Перекаты и перекатные участки

2.5.1. Морфология, распространение
и условия формирования перекатов

Лимитирующей глубину на судоходных реках формой рельефа русла являются перекаты, представляющие собой [Маккавеев, 1949, с.5] наносные образования – мелководья, которые пересекают фарватер и вызывают при низком горизонте воды подпор потока выше по течению и формирование кривой спада уровня воды над ним. По существу это – крупная гряда или скопление таких гряд, возникающих как следствие перемещения водным потоком руслообразующих наносов.

Русла большинства рек характеризуются чередованием перекатных и плесовых участков. Первые из них состоят из следующих друг за другом перекатов, разделенных плесовыми лощинами, длина которых l_пл не превышает шаг отдельных перекатов, т.е. L_прк>l. Возле них динамическая ось меженного потока образует следующие друг за другом извилины
(рис. 2.61, А).

Разделяющие их глубоководные участки называются плесами или плесовыми участками. В них перекаты не развиты или встречаются в виде отдельных образований (в этом случае L_прк<< l_пл ), не определяющих морфологического облика русла; динамическая ось потока относительно прямолинейна (рис. 2.61, Б).

 

Рис. 2.61. Распространение перекатов в пределах перекатного (А), плесового (Б) участков и в извилистом русле (В). а, б, в – схемы (I)
и профили дна (II); аˊ – р. Пинега в нижнем течении; бˊ – р. Обь
               у с. Уртама; вˊ – р. Вычегда в среднем течении

Промежуточное положение занимают перекаты в извилистом русле; они располагаются на перегибах между смежными излучинами, тогда как на всем остальном протяжении излучин (в привершинной части и на крыльях) находятся плесовые лощины (рис. 2.61, В), длина которых больше шага перекатов (L_прк< l_пл); динамическая ось потока следует очертаниям излучин, переваливая в пределах переката от одного выпуклого берега к другому.

Основными элементами отдельного переката являются верхний и нижний побочни, седловина между ними с наиболее пониженной частью – корытом переката. Выше переката располагается верхняя плесовая лощина, ниже – нижняя плесовая лощина. Крутой низовой склон переката, обращенный к нижней плесовой лощине, называется подвальем. Шаг переката (расстояние между верхней плесовой лощиной, где начинается повышение отметок дна русла, и нижней, где в подвалье седловины происходит резкое увеличение глубин) обычно равен ширине (L_прк≈ b_p), но не превышает двукратную ширину русла (L_прк< 2,0b_p).

Своеобразной разновидностью являются перекаты-косы, верхний побочень которых приурочен к ухвостью острова, формируясь на границе раздела сливающихся потоков обоих рукавов; нижний побочень у таких перекатов отсутствует.

Перекаты могут представлять собой как крупные гряды, размеры которых (высота h_прк, ширина В_прк), соизмеримы с глубиной h и шириной b_p русла реки (h_прк ~h, B_прк=b_p), так и комбинацию из двух-трех гряд, у каждой из которых h_r<h, B_r<b_p), и только их совокупность оказывается по этим параметрам сопоставима с руслом реки.

Перекаты явились предметом исследований еще на заре учения о русловых процессах (работы В.М. Лохтина, Н.С. Лелявского). Первую классификацию перекатов предложил французский инженер Г. Жирардон [Паскин, 1931], выделивший две их разновидности по взаимному положению побочней, седловины и затонин: нормальные («хорошие») и сдвинутые («дурные»).

За внешне формальным морфологическим подходом скрываются важные особенности гидравлического режима и переформирований перекатов: концентрация потока на седловине, плавный перевал стрежня из верхней плесовой лощины в нижнюю, размыв гребня на спаде уровней и достаточные для судоходства глубины, в первом случае, и крутой перевал стрежня потока, рассредоточение течения, образующего своеобразный веер, расходящийся в сторону затонской части и выбоины верхней плесовой лощины, обмеление вследствие этого в межень седловины и неблагоприятные условия судоходства, во втором.

Однако в действительности перекаты намного сложнее по условиям формирования морфологии, деформациям и соотношению между ними. Выделяется несколько их разновидностей.

