В. Попов и др.) этот процесс получил следующее объяснение.

Образование и развитие меандр возможно на реках с незарегулированным естественным режимом, с хорошо выраженным половодьем (паводками) и повышенным стоком наносов. В этих условиях плановые деформации русла связаны с формированием поймы.


Рис. 108. Типы меандрирования. а — ограниченное меандрирование, б — свободное меандрирование, в — незавершенное меандрирование (по И. В. Попову).

1. На реках с узкой поймой русло в плане имеет слабоизвилистую форму, близкую к синусоидальной (рис. 108 а). Амплитуда этой синусоиды определяется шириной долины, склоны которой ограничивают возможность ее увеличения. Плановые деформации проявляются в виде беспрепятственного сползания излучины вниз по течению реки без существенных изменений в очертаниях и размерах. В течение некоторого достаточно длительного промежутка времени меандра должна переместиться на всю свою длину, и в результате участки выпуклого и вогнутого берега русла поменяются местами. Сползание излучин происходит вследствие размывания вогнутого берега русла под некоторым углом к оси потока и отложений материала размыва у выпуклого берега. Такой процесс меандрирования носит название ограниченного меандрирования.

2. На участках рек с широкими долинами склоны долин не являются препятствием для перемещения русла по их дну в направлении, перпендикулярном направлению долины. Беспрепятственный размыв вогнутых берегов приводит к постепенному изменению формы излучины и превращению ее из первоначальной синусоидальной в петлеобразную. Сначала излучины имеют тенденцию сползать вниз по течению, как и при ограниченном меандрировании. Но в последующие стадии сползание излучин сменяется их расширением и разворотом вокруг некоторых точек, близких к перегибу русла к смежной излучине (рис. 1086). Излучина принимает округлые очертания, часто асимметричные, превращающиеся в конечной стадии в петлеобразную форму. Завершается этот процесс деформации прорывом перешейка между вершинами двух смежных меандр и превращением отчлененной части русла в старицу. После прорыва перешейка постепенно возникает новая излучина. Возобновляется прежний цикл развития меандры. Этот тип меандрирова-ния назван свободным меандрированием.

3. На реках с низкими поймами и большими глубинами их затопления обычно полный цикл меандрирования, характерный для свободного меандрирования, не наблюдается. Прорыв достаточно широкого еще перешейка и спрямление русла происходят до того, как произойдет сближение вершин двух смежных излучин. Русло раздваивается. Спрямленный рукав (проток) формируется в понижениях рельефа поймы, при выходе воды на пойму и размыве ее поверхности. Обычно этот рукав превращается в главное русло, а старое главное русло отмирает. Этот тип меандрирования назван незавершенным меандрированием (рис. 108 в). На крупных реках спрямление происходит в течение нескольких лет (Иртыш) и нескольких десятков лет (Обь, Ока, Волга).

Прорывы перешейка, спрямление русла приводят к усилению интенсивности размыва русла, увеличению местного твердого стока и последующему отложению наносов на нижерасположенном участке, что в свою очередь может вызвать перераспределение уклонов и изменение характера русловых деформаций. На характер перемещения русла, естественно, оказывают влияние ограничивающие факторы: трудноразмываемые породы склонов долины, формы ее, унаследованные рекой и созданные ранее существующим потоком с иными гидравлическими особенностями, чем те, которые свойственны современному потоку.

Читайте также:  Две машины упали в реку

Описанные случаи развития меандр являются лишь схемой сложного процесса. В природных условиях можно встретить многие разновидности этого явления.

Морфологические элементы речных русел и пойм и распределение глубин в них

Распределение глубин в руслах рек зависит от распределения в них эрозионно-аккумулятивных образований — русловых форм. Простейшей формой русловых образований являются гряды — скопления песчаных, иногда галечных наносов на дне русла. В грядах выделяются следующие элементы: верховой (лобовой) и низовой (тыловой) откосы, гребень, подвалье, высота и длина гряды. Все элементы гряды представлены на рис. 109 а. Гряды — подвижные образования. Схематически механизм их перемещения может быть представлен следующим образом. Поток, обтекающий гряду, отрывается от гребня и образует в подвалье вихревое движение с горизонтальной осью вращения. Донные частицы, смытые потоком с лобового ската, попадают в подвалье. Встречным течением вихря эти частицы из подвалья вымываются и прижимаются к тыловому скату гряды; происходит наращивание гряды и перемещение ее вниз по течению (рис. 1096). Таким образом, перемещение гряд следует рассматривать как форму перемещения наносов по дну русла, сложенного песчаными (или галечными) отложениями. Размеры гряд колеблются в широких пределах: высоты изменяются от нескольких сантиметров на малых реках до 5-6 м на крупных (р. Обь), длина — от сотых долей метра до 3 км и более.

