CC BY
20
ТЕОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ
УДК 551.435.1
Р.С. Чалов1
МНОГОЛЕТНИЕ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ ПЕРЕКАТОВ РАВНИННЫХ РЕК2
Рассматриваются закономерности смещения перекатов равнинных рек по длине перекатных участков и происходящие при этом изменения скоростей и морфологии в зависимости от их положения относительно форм русла, его устойчивости и водности лет. Выявлены основные закономерности режима переформирований относительно вышерасположенных участков, смещения корыта переката от верхнего побочня к нижнему, попеременного развития проток возле осередков, изменения конфигурации форм русла и других условий. Показано значение познания многолетних переформирований перекатов для различных отраслей экономики, связанных с реками.
Ключевые слова: перекат, побочни, осередки, седловина, корыто переката, излучина, разветвление, скорости смещения, протоки, режим перекатов.
Введение. Перекаты — основные формы рельефа речного русла, представляющие собой скопления наносов (аллювия) между глубокими плесами или плесовыми лощинами, пересекающие русло от одного берега до другого и образованные большими грядами или несколькими грядами. Создавая на реке мелководные участки, они в первую очередь определяют условия судоходства. В 30—50-е гг. ХХ в. перекаты были объектом пристального внимания и путейцев-практиков, и специалистов по русловым процессам (работы А.И. Лосиевского, Н.И. Макка-веева, И.Ф. Попкова, Г.Л. Садовского и др.). Однако в дальнейшем в связи с решением задач коренной реконструкции водных путей, разработкой капитальных дноуглубительных прорезей, охватывающих протяженные участки рек, центр тяжести в исследованиях был перенесен на формы самого русла; перекатам стали отводить второстепенную роль, и их изучение продолжалось, по существу, только в работах сотрудников МГУ при изучении руслового режима конкретных рек (Р.С. Чалов, К.М. Беркович, В.В. Сурков, Л.А. Турыкин).
В настоящее время (с конца 80-х гг. XX в.), когда из-за резкого сокращения или прекращения дноуглубительных работ произошло восстановление исходной морфологии русел (до коренной реконструкции), вновь остро встала проблема учета естественных переформирований перекатов, что позволит максимально оптимизировать путевые работы при одновременном снижении затрат на их проведение. Это потребовало вернуться к изучению режима перекатов в зависимости от конкретных условий их формирования. Многолетние переформирования перекатов обусловливают постоянную изменчивость глубин в пределах перекатных участков, что очень важно при
определении выбора места и глубины заложения подводных переходов через реки; их следует учитывать при определении створов и заглублении опор мостов, размещении водозаборов и водовыпусков и т.д. При выполнении регуляционных работ происходил рост устойчивости русла, и эти проблемы нередко отступали на второй план, зачастую выходя за пределы нормативных сроков службы сооружений (хотя известны примеры того, как невнимание к режиму перекатов отрицательно сказывалось на состоянии сооружений). В условиях происходящей релаксации естественного состояния речных русел не учитывать их просто нельзя. Кроме того, переформирования перекатов, обусловливающие их периодическое обмеление, — косвенная причина формирования ледовых заторов и связанных с ними наводнений.
Смещение перекатов в пределах перекатных участков. Наиболее яркое проявление многолетнего режима деформаций перекатов — их постоянное, год от года, смещение по длине перекатных участков либо сохранение относительно постоянного положения на реке при изменении размеров, взаимного расположения их морфологических элементов, отметок дна в пределах седловин и высоты побочней. Скорость смещения перекатов обычно составляет от 20—30 до 300—500 м/год в зависимости от устойчивости русла и водоносности реки [6]. Смещаясь к нижнему концу перекатного участка, перекаты размываются, если русло сужается, происходит слив в русло с поймы осветленных вод, вследствие чего увеличивается транспортирующая способность потока. В других случаях побочни надвигаются на относительно стабильные перекаты, расположенные на излучинах или в узлах разветвлений русла на рукава. На фоне общего смещения перекатов или относительно ста-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра гидрологии суши, научно-исследовательская лаборатория эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева, профессор, зав. лабораторией; e-mail: [email protected]
2 Выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-05-00221) и гранта Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ (проект НШ-3284.2010.5).
