Основные характеристики и особенности малых рек

В отличие от больших, водосборные бассейны малых и средних рек располагаются в пределах одной физико-географической зоны. Площадь бассейнов малых рек обычно принадлежит одной климатической зоне и не превышает 2 тыс. км², а средних 50 тыс. км². Период их половодья очень хороший. Интенсивно река живет только в половодье. За 1 – 3 недели в году проходит 70 – 80 % стока воды.

Поскольку водный поток является активным носителем энергии, то во время половодья происходят все русловые и пойменные деформации. В межень только на отдельных участках рек можно обнаружить местный размыв и смещение песчаных образований.

В основном все русловые формы и их размеры, рельеф дна и другие элементы русла на период межени унаследованы от половодья и остаются неизменными до следующего половодья.

Облик рек определяется русловыми и пойменными процессами. Он зависит от трех относительно независимых факторов, которые суммарно отражают влияние многочисленных объектов и явлений природы: от водности реки, стока наносов и влияние ограничивающих условий.

Водность реки проявляется однозначно: при прочих равных условиях, реки с большой водностью имеют большие поперечные размеры и меньшие уклоны

При определении морфологических элементов водотока водность его выражается руслоформирующим расходом воды. Это расход воды, при котором уровень устанавливается на отметке бровки поймы среднего возраста.

Во время излива потока на пойму проявляется кинематический эффект и транспортирующая способность потока в русле и интенсивность русловых процессов уменьшаются.

Сток наносов определяется расходом наносов (взвешенных и донных) и их фракционным составом. Одновременное проявление этих двух характеристик наносов приводит к тому, что в различных реках происходят качественно различные русловые процессы. В определение их значительную роль играет номинальная размывающая скорость потока.

Если в годовых циклах скорости течения равны или они меньше номинальной размывающей скорости потока, то взаимодействие потока и русла происходит на уровне размывающей способности потока, которая определяется крупностью донных отложений.

При достижении потоком этой скорости донные отложения, включая и самую крупную фракцию, приходят в движение. При увеличении расхода и нарастании скорости течения воды русло увеличивает свои размеры.

На спаде половодья скорости течения потока уменьшаются, и к межени остается русло, сформированное в половодье.

Номинальная размывающая скорость определяет собой транспортирующую способность потока.

Фактически же поток может транспортировать наносов и меньше и больше этой вычисляемой номинальной способности.

При взаимодействии с руслом на уровне размывающей способности наносов руслообразующей является наиболее крупная фракция донных отложений.

Гораздо чаще встречаются случаи, когда в потоке наносов больше номинальной транспортирующей способности потока.

В результате длительных русловых процессов параметры таких рек обеспечивают равенство фактической транспортирующей способности потока количеству подаваемых водосборным бассейном наносов.

Достижение такого динамически равновесного состояния осуществляется путем увеличения скорости течения сверх номинальной размывающей скорости.

При этом непрерывно происходит срыв и перемещение зерен донных отложений; взмытые зерна защищаются пришедшими сверху, поэтому размыв дна, как направленной общей деформации русла, не наблюдается, хотя скорости движения потока велики. Формирование русла и взаимодействие его с потоком в этих случаях осуществляются на уровне транспортирующей способности потока. Русла таких рек неустойчивы, и в силу поперечной циркуляции потока, в нем существует и постоянное поперечное (от берега к берегу) перемещение наносов – местное объединение и обогащение ими. Такое неравномерное по ширине русла распределение наносов является причиной размыва одних берегов и наращивание других, причиной блуждания русел.

Для анализа русловых процессов в бытовых и перспективных (проектных) условиях необходимо выделить еще два качественно различных состояния донных отложений.

Известно, что при прочих равных условиях сопротивляемость частиц донных отложений определяется их крупностью и силами сцепления. Гравелисто-галечниковые зерна удерживаются на дне лишь своим весом. Чем крупнее частицы, тем больше их номинальная размывающая скорость. При возникновении эрозионных процессов русло в этих отложениях деформируется преимущественно за счет вымова мелких фракций. В результате происходит отмостка русла. Интенсивность общего размыва снижается благодаря укрупнению фракционного состава донных отложений.

В песчаных грунтах с зернами мельче 0,7 – 0,5 мм отмостки не происходит, так как с уменьшением крупности зерен увеличиваются силы сцепления и номинальная размывающая скорость для песчаных, мелкопесчаных и илистых фракций изменяется мало.

Приведенные две схемы состояния донных отложений, а так же два уровня взаимодействия потока и русла приводят к классификации участков русел. В результате рекогносцировочного обследования участка реки выделяются следующие типы русел:

Ø песчаное устойчивое;

Ø песчаное неустойчивое;

Ø песчаное с гравием;

Ø гравелистое (галечниковое) устойчивое;

Ø гравелистое (галечниковое) неустойчивое.