Массовым распространением отличаются малые гряды, размеры которых несоизмеримы с размерами русла. Иногда они напоминают барханы, располагающиеся в шахматном порядке. Малые формы русловых образований определяют степень шероховатости дна.


Рис. 109. Основные элементы гряды (а) и схема ее перемещения (б). 1 — лобовой откос, 2 — низовой откос, 3 — гребень, 4 — подвалье, 5 — высота, 6 — длина гряды.

На многих равнинных реках наблюдаются гряды, размеры которых соизмеримы с размерами русла потока. Одни из них располагаются под некоторым углом к оси потока, другие представляют одиночные образования, занимающие почти всю ширину русла. Это так называемые ленточные гряды (рис. 110 а).

Разновидностью гряд являются побочни. Они представляют собой часть перекошенной в плане ленточной гряды, обсыхающей в межень. Побочни располагаются обычно парами на обоих берегах в шахматном порядке относительно друг друга (рис. 110 б).

Другой разновидностью песчаных гряд являются осередки. Они представляют собой мощные скопления наносов в средней части русла в виде песчаных отмелей или подвижных островов. Осередки обычно вытянуты вдоль по реке и отделены от берегов протоками. В межень осередки обсыхают.

Более сложными формами русловых образований являются перекаты и поймы.

Перекат — мелководный участок русла, образованный наносной песчаной грядой, пересекающей русло под некоторым углом к общему направлению течения и соединяющей в межень два побочня — право- и левобережный. Для равнинных рек характерно чередование перекатов и плёсов — более глубоководных участков русла по сравнению с выше- и нижерасположенными мелководными — перекатами. На рис. 111 представлены отдельные части переката.


а — план, б-продольный профиль; 1 — верхняя коса, 2 — нижняя коса, 3 — верхняя плёсовая лощина, 4 — нижняя плёсовая лощина, 5 — седловина, 6 — напорный скат, 7 — подвалье, 8 — гребень, 9 — корыто, 10 — фарватер, 11 — изобаты.

Перекаты образуются там, где имеются благоприятные условия для аккумуляции наносов. Такие условия создаются при уменьшении транспортирующей способности потока под влиянием либо уменьшения скоростей течения, либо резкого местного увеличения твердого стока. Уменьшение скоростей течения наблюдается в местах выхода горных рек на равнину, в местах резкого расширения русла потока, в результате подпора под влиянием сужения долины, впадения крупных притоков. Увеличение твердого стока наиболее отчетливо проявляется при впадении притоков, несущих большое количество наносов (перекаты в этом случае возникают ниже впадения притоков), а также в случае выноса наносов оврагами.

На равнинных реках чередование плёсов и перекатов тесно связано с плановыми очертаниями русла: плёс обычно располагается в изгибах русла, перекат — на спрямленном участке, соединяющем две смежные излучины. У вогнутого берега под влиянием поперечной циркуляции происходит размыв русла, на спрямленном участке — отложение части размытого материала. Эти явления характерны для периода половодья, когда уклоны и скорости больше на плёсах по сравнению с перекатами. В межень вследствие перераспределения уклонов перекаты размываются. Подобное объяснение этого явления впервые было дано еще В. М. Лохтиным (1897 г.). К. И. Российский и И. А. Кузьмин приводят более общее объяснение сезонной деформации перекатов и плёсов независимо от плановых очертаний русла. При одинаковом повышении уровня на плёсах и перекатах весной площади живых сечений на перекатах в относительном выражении увеличиваются больше, чем на плёсах, так как их «начальная» площадь живого сечения была меньше (меньшие глубины). В связи с этим относительное увеличение скоростей при одинаковом увеличении расходов на плёсах больше, чем на перекатах. Таким образом, транспортирующая способность потока на плёсах оказывается больше, чем на перекатах, и, следовательно, в период половодья на плёсовых участках происходит размыв русла, на перекатах — отложение наносов. В межень при обратном соотношении скоростей на перекатах происходит размыв русла, а на плёсах — отложение размытого материала.

Периодические колебания отметок дна на перекатах достигают больших величин. Размыв гребней перекатов происходит не только в период летней межени, но и зимой при ледоставе, в особенности если последний образовался при низких уровнях. На одном из перекатов Волги зимой дно оказалось размытым в глубину на 3 м. Весной отметки дна переката достигли прежних значений.

Как уже отмечалось ранее, распределение глубин в речном русле тесно связано с его плановыми очертаниями. Это обстоятельство получило отчетливое выражение в так называемых «законах» Фарга. Сущность их сводится к следующим положениям.