Перекат-гряда (тип I) – крупная грядовая форма руслового рельефа c обсыхающими в межень побочнями, расположенными у противоположных берегов под некоторым углом друг к другу и составляющими единое целое с находящейся между ними седловиной; динамическая ось меженного потока между побочнями по диагонали переваливает от одного берега к другому (рис. 2.62,А).

При большой ширине русла на седловине может формироваться осередок (сложный перекат). Обе динамические оси потока возле него либо направлены к одному и тому же берегу, располагаясь ближе к верхнему (крутой короткий перевал) или нижнему (пологий длинный перевал) побочням (рис. 2.62,Б), либо расходятся, направляясь к противоположным берегам.

В последнем случае гребень переката образует дугообразный изгиб посередине русла, ориентированный вниз по течению, а побочни располагаются практически напротив друг друга (рис. 2.62,В). Обычно такие перекаты находятся в местных расширениях русла, вследствие чего Н.И. Маккавеев [1949] назвал их «внутренними барами». Нередко перекаты-гряды следуют один за другим, их побочни располагаются у противоположных берегов в шахматном порядке, причем каждый побочень является одновременно нижним для переката выше по течению и верхним для переката ниже по течению (рис. 2.61,А).

Такое расположение перекатов характерно для относительно прямолинейного, неразветвленного русла, пологих излучин, находящихся в начальной стадии развития, или длинных рукавов в разветвлениях, имеющих относительно прямолинейное русло.

Конфигурация подвалья переката-гряды определяется распределением скоростей потока по ширине русла. Формируясь во время половодья, гряда смещается вдоль стрежневой зоны потока, части гряды возле берегов, где скорость потока существенно меньше, отстает в своем смещении. Такие гряды, у которых в наиболее явном виде проявляется отставание прибрежных частей от стрежневых, называют ленточными [Кондратьев и др., 1982].

Тип II составляют перекаты, побочни которых образованы самостоятельными грядами, наиболее высокие части которых последовательно располагаются то у одного, то у другого берега (рис. 2.62, Г). При этом каждая гряда оказывается надвинутой на верховой склон нижележащий. В результате седловина переката находится в подвалье верхнего побочня, представляя собой верхнюю пониженную часть нижнего; здесь, следуя рельефу дна и огибая побочни, динамическая ось потока перемещается из верхней в нижнюю плесовую лощину.

Глубина ее в подвалье верхнего побочня зависит от того, насколько последний надвинут на верховой пологий склон нижнего побочня. При большой удаленности побочней друг от друга глубина седловины близка к глубинам плесовых лощин.

Рис. 2.62. Морфологические типы и разновидности перекатов:
А – перекат – перекошенная гряда; Б – то же с осередком; В – перекат‒гряда с осередком и побочнями, находящимися напротив друг друга у противоположных берегов; Г – перекаты, образованные побочнями‒грядами; Д – перекаты – россыпи; Е – перекат, образованный косой в ухвостье острова. 1 – обсохшие в межень побочни и осередки; 2 – подвалье переката (а – на седловине переката, б – на побочнях и осередках); 3 – динамическая ось потока; 4 – изобаты

 

Такие перекаты относят иногда к перекатам перевального типа [Маккавеев, 1949]. Благодаря большим глубинам на седловине и разобщенности по длине побочней, они не являются затруднительными. При комбинации нескольких гряд на перекате между побочнями могут располагаться осередки, являющиеся, как и побочни, самостоятельными грядами. Такие гряды (побочни, осередки) занимают по ширине половину или треть ширины русла.

Перекаты типа II характерны для излучин широкопойменных русел, у которых побочни располагаются возле выпуклых берегов, представляя собой самостоятельные гряды с подвальем, вытянутым субпараллельно пойме в их нижнем крыле. И.В.Попов [1965] подобные побочни называет пляжами, рассматривая их как нижнюю часть одиночной гряды. Они встречаются также в относительно прямолинейном русле, где побочни располагаются в шахматном порядке.

