Типы продольных профилей рек

В зависимости от характера распределения уклонов вдоль по реке можно выделить четыре основных типа продольных профилей:

Рис. 12. Типы продольных профилей рек

1 — р. Роони 2— р. Сочи, З — р. Топарови, —1). Кама, б—р. талька (бассейн р. Днепра), б—р. Лососинка (бассейн онежского озера)

Так, годовой прирост длины р. Урала составляет 82 м, р. Сырдарьи—97 м, р. Куры—20-З0 м, р. Миссисипи-80-З50 м, р . Янцзы—б0м .

1) плавновогнутый, или профиль равновесия (рис. 12 А),— наиболее распространенный; он характеризуется вогнутой кривой гиперболического вида, более крутой в истоках реки и пологой ближе к устью;

2) прямолинейный (рис. 12 Б), характеризующийся относительно равномерными уклонами на всем протяжении реки; наблюдается главным образом у малых рек;

3) сбросовый, или выпуклый (рис. 12 В), имеющий малые уклоы в верховьях и большие в нижнем течении реки; встречается редко и характерен для рек Карелии и Кольского полуострова;

4) ступенчатый, образующийся при наличии ряда выраженных промежуточных базисов эрозии в виде встречаемых иногда рекой трудно поддающихся размыву горных пород или в форме котловин проточных озер или водохранилищ.

Очертание продольного профиля в аналитической форме можно представить в виде уравнения параболы

(2)

где Н— отметка поверхности реки на расстоянии l от истока; — отметка в замыкающем створе; z— падение от истока до замыкающего створа; L — длина реки; ‚ — параметр.

В истоке реки и Н=Н+z, в замыкающем створе и Н=Н . При вогнутых профилях ‚ при выпуклых . Для средних и крупных равнинных рек с относительно устойчивым руслом ; для малых равнинных рек .Общий характер продольного профиля реки или достаточно большого ее участка очень мало зависит от местных переломов профиля дна и от колебаний уровня воды, так как влияние этих факторов значительно меньше, чем изменение высотных элементов самого профиля. Однако если взять сравнительно не большой участок реки и рассмотреть на нем более детально местные вариации уклонов, то окажется, что продольный профиль представляет собой кривую достаточно сложного вида, существенно зависящую от степени наполнения русла и интенсивности подъема и спада уровней. Действительно, допустим, что в некоторый момент питание реки равно нулю или что река пересыхает. Тогда продольный профиль представится в виде ряда разобщенных друг от друга прудов (плёсовых участков), ступенчато снижающихся к устью реки по линии а .

В промежутках между плёсовыми участками будут находиться пересохшие пере каты. С началом поступления воды в русло начнут заполняться углубления (плёсы), затем вода будет переливаться через гребни перекатов с уклоном, приблизительно равным уклону их дна. Расход воды, вначале незначительный, будет проходить на плёсе по сравнительно большому сечению, поэтому скорость воды в нем будет значительно меньше, чем на перекате, и уклоны распределятся примерно согласно профилю б. При дальнейшем увеличении расхода уклоны на перекате будут уменьшаться, а на плёсе — соответственно возрастать; профиль приобретет вид вввв. При продолжающемся увеличении расхода в некоторый момент произойдет сглаживание продольного профиля, и он будет иметь вид г. При еще более значительном увеличении расходов и повышении уровней на распределение уклонов более существенное влияние начнут оказывать не перегибы в профиле два, а очертания русла в плане.

Плёсы обычно располагаются в местах изгиба русла в плане, а перекаты — на прямолинейных участках; поэтому на плёсах поток испытывает добавочное сопротивление, тем большее, чем больше скорость потока. Для преодоления этого добавочного сопротивления (отсутствующего на перекатах) требуется увеличение уклона. Поэтому при некотором горизонте получится уже обратное соотношение уклонов: большие уклоны на плёсах и меньшие на перекатах (линия д).

Увеличение или уменьшение уклонов, очевидно, вызывает изменение скоростей течения на плёсах и перекатах и соответственно изменение процессов размыва и отложения. При низких горизонтах, когда наблюдаются повышенные уклоны на перекатах, происходит размыв перекатов и повышение два плёсов, при высоких горизонта; наоборот, размываются плёсы и наращиваются пере каты.