1. Самая глубокая часть плёса и самая мелкая часть переката сдвинуты относительно точек наибольшей и наименьшей кривизны вниз по течению приблизительно на четверть длины плёс + перекат.

2. Плавному изменению кривизны соответствует плавное изменение глубины; всякое резкое изменение кривизны вызывает резкое изменение глубины.

3. Чем больше кривизна, тем больше глубина.

4. С увеличением длины кривой излучины до некоторого предела глубины при данной кривизне сначала возрастают, а затем убывают; для каждого участка реки существует некоторое среднее значение длины кривой, при которой глубины становятся наибольшими.

В ряде случаев правила Фарга нарушаются, в особенности, если русло реки сложено разнородными грунтами.

Пойма формируется в результате отложений переносимых потоком наносов и плановых деформаций его русла. В период половодья (паводков) речная вода выходит из берегов меженного русла и затопляет пойму. Таким образом, руслом потока в этот период является меженное русло вместе с поймой. При высоких уровнях и при их спаде интенсивной деформации подвергаются как русло, так и пойма. Эти деформации совершаются в процессе обмена наносами между руслом и поймой. В меандрирующих руслах усиливается размыв вогнутого берега излучины и происходит отложение наносов у выпуклого. Формируются пляжи. По форме они напоминают побочни, но, в отличие от последних, являются относительно неподвижными образованиями, перемещающимися вместе с излучиной. Вдоль внешнего края пляжа возникают заструги и косы. Эти наносные образования являются результатом причленения к берегу на спаде уровня перемещающихся при более высоком стоянии уровня песчаных гряд. Оконечности этих гряд, обсыхая, образуют заструги. Последние, разрастаясь, превращаются в длинные, вытянутые по течению скопления наносов — косы. Располагаются они под некоторым углом к берегу, более острым при больших скоростях течения. Вытянутое водное пространство между косой и берегом называется затоном.

Косы и пляжи зарастают растительностью, что усиливает аккумуляцию наносов при последующем затоплении. Они увеличиваются в размерах и постепенно способствуют образованию береговых валов. Эта форма наносного образования характерна для рельефа поймы. По мере роста берегового вала в высоту создаются условия для образования второго ряда береговых валов. Постепенно валы оказываются удаленными от современного русла на то или иное расстояние. Береговые валы формируются в различные отрезки времени: от одного года (реки Чулым, Или) до нескольких десятков лет (р. Тавда).

Современный рельеф поймы оказывается весьма сложным. Ее поверхность может быть расчленена протоками, старицами, расположенными между гривистыми повышениями, часто дугообразной формы. Очевидно, при разных типах плановых деформаций русла будут создаваться и различные типы пойм, на что обращают внимание многие исследователи.

Условно в пойме выделяют три части: прирусловую — более повышенную часть, центральную — несколько более низкую и ровную и притеррасную — наиболее пониженную, имеющую вид заболоченной ложбины, прилегающей к коренному склону долины или террасы. Все сказанное справедливо по отношению к равнинным рекам. Русловые деформации горных рек менее изучены.

Типы русловых процессов

При всем многообразии русловых процессов можно выделить определенные их типы. Н. Е. Кондратьев и И. В. Попов выделяют следующие типы русловых процессов.

Ленточно-грядовый тип руслового процесса. При этом типе ленточные гряды сохраняют свою целостность во все фазы водного режима и только несколько изменяют свои размеры и скорость сползания. Плановых деформаций русла почти не происходит. Скорость сползания ленточной гряды нередко достигает 200-300 м/год. Этот тип руслового процесса наблюдается на участках рек, где отсутствует пойма и склоны долины, сложенные трудноразмываемыми породами, исключают возможность размыва берегов.

Побочневый тип руслового процесса. При этом процессе происходит сползание в половодье по руслу крупных песчаных, перекошенных в плане гряд. В межень наиболее возвышенные их части обсыхают и образуются неподвижные в это время побочни. Поток, обтекая побочни, становится извилистым. Часть перекошенной гряды остается затопленной и образует гребень переката. Течение потока приобретает характер переливания через гребень перекошенной гряды из одного плёса в другой. Гребень переката размывается, а в плёсовой лощине происходит отложение размытого материала. При этом типе процесса также отсутствуют плановые деформации русла и не образуются поймы. Встречается побочневый тип руслового процесса на участках рек, стесненных склонами долины.

Типы русловых процессов ограниченного, свободного и незавершенного меандрирования характеризуются, как указывалось, плановыми деформациями русла и развитием поймы. К свободно меандрирующим рекам относятся многие малые и средние реки равнин, нижние участки крупных рек (Кубань, Кура, Сыр-дарья, Или и др.). Реки с ограниченным меандрированием встречаются в пределах Среднерусской и Волыно-Подольской возвышенностей, на северо-западе и севере Европейской территории СССР (Западная Двина, Нарова, Онега и др.).

