Продольный профиль реки

Рис.10. Продольный профиль участка реки

Графическое построение, изображающее изменения, высот свободной поверхности и высот дна вдоль линии наибольших глубин на участке реки, называется продольным профилем этого участка (рис. 10). Под продольным профилем реки или ее участка понимают также сами изменения этих высот. В таком смысле говорят о плавном продольном профиле реки Большой Северной Двины или о ступенчатом продольном профиле горной реки, на которой имеется ряд водопадов.

Так как глубины рек всегда очень малы по сравнению с их длинами, то продольные профили строятся с искажением масштабов: масштаб высот берется в 100 – 1000 раз крупнее масштаба продольных расстояний. Поэтому линия дна получает на продольных профилях пилообразный вид. Ее пики отвечают перекатам, впадины – плесовым лощинам.

Пусть Z₁ и Z₂ (см. рис. 10) – высоты свободной поверхности, отвечающие значениям продольной координаты l₁ и l₂ (ось l всегда направляют по течению).

Разность высот , взятая с обратным знаком,

называется падением свободной поверхности на выделенном участке реки. Разделив падение на длину участка , получим средний уклон свободной поверхности на участке:

.(7)

Раскрыв обозначения DZ и Dl и перейдя к пределу, при l₂→l₁ определим местный уклон свободной поверхности в сечении с координатой l₁:

, (8)

Если колебаний уровня в реке нет, местный уклон меняется только вдоль потока. При колебаниях уровня он может меняться и во времени, т.е. становится функцией двух переменных: . При этом в выражении уклона обыкновенная производная заменяется частной:

.

Уклоны свободной поверхности у больших равнинных рек очень малы. Чаще всего они лежат в пределах 5·10^-5 ¸ 20·10^-5 (т.е. 5-20 см/км). Полное падение Волги от ее истока на Валдайской возвышенности до впадения в Каспийское море составляет 256 м. В естественном состоянии длина реки равнялась 3690 км и, следовательно, средний уклон ее был равен 0,000069 (6,9 см/км). После создания водохранилищ длина реки заметно сократилась (см. табл. 2), а более половины полного падения оказалось сосредоточенным в створах плотин. Уклоны свободной поверхности, осредненные по длинным участкам в средних и нижних течениях таких типичных рек Восточно-Европейской равнины, как Ока, Белая, Вятка, Большая Северная Двина, составляют от 5 до 10 см/км. Еще меньшие средние уклоны (2-5 см/км) встречаются у рек Западно-Сибирской низменности.

Большие уклоны (порядка 10^-3) характерны для горных рек. Этими большими уклонами определяется быстрое, местами бурное течение воды в горных реках и их способность разрабатывать себе русла в каменистом грунте.

Местные уклоны могут существенно меняться по длине реки. При низких уровнях воды наибольшие значения местных уклонов наблюдаются на перекатах и порогах, наименьшие – в плесовых лощинах.

Желая составить общее представление о продольном профиле реки, можно ограничиться рассмотрением высот одной лишь свободной поверхности, определяя расстояния l по геометрической оси русла или просто по линии реки на географической карте. Так как уклоны земной поверхности возрастают при приближении к водоразделам, то и для большинства рек характерно возрастание уклонов в направлении от устья к истоку. Продольный профиль свободной поверхности реки представляет собой, таким образом, кривую, обращенную выпуклостью к осям координат. Уклоны притоков обычно больше уклона главной реки и продолжают увеличиваться при переходе к притокам более низких порядков.

В виде примера на рис. 11 показаны схематические продольные профили реки Лены и двух ее крупнейших притоков – рек Алдана и Вилюя.

Рис.11. Схематические продольные профили рек Лены, Алдана и Вилюя

Однако плавное общее очертание продольного профиля равнинной реки не является правилом без исключений. Местные особенности рельефа и геологии бассейна, могут приводить к сложным, индивидуальным формам продольных профилей. Так, например, Сухона имеет наибольшие уклоны в своем среднем течении, где она пересекает трудно размываемые известняковые породы и формирует многочисленные перекаты и пороги. Ее верхнее течение от истока из озера Кубенского до устья р. Вологды отличается малыми, а во время паводка на Вологде нулевыми или даже обратными уклонами.