Рис. 1. Перемещение побочней перекатов на р. Вычегде (Туглимские — Верхний Княженский перекаты): А — график перемещения перекатов; Б — план русла (по съемке 1959 г.); В — график колебаний максимальных уровней на гидрологическом посту Яренск: 1 — приверх побочня; 2 — приверх осередка; 3— ухвостье побочня; 4 — ухвостье осередка; изменение положения: 5 — правобережных побочней, 6 — левобережных побочней, 7 — осередков. Остальные буквенные обозначения см. в тексте
бильного положения они испытывают периодические переформирования, связанные с надвижением на них побочней, миграцией в течение ряда лет корыта переката от верхнего побочня к нижнему и в обратном направлении вследствие отторжения ухвостья верхнего побочня, а также с деформациями форм самого русла (излучин, разветвлений) и т.д. В результате при смещении перекатов происходят изменения конфигурации русла, размеров побочней, их взаимного расположения, отметок дна русла (и соответственно глубины потока) вследствие размывов или аккумуляции наносов на них (локальные вертикальные деформации). На темп и формы проявления этих деформаций влияют многолетние колебания стока воды и наносов, переформирования смежных перекатов, техногенные воздействия на русла в целом и на сами перекаты, многие другие факторы.
На смещение перекатов и их побочней на реках обратил внимание еще в конце XIX в. Н.С. Леляв-ский [1], описавший это явление на Днепре у г. Алек-сандровск (современный г. Запорожье). Впоследствии сведения о динамике побочней, включая анализ условий, определяющих характер и интенсивность их смещения, приводили многие исследователи. Н.И. Маккавеев [2] установил, что скорость смещения перекатов Сп колеблется в широких пределах, определяясь величиной руслоформирующего расхода воды бф и устойчивостью русла Л (число Лохтина):
Г.И. Шамов [7] трансформировал формулу Н.И. Маккавеева, заменив число Лохтина (Л = й/Н, где Н — километрическое падение, м/км; й — средний диаметр частиц наносов, мм) составляющими его элементами, километрическое падение — безразмерным выражением уклона I, а бф — средним максимальным расходом воды:
_ бср.макс-^
.
а
На Вычегде и Северной Двине средняя скорость смещения перекатов составляет 90—100 и 150—200 м/год соответственно; число Лохтина на Северной Двине не превышает 2,8, на Вычегде колеблется от 3,4 до 5,6. В верхнем течении Оби, где устойчивость русла близка к северодвинской, скорость перемещения перекатов достигает 300 м/год. В этом случае сказывается различие в гидрологическом режиме: на Северной Двине — короткое высокое половодье и продолжительная межень; на Оби — растянутое половодье и короткая межень. На Амударье, отличающейся неустойчивым руслом (Л < 1) и продолжительным половодьем, перекаты смещаются на 1000 м/год и более. На нижней Лене скорость перемещения перекатов обычно составляет
200—300 м/год, и только в относительно маловодных рукавах (20% от общего расхода) — до 100 м/год и менее.
Перемещающиеся перекаты характерны для неразветвленных, относительно прямолинейных или слабоизвилистых русел, где они встречаются группами. Их побочни, расположенные в шахматном порядке, смещаясь вниз по участку с пологими излучинами, увеличиваются в нижних крыльях у выпуклых берегов и уменьшаются вплоть до отторжения или размыва у вогнутых берегов. На реках с разветвленным руслом встречаются лишь отдельные перемещающиеся перекаты, развивающиеся на сравнительно коротких участках между перекатами, занимающими постоянное положение на реке (например, между одиночными разветвлениями или в рукавах между перекатом в начале каждого рукава или в его конце перед слиянием с другим рукавом). Скорость их смещения замедляется, когда побочни расположены у выпуклых берегов излучин, и, наоборот, растет при прохождении побочней в зонах ускорения течения. Соответственно происходит периодическое уменьшение и увеличение размеров побочней.