Осередковый тип процесса. На участках, где развивается этот тип руслового процесса, река переносит большое количество влекомых наносов и образует широкое и распластанное русло, по которому беспорядочно сползает ряд крупных, разобщенных гряд. Гряды эти в межень при понижении уровня образуют разбросанные по всей ширине русла осередки, при обсыхании — острова. Протоки между островами меандрируют, в результате чего острова могут перемещаться как вдоль по реке, так и поперек нее. Образуется многорукавное русло. Осередковый тип процесса часто встречается на участках рек при выходе их из гор, в приустьевых участках. Разновидностью осередкового типа процесса являются блуждающие русла. Они возникают при очень большой подвижности влекомых наносов и больших скоростях течения. Перемещение наносов в этих условиях приобретает беспорядочный характер. Образование русловых форм (гряд, отмелей, побочней) происходит очень интенсивно. Русло начинает блуждать в пределах дна долины, распластываясь и приобретая несколько динамических осей, положение которых меняется в короткие сроки. На глазах наблюдателя (в течение суток, часов) происходит размыв берега и смещение русла (до 10- 15 м/сут на р. Амударье в районе Ходжейли). Горные реки, протекая в широких долинах, способны в столь же короткие сроки перемещать обширные галечные скопления и изменять плановые очертания русла и распределение глубин в них. Примером могут служить реки Сельдара, Муксу на Памире.

Следует отметить, что при любом типе руслового процесса соотношения между явлениями аккумуляции и эрозии тесно связаны с транспортирующей способностью потока и содержанием наносов в нем. Там, где поток насыщен наносами в большей мере, чем он может переносить их, происходит аккумуляция наносов. На участках же, где транспортирующая способность потока превосходит содержание наносов, происходит размыв русла. Размыв же русла вызывает увеличение площади его живого сечения, а следовательно, и уменьшение скоростей, вследствие чего и размыв может прекратиться. Кроме того, на участках размыва происходит явление самоотмостки. Более мелкие фракции наносов выносятся с участков размыва, и дно при этом оказывается покрытым крупными частицами. Шероховатость дна увеличивается, скорости уменьшаются и размыв замедляется. Аккумуляция наносов вызывает уменьшение живого сечения потока, увеличение скорости, и в конечном итоге она может смениться размывом. Таким образом, формирование русла является саморегулирующимся процессом.

Изучение закономерностей руслового процесса позволяет своевременно принимать меры (устройство струенаправляющих дамб, защитных сооружений и др.) по улучшению эксплуатации инженерных сооружений на реках (водозаборов, мостов, причалов, переходов через реки, трубопроводов и пр.), предвидеть будущее переформирование русел рек при регулировании их стока водохранилищами и улучшать судоходные условия.

Основные особенности формирования устьев рек и их типы

Каждая река в устьевой части обладает некоторыми специфическими чертами, обусловленными особенностями ее режима и воздействием на нее изменчивых во времени явлений в конечном водоеме (море, озеро, другая река). При впадении в море, океан реки образуют в основном два типа устьев: дельту и эстуарий. Дельта — многорукавное русло, образуется при впадении реки, несущей большое количество наносов в мелководную часть моря. Способствуют формированию дельт слаборазвитые морские течения, осуществляющие перенос речных наносов в сторону от устья, и эпейрогенические поднятия морского побережья. Эстуарии — сравнительно узкие и глубокие заливы (губы) воронкообразной формы. Часто они представляют собой нижние участки долин, затопленные морскими водами при опускании суши, называемые лиманами. Накоплению наносов в эстуарии препятствуют приливо-отливные и береговые течения моря.

Устьевые области рек, впадающих в океаны и моря, состоят из приморского участка реки и предустьевого взморья (рис. 112). Этим делением подчеркивается взаимодействие речных и морских вод в устьевой области. Приморский участок в свою очередь подразделяется на приустьевой и устьевой. Верхняя граница приустьевого участка определяется дальностью проникновения влияния на речной режим нагонов и приливов. Устьевой участок начинается от места деления реки на рукава или от начала образования эстуария. Заканчивается он морским урезом края дельты или островными образованиями эстуария, иногда подводными отмелями, обсыхающими при отливе. Предустьевое взморье занимает пространство от нижней границы устьевого участка реки до места, где влияние речных вод на взморье становится незначительным и постепенно исчезает.

Режим наносов в морских устьях рек определяется главным образом выносом наносов рекой и миграцией их при приливных течениях. Основная масса наносов приносится в устья рек во время половодья и больших паводков и служит материалом для образования дельты. Отложение наносов в устьевой области происходит вследствие снижения скоростей течения из-за подпорного влияния со стороны моря и распластывания волны половодья подлине реки. Во время сильных приливов и большого подпора со стороны моря осаждаются лишь крупные наносы, мелкие же уносятся вверх по реке. Во время отлива усиливается размыв и вынос наносов в море. В этих условиях образование дельты затруднено.

