Файл: Земляновский, Д. К. Общая лоция внутренних водных путей учеб. пособие.pdf

действием центробежных сил происходит большее отбрасывание воды от оси суводи у поверхности и меньшее — у дна. Снизу вверх вдоль оси суводи образуется восходящий поток, восполня­ ющий отбрасываемую воду (рис. 15,6). Он размывает дно, за­ хватывает продукты размыва, создавая воронкообразное углуб­ ление дна.

За выступами берега при значительной скорости течения воз­ никают суводи. При уменьшении скорости вода плавно обтекает выступ, образуя за ним тиховод. У вогнутых берегов в крутых изгибах русла реки также образуются суводи. В отличие от су­ водей, расположенных за выступами берегов, здесь нисходящие токи воды спускаются в центре суводи ко дну и растекаются в стороны. Этот тип суводи с отчетливо выраженной воронкой на поверхности воды называется омутом.

пуклого берега непосредственно ниже вершины возникают зоны отрыва потока воды, в которых создаются суводи.

Суводи могут существовать постоянно или возникать только в половодье. На больших реках создаются крупные суводи, име­ ющие в диаметре несколько метров и скорость вращения воды в центральной части — несколько метров в секунду. Например, на нижней Тунгуске у Туруханска при подъеме уровня до 20—25 м образуется суводь со сферой действия 0,5 км и глубиной 60 м. В некоторых бассейнах суводь имеет свое местное название, на­ пример на Енисее — улово, на Иртыше — заводь.

Суводи представляют серьезное затруднение для судоходст­ ва. Суда в них теряют управление, их резко смещает в сторону берега, при этом нередко рвутся счалы и буксиры, ломаются ру­ ли и т. п.

М а й д а н ы — это беспорядочное вращательное движение воды в виде подвижных вихрей размером от нескольких санти­ метров до нескольких метров в поперечнике. Майданы образуют­ ся над крупными подводными предметами при небольшой глуби­ не над ними (рис. 15, б), а также во время паводка в тех местах, где идущий через пойму поток встречается под углом с другим потоком, идущим по меженному руслу (рис. 15,г). Кроме того, майданы возникают при интенсивных местных переформирова­

реки, где слив воды направлен к берегу. Например, на закруг­ лениях русла прижимное течение возникает у вогнутого берега, так как водз вследствие инерции стремится сохранить прежнее

прямолинейное направление, но, встречая на своем пути препят­ ствие в виде вогнутого берега, прижимается к нему (рис. 15,5).

На участках с прижимным течением происходит раскат судов в сторону берега.

С в а л ь н ы е т е ч е н и я (рис. 15, е ) — это сливы воды 1, на­ правленные под углом к судовому ходу 2. Свальные течения воз­ никают из-за разности в уровнях воды по ширине реки. Смещая суда с оси судового хода, свальные течения могут вызвать навал судов или плотов на отмели, опоры мостов и т. п.

З а т я ж н ы е т е ч е н и я возникают у входов в протоки. Осо­ бенно сильны затяжные течения во время половодий, когда рас­ ход воды в протоках значительно возрастает. Затяжные течения

притоков и при слиянии рукавов. Чем ближе угол встречи к 90°, тем сильнее развиваются вихри, которые в поперечнике иногда достигают нескольких десятков метров.

Кроме того, на режим потока влияют подходные дамбы, мос­ ты, плотины, берегозащитные и другие сооружения.

Мосты и другие сооружения уменьшают живое сечение русла и видоизменяют режим скоростей и направление течения

(рис. 16). Меженное русло уменьшают быки и устои, весеннее — подъездные дамбы к мосту, перегораживающие пойму. В резуль­ тате уменьшения живого сечения выше оси моста 1 создается некоторый подпор 2 уровня воды 3. Под мостом уклон 4 и ско­ рость течения резко увеличиваются. Выше и ниже моста наблю­ дается косоструйность течения, которая особенно сильно заметна в весеннее половодье. Косину струй несколько выправляют с по­ мощью струенаправляющих береговых дамб.

§ 8. НАНОСНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В РЕЧНОМ РУСЛЕ

Образование и виды. Н а н о с ы — это частицы грунта, переносимые речным потоком. Они попадают в реку с поверхно­ сти водосборного бассейна или в результате размыва русла. На­ носы, образовавшиеся при размыве русла, обычно крупнее нано­ сов, образовавшихся первым путем.

С поверхности водосборного бассейна частицы грунта выно­ сятся при ветре или вместе с дождевыми и талыми водами. Ос­ новное значение для образования наносов в этих случаях имеют физико-географические условия бассейна: количество раститель­ ности, твердость грунтов, частота и сила дождей, рельеф местно­ сти и т. д.

34

Взвешенные наносы распределяются в живом сечении очень неравномерно, влекомые же еще неравномернее, часто они дви­ жутся по дну узкими полосами.