Смена периодов интенсивного и замедленного смещения перекатов вниз по течению связана также с колебаниями водности рек в период половодья. Эти связи показаны на рис. 1, где представлен график смещения побочней перекатов на нижней Вычегде (Туглимского — Верхнего Княженского), совмещенный с графиком колебания максимальных уровней воды на гидрологическом посту Яренск [5, 6, с дополнениями]. Приведенный пример — достаточно типичен не только для Вычегды, но и для других рек бассейна Северной Двины, бассейнов Вилюя, Оки, Дона и других рек с песчаным руслом такого же морфодинамического типа. Побочни перекатов обозначены буквами А, Б, В и т.д. по состоянию на 1959 г. Сами же перекаты обозначены при этом двумя буквами, указывающими на верхний и нижний по-бочни (например, перекаты АБ или ЕЖ). В начале участка формируется сложный перекат с осередком, который затем примыкает к левому берегу и образует нижний побочень переката. Сформировавшийся таким образом перекат смещается вниз по течению со средней скоростью около 80—90 м/год. Такие переформирования, т.е. превращение осередка в побочень, происходят периодически через 20 лет.
Как видно на графике (рис. 1), современный перекат БВ возник в 1950 г., перекат ГД — в 1930 г., а ДЕ — в 1910 г. Побочни перекатов в процессе перемещения находятся то у выпуклых, то у вогнутых берегов. В 1959 г. у вогнутого берега верхней излучины находился нижний побочень (В) переката БВ; в 1940 г. это место занимал нижний побочень (Д) переката ГД, спустившийся к 1959 г. на выпуклый берег следующей излучины. Вследствие этого побочни перекатов испытывают неравномерное перемещение. Так, вдоль вогнутых берегов излучин они проходят
с повышенной скоростью (до 250 м/год — у современного нижнего побочня переката БВ). При этом размеры их убывают из-за частичного размыва в зоне ускорения течения. Побочни, расположенные у выпуклых берегов, наоборот, смещаются сравнительно медленно (около 25 м/год) и увеличиваются в размерах.
Предел развития описанной группы перекатов — стабильный перекат ЖИ (Верхний Княженский). Смещаясь к нему, каждый перекат претерпевает значительные переформирования: происходит от-членение левобережного побочня, а образующийся таким образом осередок Ж со временем причленяется к нижнему правобережному побочню И переката ЖИ, увеличивая его размеры.
Сопоставление интенсивности перемещения перекатов (рис. 1, А) с графиком многолетних колебаний уровней (рис. 1, Б) позволяет увидеть, что на этом фоне в периоды, когда на реке преобладают высокие уровни половодий, перекаты смещаются на большие расстояния, чем в маловодные периоды.
В 60—80-е гг. на участке проводились крупные дноуглубительные работы на перекатах БВ и ВГ. Это привело к заметной интенсификации смещения по-бочней в 1959—1982 гг., несмотря на относительную маловодность этого периода и некоторое увеличение устойчивости русла.
Перекаты, осложненные осередками, имеют такие же динамические характеристики, но на фоне общего смещения наличие осередка обусловливает попеременное развитие то правой, то левой протоки, причем отмирание правой протоки бывает вызвано более интенсивным смещением верхнего правобережного побочня, закупоривающего заход в нее (рис. 2). Начало развития левой протоки совпадает с приближением к заходу в нее нижнего побочня вышерасположенного переката. Одновременно выше по
1937 г.
О 500 1000 м
Рис. 2. Сопоставленные планы смещающегося сложного (с осе-редком) переката (р. Северная Двина, Верхний Корбальский
перекат)
течению вновь формируется осередок, около которого образуется новый сложный перекат. Полный цикл таких переформирований совершается за 20 лет. За это время развиваются и отмирают последовательно обе протоки, и завершение цикла совпадает с размывом переката, оказавшегося уже на несколько километров ниже места возникновения.
Временной интервал от формирования переката в начале перекатного участка до его размыва или надви-жения на относительно стабильный перекат зависит от длины переката и скорости смещения побочней. В приведенном примере (Вычегда) перекатный участок имеет длину около 13 км; при средней скорости смещения 80—90 м/год каждый перекат проходит этот путь в течение ~150 лет. При этом образование в начале участка нового переката и надвижение переката на стабильный перекат в вершине развитой излучины происходит в среднем через 20—30 лет.
