Mорфометрические закономерности развития излучин на нижней Кубани

Ii университета 'ЖУРНАЛ водных / I коммуникации

Список литературы

1. Kopaliani Z. D. Problem of Bed Load Discharge assessment in rivers // Proc. 10th Inter symp. on River Sedimentation. — Moscow, 2007. — Vol. 3. — Р. 175-181.

2. Кондратьев Н. Е., Попов И. В., Снищенко Б. Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — 272 с.

3. Копалиани З. Д. Лабораторные исследования закономерностей переформирования состава наносов на размываемых моделях речных русел // Тр. ГГИ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. — Вып. 278. — С. 70-88.

4. Копалиани З. Д., Твалавадзе О. А., Носелидзе Д. В. Гидравлическое моделирование руслового процесса р. Утутлик на участке мостовых переходов // Тр. ГГИ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — Вып. 337. — С. 138-162.

5. Гришанин К. В. Устойчивость русел рек и каналов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 143 с.

УДК 556.53.08 Н. И. Католикова,

Государственный гидрологический институт

MОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ИЗЛУЧИН

НА НИЖНЕЙ КУБАНИ

MORPHOMETRIC REGULARITIES OF THE FREE MEANDERING CURVES DEVELOPMENT DOWNSTREAM OF THE KUBAN RIVER

Целью настоящей работы является выявление и оценка зависимости морфометрических показателей русла при свободном меандрировании от изменений руслоформирующих условий на участках большой протяженности.

The purposes of this study is the identification and the estimation of morphometric measures offree meandering curves and their variations because of channel-forming factors changes on the extensive reach of river.

Ключевые слова: излучины, меандрирование, гидроморфологическая теория, русловые деформации, морфометрические характеристики.

Key words: bends, meandering, hydro morphological theory, bed deformations, channel data.

CM ж и

П

ш

l44j

О ПРЕДСТАВЛЕНИЯМ гидроморфологической теории руслового процесса считается, что свободное меандрирование развивается в широких речных долинах, склоны которых не ограничивают свободное развитие плановых деформаций русла, а ход глубинных деформаций в многолетнем плане тесно увязан с развитием плановых деформаций. В общей схеме отмечается также, что в начальной стадии развития, при углах разворота менее 90°, излучины свободного меандрирования сползают вниз по тече-

нию, увеличивая угол разворота. По мере увеличения угла разворота сползание излучин замедляется, а форма их меняется (излучины вытягиваются). При углах разворота, близких к 140°, в результате преимущественного развития одного из плесов происходит разделение плесовой ложбины и нарушение плановой симметрии излучин. Развитие их завершается сближением подмываемых берегов смежных излучин, расположенных выше и ниже по течению, и прорывом образовавшегося между ними перешейка. В зоне прорыва возрастают

Сравнение данных по всем трем исследуемым участкам показало, что для них связи углов разворота излучин со степенью их развитости S/k = /(а0)достаточно близки и могут быть аппроксимированы общим уравнением у = 0,00004х2 - 0,002х + 1,0563 (см. рис. 2).

Анализ изменений линейных размеров излучин (k, S, yj) по длине участков за 1986 и 2006 гг. выявил наличие четко выраженной тенденции уменьшения сверху вниз по течению величин длины и стрелы прогиба (S, ym). Для величины шага излучины (k) тренд не прослеживается.

Распределение показателей степени развитости излучин (S/k, а0) сверху вниз по течению различается для разных участков. Для реки Кубань и рукава Кубань отмечается тенденция уменьшения этих величин по направлению к устью, а для рукава Протока отмечается слабо выраженная тенденция увеличения значений от истока к устью, а для величины а0 за 2006 г. — отсутствие тренда.

Средние и расчетные значения морфо-метрических показателей русла на нижней Кубани, рассчитанные по базовым рядам этих величин, представлены в табл. 2.

// университета

[ЖУРНАЛ водных /_/ коммуникации

Из табл. 2 видно, что средние значения линейных размеров излучин (k, S, yj р. Кубани более чем в два раза превышают соответствующие величины по рукавам Кубань и Протока. Учитывая распределение водности по указанным участкам, соответственно 100, 495 и 51 % за рассматриваемый период можно говорить о прямой зависимости этих показателей от масштаба водотока.

Средние показатели степени разви-то-сти излучин (S/k, а0) для р. Кубани также несколько больше, чем для дельтовых проток (табл. 2). При этом величины их группируются таким образом, что 60-70 % всех излучин имеют для реки Кубань угол разворота 60° < а0 > 160° и относительную длину 1,1 < S/k > 1,7, а для рукавов Кубань и Протока 60° < а0 > 130° и 1,1 < S/k > 1,4.