В местных расширениях русла перекаты типа «внутреннего бара» состоят из трех гряд – двух побочней и осередка, смещенного вниз по течению. Чем ближе друг к другу располагаются побочни и осередок, тем круче изгиб стрежня потока у осередка и тем мелководнее седловина переката. Перекаты, образованные грядами-побочнями характерны также для рек с врезанным галечно-валунным руслом (верхний Алдан, верхняя Лена) и дефицитом руслообразующих наносов.

Наиболее сложны морфологически перекаты-россыпи (тип III), образованные грядами, представленными многочисленными побочнями и осередками, размеры которых иногда в 5-10 раз меньше ширины русла
(рис. 2.62,Д). Это – участки сплошного обмеления русла, в пределах которых динамическая ось потока (и судовой ход) проходит посередине русла, или на достаточно протяженном перевале потока от одного берега к другому, среди хаотично расположенных гряд-осередков, побочней, кос, отличаясь большой изменчивостью своего положения и конфигурации из-за их подвижности.

Перекаты-косы (тип IV) представляют собой единичные образования, встречающиеся в разветвленном русле (рис. 2.62, Е). Косы в ухвостьях островов могут быть также одним из элементов рельефа перекатов-россыпей, не имея в этом случае самостоятельного значения. Такую же подчиненную роль играют косы, формирующиеся на спаде половодья и в межень в ухвостьях обсыхающих побочней и осередков и осложняющие рельеф русла [Чалов, 1964].

Как самостоятельные морфологические образования перекаты-косы возникают в узлах слияния рукавов на границе раздела двух потоков. В зависимости от водности рукавов и ширины острова это могут быть одна или две косы, имеющие вид гряд, понижающихся от ухвостья острова вниз по течению. Одна коса формируется при слиянии многоводного рукава с маловодным, образуя раздельную стрелку между ними; ее подвалье обращено в сторону маловодного рукава. Две косы возникает при слиянии равнозначных по водности рукавов, разделенных относительно широким островом; поток каждого рукава формирует в узле слияния свою косу; их подвалья вытянуты параллельно друг другу, а между ними находится залив. Каждая из этих кос является верхним побочнем перекатов в устье каждого рукава.

Формирование перекатов-гряд, перекатов, состоящих из нескольких гряд (побочней, осередков), или перекатов-россыпей определяется устойчивостью русла, шириной русла и гидравлической неоднородностью потока. И.Ф. Карасев [1975] показал, что шаг побочней L_поб = 1,22h_плFr·I^-1, где h_пл – глубина плесовых лощин; Fr – число Фруда. Эта зависимость, отражающая гидравлические условия формирования перекатов, К.М. Берковичем [Русловые процессы…, 2001] приведена к виду , где a – коэффициент;  ‒ показатель И.Ф. Карасева [1975], характеризующий степень гидравлической неоднородности потока; b_p – ширина русла; λ ‒ коэффициент гидравлических сопротивлений. Так как устойчивость русла связана с критерием Θ, очевидно, что чем больше устойчивость русла, тем крупнее формы руслового рельефа, составляющие перекаты, и тем вероятнее образование перекатов-гряд типа I – пересекающих русло от одного берега до другого, ширина которых В_прк=b_p.

Наоборот, на участках рек со слабоустойчивым руслом (верхняя Обь, Северная Двина, Печора. Мезень, средняя и нижняя Лена) преобладают перекаты, составленные несколькими (не менее двух) грядами – побочнями, осередками. Вместе с тем, чем больше относительная ширина русла b_p/h, тем более вероятно формирование перекатов, состоящих из нескольких гряд, ширина которых (B_r<b_p). На крупнейших реках со слабоустойчивым или неустойчивым руслом (верхняя Обь, нижняя Лена) шириной до
10 км и более большинство перекатов представлено перекатами-россыпями, состоящими из осередков, побочней, кос в ухвостьях островов.

