РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ ПРОЦЕСІВ РУСЛОФОРМУВАННЯ РІВНИННИХ РІЧОК
2.1. Види та оцінка руслових деформацій
Всі природні водотоки протікають в руслах, які зазнають безперервних змін. Процес їх переформування відбувається в результаті постійної взаємодії потоку і русла. Так русло впливає на швидкісне поле потоку, яке, в свою чергу, здійснює вплив на формування русла. При цьому потік переносить у вигляді наносів частки грунту, які потрапляють до нього за рахунок ерозії водозборів та розмиву русла і заплави.
Як зазначалося вище, сукупність явищ, що виникають при взаємодії потоку та грунтів і визначають розмиви русел, транспорт та акумуляцію наносів, називають русловими процесами.
Невід'ємною складовою руслових процесiв є русловi деформацiї, які являють собою безперервне переформування русла пiд дiєю текучої води [179]. Вiдрiзняючись за своїм характером, спрямованістю i темпами, вони є найбiльш показовим проявом руслових процесiв, неоднаковим при рiзних співвідношеннях природних i антропогенних факторів.
Руслові деформації розвиваються вільно, коли опір грунтів до розмиву менший або рівний швидкості течії в прибережній та придонній зонах потоку [4, 180]. Такі умови виникають тоді, коли річки дренують територію, що складена на глибину, яка перевищує амплітуду рельєфу, легкорозмивними породами (Полісся, Придніпровська, Причорноморська низовини ).
Обмежені умови розвитку руслових деформацій спостерігаються тоді, коли опір підстеляючих порід більший, ніж розмиваюча здатність потоку. До регіонів з такими умовами відноситься область поширення кристалічних порід Українського кристалічного щита, Подільська височина.
В залежності від розвитку руслових процесів відносно напрямку сили тяжіння виділяється два види руслових деформацій [181-182]:
1) вертикальні, що викликають трансформацію поздовжнього профілю річки (врізання чи акумуляція) і зміну відміток дна русла;
2) горизонтальні, пов'язані з переміщеннями русла в плані та розмивами берегів.
М.І.Маккавеєв та Р.С.Чалов виділяють ще третій вид деформацій - рух алювіальних гряд, що обумовлює формування кіс, перекатів та відмілин [8].
У часовому розрізі для певного створу деформації можна поділити на направлені, періодичні та текучі (пульсаційні). За напрямком поширення відносно течії потоку вони можуть бути регресивними і трансгресивними [181].
2.1.1. Вертикальні руслові деформації
Вертикальні руслові деформації пов`язані із процесами автоматичного вирівнювання транспортуючої здатності потоку і визначаються коливанням базису ерозії, кліматичними змінами, тектонічними рухами. Вони обумовлені трансформацією питомої енергії живого перерізу потоку і втратами напору, що викликаються затратами енергії на рух води. Вертикальні деформації впливають на зміну характеру горизонтальних деформацій і проявляються в трансформації форм руслового рельєфу та особливостях їх динаміки. В природних умовах вертикальні деформації є відчутними тільки впродовж значного часу, який охоплює історичні і навіть геологічні періоди. Швидкість глибинної ерозії при цьому тільки при впливі антропогенних чинників складає декілька сантиметрів за рік, а в природних умовах може вимірюватись міліметрами і долями міліметрів [105]. Але вони складають загальний фон прояву інших видів руслових деформацій. М.І.Кондратьєв назвав цей вид деформацій незворотними [125]. Кінцевим результатом загальних вертикальних деформацій є річкові долини з їх терасами та алювіальними товщами, чи акумулятивні алювіальні долини. Разом з тим, їх формування супроводжується місцевими періодичними (знакозмінними) трансформаціями поздовжнього профілю, які обумовлені еволюцією форм русла. Наприклад, утворення звивин тягне за собою подовження русла, що спричиняє збільшення втрат енергії потоку, і, як результат, превалювання акумуляції наносів у руслі. І навпаки, спрямлення звивини призводить до збільшення кінетичної енергії потоку, що, в свою чергу, сприяє місцевим врізанням русла.
Серед методів визначення спрямованості вертикальних руслових деформацій найбільш достовірними є на думку М.І.Маккавеєва і Р.С.Чалова [8], гідрологічні, себто аналіз кривих витрат, аналіз кривих відповідних рівнів води, розрахунки балансу наносів за багаторічний період. Найбільше практичне застосування з огляду на оцінку вертикальних руслових деформацій отримали криві Q = f (H), тобто зв'язок рівнів і витрат води (криві витрат) [8,153]. Зміщення кривих на графіках зв'язку вгору або вниз дозволяє говорити про накопичення річкового алювію (акумуляцію) або про розмив русла (ерозію). Зміна рівня при одній і тій же витраті свідчить про інтенсивність прояву акумуляції або глибинної ерозії на конкретному створі річки.
З метою виявлення інтенсивності і спрямованості вертикальних деформацій для річок України нами були вибрані 52 гідрологічні пости, що розміщені на 37 рівнинних річках. Для вказаних створів за період з 1960 по 1997 рік були побудовані криві витрат за виміряними значеннями витрат і рівнів води. В середньому це становило 6-7 кривих для створу (в загальному випадку було побудовано біля 350 кривих). Однією з головних умов при цих побудовах була часова відповідність періоду спостережень і охоплення вказаними дослідженнями басейнів всіх головних річок України. Криві були побудовані за окремі роки в середньому через кожні 5-6, що дозволило провести кількісну оцінку їх динаміки в просторово-часовому зрізі. Визначення основних параметрів змін рівнів води проводилось в межах руслових брівок до виходу води на поверхню заплав (рис. 2.1, рис.2.2). Виключення з аналізу заплавної складової руслових процесів дозволило більш об'єктивно виконати оцінку руслової ситуації стосовно вертикальних деформацій. Поверхня заплави з її вкрай неоднорідною шорсткістю, шириною, висотою затоплення, гідравлічними умовами (швидкості і витрати заплавного потоку, похили, площі поперечного перерізу та ін.), ступенем інтенсивності господарської