На верхней Оби циклы, связанные со смещением перекатов на участках длиной 10—12 км (Усть-Чарышская пристань — Белово, Телеутская — Шела-болиха и др.), продолжаются от 10 до 40—50 лет. При этом побочни и осередки перемещаются со скоростью до 200—500 м/год [4]. Цикличность в их развитии заключается в том, что на месте сместившегося вниз переката возникает новый, и процесс смещения повторяется. Например, к с. Белово периодически смещается перекат, возникающий в 9—10 км выше по течению. Весь цикл продолжается 20—25 лет. Так как разрыв по времени образования перекатов в несколько раз меньше, чем время их перемещения по длине участка, то между Усть-Чарышской пристанью и с. Белово одновременно существует 6—8 смещающихся перекатов с шагом 1—1,5 км. На средней Оби, имеющей более устойчивое русло, скорость смещения перекатов меньше в 2—3 раза. Например, Верхний Монастырский перекат с 1955 по 1998 г. сместился на 2600 м (скорость смещения ~70 м/год). Обычно такие перекаты имеют побочни, расположенные в шахматном порядке, и перемещаются между относительно стабильными перекатами на излучинах или в узлах разветвления русла. Ниже устья Томи перекаты смещаются со скоростью 100—300 м/год, но при приближении к стабильному перекату (Игловскому) в вершине излучины скорость смещения побочней резко уменьшается, через каждые 15—20 лет происходит обмеление русла, стрежень потока искривляется.
Режим перекатов, формирующихся на неразвет-вленных участках, где русло проходит вдоль высокого берега, зависит от формы ведущего берега и геологического строения русла и берегов [3]. Смещаясь на участок ниже мыса коренного берега, побочень переката замедляется и растет в высоту. При этом корыто его оказывается под направляющим воздействием на поток мыса и углубляется. При дальнейшем смещении переката вниз по течению это воздействие ослабевает, поток на корыте переката распластыва-
ется и оно мелеет. Одновременно в тыловой части побочня, вдоль коренного берега, из-за искривления стрежня потока формируется побочневый проток, в который перемещается главное течение реки, и перекат перестает существовать. При последовательном расположении смещающегося переката возле выступов коренного берега и у его выровненных отрезков периоды углубления корыта переката чередуются с периодами его обмеления.
На Вяткинских перекатах верхней Оби (рис. 3) в начальный период побочень имеет ширину 100— 120 м. Через 2—4 года, сместившись ниже плеча левого коренного берега, он трансформируется в крупную гряду шириной до 400 м, пересекающую русло под углом 20—30°. Огибая такую гряду, стрежень потока образует крутой изгиб. Почти одновременно у левого берега в тыловой части побочня возникает неширокий (30—70 м) побочневый проток с глубинами не более 0,5 м. Еще через 2—3 года его ширина возрастает до 100—120 м, глубина — до 2—2,5 м. Когда отношение длины изгиба к его шагу достигнет величины 1,5—1,6, происходит отторжение гряды от левого берега. На месте побочня образуется массивный осередок, который со временем отклоняется к правому берегу, наращивая расположенные там отмели. Подобные циклы имеют продолжительность 9—10 лет; за это время перекат смещается вниз по течению на 2,5—4 км.
Переформирования относительно стабильных перекатов. На относительно стабильных перекатах многолетние переформирования заключаются в удлинении верхнего побочня или росте косы в его ухвостье, образовании затонской части и миграции в течение ряда лет корыта переката от верхнего побочня к нижнему, а затем в быстром его перемещении (за одно половодье или паводок) к верхнему в направлении наибольшего поперечного уклона водной поверхности (рис. 4). Причины этого заключаются в росте косы или удлинении ухвостья верхнего побочня и циркуляционном (подзастружном) течении в подвалье переката, направленном от верхнего побочня к нижнему. Это приводит к соответствующему перемещению наносов, обмелению корыта возле нижнего побочня, усилению его подпорного воздействия на поток в верхней плесовой лощине и увеличению поперечного уклона между ней и верхней частью нижней плесовой лощины или затонской частью переката. Перемещение корыта в верхнее положение сопровождается размывом или отторжением ухвостья верхнего побочня с образованием в последнем случае осередка, частичной или полной ликвидацией затонской части переката и объединением ее с нижней плесовой лощиной. В этом положении на корыто переката поступает меньше наносов, и оно углубляется. Возникающий в ходе этих переформирований осередок со временем причленяется к нижнему побочню.
