§ 35. Закономерности движения воды в русле

Сила тяжести — первопричина движения воды в реке. До неко­торой степени это движение подобно движению тела по наклонной плоскости, хотя здесь имеются некоторые особенности, в частности скорость течения воды обусловливается не частными уклонами дна, которые могут

быть обратными, а уклоном поверхности воды.

Ложе реки и воздух оказывают различное сопротивление движе­нию частиц воды и это, вместе с поперечным уклоном поверхности, способствует возникновению в речном потоке поперечной циркуляции, т. е. сложного винтообразного движения.

Циркуляционное движение воды в потоке подчинено определен­ным закономерностям, достаточно четко проявляющимся на пово­ротах реки и более сложно — в пределах прямых участков.

Характер циркуляции воды на прямых участках показан на рис. 56, а, а на поворотах — на рис. 56, б.

Циркуляционное движение воды в реке обычно вихревое, пуль­сирующее, иначе, турбулентное движение. В проти­воположность турбулентному, в потоках может наблюдаться спо­койное — ламинарное движение; при этом предпо­лагается, что все частицы воды движутся в одном направлении, параллельном направлению движения всего потока, и скорость такого потока имеет максимум в средней части, а к берегам она постепенно падает до нуля.

Ламинарное движение возможно лишь при небольших скоростях, не превышающих критической. Такой критический скорости при глубинах 10, 100, 200 см соответ­ствуют скорости 0,3,0,03,0,02 см/с. Очевидно, что в естественных по­токах такие скорости встречаются крайне редко.

Ламинарное движение воды практически встречается лишь в во­доносных грунтовых потоках, в мелкозернистых грунтах или в тон­ких слоях вблизи дна и стенок русел.

Циркуляционное движение об­условливает определенный ха­рактер размыва русла реки и отложения наносов. Так, в частности, участки с большими глубинами располагаются ближе к вогнутому берегу, а мели — к выпуклому, причем и те, и другие оказываются несколько смещенными вниз по течению.

На характер размыва русла влияет также высота уровня воды в реке. Известно, что при низких уровнях размываются в основном перекаты, а при высоком — плёсы. Это легко объясняется изме­нением уклонов, а соответственно и скоростей течения на указан­ных участках.

Так, при низких меженных уровнях воды (рис. 57) уклоны на плёсах i_пл заметно меньше, чем уклоны на перекатах i_nK, и, следо­вательно, в этот период интенсивней размываются перекаты. В пе­риоды горизонтов высоких вод (ГВВ) уклоны на плёсах ста­новятся больше, и тогда начинается размыв плёсов.

Зная закономерности русловых процессов, гидротехники могут управлять циркуляционными процессами и тем самым способство­вать уменьшению размыва берегов и дна рек и каналов и препятство­вать заилению последних.

Знание закономерностей формирования русла реки позволяет правильней вести съемочные промерные работы, т. е. сгущать про­мерные вертикали на более сложных участках живого сечения и умень­шать их число против рекомендуемой нормы на плоских однород­ных участках дна.