Существенные изменения в режиме стока воды на нижней Кубани после сооружения плотины Краснодарского ГУ выражаются в том, что наблюдаемые в последние годы максимальные расходы воды р. Кубани ниже г. Краснодара уменьшились в среднем на 25 %. Об этом говорит хронологический ход максимальных расходов воды (см. рис. 3).

2,5

<< со

1.5

у=4Е- 05Х2 - 0,002х + 1,0563 о ^

ж s^z жж.

0,5

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200  — рукав Кубань я — рукав Протока ♦ — р. Кубань а°'град

Рис. 2. Связь углов разворота излучин со степенью их развитости для нижней Кубани

II университета

'ЖУРНАЛ водных / / коммуникации

Таблица 2

Обеспеченные величины характеристик излучин нижней Кубани

Год Число излучин Характеристика Средняя величина Расчетные величины, обеспеченностью

1 5 10 20 50 75 90 95

река Кубань между К раснода рским и Тиховским ГУ

1986 43 X, км 1,57 2,81 2,34 2,13 1,90 1,52 1,27 1,08 0,982

S, км 2,00 4,92 3,82 3,33 2,83 2,05 1,58 1,25 1,09

S/X 1,40 2,88 2,12 1,84 1,59 1,28 1,15 1,08 1,06

у , км пр 0,579 1,68 1,25 1,05 0,835 0,512 0,320 0,202 0,146

Ь, км 0,210 0,313 0,282 0,265 0,246 0,209 0,181 0,157 0,143

^ ° 115 219 194 179 159 116 78,6 48,5 34,0

2006 39 X, км 1,46 2,77 2,26 2,04 1,80 1,40 1,15 0,958 0,858

S, км 2,20 4,64 3,56 3,08 2,60 1,85 1,41 1,10 0,948

S/X 1,36 2,80 2,15 1,86 1,59 1,24 1,09 1,03 1,01

у , км 0,528 1,66 1,20 0,995 0,780 0,455 0,272 0,160 0,111

Ь, км 0,193 0,282 0,255 0,240 0,224 0,192 0,168 0,147 0,135

ao, ° 106 203 180 166 148 107 71,6 43,4 30,0

рукав Кубань от Тиховского ГУ до устья

1986 73 X, км 0,694 1,46 1,13 1,00 0,860 0,651 0,529 0,443 0,399

S, км 0,837 1,69 1,35 1,20 1,05 0,795 0,639 0,524 0,465

S/X 1,22 1,98 1,60 1,45 1,32 1,16 1,09 1,05 1,04

у , км 0,191 0,484 0,373 0,320 0,264 0,175 0,120 0,082 0,064

Ь, км 0,081 0,111 0,102 0,097 0,091 0,080 0,072 0,065 0,061

^ ° 86,5 180 147 131 112 82,4 62,7 48,1 41,0

2006 76 X, км 0,668 1,44 1,11 0,970 0,832 0,624 0,503 0,419 0,376

S, км 0,844 1,82 1,43 1,25 1,07 0,792 0,621 0,499 0,437

S/X 1,27 2,23 1,75 1,57 1,40 1,20 1,11 1,06 1,04

у , км 0,202 0,533 0,406 0,346 0,283 0,183 0,123 0,082 0,063

Ь, км 0,072 0,099 0,090 0,086 0,081 0,071 0,064 0,058 0,054

ao, ° 96,8 209 168 149 127 91,8 68,5 51,5 43,4

рукав Протока от Тиховского ГУ до устья

1986 80 X, км 0,670 1,73 1,25 1,06 0,867 0,604 0,459 0,362 0,316

S, км 0,839 2,30 1,63 1,36 1,10 0,745 0,554 0,429 0,370

S/X 1,25 1,97 1,67 1,53 1,39 1,20 1,10 1,05 1,03

у , км 0,204 0,667 0,479 0,394 0,305 0,173 0,100 0,056 0,038

Ь, км 0,067 0,119 0,097 0,088 0,079 0,064 0,055 0,049 0,046

ao, ° 91,9 182 153 139 122 89,5 66,3 47,9 38,2

университета водных коммуникаций

Рис. 4. Кривые продолжительности стояния суточных расходов воды в условиях естественного и зарегулированного стока воды на р. Кубань

При наблюдаемом изменении режима стока соответственно изменился и режим уровней воды. Так, в условиях регулирования стока средний многолетний уровень воды у х. Тиховского стал ниже на 115 см. Но наиболее заметно изменился режим максимальных уровней.

