765

Наличие на дне косо расположенного к общему направлению движения потока выступа в виде гряды даже в прямолинейном русле должно приводить к возникновению донного течения воды, не параллельного берегам. При этом, по условию неразрывностижидкости, вверхнихслоях потока обязательнодолжно возникать течение в сторону, противоположную направлению донного течения, и, следовательно, создаваться замкнутая поперечная циркуляция потока. Складываясь с основным продольным течением, эта циркуляция совместно с циркуляцией, образованной действием центробежной силы на поворотах реки, образует винтовое движение потока, при котором наносы сносятся донными течениями то к одному, то к другому берегу. В результате у берегов русла формируются значительные скопления наносов — побочни, расположенные в шахматном порядке

(рис. 2.8).

1

2 3

3

3

1

Рис. 2.8. Речное русло с побочнями:

1 — плесовая лощина; 2 — перекат; 3 — побочень

Каждая смежная пара побочней соединена между собой узкой и пониженной частью гряды — перекатом. Напротив побочня, у противоположного вогнутого (наблюдатель находится на реке) берега, на который набегают и опускаются на дно поверхностные струи циркуляционного течения, происходит размыв дна, а иногда и берега, если он сложен легкоразмываемым грунтом. Таким образом, напротив побочня формируется глубокое мес-

то — плесовая лощина.

Во время паводков побочни и перекаты покрыты водой, скорость течения достаточно велика, происходит интенсивный

31

размыв плесовых лощин, а выносимый грунт частично откладывается на перекатах, вследствие чего перекаты наращиваются.

При меженном уровне воды побочни обнажаются, а перекаты остаются под водой. Поток, огибая побочни, приобретает еще более извилистый характер в плане. Линия фарватера при межени также извилистая, она проходит от одной плесовой лощины к другой, пересекая перекаты. Уровень воды на перекате в меженный период небольшой; из вышерасположенной глубокой плесовой лощины вода через перекат переливается в следующую плесовую лощину (как через водослив). Скорость течения над перекатом увеличивается, и происходит размыв гребня переката и его понижение. Смываемый грунт откладывается у подножия побочня, находящегося ниже по течению. В результатеэтихпроцессовзначительныхизмененийплана коренных берегов русла и переформирования пойм не происходит

вр

Рис. 2.9. Русло с побочнями:

а — план; б — совмещенные в створе перехода профили расчетных живых сечений створов I,II,III; 1 — средняя линия меженного русла; 2 — средняя линия наводненного русла; 3 — перекаты; 4 — плесовые лощины; 5 — часть живого сечения створа I—I, попадающая в плотные глины на створе перехода А—Б

32

Побочни, смещаясь вниз по течению, могут изменить форму живого сечения в створе мостового перехода. При побочневом типе руслового процесса створ мостового перехода располагают нормально к коренному руслу независимо от положения меженного русла. Общийи местныйразмывы рассчитываются для трех сечений: при расположении плеса у левого берега, переката в середине русла и плеса у правого берега.

3. Ограниченное меандрирование присуще рекам, протекаю-

щим в узких долинах. Термин «меандры» появился от названия впадающей в Эгейское море р. Меандр, имеющей очень извилистое русло.

При этом типе руслового процесса основные переформирования русла заключаются в сползании слабо выраженных излучин по течению реки без существенных изменений их плановых очертаний и размеров, т.е. русло перемещается как бы параллельно самому себе (рис. 2. 10). В процессе сползания излучин происходит деформация не только русла, но и поймы, благодаря чему между руслом и поймой осуществляется обмен наносами, который отсутствует при ленточногрядовом и побочневом типах руслового процесса.

Рис. 2.10. Ограниченно меандрирующее русло:

а — план; б — живые сечения в створе А—Б при смещении излучины на и; 1 — гребень гряды; 2 — подмываемый берег; 3 — живое сечение в начале смещения; 4 — то же при смещении на 0,5 и; 5 — то же в конце смещения; УМВ — уровень меженных вод; УВВ — уровень высоких вод;

Впм — ширина поймы, м; и — расстояние между излучинами, м

Ограниченное меандрирование развивается в тех случаях, когда русло реки стеснено склонами узких долин или уступами древних террас. В плане русло имеет слабоизвилистую форму,

33

близкуюксинусоидальной.Внемимеются перекошенныегряды, которые сползают вниз по течению. Если скорость этого сползания мала и размеры твердого расхода невелики, то побочни зарастают и превращаются в пойменные массивы, примыкающие к бортам долины. Образование указанных пойменных массивов приводит ктому, что извилистость потоканаблюдается не только в меженный период, но и в паводок. В связи с этим во время паводка возникает интенсивная поперечная циркуляция, которая способствует отложению взвешенных наносов и дальнейшему росту пойменных массивов. Однако сравнительно узкая долина с трудно размываемыми берегами ограничивает развитие излучин. Пойменные массивы с верховой стороны размываются, ас низовой —намываются. В результатеэтогоизлучинасползает вниз по течению. Средняя скорость сползания излучины для средних и крупных рек составляет 6…15 м/год. Максимальные глубиныпотокарасполагаются у подмываемоговерховогоберега пойменного массива.