Наносы, выносимые рекой, а иногда приносимые морем, откладываясь в устьях рек, образуют косы, острова и мелководье, называемое баром. Речной поток, встречая препятствие со стороны бара, обтекает образовавшееся поднятие дна, обычно раздваиваясь. Образуются рукава. Осаждение наносов и образование осередков в каждом из рукавов приводит к дальнейшему разветвлению русла. Образуются многорукавные русла — дельты. Дельта постепенно наступает на море.

Обычно дельты низменны, часто заболочены, покрыты богатой растительностью. Гидрографическая сеть их очень сложна и представлена многочисленными протоками, озерами-старицами. Различают следующие типы дельт: дельты выполнения, выдвинутые, лопастные, клювовидные, сложные, бухтовые.


Рис. 112. Схема морского устья. Дельты выполнения образуются при впадении рек в какой-либо залив или бухту. Дельта энергично нарастает, наносы заполняют защищенную от действия моря бухту и только после этого выносятся в море. Примерами таких дельт могут служить дельты Кубани, Дона и др.

Выдвинутые дельты образуются в устьях рек, впадающих в море на участках с открытыми выпуклыми берегами. Таковы дельты Волги, Урала, Хуанхэ, Нила и др.

Лопастные дельты образуются в устьях рек, впадающих в море длинными и узкими рукавами, несущими большое количество наносов. Лопастные дельты характерны, например, для Миссисипи и Куры.

Читайте также:  Полезные ископаемые равнинных рек

Клювовидные дельты названы так потому, что они своими очертаниями напоминают клюв птицы. Примером может служить устье р. Сулак, впадающей в Каспийское море.

Сложные дельты образуются при соединении вместе двух дельт, как, например, у рек Ганга и Брахмапутры.

Бухтовые дельты образуются при впадении реки в лагуну — участок моря, отделенный от моря косой. Примером может служить дельта р. Камчатки.

При впадении одной реки в другую возникает подпор, достигающий максимума в периоды половодья и паводков. Совпадение или несовпадение фаз водного режима создает различный характер взаимодействия главной реки и притока. При совпадении половодий на обеих реках подпорное влияние оказывается наименьшим. При несовпадении же этих явлений подпор бывает значительным, причем чем больше разница во времени прохождения половодья на обеих реках, тем сильнее выражено подпорное влияние их друг на друга. Подпор на притоке распространяется на десятки, а иногда даже и на сотни километров.

При нарастании подпора могут возникнуть обратные уклоны и обратное течение. Примером может служить р. Сухона, вытекающая из Кубенского озера. При прохождении половодья на р. Вологде, притоке р. Сухоны, создается подпор на главной реке выше устья р. Вологды. Уровни р. Сухоны повышаются настолько, что отметки их становятся больше отметок уровня Кубенского озера, и возникает обратное течение на р. Сухоне в сторону Кубенского озера. Когда же уровень воды в озере повысится вследствие притока вод рек, впадающих в него, а уровни воды в устье р. Вологды понизятся в результате прекращения половодья, на рассматриваемом участке обратное течение сменится нормальным.

Под влиянием подпора скорости течения уменьшаются, происходит аккумуляция наносов, прежде всего влекомых, а затем и наиболее крупных фракций взвешенных, что в ряде случаев приводит к образованию перекатов, а иногда рукавов в устьевых участках притоков.

При запаздывании половодья на главной реке по отношению к времени его прохождения на притоке в устье последнего возникают повышенные уклоны и большие скорости. Происходит усиленный размыв русла. В итоге образуются переуглубленные устьевые участки русла притока.

При впадении в озеро на режим устьевой части реки оказывают влияние главным образом уровенный режим озера и сгонно-нагонные явления в озере. Уровни воды в озерах перед половодьем на реках, впадающих в них, обычно низкие. Волна половодья, аналогично тому, как это происходит на притоках, впадающих в реку, при несовпадении фаз водного режима вызывает в устьевом участке реки перед впадением в озеро переуглубление русла. Размыв этих участков прекращается с падением уровней и уменьшением донных скоростей, неспособных уже размывать ложе реки. На переуглубленных участках в промежутках между половодьями наблюдается тихое течение и происходит отложение наносов, которые сносятся в озеро в период половодья. После подъема уровней воды в озере до наивысших отметок устьевой участок реки находится в подпоре, который может усиливаться нагонными явлениями. Реки, несущие достаточное количество наносов, образуют при впадении в озеро дельту, аналогичную дельте, образующейся при впадении в море.

