Естественные факторы руслообразования, определяющие морфологические элементы потока и русла
Главнейшие характеристики рек — это морфологические элементы потока и русла: ширина, глубина, форма и площадь поперечного сечения, скорости течения, уклон водной поверхности, транспортирующая способность потока, шаг и кривизна излучин (меандр) и др. Эти элементы конкретны для каждого участка реки. Они сформировались как результат длительных русловых процессов в условиях взаимодействия потока с наносами и русла. Русло задает потоку глубину, форму, скорость течения и другие элементы и этим влияет на поток. Поток, в свою очередь, может размывать или заносить наносами русло и формировать его.
Взаимодействие потока и русла происходит по принципу саморегулирующегося природного механизма, который под влиянием внешних причинных факторов выбирает единственный возможный режим, характеризующийся равновесным состоянием систем (устойчивостью), а также наименьшими затратами энергии.
Внешние причинные факторы русловых процессов, в результате которых формируются русло и поток с конкретными морфологическими элементами,— это водоносность реки, наносы и ограничивающие условия.
Водоносность реки влияет однозначно: чем она больше, тем (при прочих равных условиях) больше ширина, глубина, скорости течения, шаг излучин, меньше уклон потока и т. д. В расчетных формулах водоносность реки выражается через руслоформирующий расход воды Qp, при котором поток в русле обладает наибольшей кинетической энергией и, следовательно, наибольшей активной руслоформирующей способностью. Обычно он соответствует уровню воды вровень с бровками пойменных берегов.
Русловые процессы происходят при затратах энергии. Генератором и носителем энергии является водный поток, поэтому он представляет активный фактор руслообразования.
Наносы, а также их отложения в русле (русловые отложения) воздействуют на поток пассивно, изымая энергию. Во взаимодействии с потоком наносы проявляют либо только свое качество (крупность), либо качество и количество (крупность и расход наносов). Чем крупнее наносы и чем их больше, тем больше скорости течения, уклон потока и меньше поперечные размеры его.
Ограничивающие условия — это третий причинный фактор руслообразующих процессов. Формирование русла в результате взаимодействия водного потока и наносов (или их отложений на дне и у берегов) называют свободным. Часто берега или дно реки сложены трудноразмываемыми грунтами (связными или скальными). Это условие приводит к формированию русла в стесненных условиях. Естественно, что в этом случае морфологические элементы потока и русла могут отличаться от таковых же при свободном формировании.
Ограничивающие условия создают также искусственные сооружения (мосты, дамбы, набережные и др.) и растительность (травянистая, кустарниковая и древесная). В условиях средних и малых рек береговая растительность оказывает сильнейшее ограничивающее воздействие и влияет на морфологические элементы потока и русла.