Русловые процессы в узлах слияния рек
При слиянии рек русловые процессы характеризуются рядом специфических особенностей, связанных с взаимодействием потоков обеих рек, различающихся по своим гидравлическим характеристикам, гидрологическому режиму, величинам стока воды и наносов и их составу. Наибольшее влияние на русловой режим оказывают: соотношение амплитуд уровней и сроков прохождения половодья; соотношение удельных расходов и крупности наносов на сливающихся реках; характер ледохода; конфигурация устьев; переформирования русел обеих рек.
При слиянии равных (или близких) по водности рек попеременно в разные фазы гидрологического режима развиваются последовательно кривые подпора и спада уровней воды то на одной, то на другой реке. Для сливающихся рек с переменным подпором типичным является последовательное изменение гидравлического режима как на протяжении одного половодья (паводка), так и в многолетнем плане.
Своеобразные условия возникают при слиянии Сухоны с ее правыми притоками – Вологдой и Лежей. Сток верхней Сухоны зарегулирован Кубенским озером. При очень малых уклонах (меньше 0,05‰) во время половодья на Вологде и Леже при их слиянии с Сухоной уровни поднимаются до 6 м и выше, что вызывает на главной реке образование обратного уклона и противотечения вверх по реке вплоть до ее истока из озера. Это явление наблюдается достаточно часто, до 40 раз за 50 лет.
Бесподпорные устья формируются, когда половодье на реке выше или проходит в другие сроки, чем на другой реке. Волна половодья распластывается при выходе в главную реку. В результате создается добавочный уклон (спад), способствующий увеличению скорости течения в низовье притока, размыву дна и выносу наносов в главную реки
(рис. 2.43).
|
|
|
Общая величина добавочного падения, которое получает поток в половодье, может достигать нескольких метров. Длина зоны спада уровней lсп (м) определяется по формуле [Маккавеев, 1951]
(2.35)
где: ΔH – добавочное падение (разница изменения уровней на притоке и главной реке), м;
I – средний уклон притока; коэффициент k = 1,9 + 0,000025Q (здесь Q – расход воды притока на пике половодья, м3/сек).
Рис. 2.43. Образование больших глубин на приустьевом участке притока (по Н.И. Маккавееву [1951]. Профили: водной поверхности:
1 – в межень; 2 – в половодье; дна русла – 3
В результате размыва в половодье у реки в зоне распространения спада уровней формируется плесовый участок, в котором в межень из-за большой емкости русла течение медленное, уклон незначительный, и он частично заполняется илистыми и песчаными отложениями. В последующее половодье они размываются и выносятся в главную реку вместе с наносами, прошедшими транзитом через плесовый участок на притоке.
|
|
|
Подпорные устья формируются, если половодье на главной реке по высоте подъема уровней и продолжительности превосходит половодье на притоке. Длина зоны подпора lп может быть определена по формулам, применяемым в устьевых областях рек [Михайлов, 1971]:
и 
(2.36)
где: ΔH – превышение уровня над бесподпорным в устьевом створе;
l и h0 – соответственно уклон и глубина при отсутствии подпора;
a – D H/ h0: a = 0,96 при его значении 5, a = 0,6, если он равен 0,5, и a = 0,41 при значении 0,1.
В зоне подпора происходит аккумуляция наносов, формируется перекатный участок. В межень в устье подпорной реки устанавливается большой уклон – до 0,40‰ (при уклонах в половодье около 0,02‰), происходит размыв отложившихся весной наносов вынос продуктов размыва в русло объединенной реки ниже узла слияния.
В условиях переменного подпора в разные фазы гидрологического режима степень обмеления при подпоре зависит как от насыщенности воды наносами и крупности наносов сливающихся рек, так и от совпадения сроков прохождения руслоформирующих расходов со сроками подпорных явлений. Подпор сказывается в обмелении русла при подъеме половодья и прохождении его пика, когда река несет максимум наносов, которые аккумулируются в первую очередь на участках выклинивания подпора. Отложение наносов в зоне глубокого подпора (непосредственно перед стрелкой при слиянии рек) невелико, поскольку здесь аккумулируется преимущественно мелкий материал, и он быстро удаляется потоком после прекращения подпора.
|
|
|
Подпор, распространяющийся на устьевой участок реки в период спада половодья, влияет на отложение наносов в меньшей степени, задерживая их сезонный размыв и способствуя накоплению наносов в плесовых лощинах при переходе к межени. Это может быть причиной уменьшения глубин на перекатах, особенно если на главной реке уровни быстро понижаются.