Перемещение твердых частиц во взвешенном состоянии. Со­ держание в потоке во взвешенном состоянии частиц более тяже­ лых, чем вода, объясняется следующим. Попав в спокойную во­ ду, частица наноса будет падать равноускоренно. Сила сопротив­

частица будет падать равномерно. Скорость равномерного падения ча­

стицы наносов в спокойной воде назы­

секунду или сантиметрах в секунду. На­ пример, скорость падения в воде даже глыб диаметром 1 м к концу третьей се­

кунды становится равномерной. Мелкие же частицы практически сразу приобретают равномерную скорость падения.

В турбулентном потоке, как известно, скорость движения ча­ стиц воды изменяется по величине и направлению. В каждой точке потока имеются мгновенные составляющие скорости, на­

со скоростью гидравлической крупности и если гидравлическая крупность частицы меньше или равна вертикальной составляю­ щей скорости потока, направленной вверх, то эта масса будет способна перемещать частицу во взвешенном состоянии. Если гидравлическая крупность больше вертикальной составляющей скорости, то частица будет опускаться на дно. В процессе паде­ ния частица может опуститься до дна и смещаться с донными на­ носами до тех пор, пока над ней вновь не возникнет достаточно мощный вихрь, который опять увлечет ее в толщу потока.

Перемещение твердых частиц во влекомом состоянии. Поток,

обтекая отдельно лежащую частицу наносов (рис. 17), оказыва­ ет на нее гидравлическое давление F, пропорциональное квадра­ ту скорости течения. Давление F может быть разложено на две составляющие: сдвигающую силу Fc, параллельную дну, и подъ­ емную силу Fn, направленную вверх. Достаточно частице под

действием подъемной силы немного приподняться одним краем, как в результате увеличения площади, на которую воздействует поток, подъемная сила резко возрастет.

Если подъемная сила меньше веса частицы в воде, то под действием сдвигающей силы частица будет перекатываться. Ес­ ли подъемная сила больше веса частицы, то последняя оторвется от дна. У частицы в потоке, при условии ее полного обтекания водой, подъемная сила исчезнет. Если частица не будет подхва­ чена восходящей струей, то упадет на дно, где опять возникнет подъемная сила, и т. д. Так объясняются «скачки» частиц. Сколь­ жение частиц по дну наблюдается редко.

При скорости, меньшей 0,20—0,25 м/сек, наносы обычно не двигаются. Движение частицы определенного диаметра зависит от глубины и скорости течения. Так, частицы диаметром 1 мм на глубине 1 м начинают двигаться, если средняя скорость течения достигнет 0,5 м/сек, а при глубине 3 м — если она будет 0,75 м/сек. Таким образом, при большей глубине для сдвига ча­ стицы требуется большая скорость течения, и наоборот.

Зависимость количества перемещаемых наносов от скорости течения. Реки обладают большой энергией, которая зависит от массы движущейся воды и ее скорости. Большая часть энергии речного потока расходуется на размыв русла, трение частиц жидкости между собой и о дно, нагревание воды, взвешивание твердых частиц и на их истирание при перекатывании по дну.

Зависимость веса влекомой частицы от скорости течения оп­

Закон Эри говорит о том, что вес влекомой частицы пропор­ ционален шестой степени скорости, действующей на частицу, т. е. если скорость увеличится вдвое, поток сможет передвигать частицы в 64 раза большие, чем при первоначальной скорости, а если вчетверо, то в 4096 раз, и т. д. Этим объясняется способ­ ность горных рек передвигать крупные камни.

Чем больше наносов в придонном слое, тем больше частиц переходит во взвешенное состояние. Количество взвешенных наносов в придонном слое в свою очередь зависит от скорости течения и крупности наносов на дне. Большое количество взве­ шенных наносов в придонном слое соответствует большим ско­ ростям течения и мелким наносам.

Распределение взвешенных наносов в потоке зависит также от степени его турбулентности, которая растет при увеличении скорости течения. Поэтому с увеличением скорости течения ко­ личество взвешенных наносов увеличивается, и они распределя­ ются равномерно по глубине потока.

36

Количество наносов, перемещаемых речным потоком в раз­ личные периоды года. Содержание взвешенных наносов в потоке определяется степенью мутности, которая характеризуется коли­

с т о к о м .

Годовой твердый сток больших рек измеряется миллионами тонн. Реки ежегодно выносят к устьям около 13 млрд, т наносов. Годовой сток взвешенных наносов рек почти равен их общему твердому стоку, так как количество влекомых наносов составля­ ет 1—5% взвешенных. Это объясняется тем, что влекомые нано­ сы совершают преимущественно небольшие перемещения — из одних участков русла в другие, а поэтому их доля в транзитном твердом стоке мала. В то же время объем влекомых наносов в пределах участков русла чрезвычайно велик.

Большая часть твердого стока равнинных рек, составляющая

Количество наносов в потоке определяют при помощи боль­ шого числа специальных приборов.

Размыв вогнутых берегов и отложение наносов у выпуклых берегов. Как известно, на криволинейных участках русла возни­ кают поперечные течения, направленные у поверхности под уг­

и имеют повышенную способность к захвату частиц грунта. Дой­ дя до берега, поверхностные струи поворачивают вниз и размы­ вают его и дно (см. рис. 12, а). Донные поперечные течения за­ хватывают продукты размыва и переносят их к выпуклому бере­ гу, где из-за. небольшой продольной скорости потока происходит

37