На Северной Двине полный цикл таких переформирований составляет 5—10 лет, на Вычегде — около
□ г О; Шз Ш4 05
Рис. 3. Развитие побочня за выступом коренного берега и его отторжение (Вяткинские перекаты на верхней Оби: 1 — коренной берег; 2 — пойма; 3 — побочни и осередки; 4 — изобата 1,4 м;
5 — стрежень потока, по [4]
20 лет. На верхней Оби он изменяется от 2—3 лет до нескольких десятков лет, проявляясь особенно четко у перекатов, находящихся в местных расширениях русла, в разветвлениях и на излучинах. У перекатов при слиянии рукавов (в ухвостьях островов) продолжительность циклов — от 3—5 до 20—22 (в среднем 10—12) лет. Нередко наибольшие глубины наблюдаются при смещении корыта к нижнему побочню. Однако наличие затонской части, развитой в ухвостье верхнего побочня, возникающее из-за этого веерное расхождение струй потока на седловине переката, а также подзастружное течение в подвалье переката быстро нейтрализуют углубление корыта в нижнем
Рис. 4. Многолетние изменения положения корыта переката на Верхнем Тоемском перекате Северной Двины, изобаты в м. Условные обозначения см. на рис. 3
положении (возле нижнего побочня), вызывая его обмеление.
Строгая периодичность в переформировании перекатов обычно не наблюдается, так как на рост косы влияют мощность половодья, надвижение на перекат сверху побочней и осередков, а также направляющее воздействие на поток ведущего берега непосредственно выше переката, в верхней плесовой лощине. В годы с высокими половодьями преимущественное развитие получает корыто переката в нижнем положении, которому соответствует больший радиус кривизны динамической оси потока; низкие половодья, наоборот, благоприятствуют углублению и закреплению корыта возле верхнего побочня.
Направляющее воздействие ведущих берегов наиболее отчетливо проявляется в состоянии перекатов на меандрирующих реках (развитые и крутые, сегментные, петлеобразные излучины). Такие перекаты, как правило, характеризуются малой изменчивостью положения корыта, на которое направляется поток вогнутых берегов, и его относительно большими естественными глубинами. Такой стабильностью отличаются перекаты на малых и средних реках. На излучинах больших рек, имеющих широкое русло (до 1000 м и более), направляющее влияние ведущих берегов ослабевает, и перекаты здесь характеризуются цикличностью многолетних переформирований. У перекатов в местах перегиба русла между смежными излучинами побочни постоянно расположены у выпуклых берегов, но их корыта меняют свое положение в зависимости от высоты половодья, роста кос в ухвостье верхнего побочня, развития затонской части и т.д. Приближаясь постепенно к выпуклому берегу, корыто попадает под влияние циркуляционных течений, привлекающих к нему наносы, и мелеет. Поток
прорезает новое корыто ближе к верхнему побочню, после чего снова начинается процесс смещения корыта к нижнему побочню у выпуклого берега. В годы с высокими половодьями на перекатах этого типа создаются благоприятные условия для углубления корыта у нижнего побочня, тогда как в годы с низким половодьем оно здесь заносится наносами [3].
Переформирования, связанные с изменениями положения корыта переката, занимащего относительно постоянное положение в узле разветвления русла, обусловливают периодический размыв и образование побочня у оголовка острова. Во время высоких половодий динамическая ось потока спрямляется и проходит вдоль или ближе к оголовку острова, где углубляется смещающееся сюда корыто переката и размывается сам оголовок острова. Этому способствует смещение ухвостья верхнего побочня, находящегося перед заходом в рукав, или развитие здесь косы, закрепляющей корыто переката в нижнем положении. В маловодные годы, наоборот, корыто переката возле оголовка острова мелеет из-за увеличения кривизны динамической оси потока и отторжения части или всего верхнего побочня; динамическая ось потока и корыто переката перемещаются в верхнее положение.
Если ведущий берег (особенно коренной высокий) на смежном вышележащем участке образует мыс, отклоняющий поток в сторону рукава, то происходит размыв корыта переката, которое становится сравнительно глубоким. При этом углубление корыта переката может происходить как в верхнем, так и в нижнем его положении в зависимости от конфигурации ведущего берега. Периодическое обмеление таких перекатов наблюдается, когда корыто переката смещается ниже линии плеча ведущего берега; в этом случае его направляющее воздействие на поток ослабевает, а само корыто оказывается в зоне «скоростной тени».