Если смещение излучины ограниченно меандрирующих малых и средних рек за срок службы моста больше половины шага излучины, сравнивают вариант перекрытия мостом всего пояса меандрирования с вариантом закрепления подмываемых вогнутых берегов. Впервом случаепересечение поясамеандрирования и русла возможно под любым углом, во втором — только под углом 90° (рис. 2.11).

Размывы подмостового русла рассчитываются для тех живых сечений, которые могут образоваться в течение срока эксплуатации моста. На средних и больших реках с более широкой долиной, если смещение излучины в течение срока службы моста менееполовины ее шага (0,5 и),при расположениимоста вплане учитывают возможное смещение берегов за тот же срок.

4. Свободное меандрирование. Этот тип руслового процесса наблюдается на сравнительно небольших равнинных реках, имеющих широкие поймы, т.е. ширина поймы значительно превышает ширину пояса меандрирования. На рис. 2.12 показан план свободно меандрирующей реки.

34

Рис. 2.11. Схема перехода через реку с ограниченно меандрирующим руслом:

1 — трасса перехода при перекрытии мостом пояса меандрирования; 2 — трасса перехода при закреплении вогнутых берегов излучины; 3 — укрепление берегов; 4 — положение русла во время изысканий перехода; 5 — то же после смещения на величину 0,7

3

1

2

2

Рис. 2.12. План свободно меандрирующей реки:

1 — излучины русла; 2 — старицы; 3 — границы поймы

35

Характерная особенность свободного меандрирования, которая существенно отличает его от всех рассмотренных выше типов руслового процесса, состоит в том, что здесь каждая излучина проходит определенный цикл развития. В начальный период, когда излучины еще слабо выражены, они имеют в плане форму, близкую к синусоиде. При этом излучины движутся вниз по течению, подобно тому, как это наблюдается на реках с ограниченным меандрированием. Однако форма излучин постепенно видоизменяется, уголразворота и (см.рис.2.10)увеличивается, и, когда он достигает 120…150°, движение излучин сменяется разворотом их вокруг точек, близких к точкам перегиба средней линии меженного русла А, В, С и Д (рис. 2.13). В результате этого излучины принимают округлые очертания и превращаются в петли русла. Цикл развития каждой излучины связан с развитием смежных с ней верховой и низовой излучин. Вследствие разворота верховой и низовой излучин вокруг точек А, В, С и Д происходит сближениеих подмываемыхвогнутых берегов, чтоспособствуетсозданиюусловийдля прорываузкогоперешейка между ними. Во время одного из паводков, когда происходит спрямление потока, перешеек прорывается, и обе излучины — верховая и низовая — объединяются в одну пологую. В меженный период вода сначала перемещается и по новому руслу, и по средней излучине. Однако постепенно вход и выход из средней излучины, где имеются повороты водного потока, благодаря которым происходит интенсивная поперечная циркуляция, заносятся грунтом. Средняя излучина отделяется от нового русла и образует старицу, которая имеет в плане характерную серповидную форму (см. рис. 2.12). На спрямленном русле начинается новый цикл образования излучин. Наличие на пойме большого количества стариц серповидной формы является отличительной чертой рек со свободным меандрированием.

Главная особенность свободного меандрирования состоит в том, что вследствие плановых переформирований русла происходит смещение не только отдельных излучин, но и всего пояса меандрирования. Благодаря этому положение реки по отношению к оси ее долины со временем изменяется.

При свободном меандрировании максимальные глубины наблюдаются у вогнутых берегов, а минимальные — на перекатах,

36

а— план деформации средней линии русла и его берегов;

б— схематические профили живого сечения в створе перехода;

1— средняя линия во время изысканий перехода; 2 — прогнозируемая средняя линия через 25 лет; 3 — то же через 50 лет; 4 — положение

деформируемых берегов в створе перехода через 50 лет; 5 — то же для верховой излучины; 6 — направление векторов, определяющих изменение углов разворота; 7 — живое сечение русла по съемке во время изысканий; 8 — то же, прогнозируемое через 50 лет

которые соответствуют точкам перегиба двух смежных излучин. Если при ограниченном меандрировании в пределах каждой излучины располагается только один плес, то при свободном —

37

впроцессе развития излучины может произойти раздвоение плеса и даже образование нескольких разобщенных плесов.