Впервые на закономерные соотношения параметров перекатов и побочней с размерами русла обратили внимание Л. Леопольд и М. Вольман [1957], получившие зависимость длины побочней от ширины русла
L_поб = 6,5b_p^1,1. Близкий результат получен для побочней р. Оки [Кондратьев и др., 1982]: отношение L_поб/b_p=6,0 имеет обеспеченность 50%, L_поб/b_р=4,7 – 75%, L_поб /b_p=9,4 – 25%. На р. Немане [Дарбутас, Чалов, 1993] шаг перекатов L_прк изменяется по длине реки в связи с увеличением ее водоносности, будучи равным почти шестикратной ширине русла: L_прк=5,9b_p. При этом ширина гряд, образующих перекаты, равна ширине русла. В.М. Католиков [2002], обобщив имеющиеся литературные данные, в т.ч. зарубежные, для побочней в относительно прямолинейном, неразветвленном русле отметил большой разброс точек в соотношении L_поб~b_p (от 2 до 12), указав в качестве причины многофакторность, определяющую размеры побочней.

На Северной Двине [Чалов и др., 2012] разброс точек более велик (рис. 2.63), так как побочни развиты в рукавах одиночных, односторонних и параллельно-рукавных разветвлений с различной водностью, на участках прямолинейного русла и т.д.; имеет значение также и то, что они являются как простыми, так и сложными, состоящими из 2-4 надвинувшихся друг на друга простых гряд-побочней. Длина таких побочней в 3-4 раза превышает длину простых.

Четкая зависимость их длины от ширины реки прослеживается только в широкопойменном прямолинейном неразветвленном русле, проходящем вдоль коренного берега, где она аппроксимируется уравнением L_поб = 5,2b_p-695. Эта зависимость выделяется на рис. 2.63 в верхней части графика. При этом минимальная длина больших побочней составляет ~ 3000 м, максимальная ~ 6000 м.

Рис. 2.63. Зависимость между шагом побочня L_поб и шириной русла b_p на Северной Двине (от устья Вычегды до устья Ваги): 1 – большие побочни в прямом неразветвленном русле вдоль коренного берега;
2 – элементарные (простые) побочни, в т.ч. в составе больших
(сложных) побочней

 

В таблице 2.12 приведены полученные для широкопойменного русла значения коэффициентов k и свободного члена а в зависимости L_поб=kb_p±а, предельные (наименьшие/наибольшие) значения L_поб и морфодинамические типы русла, в котором они развиты.

 

Таблица 2.12

Параметры зависимости L_поб=kb_p±а и предельные значения L_поб
в широкопойменном русле р. Северной Двины [Чалов и др., 2012]

Тип русла	Параметры уравнения		Длина побочней Lпоб
	k	a	мин	макс
Относительно прямолинейное неразветвленное	7,4	-2834	650	3100
Односторонние разветвления	3,5	+268	1200	2800
Свободные излучины	2,5	-502	600	2000
Параллельно-рукавные разветвления	2,1	-79	700	1650
Одиночные разветвления	1,9	+443	960	1750

 

Ее анализ выявляет закономерное уменьшение величины k от прямолинейного неразветвленного русла до одиночных разветвлений, образованных группой небольших островов. В этом же направлении увеличивается максимальная длина побочней. Минимальная длина побочней изменяется в пределах 15% в прямолинейном, извилистом и параллельно-рукавном русле, увеличиваясь в одиночных и, особенно, в односторонних разветвлениях.

Об условиях формирования различных по морфологии перекатов можно судить по их распространению на средней и нижней Лене
(табл. 2.13).

 

Таблица 2.13

Распространение перекатов разных морфологических типов
на средней (Покровск‒устье Алдана) и нижней (устье Вилюй-Жиганск) Лене [Водные пути…, 1995]

Типы перекатов	Количество,% от общего
	средняя Лена	нижняя Лена
Перекаты-гряды (тип I)	44	21
Перекаты, образованные самостоятельными побочнями и осередками (тип II)	40	45
Перекаты-россыпи (тип III)	16	34

 

Относительное количество перекатов типа II здесь примерно одинаково, в то время как двух других разновидностей различно. На средней Лене преобладают перекаты-гряды (тип I), в нижнем течении увеличивается количество перекатов-россыпей (тип III). Перекаты-гряды типа II развиваются в рукавах, в которых расход воды в половодье не превышает 25-30 тыс. м³/с, в то же время перекаты-россыпи практически не встречаются в рукавах, в которых расход воды меньше 7-10 тыс. м³/с.