Если ведущий берег не оказывает на поток направляющего воздействия, то перекат на заходе в пойменный рукав отличается наименьшими глубинами и неустойчивым положением корыта, изменяющимся в зависимости от высоты половодья, местных размывов берегов, перемещения побочней, развития кос и т.д. Иногда это приводит к тому, что верхний побочень, перекрывая заход в рукав, направляет поток в другой рукав, который развивается, углубляется и превращается в продолжение верхней плесовой лощины переката. При этом сам перекат оказывается расположенным на заходе в рукав, который имеет теперь меньшую водность.
Переформирования относительно стабильных перекатов, связанные с периодическим надвижением на них побочней, смещающихся с вышерасположенного участка, также отличаются определенной цикличностью. На перекатах в узлах разветвления обычно имеется осередок, примыкающий к оголовку
острова, а также побочни, находящиеся перед заходами в правый и левый рукава. Надвижение на них побочней с вышележащего участка приводит к росту побочней, их удлинению со скоростью 200—250 м/год на Северной Двине, 400—500 м/год на Оби и до 700—800 м/год на Лене. В результате происходит последовательное обмеление и развитие обоих рукавов, т.е. многолетние переформирования перекатов в конечном счете отражаются в режиме форм русла, в данном случае — его разветвлений. Этого не происходит, если надвигающийся на один из рукавов побочень по тем или иным причинам отторгается, а образовавшийся осередок причленяется к оголовку острова, способствуя обмелению второго рукава.
Периодическое надвижение на узел разветвления побочней, смещающихся вдоль берега, со стороны которого находится заход в основной рукав, сопровождается резким искривлением динамической оси потока и смещением корыта переката в нижнее положение. При этом побочень у оголовка острова может быть полностью размыт, а судовой ход прижимается к оголовку острова. На Фокинском пере-
Рис. 5. Переформирования переката в узле разветвления русла (у оголовка острова), связанные с последовательным надвижением побочней на заход в основной (судоходный) рукав (Фокинский перекат на верхней Оби, по [6])
1987 г.
0 450 900 м
1_I_I
кате, находящемся в начале Карповско-Шишевского разветвления на верхней Оби (рис. 5), надвижение правобережного побочня, его отторжение, образование осередка, причленение осередка к оголовку острова совершаются за 6—8 лет, после чего цикл повторяется [4].
Перекаты, смещающиеся к узлу разветвления русла, замедляют свое движение, что сопровождается своеобразным сжатием извилин динамической оси потока, огибающего побочни, и последующим ее спрямлением вследствие отторжения одного из по-бочней от берега, образованием побочневого протока и сначала превращением побочня в осередок, а затем его причленением к побочню у противоположного берега или к отмели у оголовка острова, образующего разветвление.
Надвижение побочней с вышележащего участка вызывает существенные цикличные переформирования перекатов, расположенных на развитых или крутых излучинах. На крутых вынужденных излучинах с водоворотной зоной возле вогнутого берега в ее вершине смещение побочней с вышележащего участка к выпуклому берегу приводит к общему обмелению переката, поскольку его корыто оказывается в зоне аккумуляции наносов вогнутого берега. Если это совпадает с экстремальными высокими половодьями, когда сливающиеся с поймы воды оказывают на поток в верхнем крыле излучины подпорное воздействие, обмеление переката наиболее существенно. На Таганском перекате Оби цикл переформирований переката составляет 15—20 лет.
Режим относительно стабильных перекатов в узлах слияния основных рукавов, разделенных группой островов, определяется надвижением на него кос, формирующихся в ухвостье каждого острова. Различная интенсивность развития кос, связанная с неодинаковой водностью межостровных проток, обусловливает постепенное искривление динамической оси потока на перекате по мере ее смещения в нижнее положение; корыто переката при этом мелеет, поскольку часть потока отвлекается в затонины между косами, составляющими верхний побочень. Благодаря затонинам при руслоформирующих расходах вдоль нижней части островного массива повышаются уклоны, происходит отторжение кос и объединение зато-нин в единую ложбину, в которой сосредоточивается основной расход воды на перекате. Таким образом, на перекатах в устьях рукавов сложных разветвлений в годы, когда динамическая ось потока прижимается к ухвостьям островов, происходит ее выпрямление, а также углубление корыта переката; в последующем
развитие кос приводит к смещению корыта переката в нижнее положение, где оно становится мелким, а стрежень потока искривляется.