В годы, когда подпор наблюдается в конце половодья, перекаты, бывшие ранее под влиянием спада уровней и находящиеся ближе к устьевому створу притока, мелеют. Тоже происходит с перекатами объединенной реки, вследствие поступления наносов из зоны спада уровней на притоке.
|
|
|
Меженное русло в подпорном устье изобилует перекатами, его суммарная ширина к узлу слияния увеличивается, русло разветвляется на рукава, формируя при большом стоке наносов своеобразную дельту, заполняющую раструбообразное расширение русла вплоть до устьевого створа.
Интенсивность обмеления подпорного устья и положение места преимущественного отложения наносов зависит от высоты половодья на обеих реках в каждой конкретный год. Если половодье на главной реке значительно выше, чем на притоке, то зона основного отложения наносов перемещается вверх по течению последней; при низких половодьях подпор выражен слабо, и аккумуляция наносов ограничивается участком незначительной длины в самом устье.
Дальность распространения подпора или спада уровней на сливающихся реках определяет верхние границы устьевого участка на каждой из них (рис. 2.44).
У подпорных устьев она определяется по выклиниванию подпора 10%-й обеспеченности, т.к. здесь в морфологии русла и режиме его деформаций начинает сказываться аккумуляция наносов в период половодья.
Если в узле слияния [Никитина, Чалов, 1989] формируются разветвления «дельтового» типа (рис 2.44,А), их нижний (внешний) край является нижней границей устьевого участка реки; ниже по течению находится уже акватория объединенной реки. При отсутствии дельтовых разветвлений (рис. 2.44,Б) границы устьевых участков сливающихся рек проводятся условно по линиям, продолжающим берега главной реки и притока, образующими стрелку в месте слияния. В свою очередь, на ее продолжении в пределах объединенной реки формируется зона вихрей как следствие непосредственного взаимодействия подходящих под углом друг к другу струй двух потоков.
Рис. 2.44. Схема районирования узла слияния рек:
А – при формировании дельты в устьях сливающихся рек;
Б – при бездельтовом слиянии
При крутом сопряжении (углом встречи 60-70о) вихри трансформируются в водоворотную зону. В зоне вихрей происходит отложение наносов в виде косы на продолжении стрелки. Закрепляясь со временем растительностью, коса приводит к постепенному росту стрелки и медленному смещению места начала соединения потоков вниз по течению.
Ниже раздельной стрелки в объединенной реке прослеживается вертикальная граница раздела двух потоков, хорошо видимая при их разной мутности. В зависимости от размеров реки полное смешение вод обеих рек происходит на протяжении десятков-сотен километров, вне зависимости от морфодинамического типа русла. При большом стоке наносов и слабоустойчивом (неустойчивом) русле наличие такой границы раздела является причиной формирования параллельно-рукавных разветвлений.
В общем случае слияние рек должно способствовать уменьшению уклона и увеличению глубины объединенной реки, так как транспортирующая способность потока увеличивается в большей степени, чем расход воды. Однако приток нередко несет наносы более крупные или в гораздо большем объеме, чем главная река.
В устьях таких притоков возникают конуса выноса, отжимающие стрежень потока главной реки к середине реки или ближе к противоположному берегу. В то же время даже такие реки, как Вилюй, имеющие одинаковый состав наносов с главной рекой (в данном примере – Леной), но существенно отличающиеся от нее по водности, не оказывают заметного влияния на русловые процессы главной реки.
Непосредственное влияние выносов более крупных наносов в главную реку обнаруживается в явлении «игры уклонов» [Маккавеев, 1955]. Так как крупность наносов влияет на величину потерь напора, то при многоводных паводках на притоке, выносящих в главную реку большое количество крупного материала, ниже его устья происходит аккумуляция наносов и увеличение продольного уклона реки. Выше устья притока уклоны, наоборот, уменьшаются. В разные годы это влияние неодинаково, и поэтому после каждого половодья устанавливается новое соотношение уклонов на выше- и нижележащих участках русла. Соответственно этому меняется и устойчивость русла.