В среднем течении Лены имеются условия для повсеместного формирования перекатов-гряд; перекаты-россыпи здесь встречаются только на участках со слабоустойчивым руслом в рукавах, относительная доля расхода которых составляет не менее 40-50% от общего. В нижнем течении реки преимущественно развиваются перекаты-россыпи, перекаты-гряды образуются лишь в рукавах, водность которых не превышает 25% общего расхода Лены, т.е. 25-30 тыс. м³/с.

На Северной Двине, Вычегде и в среднем течении Оби преимущественно распространены перекаты-гряды, но на слабоустойчивых участках русла развиты перекаты-россыпи. На средней Оби сосредоточение потока в одном рукаве или снижение устойчивости русла сопровождается появлением перекатов, составленных самостоятельными побочнями (тип II).
В верхнем течении Оби постепенное повышение устойчивости русла от слияния Бии и Катуни до устья Чарыша приводит к последовательной смене участков, на которых развиваются перекаты-россыпи, перекаты, составленные самостоятельными побочнями, и перекаты-гряды.

В зависимости от устойчивости русла (К_с) и критерия квазиоднородности потока И.Ф. Карасева Θ выделяются области существования перекатов разных морфологических типов (табл. 2.14). Наиболее устойчивому руслу (К_с>20) и гидравлической структуре потока, близкой к однородной (Θ<4,5), соответствует формирование перекатов перевального типа, образованных грядами-побочнями. Это – перекаты на перегибах между излучинами; их побочни располагаются у выпуклых берегов; седловины глубокие; плесовые лощины удлиненные, соответствуя длине излучины.

 

Таблица 2.14

Морфологические типы перекатов Оби и их зависимость
от устойчивости русла К_с и гидравлической неоднородности потока Θ

Морфологические типы перекатов	Θ	Кс
Перекаты перевального типа	<4,5	>20,0
Перекаты-гряды (тип I)	4,5-6,0	20-15
Перекаты-гряды (тип I) и перекаты, образованные побочнями (тип II)	5-10	15-10
Перекаты-гряды с осередками (тип I) и перекаты, образованные побочнями и осередками (тип II)	6-20	10-4,0
Перекаты-россыпи	>20	<4,0

 

Перекаты-гряды (тип I) встречаются на пологих излучинах или в прямолинейном русле также при сравнительно небольших значениях Θ, но меньшей устойчивости русла, хотя и относящихся еще к категории относительно устойчивых. Их гребень ориентирован под углом к направлению течения. Они формируются на участках русел, где ширина русла мало меняется с ростом уровней воды.

Чередование побочней в шахматном порядке, представляющих собой либо части единых гряд, либо следующие у противоположных берегов друг за другом гряды-побочни встречаются на участках русла с гидравлически квазинеоднородной структурой потока и К_с=10-15. Только перекаты, образованные грядами-побочнями и грядами-осередками, характерны для участков рек неоднородной структурой потока и слабоустойчивым руслом (К_с<10). Они типичны для р. Оби от Новосибирска до устья р. Томи, формируясь в относительно широких длинных рукавах со слабоустойчивым руслом, где их побочни располагаются в шахматном порядке [Русловые процессы…, 2001].

Распространение перекатов-россыпей свойственно рекам со слабоустойчивым и неустойчивым руслом (К_с<4) при постоянном блуждании потока и разделении его на несколько ветвей течения (Θ>20). Они типичны для средней и нижней Лены (от Покровска до Жиганска), где формируются в сложно разветвленном, очень широком (b_p>>1000h), слабо устойчивом русле [Водные пути…, 1995], образуют Паячно-Ягрышский перекатный участок на Северной Двине, встречаются на Печоре, нижнем Вилюе, Киренге.

Очевидно, что формирование перекатов того или иного морфологического типа, определяясь степенью неоднородности гидравлической структуры потока (параметром И.Ф. Карасева Θ) и устойчивостью русла, в то же время зависит от водоносности реки. Обобщение обширного материала позволяет в первом приближении считать, что перекаты-гряды формируются на реках с шириной русла до 1500 м, имеющих среднегодовой расход воды до 2000 м³/с, перекаты, составленные грядами-побочнями (осередками) – b_p<4000 м, Q_cp<10000 м³/с, перекаты-россыпи – b_p>4000 м, Q_cp>10000 м³/с.