Вовремя паводков плесыразмываются,аперекатынамываются. В меженный период наблюдается обратный процесс. Диапазон изменений отметок дна на плесах и перекатах в многоводные годы достигает нескольких метров.

Мостовой переход через реку со свободным меандрированием располагают нормально к касательной, проведенной в середине кривой вогнутого берега (см. рис. 2.13, варианты I–XI). Излучинадля створа переходадолжнабыть развитой, повозможности прижатой к одному из бортов долины. Нельзя пересекать русло

вточках перегиба смежных излучин.

5.Незавершенное меандрирование. Этот тип руслового про-

цесса наблюдается на реках, имеющих широкую, часто затопляемую и легко размываемую пойму. На таких реках излучина сначала развивается по типу свободного меандрирования, но до завершения излучиной полного цикла своего развития на пойме возникает спрямляющий проток (рис. 2.14). Развитие указанного протока обычно происходит сравнительно медленно. На протяжении нескольких десятилетий главное русло может оставаться в излучине, но затем во время высокого многоводного паводка оно перемещается в спрямляющий проток. После этого развитие излучины приостанавливается, и она постепенно отмирает.

В тот период, когда главное русло остается еще в излучине, в спрямляющем протоке наблюдается русловый процесс ленточногрядового или побочного типа. После перемещения главного русла в спрямляющий проток последний начинает меандрировать до образования нового спрямления. Цикл развития излучины повторяется.

При пересечении реки с незавершенным меандрированием мост располагается на излучине или на спрямляющем протоке (см. рис.2.14).При пойменноймногорукавностиследуетменьше стеснять поток, предпочитая устройство мостов средних или больших отверстий на наиболее активных рукавах и протоках, и не допускать активизациипроток, параллельных трассе мостового перехода.

38

Рис. 2.14. Схема мостового перехода через реку с незавершенным меандрированием:

1 — устройство моста на излучине; 2 — прогнозируемое положение берега; 3 — запруда на спрямляющей протоке; 5 — запруда на излучине;

Sпр — длина спрямляющей протоки; Sиз — длина спрямления (излучины)

6. Осередковый тип русловых процессов. При этом типе руслового процесса во время паводка по широкому распластанному руслу беспорядочно перемещаются вниз по течению системы крупных разобщенных гряд. Возвышенные части гряд в течение меженного периода обсыхают и превращаются в осередки,между которымирасполагаются извилистые протоки.Обсохшие части прибрежных гряд образуют побочни, которые в отличие отпобочневого типа руслового процессаразмещаются не в шахматном порядке, а беспорядочно (рис. 2.15). При большой продолжительности меженного периода обсохшая поверхность осередков интенсивно зарастает и закрепляется. В результате этого создаются весьма благоприятные условия для отложения наносов на поверхности осередков в период прохождения очередного паводка. Постепенно осередки превращаются в острова, имеющие характерную каплевидную форму. Протоки, которые

39

образуются между островами, могут развиваться по разным схемам. Например, в протоках, у которых подвижность и расход донных наносов достаточно велики, могут развиваться ленточногрядовый и побочневый типы руслового процесса, в других протоках может осуществляться процесс меандрирования. В итоге при осередковом русловом процессе происходит образование многорукавного русла. Русловая многорукавность часто наблюдается на нижних участках равнинных рек.

б)

ГВВ

5

6 ГМВ

5 6

Рис. 2.15. Устойчивое осередковое русло:

а— план; б — сечение по створу А—Б;

1— бровки коренного русла; 2 — закрепленный остров-осередок; 3 — современный судоходный фарватер; 4 — старый фарватер;

5 — профиль современного русла; 6 — профиль русла после перемещения фарватера в правобережную протоку

7. Блуждающее русло. При сравнительно кратковременной межени и большой продолжительности паводкового периода поверхность осередков не успевает покрыться растительностью. Осередки, лишенные растительности, очень подвижны. Скорость их перемещения колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров в год. В меженный период русло реки разбивается на протоки, расположенные между осередками (рис. 2.16); поймы отсутствуют. Во время паводка поток занимает всю ширину распластанного русла. Стрежень (наиболее

40