Указанные изменения уклонов происходят, если река при повышении уровней остается в пределах коренного русла. При разливах реки по пойме она течет по более прямому направлению, следуя очертанию берегов долины, и распределение частных уклонов устанавливается уже не профилем два и изгибами русла в плане, а очертанием склонов долины: там, где долина сужается, наблюдается больший поверхностный уклон, а там, где она рас ширяется, — меньший. Изменение уклонов во время прохода высоких вод в сильной степени может определяться местными подпорами, например от притока воды, поступающей ниже волны па водка, идущей сверху, растеканием волны по пойме реки и пр.

Значительная вариация уклонов при изменении уровней воды делает понятие продольного профиля реки при прохождении паводков достаточно неопределенным. Поэтому практически при исследовании рек определяют точно и детально лишь продольный профиль при низком меженном уровне, когда почти все питание реки обусловливается исключительно грунтовым стоком, медленно изменяющимся во времени. В этом случае продольный профиль в течение сравнительно долгого периода не подвергается существенным изменениям.

Определение среднего уклона реки в целом путем деления общего падения река на ее длину в случае неравномерного изменения уклона по длине не обеспечивает необходимой точности.

Средний уклон вогнутых, выпуклы; вогнуто-выпуклых и других профилей с резко выраженной неравномерностью изменения уклона реки определяют путем проведения выровненной линии продольного профиля с уклоном, соответствующим среднему уклону реки .

Принято эту линию проводить таим образом, чтобы соблюдалось условие равенства и минимума срезаемых и добавляемых площадей продольного профиля, заключенных между линией естественного профиля и выравнивающей прямой .Из условия равенства срезаемых и добавляемых площадей следует, что площадь, ограниченная осями координат (Н и L) и линией спрямленного профиля, равна площади, ограниченной естественным профилем , определяемой как сумма площадей элементарных трапеций по формуле

где Н , , Н — отметки переломных точек профиля, расстояния между которыми в сумме составляют длину рассматриваемого участка реки.

Наклон выравнивающей прямой устанавливается на глаз с помощью туго натянутой нити из условия минимума срезаемых и добавляемых площадей профиля.

Рис.14

Из этого условия следует, что выравнивающая прямая линия должна проходить через точку С с координатами ; .Если продольный профиль имеет вогнутую или выпуклую форму (рис. 14 а, б), то в этих случаях минимум срезаемых я добавляемых площадей профиля достигается при таком наклоне выравнивающей прямой, когда точки ее пересечения с линией профиля реки А и В равноудалены от точки С, т. е. при условии равенства отрезков АС = СВ , т. е. при всяком ином положении выравнивающей прямой, например А’В’ (рис. 83 6), площадь сегмента, заключенного между линией профиля и выравнивающей прямой, увеличивается на площадь треугольника ВЕВ’, поскольку АВЕС= =ДАА’С по равенству двух сторон и углу, заключенному между ними: ВС=СА, СЕ=СА’.

Рекам, расположенным в достаточно однородных физико-географических условиях, свойственны однотипные статистические связи уклонов с морфометрическими характеристиками водосборов. Это дает основание производить обобщение данных об уклонах рек для различных районов. Такие обобщения выполняются в форме построения статистических зависимостей средних уклонов рек от площадей водосборов, длин рек, средних многолетних расходов воды и т. д. Имеются попытки построения карт уклонов рек. Этот путь обобщения данных об уклонах не является рациональным, поскольку уклон реки обычно связан с ее размерами (чем больше река, тем меньше уклон).

А. А. Соколов для равнинных рек Европейской территории России установил следующую корреляционную зависимость среднего уклона реки от площади водосбора:

.

для рек с F<2500 км параметр А =28, для рек с F<2500 км А = 14. Столь резкое изменение параметра А в зоне указанных площадей свидетельствует о весьма малой точности приведенной зависимости.

Р. А. Нежиховский средний уклон реки представил в форме зависимости от длины реки L

Параметр А для рек Европейской территории России изменяется следующим образом: возвышенности 45, увалы 27, холмистые равнины 11, низменности 4,6.