При относительной стабильности водного режима озера и реки, впадающей в него, режим устьевого участка реки отличается однообразием, а русло реки — устойчивостью. Примером могут служить реки Свирь и Волхов.

Источник



Русловые процессы.

Основные характеристики русла. Изменение морфологического строения русла водотока под действием текущей воды называют русловым процессом., или же под русловым процессом понимают морфологическое строение речного русла и речной поймы вызванные гидродинамическим воздействием потока.

Приведем некоторые термины связанные с русловым процессом:

* Русло реки ( меженное) — наиболее пониженная часть долины, выработанная потоком, по которой осуществляется перемещение основной части донных отложений и стока воды в междупаводочный период;

* Пойма — часть дна речной долины, затопляемая в период паводков и половодий; формируется в результате отложений переносимых потоком взвешенных наносов при плановых деформациях речного русла.

*Перекат — форма донного рельефа равнинных рек, сформированная отложениями наносов в виде гряды, пересекающей русло под некоторым углом к общему направлению течения. Перекат можно представить как затопленную часть гребня гряды.

* Плес — более глубокий участок реки; при меандрировании — затопленное подвалье гряды.

Основными характеристиками русла являются: продольный и поперечный профиль, плановые очертания берегов и распределение глубин.

Структура речного потока. Как уже отмечалось в предыдущих лекциях, распределение скоростей по живому сечению потока и по длине его носит довольно сложный характер. Помимо постоянного перемешивания водных масс и потоков, свойственного турбулентному движению, для него характерно еще и наличие циркуляционных течений. Вследствие большой скорости на стрежне потока но поверхности воды происходит вытягивание водных струй, в результате чего возникает некоторое повышение уровня. Вследствии этого в плоскости, перпендикулярной к направлению течения, образуются два циркуляционных течения по замкнутым контурам, сходящиеся у поверхности и расходящиеся у дна. (рис. 1).

Рис. 1. Схема возникновения поперечной циркуляции (по Н.С. Лелявскому).

а — поверхностные струи, б — циркуляционные течения в вертикальной плоскости, в — винтообразные течения.

На изогнутых участках русла струи воды встречаясь с вогнутым берегом, либо движутся вдоль него, либо отбрасываются от него. Соседние с ними струи встречаются уже не с берегом, а с отклоненными вдоль берега струями и подпирают их. В результате этого возникает перекос водной поверхности, и струи, находящиеся вблизи берега, опускаются вниз и образуют придонное течение от берега к средней части реки. Так образуется циркуляционное течение на изогнутых участках русла. (рис. 2).

Рис. 2. Циркуляционное течение на изгибе.

Русло реки в плане всегда характеризуется чередованием излучин, изогнутых то вправо, то влево. Между ними находятся прямолинейные участки.

Плановые очертания речных русел и их изменение. Плановые очертания речных русел отличаются значительным разнообразием и вместе с тем для них характерна отчетливо выраженная извилистость. Опыты показали, что даже искусственно созданные водотоки с прямолинейным руслом со временем стремятся к образованию извилин. Очертания речных русел в плане у большинства рек изменяются со временем. Эти изменения носят различный характер. На одних реках образуются излучиныили меандры, на других прямолинейные участки русел перемещаются параллельно самим себе.

Не все излучины следует называть меандрами. Этот термин вошел в гидрологическую литературу по названию р.Меандр (Турция). Для р.Меандр характерны постоянные и непрерывные плановые деформации русла вследствие воздействия на него потока. Такого рода изменения плановых очертаний русла и следует называть меандрированием, а извилины русла — меандрами. Таким образом, под меандрированием следует понимать не изменение плановых очертаний русла в виде извилин по длине реки, а определенный процесс, заключающийся в изменении этих очертаний во времени. Причиной образования извилин является: на прямолинейном участке реки под влиянием каких — либо случайных причин водный поток может отклониться от своего первоначального направления (рис. 3). Струи воды, ударившись о образовавшуюся вогнутость будут увеличивать ее в результате размыва.. Последний усиливается под действием силы Кориолиса (если размывается правый берег) и центробежной силы на участке с закругленным руслом реки.

рис. 3. Образование речных извилин.

Продукты размыва будут откладываться на противоположной стороне, несколько ниже образовавшейся вогнутости, где скорость течения, обращенного к противоположному берегу, будет меньше. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока русло реки не примет меандрические формы.

Распределение глубин и элементы речного русла. Распределение глубин, или рельеф дна речного русла, при всем разнообразии имеет некоторые общие черты. Оно тесно связано с плановым очертанием русла. Наиболее энергично происходит размыв русла на его закруглениях. По этой причине там, где русло имеет прямолинейные очертания, глубины обычно бывают меньше, чем на закруглениях. Участки с большими глубинами называются плесами. Мелководные участки, образованные отмелью, занимающей всю ширину реки — перекатами.

