6.Деформации продольного профиля русла

Продольный профиль речного русла испытывает наибольшие деформации при направленных (необратимых) русловых процес­сах. Характер и направленность деформаций продольного профиля русла зависит от изменения факторов, определяющих так называ­емый выработанный продольный профиль. Уклон в каждой точке такого профиля I₀ зависит от трех основных факторов: стока воды, характеризуемого средним многолетним расходом воды Q, средним содержанием в потоке наносов s, средней крупностью наносов, лежащих на дне, D. Связь перечисленных факторов весьма прибли­женно может быть записана в виде уравнения

(1)

Где

Если бы мутность воды и крупность наносов вдоль реки не изменялись, то единственным фактором, определяющим крутизну выработанного продольного профиля, был бы расход воды. По­скольку он неуклонно увеличивается от истока к устью реки, а связь уклона с расходом воды на разных участках реки соглас­но (1) обратная, крутизна продольного профиля от истока к устью должна уменьшаться, что и наблюдается в действительно­сти. Формула (1) позволяет качественно оценить влияние на вертикальные деформации продольного профиля реки изменений определяющих факторов. Увеличение стока воды и уменьшение содержания в воде наносов должно привести к увеличению крутиз­ны продольного профиля и к его понижению, что может произойти лишь в результате врезания русла. Уменьшение стока воды и уве­личение мутности должны привести к уменьшению крутизны про­дольного профиля и его повышению, что может быть лишь при отложении наносов.

Отмеченные процессы понижения и повышения продольного профиля происходили на многих реках как реакция на вековые изменения их водности. Свидетельством врезания русел в много­водные периоды являются речные террасы.

Своеобразные деформации продольного профиля происходят при изменении общего базиса эрозии (уровня приемного водоема, в ко­торый впадает река). Повышение уровня приемного водоема сопро­вождается отложением наносов и повышением продольного профи­ля, а понижение уровня приемного водоема — размывом русла и опусканием продольного профиля. Однако бывают и исключе­ния: при очень малом уклоне обнажающегося дна водоема при снижении его уровня возможно не врезание русла, а отложение наносов и повышение продольного профиля. Необратимые русловые деформации происходят выше и ниже крупных гидроузлов на реках (Рис. 7). В верхнем бьефе (выше плотины) обусловленное подпором уменьшение транспортирующей способности потока приводит к возникновению соотношения R > R_тр, что сопровождается отложением наносов, т. е. заилением и занесе­нием водохранилища. В нижнем бьефе (ниже плоти­ны) в результате уменьшения расхода наносов (часть их отложилась в водохранилище) и некоторого увеличения транспортирующей спо­собности потока складывается соотношение R < R_тp, что ведет к раз­мыву дна и понижению продольного профиля реки. Непосред­ственно вблизи плотины находится участок местного размыва, глуби­на которого иногда достигает десятков метров. На более протяжен­ном участке ниже плотины отмечается общий размыв, который по мере восстановления нагрузки потока наносами постепенно затуха­ет вниз по течению. Длина участка общего размыва ниже плотин может достигать десятков и сотен километров.

Рис. 7. Схема заиливания верхнего бьефа и размыва нижнего бьефа гидроузла

1-плотина; 2-уровень воды и дно реки до сооружения водохранилища; 3-толо заиления водохранилища мелкими наносами; 4-тело занесения водохранилища крупными наносами;5-подпорный уровень воды (НПУ) в водохранилище после сооружения плотины; 6-то же, после заиливания и занесения части водохранилища; 7-размыв русла в нижнем бьефе; 8-уровень воды в нижнем бьефе после размыва.

Все упомянутые выше процессы вертикальных деформаций продольного профиля речного русла проявляются не только в из­менениях отметок дна, но и в сопутствующих им изменениях уров­ней воды.