Эти же условия определяют количество перекатов в пределах перекатных участков, причем в разветвленном русле оно зависит от относительной водности рукавов; в рукавах с меньшей долей общего расхода воды перекаты встречаются чаще; по мере увеличения их относительной водности количество перекатов уменьшается.

Перекаты, связанные с образованием кос в ухвостьях островов
(тип IV) встречаются вне зависимости от устойчивости русла. Будучи обязанными особенностям гидравлической структуры потока в узлах слияния рукавов они формируются также ниже плеч (мысов, выступов) ведущих берегов, выпуклых берегов излучин рукавов.

Анализ размеров перекатов, побочней, особенностей их распространения в руслах различного морфодинамического типа, неодинаковой устойчивостью и на разных реках свидетельствует о многофакторности их формирования, разнообразии условий и причин, вызывающих образование мелководных участков на судоходных реках, лимитирующих судоходство или требующих для его осуществления выполнения дноуглубительных работ.

Общим условием для формирования перекатов и перекатных участков является местное снижение транспортирующей способности потока и перемещение наносов в форме гряд. Реализация этих условий возможна при большом стоке руслообразующих наносов. При малом стоке наносов могут возникать дефицитные гряды, имеющие нерегулярное расположение в русле, там, где для их образования количество транспортируемых наносов оказывается достаточным или имеются причины, вызывающие их остановку.

Снижение транспортирующей способности потока и, следовательно, формирование перекатных участков, а также одиночных перекатов связано, во-первых, с возникновением зон подпора большей или меньшей протяженности. Зоны подпора на больших реках имеют длину в десятки и сотни километров вверх по течению от мест, где подпор возбуждается (сужения дна долины, слияние с притоком, нагоны и приливы в устьевых областях рек и др.).

Местные зоны подпора длиной от первых сотен метров до нескольких километров связаны с сужениями самого русла или крутыми поворотами реки у коренных берегов (вынужденные излучины и т.д.) Первые определяют формирование перекатных участков, вторые – отдельных перекатов или их небольших групп. Во-вторых, причиной снижения транспортирующей способности потока и образования перекатных участков или отдельных перекатов является растекание потока половодья (при руслоформирующем расходе воды верхнего интервала) по широкой пойме или его местное распластывание при расширении русла, в его разветвлениях, на перегибах между смежными излучинами и т.д.

Эффект сужений дна долины, вызывающих подпор выше по течению во время половодья, сказывается, если руслоформирующие расходы воды проходят при затопленной пойме (рис. 2.64). Перед сужением в нижней части расширения дна долины, где воды, затопившие пойму, стекают с нее в русло и удельные расходы воды увеличиваются, уклон с повышением уровня уменьшается, образуется динамический подпор [Проектирование судовых ходов…, 1964].

 

Рис. 2.64. Изменения продольных уклонов в половодье и межень на участке расширения-сужения-расширения дна долины реки: 1 – уровень половодья; 2 – нейтральный уровень; 3 – уровень межени
                                      [Маккавеев, 1955].

 

Наоборот, выходя из сужения, в начале расширения поток растекается по пойме, распластывание потока вызывает спад уровней, распространяющийся на суженный участок, уклоны в половодье возрастают. При подъеме уровня воды выше некоего нейтрального (линия А₀-Б₀) площадь поперечного сечения русло-пойменного потока перед створом сужения вниз по течению убывает (ω _I >ω _II ), а в начале расширения увеличиваются (ω _I <ω _II ).

Так как зависимость между уровнем и расходом воды Н=f(Q) зависит от пропускной способности русла при различных уровнях, то с увеличением расхода воды в реке приращение уровня в створе сужения будет происходить интенсивнее, чем в расширениях выше и ниже по течению.

В результате в половодье уклон перед сужением с повышением уровня уменьшается, ниже сужения увеличивается. В первом случае возникает подпор потока, который затем сменяется спадом. В зоне подпора происходит аккумуляция наносов и формируется перекатный участок, в зоне спада уровней – размыв русла и образование плесового участка

В связи с образованием плеса в сужении и ниже его уклон здесь с понижением уровня уменьшается; наоборот, на подходе к сужению, где в половодье образовался перекатный участок, уклон по мере понижения уровней увеличивается. Однако сформировавшийся перекатный участок, несмотря на увеличение уклонов, не размывается, т.к. водность потока и его транспортирующая способность существенно меньше, поскольку W_тр=f(Q^m), где m>1, и величины размывов не соответствуют размерам аккумуляции наносов. В плесовом участке, где уклоны в межень снижаются, происходит отложение наносов, поступающих сюда с размываемых перекатов на вышележащем участке русла, но объемы аккумуляции малы по сравнению с размывами и транспортом наносов при руслоформирующих расходах.

Зона спада уровней в половодье и размыва русла в начале расширения дна долины сменяется ниже по течению зоной аккумуляции наносов, связанной с распластыванием потока по расширяющейся пойме, уменьшением удельных руслоформирующих расходов воды  и существенным сокращением доли Q_ф, проходящего в русле (на широкопойменных реках Русской равнины доля стока воды по пойме составляет иногда до 80%). При четковидном строении долины зона аккумуляции наносов, связанная с распластыванием потока половодья по пойме, ниже смыкается с зоной аккумуляции от подпора при сужении долины, вследствие чего на реке возникают очень протяженные перекатные участки.

Перекатные участки на реках с разветвленным руслом являются следствием рассредоточения стока воды по рукавам, поскольку суммарная транспортирующая способность реки в разветвлениях в половодье меньше, чем той же реки, но с неразветвленным руслом , где n – число рукавов. Протяженные перекатные участки приурочены к столь же протяженным разветвленным участкам, прерываясь тем, где меняется тип русла.

Иногда на реках с большим стоком руслообразующих наносов перекатные участки располагаются непосредственно ниже местных достаточно мощных источников поступления наносов. На Северной Двине группа Паячных‒Рубежских‒Коптельских перекатов, образующих единый мелководный перекатный участок длиной 33 км при ширине русла около 1 км, находится ниже интенсивно размываемого уступа песчаной Толоконной горы; на нижней Зее такие же условия образования мелководного перекатного участка связаны с размывом рекой Белых гор. Аналогичные перекатные участки встречаются на Вилюе, средней и нижней Лене и многих других реках с песчаным составом руслообразующих наносов.

Сходные условия формирования возникают у отдельных перекатов. На плесовых участках они образуют одиночные формы, на перекатных – серию сопряженных в своем развитии перекатов. При достаточно большом стоке руслообразующих наносов в однородных условиях в широкопойменном русле без образования подпоров и спада уровней перекаты являются отражением грядового движения наносов, представляя следующие друг за другом макроформы руслового рельефа.

Перекаты, формирующиеся в местных расширениях русла, Н.И. Маккавеев называл «внутренними барами». В расширении русла в стрежневой зоне потока отметки водной поверхности выше, чем в береговой, донные течения расходятся от стрежня к берегам. Образующаяся здесь отмель под влиянием расходящихся донных течений приобретает форму бара, обращенного выпуклостью вниз по течению, который в межень превращается в осередок (рис. 2.65,А).

 

Рис. 2.65. Формирование переката перед сужением и в расширении русла: А – направление придонных течений (пунктирная стрелка) и формы аккумулятивных образований [Маккавеев, 1971]; Б – про-
филь водной поверхности перед сужением и в расширении русла

 

В начале расширения в половодье возникает кривая спада уровней и создаются условия для размыва (рис. 2.65 Б), продукты которого ниже по течению формируют перекат-бар.

Перед сужением русла наблюдается поднятие уровня у берегов – вследствие набегания струй, в результате чего вдоль стрежня водная поверхность повышается.

Придонные течения отклоняются от берегов к стрежню, что приводит к образованию осередка; здесь формируются кривая подпора (рис. 2.65,Б) и возникает сложный перекат с осередком посередине русла.