Устойчивые русла характеризуются взаимодействием потока и русла на уровне размывающей способности потока.

Неустойчивые русла – результат проявления наносами в русловых процессах не только своей крупности (качества), но и количества.

Русла III типа – песчаные, с небольшим содержанием гравия.

В бытовых и проектных условиях при аккумулятивных процессах руслообразующими фракциями в них являются песчаные, а в эрозионных – гравелистые.

На состояние реки огромное влияние оказывают пойменные процессы.

Пойма – неотъемлемая часть реки; от нее зависят уровенный и скоростной режимы течения потока в коренном русле. При изливе потока на пойму (в половодье) выносятся и наносы, обычно мелкие (илистые) и потому поймы сложены связными грунтами. Растительность на пойме усиливает процесс осветления воды.

Третий фактор руслообразования объединяет ограничивающие условия. Они многочисленны. Например, стеснение потока трудноразмьваемыми породами с берегов или со дна. Наибольший интерес для условий малых и средних рек представляет ограничивающий фактор растительности.

На берегах и в коренном русле она препятствует размыву; замедляя скорости, способствует отложению наносов. Река с заросшими или задернованными берегами будет уже и глубже, чем при отсутствии растительности.

Водность реки, сток наносов и ограничивающие условия в руслообразовательных процессах определяющие; нарушение одного из них приводит к размыву, заилению или перемещению русла в плане.

Поэтому при хозяйственном освоении рек необходимо эти деформации прогнозировать и оптимизировать, не допуская неблагоприятных процессов, а там, где они произошли – анализировать и выявлять причины, методически правильно бороться с нежелательными последствиями и причинами породившими их.

Деградация малых и средних рек особенно интенсивно происходит в последние два десятилетия. Это – обмеление коренного русла при его заилении или занесения песчаными наносами, подпор грунтового потока в пределах поймы, засоление и заболачивание поймы, химическое, биологическое, тепловое и т.п. загрязнения и другие неблагоприятные процессы, снижающие ценность малых рек, как объектов производительных сил природы.

Благоприятный режим малых и средних рек, еще не утративших ценных качеств, имеет следующие основные черты:

1) Растительность на пойме является значительным гидравлическим сопротивлением, поэтому почти весь сток весеннего половодья перемещается в коренном русле. При этом в нем формируются глубокие плессы и высокие перекаты; поддерживается большая русловая емкость. На спаде половодья в цепочке глубоких плессов по всей длине коренного русла аккумулируются большие объемы воды, и река летом производит впечатление полноводной. Благодаря интенсивной донной эрозии в половодье летом уровень воды в русле относительно низкий, и промытое русло хорошо дренирует пойму и нижние террасы.

2) Во время половодья между руслом и поймой существует непрерывный обмен водой; в пойму заходит мутная, выходит осветленная.При каждом затоплении на пойме образуется слой наилка; почвогрунты поймы обильно насыщаются водой. Несмотря на то, что связные почвогрунты поймы подстилаются проницаемыми слоями из русловой фракции аллювия, увеличение пьезометрического давления под участками поймы отстает во времени от поверхностного затопления, и вода в покровном слое поймы движется сверху вниз. Это перемещение грунтовых вод не меняет своего направления и при спаде половодья. Такой режим исключает засоление пойм.

3) В межень по всей площади поймы свободная вода, которая не может удерживаться почвой, стекает вниз к подстилающим дренирующим грунтам и отводится в коренное русло. Дно русла и его пойменные берега на некоторую высоту сложены проницаемым грунтом из русловой фракции аллювия или пористых старичных илов, и на высачивание грунтовой воды не требуется потерь напора. Хороший дренаж обеспечивает устойчивость берегов; они крутые, одернованные или заросшие кустарником, неразмываемые поверхностным потоком. Эрозионная устойчивость грунта на пойме достаточна, и поверхность ее не размывается.

На обильно увлажняемой в половодье и хорошо дренированной в межень пойме интенсивно растут: в степной зоне – луговые травы (вся пойма и берега русла одернованы), в лесной зоне – лес с подлеском или кустарник.

Вопросы для повторения:

1. Чем отличаются водосборные бассейны малых рек от больших.

2. Чем определяется облик малых рек.

3. Охарактеризуйте водность реки.

4. Охарактеризуйте сток наносов.

5. Чем определяется размывающая способность наносов.

6. Номинальная размывающая скорость.

7. Классификация участков русла.

8. Чем характеризуется устойчивость и неустойчивость русла.

9. Роль пойменных процессов в состоянии реки.

Поиск по сайту: