Устойчивость русл. Два уровня взаимодействия потока и русла
Под устойчивостью русла понимают его способность сопротивляться деформациям при изменении режима потока. Продольный уклон потока на большой длине (несколько излучин) постоянен во времени. Он обусловлен длительным периодом формирования русла и нахождения его в состоянии относительного равновесия. Уклон, как и другие морфологические элементы, зависит от причинных факторов: водоносности потока и наносов. При разных их сочетаниях в течение длительного времени сформировались русла рек с различными уклонами и с раз- -личной продольной и поперечной устойчивостью.
Устойчивость русла представляет значительный интерес для гидротехнического строительства. Русла рек принято подразделять на устойчивые и неустойчивые. Для этого используют специальный критерий — номинальную транспортирующую способность потока, которая определяется руслоформирующим расходом воды и крупностью наибольших зерен на дне русла 95. По этому диаметру, определяя размывающую скорость при руслоформирующем расходе воды, находят транспортирующую способность потока. При таком определении номинальной транспортирующей способности потока никак не учитывается количество наносов, поступающих в русло с водосборного бассейна. А именно разное количество наносов приводит к формированию устойчивых или неустойчивых русл.
Если фактическая длительно транспортируемая нагрузка потока наносами не превышает его номинальную транспортирующую способность, то формируется устойчивое русло. Эта устойчивость относительная, так как скорости течения в половодье достигают размывающих значений, поток размывает отдельные участки русла. В потоке содержатся наносы и имеется возможность путем аккумулятивных деформаций наращивать отдельные места. Взаимодействие потока и русла в этом случае происходит на уровне размывающей способности потока, которая определяется размывающей скоростью. Количество наносов в потоке не влияет на морфологические элементы потока и устойчивого русла.
Насыщенность речного потока наносами определяется энергетическим состоянием ручейков на склонах водосборного бассейна, литологией, климатом и другими факторами. Если нагрузка потока наносами превышает номинальную транспортирующую способность потока, то на формирование русла влияет не только их крупность, но и количество. Из условия необходимости транспортировать наносы транзитом за многие тысячелетия уже сформировались русла рек, которые обеспечивают приближенное равновесное состояние между количеством наносов, приносимых потоком сверху, и количеством, которое транспортируется на рассматриваемом участке реки В таких руслах установились скорости течения, которые превышают размывающие для русловых отложений, и они неустойчивы. Взаимодействие потока и такого русла происходит на уровне транспортирующей способности потока. Количество наносов в потоке в этом случае непосредственно влияет на морфологические элементы потока и русла. Даже в естественных условиях количество наносов—это самый изменчивый фактор. Гидротехнические сооружения сильно влияют на наносный режим потока, и поэтому в неустойчивых руслах деформации всегда значительны.