Перенос наносов и морфология речных русел

Общие положения. Перенос наносов водным потоком в реках и каналах является важным фактором при планировании, проектировании и эксплуатации водохозяйственных объектов. Перенос наносов влияет на долговечность водохранилищ, устойчивость и перемещение речных русел, проектирование сооружений, которые находятся в контакте с текущей водой, и пригодность воды для различных целей.

Правильная оценка влияния переноса наносов и меры, которые могут быть необходимы для его регулирования, требуют изучения процессов размыва, переноса и отложения наносов и их взаимодействия с гидрологическими процессами на соответствующих водосборах.

Этот раздел посвящен процессам эрозии и образования речных наносов и их роли в формировании речных русел, тогда как в разделе 4.10 рассматриваются вопросы гидроэкологии, в которой морфология русел является ключевым фактором.

Эрозия на речных водосборах. Основные факторы эрозии — ветер, лед и сила тяжести, но наиболее активным фактором является текущая вода. Процессы, посредством которых вода разрушает почву, сложны и зависят от характера дождей, свойств почвы, уклона склонов, вида растительности, агротехнических приемов обработки почвы и степени урбанизированности территории. Считается, что два последних фактора являются наиболее значимыми среди факторов хозяйственной деятельности с точки зрения их влияния на эрозионные процессы.

Для определения потерь почвы или пластовой эрозии сельскохозяйственных угодий установлены эмпирические уравнения. Одно из них разработано Масгрейвом для условий, преобладающих в США (Chow, 1964).

Позднее в него были введены поправки для более широкого диапазона условий и было получено универсальное уравнение смыва почвы. В дальнейшем в уравнении была учтена эрозия, вызываемая строительными работами. В результате было разработано исправленное универсальное уравнение потерь почвы:

где A — потери почвы, т/га в год; R — коэффициент размываемости почвы осадками; K — коэффициент размываемости почвы; LS — топографический коэффициент, составной из фактора длины склона L и фактора уклона S; P — коэффициент противоэрозионных мероприятий, и C — коэффициент, зависящий от характера растительного покрова. Каждый коэффициент может быть рассчитан с помощью карт и таблиц, полученных на основе эмпирических данных для различных местностей и условий.

На лишенных растительности и бесплодных землях овражная эрозия может развиваться с интенсивностью, которая может быть вычислена по эмпирической формуле, содержащей такие параметры как площадь овражного водосбора, приближенный уклон русла, слой осадков и содержание глины в эрозионной почве.

Русловая эрозия. Русловая эрозия вызывается воздействием сосредоточенного потока воды на речное русло. Ее масштабы зависят от гидравлических характеристик руслового потока и изначальной подверженности эрозии материалов, из которых сложено русло.

В случае несвязных грунтов устойчивость их к эрозии определяется размером, формой и гидравлической крупностью частиц и уклоном русла. Устойчивость к эрозии связных грунтов определяется также степенью связанности грунта. Взаимосвязи между гидравлическими переменными и параметрами, обуславливающими устойчивость русел к эрозии, не полностью изучены и часто выражаются эмпирическими формулами (Chow, 1964; Maidment, 1992).

Работы по регулированию стока и выправлению русел могут оказывать существенное локальное влияние на ускорение русловой эрозии, если они вызывают увеличение глубины русла, скорости течения, изменение направления потока или снижение естественной нагрузки потока наносами.

Последний фактор часто проявляется на участке реки ниже плотины, и его воздействие может распространяться на многие километры вниз по течению. Методики измерения и вычисления донных отложений, расхода взвешенных наносов и аккумуляции наносов рассмотрены в томе I, раздел 5.5.