Розділ 2. Геоструменеве руслоформування
2.1. Постановка проблеми
Відомо, що існує значна різноманітність як у самих процесах самоорганізації в
поступальних потоках та системах потік-русло, так і в підходах до їхнього
вивчення. Самоорганізація відбувається і в жорстких, і в рухомих межах,
проявляючи при цьому особливі видозміни. Можна стверджувати, що історія
сучасних руслових досліджень показує поступовий відхід від положень динаміки
потоків із жорсткими межами до пізнання закономірностей механізмів
самоформування. В останні десятиліття цьому сприяє становлення сучасної
методології системних досліджень і уявлень про відкриті динамічні дисипативні
системи.
У 20-30-х роках ХХ століття намітилась проблема розгляду саморегульованої
системи потік-русло (використовуючи традиційну назву, термін). Одним з перших
це усвідомив М.А. Веліканов. Ось що він писав у 1949 році: „Поняття руслового
потоку було введено мною у 1932 році, коли у новоствореному Московському
гідрометеорологічному інституті... було включено у навчальний план, з моєї
ініціативи, курс „Динаміка руслових потоків”. Відтоді цей предмет був введений
у викладання не тільки в гідрометеорологічних інститутах, але й у деяких
університетах, де була заснована кафедра фізики руслового потоку. Це засвідчує,
що введення в науку зазначеного терміна та викладання даного предмету було
обґрунтованим та своєчасним.
Поняття руслового потоку є узагальненням всім добре відомого поняття річки.
Справа у тому, що далеко не всі поверхневі водотоки можуть бути названі
річками... Таким чином, для об’єднання розмаїтих поверхневих водотоків, що
протікають у більш або менш розмивному руслі, нами і вводиться термін -
русловий потік. Специфічним для руслового потоку є взаємодія потоку та русла”
[29, с.3].
Фактично, думки Веліканова про таку взаємодію є зародком уявлень про
саморегуляцію і самоорганізацію системи. Важливо підкреслити, що для цього він
розвиває, уточнює старі терміни та поняття. Це важливий крок у становленні
теорії. Але введення нових уявлень – це складний, поступовий процес. Не всі
дослідники одразу і однозначно їх сприймають і трактують. Наприклад, у
підручниках з динаміки руслових потоків В.М. Гончарова [48,49] основна увага
приділяється потокам із жорстким руслом та механізмам транспорту часток
наносів. Уявлення гідродинаміки жорстких русел досі домінують в дослідженнях
гідравлічного опору руслових потоків, втілюючись у понятті шорсткості (хоча й
саморегульованої, мінливої).
Постулат про взаємодію потоку та русла став загальноприйнятим і
загальновживаним. Він отримав різноманітні трактовки і розвиток у руслових
дослідженнях. Ось одне з первинних його формулювань та пояснень: „Ця специфічна
для всіх природних руслових потоків ... особливість являє собою діалектичну
єдність двох взаємно діючих факторів – потоку та русла – та саму основу,
механічну сутність руслового процесу як такого.
У звичайній гідродинаміці, чи гідравліці, що досліджують труби, канали,
водозливи та ін., завжди припускається, що форма потоку задана, що вона
незмінна і необхідно лише визначити те швидкісне поле, яке зумовлюється цими
зовнішніми для потоку межами. Тут ми маємо зовсім інше: потік, що протікає в
розмивному руслі, зовсім не зобов’язаний беззаперечно підкорятися його формі...
І якщо форма русла... його не задовольняє, створюючи в ньому, наприклад, зайву
кривизну струменя, або недостатньо плавне розтікання, або, взагалі, таке
швидкісне поле, при якому місцеві втрати енергії будуть занадто великі, - то
потік сам переформовує своє русло, сам змінює форму останнього..
Далі, ця нова форма русла створює нове, притаманне їй швидкісне поле, і весь
процес взаємного виправлення русла потоком та потоку руслом продовжується
невизначено довго, хоча й із затухаючою інтенсивністю. Можна було б довести в
найбільш загальному вигляді, що цей процес і не може ніколи зупинитись, що для
потоку в розмивному руслі не існує кінцевої форми, при якій вплив на русло
повністю припиняється” [28, с.483-484].
У цьому висловлюванні підкреслимо три важливих моменти. По-перше: потік
виступає як активна сторона взаємодії. Більш того, власне процеси перебудови і,
відповідно, самоорганізації пов’язані виключно з ним. По-друге: система прямує
до певних найбільш „економних” станів, певного мінімуму втрат енергії, що
відображено М.Велікановим у відповідному постулаті. (Хоча тут і не
розкривається відносність показників втрат, дисипації). По-третє: зазначається
нескінченність процесу переформувань. Це зауваження, на нашу думку, має два
аспекти – режимний і динамічний. Мінливість водності потоку приводить до певної
(постійної) невідповідності форм русла. Але у найбільш загальному розумінні
гідродинамічні форми і не можуть трактуватись зі статичних позицій. Саме тому
припинення дії потоку на русло неможливе. Можлива тільки стабілізація певних
динамічних форм у відповідних умовах.
Активність потоку надалі розглядали через поняття руслоформуючих витрат води і
фаз активного руслоформування в русловому режимі річок. Фактично це ціла галузь
руслових досліджень. Але це ще не вичерпує дану проблему.
Практично в усіх руслових дослідженнях саморегуляцію системи потік-русло
пов’язують із балансом наносів, транспортуючою здатністю потоку, організацією
транспорту наносів [31, 53, 91, 114, 139, 206]. Самостійність, активність
потоку проявляється лише у характері змін витрат води. Навіть головну функцію
системи (функцію існування) нерозривно ув’язують з транспортом наносів (хоча,
поза всякими сумнівами, основною функцією є пропуск води).
Із сучасних методологічних позицій
- Київ+380960830922