Кроме того, внутригодовое распределение стока стало более равномерным, о чем свидетельствуют кривые продолжительности стояния суточных расходов воды, которые для условий регулирования стока в области максимальных расходов воды располагаются ниже кривых для естественных условий (рис. 4).

Анализ морфометрических характеристик излучин и динамики трендов их распре -деления по длине участка при естественном режиме стока воды и в регулируемых условиях оказался возможен лишь на участке р. Кубань | между Краснодарским и Федоровским гидро-

ш узлами (длина 89 км), где для этого имелись

картографические материалы за соответствующие периоды (1911, 1986 и 2006 гг.). Анализ

выявил наличие в естественных условиях (1911) четко выраженной тенденции уменьшения величин линейных измерителей излучин (X, S, yj) сверху вниз по течению реки. Указанная тенденция в 1986-2006 гг. изменилась для шага и длины излучины (X, S) и сохранилась для величины стрелы прогиба (у^).

Распределение показателей степени развитости излучин (S/X, а0) сверху вниз по течению также характеризуется сменой трендов указанных величин от увеличения (1911) до уменьшения (1986-2006).

Для всех рассмотренных величин отмечается нестрогая цикличность в изменении по длине участка. При этом средние значения линейных размеров и угла разворота излучин (X, S, у а0) возросли в 1986-2006 гг. по сравнению с 1911 г., показатель степени развитости излучин S/X не изменился, а изменчивость всех без исключения морфометрических показателей излучин уменьшилась, что отражено в динамике коэффициентов вариации их величин (см. табл. 3).

II университета

'ЖУРНАЛ водных / / коммуникации

2. Гендельман М. М. О формах речных излучин // Сборник работ по гидрологии. — Л.: Гид-рометеоиздат, 1981. — С. 197-207.

3. Гендельман М. М. Исследование свободного меандрирования речных русел (на примере нижнего Иртыша) // Геоморфология. — 1988. — № 3. — С. 38-45.

4. Замышляев В. И. Аналитический вывод некоторых морфометрических зависимостей // Вопросы гидрологии суши: докл. конф. молодых ученых и специалистов ГГИ. — Л., 1982. С. 135-142.

УДК 556.536 Н. Б. Барышников,

д-р географ. наук, профессор, Российский государственный гидрометеорологический университет

(Санкт-Петербург);

А. О. Пагин,

Российский государственный гидрометеорологический университет

ДОННЫЕ НАНОСЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА УСЛОВИЯ СУДОХОДСТВА

BED LOAD SEDIMENT AND ITS INFLUENCE ON NAVIGATION CONDITIONS

Проведен анализ экспериментальных данных и методов расчетов расходов донных наносов при взаимодействии руслового и пойменного потоков. Установлена необходимость введения поправочных коэффициентов в формулы для расчета расходов донных наносов.

The analysis of experimental data and methods of bed load discharge calculations at the interaction of the channel and floodplain streams is realized. The necessity of correction factor in formulas of bed load discharge calculations is determined.

Ключевые слова: судоходство, расход наносов, транспортирующая способность, типы руслового процесса, скорость течения.

Key words: navigation, sediment discharge, transport ability, types of bed evolution, current velocity

CM ж и

И

ш

152J

ЗВЕСТНО [2], что основная масса наносов поступает в речные русла в периоды подъема уровней при пропуске паводков и половодий. Учитывая, что большинство рек России равнинные, высокие паводки на них, как правило, проходят по затопленным поймам. При этом на расходы донных наносов существенное воздействие оказывает так называемый эффект взаимодействия руслового и пойменного потоков. Последний при подъеме уровней и растекании паводочных вод по пойме вызывает увеличение уклонов водной поверхности и средних скоростей руслового потока и как следствие — его транспортирующей способности. При спаде уровней массы воды пойменного потока, поступая в русло, тормозят русловой

поток, уменьшая его скорости и уклоны водной поверхности, а следовательно, и транспортирующую способность руслового потока. Учитывая, что в русла рек в этот период поступает незначительное количество наносов, последняя оказывается больше поступления наносов. Недостающее их количество поток получает за счет размыва гребней перекатов, уменьшая их отметки. В этом, в частности, и проявляется процесс саморегулирования в системе «речной поток-русло».

Сведения о расходах донных наносах крайне необходимы для планирования путевых работ и расчетов размеров судоходных прорезей. К сожалению, как это показал анализ опубликованных работ [1; 4 и др.], точность методов расчетов расходов и сто-