При большом стоке наносов и преимущественном подпоре формируется дельтовое разветвление, внешний (нижний) край которого не спускается ниже створа раздельной стрелки, т.е. «дельта» не выходит в пределы объединенной реки (дельта выполнения). При формировании кривой спада уровней происходит вынос наносов в пределы общей акватории сливающихся рек и формирование здесь дельты выдвижения (рис. 2.44,А). При малом стоке наносов дельтовые разветвления не образуются, и ее отсутствие компенсируется устьевыми косами, развивающимися как продолжение стрелки, и побочнями за плечами берегов объединенного русла ниже стрелки, отклоняющими стрежень потока к середине русла или к противоположному берегу (рис. 2.44,Б).
Бездельтовые узлы слияния характерны для малых и средних рек с меандрирующим (извилистым) или прямолинейным неразветвленным руслом (рис. 2.44,А), небольшим стоком наносов, имеющим относительно устойчивое русло. Конфигурация узла слияния определяется соотношением элементов форм русел (вершина или крылья излучин, расположение устья притока со стороны вогнутого или выпуклого берега). Подобные простые узлы слияния формируются как у врезанных, так и у широкопойменных неразветвленных русел.
Дельтовые узлы слияния возникают при достаточно большом стоке наносов и при условии подпора. Дельты выполнения только на одной из сливающейся рек (на рис. 2.44,А – у притока) формируются в подпорном устье, заполняя раструбообразные расширения русла. В случае, когда слияние с притоком сопровождается значительным расширением русла ниже слияния, а вынос наносов из притока невелик по сравнению с его стоком на главной реке, ниже устьевого створа, формируется островной массив, представляющий собой дельту выдвижения (на рис. 2.44,А – у главной реки). В дельтах обоих типов выделяется два основных рукава, образующих короткое (верхнее, возле стрелки) и длинное (нижнее) слияние. Если река находится во время половодья (при прохождении руслоформирующего расхода воды) в подпоре, поток устремляется в рукав, образующий длинное слияние. Рукав, образующий короткое слияние, маловоден, и его функционирование поддерживается потоком в бесподпорные периоды.
Взаимный переменный подпор в течение года при достаточно большом стоке наносов может служить причиной того, что дельты формируются в устьях обеих сливающихся рек. Среди них более распространено сочетание «дельта выполнения – дельта выдвижения», чем дельты выполнения на обеих реках. Сочетания двух дельт выдвижения не возникает.
Иногда в узлах слияния рек формируются дельтовые пойменно-русловые разветвления: приток сливается с одним из рукавов главной реки, который по своей водоносности и другим характеристикам является второстепенным. При слиянии Амура с Уссури последняя соединяется с правым рукавом Амура – Казакевичевой протокой (после слияния она называется Амурской). Аналогичное пойменно-русловое разветвление находится при слиянии Оби и Томи. Когда приток подпирает главную реку в коротких рукавах, возникает обратное течение (из Томи в Обь, из Уссури в Амур). Когда главная река подпирает приток, водность короткого рукава оказывается сопоставимой с водностью притока. Это приводит к тому, что ниже слияния с ним объединенный поток рукава и притока формирует кривую спада уровней и оказывает локальное подпорное воздействие на основное русло главной реки ниже его истока.
Формирование подобных дельтовых пойменно-русловых разветвлений представлено в виде схемы (рис. 2.45). На стрелке при взаимодействии сливающих потоков образуется коса, смещающаяся вниз, зарастающая растительностью и превращающаяся в пойму, удлиняющую со временем стрелку. Чем она длиннее, тем больше вероятность ее прорыва в корневой части со стороны более многоводной главной реки во время половодья (или высокого паводка).
Отторгнутая коса-пойма образует остров, который со временем становится крупным пойменным массивом; бывшее слияние рек оказывается намного ниже своего первоначального положения. Но рукав, возникающий при отчленении косы от стрелки, сохраняется, обеспечивая «короткое слияние» рек, тогда как основное русло главной реки – длинное. В Амуро-Уссурийском узле роль первого выполняет Казакевичева протока, при слиянии Оби и Томи – Чацкая протока.
Рис. 2.45. Принципиальная схема развития узла слияния рек
с пойменно-русловым разветвлением дельтового типа:
1-4 – последовательные этапы роста пойменной стрелки и острова ниже стрелки; 5 – направление течения сливающихся рек; 6 – нап-равление течения в спрямляющей протоке (а –преобладающее;
б – противотечение)
Такое развитие узла слияния – его удлинение вниз по течению – сопровождается в конце концов обмелением спрямляющего стрелку рукава и, наконец, его полным отмиранием. Дальнейшее смещение приводит к образованию в нижней части узла слияния нового разветвления, которое может иметь уже иной тип.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1359; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!