Рис. 4. Части переката.

Для равнинных рек характерно непрерывное чередование плесов и перекатов. Различают следующие части перекатов (рис. 4). Вдоль более выпуклого берега верхней части переката располагается верхний побочень (коса); обычно сложенный песками. Вдоль более вогнутого берега вытягивается верхняя плесовая лощина, представляющая собой продолжение верхнего плеса. Верхний побочень и верхняя плесовая лощина упираются в наиболее возвышенную часть переката — седловину, скат которой, обращенный к верхней плесовой лощине, называется верхним,илинапорным скатом. Наиболее возвышенная часть седловины называется гребнем, наиболее пониженная — корытом переката. По нему проходит полоса наибольших глубин, благоприятных для проводки судов, называемая фарватером. Низовая часть седловины — скат, обращенный вниз по течению, образует подвалье. Этот скат более крутой, чем верхний. К седловине переката, в нижней его части. примыкают у одного береганижний побочень, у другого — нижняя плесовая лощина.

Рис. 5. Схема нормального переката.

Если на перекате фарватер плавно переходит из одного плеса в другой и оси изобат плесов находятся на продолжении одной линии, то такой перекат называется нормальным(рис.5). На нормальных перекатах в местах перегиба русла иногда образуются плоские возвышения дна —перевалы. Они имеют меньшую ширину, чем прилегающие плесовые лощины, но весьма полого, без резко выраженного подвалья соединяются с ними. Если же изобаты плесов сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении и фарватер представляет собой искривленную линию, то такой перекат называется сдвинутымперекатом (рис. 6). С судоходной точки зрения нормальные перекаты называют хорошими, а сдвинутые — дурными.

Рис. 6. Схема сдвинутого переката.

Типы русловых процессов. Русловые процессы подразделяют на необратимые (однонаправленные) и обратимые (циклические). Необратимые русловые процессы обусловлены однонаправленным медленным вековым развитием морфологических характеристик реки, относящихся главным образом к продольному профилю реки. К однонаправленным процессам причисляются также изменения морфологического строения русла, вызванные воздействием гидротехнических сооружений и мостов на речное русло, рассчитанных на длительный срок службы. Например, после возведения плотины и создания на реке водохранилища, регулирующего сток воды, продольный профиль дна реки изменяется: в верхнем бьефе его отметки повышаются за счет заиления. А в нижнем — понижаются, так как осветленный поток отличается большой размывающей и транспортирующей способностью. Таким искусственным нарушением продольного профиля реки можно управлять с помощью промыва водохранилищ от наносов.

К обратимым русловым процессам относятся сезонные изменения рельефа дна реки на перекатах и плесах, перемещения песчаных гряд, побочней, осередков, подмывы и намывы берегов, меандрирование, возникновение проток и их отмирание.

Различают также следующие типы руслового процесса рек:

1. Ленточно-грядовый тип. В русле происходит движение системы гряд, искривленных в плане под влиянием придонных скоростей.

2. Побочневый тип. По сравнению с предыдущим типом гребни гряд перекошены, направления перекосов смежных гряд чередуются. В меженный период повышенные части гряд обнажаются у берегов. В результате образуются побочни (песчаные отмели), расположенные в шахматном порядке. Это способствует увеличению извилистости меженного русла.

3. Ограниченное меандрирование. Для этого типа руслового процесса характерна сравнительно слабая извилистость русла. Могут возникать отдельные пойменные массивы, представляющие собой участок поймы, ограниченный участками русла реки.

4. Свобдное меандрирование. Русло реки сильно меандрирует в широкой пойме со староречьями.

5. Незавершонное меандрирование. При этом типе руслового процесса ее излучина еще не перешла в состояние петли, а спрямляющая протока пропускает еще значительную часть расхода воды реки.

6. Русловая многорукавность. Этот тип руслового процесса возникает при больших расходах влекомых наносов.

7. Пойменная многорукавность. Этот тип руслового процесса возникает в широких поймах и характеризуется наличием множества рукавов, которые могут рассматриваться как самостоятельные водотоки, если их протяженность велика.

Поперечный профиль водной поверхности реки. Поперечный профиль водной поверхности реки, вообще говоря, не представляет собой горизонтальную линию. Он характеризуется, с одной стороны, наличием превышения уровня воды у одного берега над уровнем у другого, а с другой — в ряде случаев представляет собой довольно сложные кривые линии.