Аналогично развиваются перекаты в русле с чередующимися односторонними разветвлениями, образованными группами островов возле противоположных берегов. Косы в ухвостьях островов, также удлиняясь, искривляют стрежень потока, что и обусловливает его смещение вниз по течению. Одновременно стрежень прижимается к оголовкам нижерасположенных островов, подвергающихся в результате размыву. Удлинение кос в ухвостье верхних островов происходит быстрее, чем размыв оголовков нижних. Это сопровождается искривлением стрежня потока, что способствует спрямлению потока вдоль ухвостьев верхних островов.
Перекаты на излучинах и в узлах разветвления русла обычно имеют направленное развитие, связанное с общими изменениями (эволюцией) форм русла. Например, Верхний Брагинский перекат на Оби (3 км выше устья Томи) смещается вниз по течению со скоростью 25 м/год вместе со смещением излучины. То же происходит при трансгрессивном или регрессивном смещении островов. В ходе эволюции излучины изменяется скоростное поле потока и активизируются циркуляционные течения. Это приводит к усилению направляющего воздействия вогнутых берегов на поток, углублению корыта переката и стабилизации его положения. Удлинение рукавов приводит к формированию перекатов «в рукавах», а их искривление сопровождается направленными изменениями, подобными происходящим на излучинах. Перераспределение стока воды между рукавами разветвленного русла, отмирание одних рукавов и образование новых возле вновь возникающего острова или спрямление излучин приводят к полной перестройке морфологии и режима перекатов на участке реки.
Заключение. Рассмотренные закономерности многолетних переформирований перекатов являются наиболее характерными, в той или иной мере повторяющимися при наличии специфических особенностей практически у всех перекатов. Знание этих закономерностей позволяет прогнозировать происходящие изменения, учитывая воздействие различных факторов. Это важно не только при решении проблем судоходства на реках, но и для обоснования выбора створов и глубины занижения переходов трубопроводов через реки, расположения водозаборов, дает возможность разрабатывать рекомендации по учету русловых процессов для различных отраслей экономики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лелявский Н.С. Об исследованиях перемещений песчаных кос у г. Александровска // Тр. 3-го съезда русских деятелей по водным путям в 1896 г. Ч. 2. СПб., 1896. (Вопросы гидротехники свободных рек. М.: Речиздат, 1948. С. 146-156).
2. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 347 с.
3. Русловые процессы и водные пути на реках Обского бассейна. Новосибирск: РИПЭЛ плюс, 2001. 300 с.
4. Сурков В.В., Чалов Р.С. Сезонная и многолетняя цикличность в развитии перекатов верхней и средней Оби // География и природные ресурсы. 2002. № 4. С. 79—85.
5. Чалов Р.С. Динамика перекатов и ее количественная характеристика // Вопр. географии. Сб. 63. М.: Географгиз, 1963. С. 100-111.
6. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. 232 с.
7. Шамов Г.И. Речные наносы. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. 380 с.
Поступила в редакцию 11.01. 2010
R.S. Chalov
LONG-TERMS RESTRUCTURINGS OF NATURAL BARS IN THE LOWLAND RIVERS CHANNELS
Shift of the natural bars along the bar sections of lowland rivers and the accompanying changes of velocities and morphology are discussed considering such factors as position of natural bars against the channel forms, stability of the channel and water amount for particular years. Principal regularities of restructuring of relatively stable natural bars were revealed, the main causes being the advance of point bars from the upstream sections, shift of the natural bar trough from the upper point bar to the lower one, alternate formation of channels near the midstream sandbanks, changing configuration of channel forms, etc. The importance of studying the long-term restructuring of natural bars for different sectors of economy related to rivers is underlined.
Key words: natural bar, point bars, midstream sandbanks, saddle, natural bar trough, meander, branching, rate of shifting, channels, regime of natural bars.