На излучинах побочнями перекатов являются прирусловые отмели у выпуклых берегов, а их седловина находится между ними, будучи приуроченной к месту перегиба между смежными излучинами. В зависимости от степени развитости излучины гребень переката смещен вниз по течению относительного створа перегиба. В привершинной части со сдвигом на нижнее крыло излучины располагается плесовая лощина. Продольный профиль дна русла на излучине вдоль стрежня потока (рис. 2.66) четко дифференцируются на перекаты и плесовые лощины, причем шаг излучины больше шага переката.

 

Рис. 2.66. Профиль дна меандрирующего русла верхней Вычегды по его оси: 1 – положения вершины излучины; 2 – гряды разных размеров (А, Б, В, Г); 3 – границы излучины; 4 – направление течения
                             [Завадский, Лобышева, 2006]

 

Эта закономерность нарушается у петлеобразных излучин в их привершинной части и на крыльях синусоидальных, где возникают дополнительные перекаты, разделяющие плесовые лощины возле вогнутых берегов петлеобразных и на относительно прямолинейных крыльях синусоидальных излучин.

В узлах разветвления русла формирование перекатов связано со снижением транспортирующей способности потока из-за отвлечения части стока воды в рукава и ростом гидравлических потерь; имеет значение также локальный подпор потока возле оголовка острова, местное расширение русла, вызванное огибанием потоком острова и размывами противоположных ему берегов.

В результате перекаты возникают в истоках рукавов, если только один из них не является прямым продолжением плеса или плесовой лощины, находящейся на смежном вышележащем участке.

При слиянии рукавов возникают перекаты, аналогичные перекатам‒внутренним барам либо перекаты-косы. Иногда такие перекаты осложнены осередком. Причина их образования – распластывание потока, выходящего из рукава по более широкой акватории неразветвленного участка русла.

Мелководность перекатов в узлах разветвления русла больше, чем при слиянии рукавов, поскольку здесь в связи с явлением подпора, возникающим перед оголовком острова, происходит отложение наносов. Расходы взвешенных наносов уменьшается в начале рукава в среднем в 1,2-1,5 раза. С этим же связаны бóльшие глубины на перекатах, формирующихся в узлах слияния рукавов. Значительная часть наносов задерживается не только у оголовков островов, но и в пределах рукавов, где часто образуются сложные перекаты, имеющие центральный побочень.

В рукавах формирование перекатов происходит в тех случаях, когда радиус кривизны этих рукавов оказывается бóльшим, чем характерный для данного узла разветвления. Возле ведущего берега возникают небольшие острова и отмели, огибая которые, динамическая ось потока образует дополнительные изгибы. Формирующиеся при этом перекаты с центральным побочнем обычно неустойчивы, подвержены частым и сложным переформированиям.

Наряду с «русловыми» причинами образования перекатов существует внешние, связанные с неровностями берегов, особенно коренных, ниже мысов и выступов которых возникают условия для формирования побочней, осередков или кос; к такому же эффекту приводят оползни, создающие в прибрежной части русла препятствия. Существуя в течении ряда лет, пока тело оползня не будет размыто, они способствуют аккумуляции наносов за ним и формированию побочня.

Распространенной причиной образования перекатов являются выносы из оврагов, расчленяющих коренные берега рек. Имея зачастую «залповый» характер, вынося в реку материал, более крупный, чем наносы самой реки, или в количестве, превышающем транспортирующую способность потока, они приводят к образованию перекатов на средних и даже больших реках. В результате образуются конуса выноса («высыпки»), стесняющие поток и являющиеся причиной образования перекатов.

Разнообразие причин и условий образования перекатов приводит к тому, что на одном и том же участке реки встречаются перекаты разного генезиса и морфологии при наличии общей причины формирования перекатного участка. Вместе с тем сами перекатные участки могут быть в отношении условий их образования полигенетическими.

Так, Паячный‒Рубежский‒Коптельский перекатный участок на Северной Двине сформировался как следствие подпора от резкого сужения дна долины (русло из широкопойменного превращается во врезанное), наличия местного источника поступления наносов – размывов песчаной Толоконной горы и пересечения пойменного и руслового потоков во время половодья.

 

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1195; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!