Причины, вызывающие разность в уровнях у противоположных берегов, заключаются в следующем. Русло реки никогда не бывает прямолинейным. При движении воды на участке с закруглением развивается центробежная сила. Степень кривизны русла характеризуется так называемым радиусом кривизны, представляющим собой радиус окружности дуга которой совпадает с кривой, изображающей очертания русла на данном участке. Центр окружности называется центром кривизны. Каждая частица воды, движущаяся на закруглении, испытывает действие центробежной силы, направленной по радиусу кривизны (рис. 7)

Рис. 7. Действие центробежной силы на водную поверхность на изгибе.

а — план участка, б — живое сечение.

Величина этой силы

(1)

где m — масса частицы; v — продольная скорость движения частицы; R — радиус кривизны. На рис 7а эта сила изображена в виде вектора, направленного в сторону вогнутого берега. Под действием этой силы частица будет устремляться к вогнутому берегу.

Каждая частица, кроме того, находится под действием силы тяжести f , изображенной на рис. 7б в виде вектора, направленного сверху вниз по вертикали. На этом же рисунке сила Р1 изображена в виде горизонтальной линии.

Равнодействующая обеих сил Р образует некоторый угол a с вертикально направленным вектором, изображающим силу f.

Известно, что уровенная поверхность всегда нормальна к равнодействующей всех сил, направленных на нее. Таким образом, уровенная поверхность под действием обеих сил — центробежной Р1 и силы тяжести f — займет положение ДЕ, составляющее угол a, равный углу между силами Р и f, так как стороны углов fМР и ЕМВ взаимно-перпендикулярны. Известно, что сила тяжести f = mg, где m — масса частицы; g — ускорение силы тяжести. Из треугольника fМР видно, что tga = Р1 : Так как угол a обычно невелик, то можно принять sina равным tga. Из треугольника ЕМВ следует, что Так например, если V= 2.5 м/c, B = 200 м, R=200 м, то а следовательно, т.е уровень воды у вогнутого берега на 32 см выше, чем у выпуклого.

Другая причина, вызывающая разность уровней у противоположных берегов. — сила Кориолиса. Известно, что под действием вращения Земли вокруг оси все движущиеся тела отклоняются от первоначального направления движения в северном полушарии вправо, в южном — влево. Величина силы Кориолиса

(2)

где m — масса частицы; w — угловая скорость суточного вращения Земли; j — широта места. Подобно тому, как и в предыдущем случае, равнодействующая двух сил — силы тяжести и Кориолиса Р2 будет составлять некоторый угол с направлением силы тяжести, следовательно, и поверхность воды составит такой же угол с горизонтальной плоскостью. Отсюда поперечный уклон, вызванный действием силы Кориолиса, будет равен

или, так как 2 w = 0.0001458,

.

Для случая , рассмотренного ранее, т.е. для реки со скоростью течения V=2.5 м/cек при ширине реки 200 м и для j = 55 0 , поперечный уклон i= 0.000030, а превышение уровня воды у правого берега над уровнем у левого Dh = 0.003 м, или 0.3 см.

В тех случаях, когда направление силы Кориолиса совпадает с направлением центробежной силы потока на закруглениях, равнодействующая этих сил будет равна их сумме, т.е. Р12 , при противоположных направлениях этих сил равнодействующая будет равна их разности т.е. Р12.

Устойчивость речного русла.Деформации речного русла, зависят от скорости течения. Чем больше скорости, тем интенсивнее происходит размыв русла. С другой стороны, скорость зависит от уклона и шероховатости русла. Чем больше размер частиц, тем больше шероховатость, а следовательно, при одном и том же уклона величина скорости будет уменьшаться при увеличении размеров частиц и увеличиваться при их уменьшении. Устойчивость русла характеризуется соотношением где D — диаметр частиц, а DН — величина падения русла на 1 км. В дальнйшем М.А. Великанов предложил выражение для коэффициента устойчивости речных русел

(3)

где g -ускорение силы тяжести; D — диаметр частиц и v — скорость течения.

Основываясь на коэффициет устойчивости Великанов предложил классификации речных русел по степени их устойчивости. Выделены пять категорий рек:

1. Реки протекающие в относительно неразмываемых грунтах. Эти реки наибольшей устойчивости.

2. Реки в руслах которых углубление и наращивание дна происходит периодически в одних и тех же местах.

3. Малоустойчивае реки, в которых размыв и отложение ограничиваются изменением глубин русла, без заметного изменения очертаний русла в плане.

4. Равнинные реки наименьшей устойчивости. Изменяются не только глубины, но и очертания русла в плане.

5. Горные реки с руслами наименьшей устойчивости.

| следующая лекция ==>
при различных болотах на водосборе | Поперечный и продольный профили реки.

Дата добавления: 2015-05-21 ; просмотров: 2748 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector