Объединение альтернативных гипотез на формирование русел

A.Н. Кондратьев

Сейчас в науке о русловых процессах конкурируют представления о нескольких основных руслоформирующих факторах; два из них: транспортирующая способность потока [1] и отношение максимума руслоформирующего расхода к отметке поймы [2, 3]. Целесообразно взять лучшее из объяснений руслоформирования обоих этих руслоформирующих факторов.

При рассмотрении каждого из этих руслоформирующих факторов именно этим фактором объясняются фактически одни и те же типы русловых процессов (одни и –те же типы располагаются по каждой из этих руслоформирующих осей). Некоторые типы располагаются на этих отдельных осях удачно, некоторые – нет. Какие типы русловых процессов не объясняются только лишь одним руслоформирующим фактором? Во-первых, изменение транспортирующей способности или расхода наносов не приводит к разработке пойменных проток и образованию пойменной многорукавности; другая причина, а именно – превышение отметки руслоформирующего расхода над уровнем поймы, приводит к разработке пойменных проток. С другой стороны, во-вторых, русловая многорукавность не объясняется относительным положением максимума руслоформирующего расхода и “линии осерёдков”, а логично объясняется перегрузкой русла наносами.

Противоречие заключается в разных определяющих факторах, выделяемых для одних и тех же типов русловых процессов.

В то же время у каждого из этих руслоформирующих факторов есть свои преимущества. Представляется целесообразным объединить, то есть рассмотреть совместно два эти руслоформирующих фактора. Для этого расположим все типы руслового процесса не на одну ось, или все на другую, а сразу на две оси. Получаем двумерную таблицу. По горизонтали отложена степень затопления поймы, по вертикали – относительная транспортирующая способность потока (рис. 1).

Рис. 1. Типы руслового процесса широкопойменных рек, представленные в виде таблицы по определяющим руслоформирующим факторам.

Таким образом, в равнинных широкопойменных реках можно выделить два фактора руслоформирования, каждый из которых является независимым и по-своему определяет тип руслового процесса. Первый из них – относительная транспортирующая способность потока – увеличивается при переходе по такой цепочке типов руслового процесса: русловая многорукавность, ленточногрядовый тип, побочневый процесс, ограниченное меандрирование, свободное меандрирование. Второй фактор руслоформирования: отношение руслоформирующего уровня к отметке поймы. При руслоформирующем уровне, меньшем, чем отметка поймы, имеем ту цепочку типов руслового процессов, которая перечислена выше (в неразветвлённом русле), а при пике большем, чем отметка поймы, имеем те же типы руслового процесса, только в разветвлённом русле.

Стоит обратить внимание, что именно в таком порядке, как в первом столбце, происходит смена этих типов руслового процесса как в классификации Н.Е. Кондратьева и И.В. Попова, так и в классификации Б.Ф. Снищенко [1]. Противоречие в порядке типов между этими классификациями происходит в случае введения в них разветвлённых русел.

Второй столбец начинается типом, который соответствует сочетанию пойменной и русловой многорукавности. По транспортирующей способности он соответствует русловой многорукавности (так же перегружен наносами), а по условиям образования проток соответствует пойменной многорукавности. Такой тип руслового процесса наблюдается на реке Амур у города Хабаровск и противоречит обеим типизациям, в которых русловая многорукавность и пойменная многорукавность разнесены на разные концы классификации.

Рассматриваемая двухфакторная таблица типов руслового процесса (рис. 1) даёт возможность отвечать и на новые вопросы. А именно, прогнозировать изменение типа руслового процесса при изменении руслоформирующих факторов.

Например: 1) При перегрузке потока наносами согласно таблице можно прогнозировать изменение руслового процесса и появление островов. На практике: река Зея в своём низовье, подойдя правым берегом к Белым горам из песчаника, стала их размывать. Поток перегрузился наносами. Тип руслового процесса на десятках километров изменился, извилистое русло выпрямилось, и в нём появилось много островов.

При увеличении же транспортирующей способности согласно таблице можно прогнозировать противоположный процесс: размывы берегов и появление извилистости реки, как, например, произошло на реке Миссисипи при широкомасштабных спрямлениях излучин.

2) При повышении уровня руслоформирующего расхода выше отметки поймы согласно нашей таблице прогнозируем улучшение условий для образования пойменных проток. Например, река Тулва в своём низовье в результате подпора от Воткинского гидроузла изменила свой тип руслового процесса со свободного меандрирования на разветвлённое русло (по типу пойменной многорукавности).

И, наоборот, при снижении руслоформирующего уровня и отмирании второстепенных проток можно прогнозировать постепенное формирование неразветвлённого русла.

Очевидны преимущества этой таблицы в решении практических и научных задач.

Обычно меандрирование разделяется на ограниченное и свободное; на рисунке 1 показано, что это разделение происходит по величине относительной транспортирующей способности потока. Подчёркивая такой истинный генезис различных типов меандрирования, возможно, следовало было бы назвать их по иному, например, развитое и неразвитое меандрирование. Дополнительно необходимо подразделять разные виды меандрирования по степени проявления ограничивающих условий. В случае если большой дисбаланс между поступлением наносов и транспортирующей способностью потока происходит в реке, протекающей в узкой долине, и реке следовало бы развиваться по типу свободного меандрирования, русло сможет развиваться в этом случае лишь по типу в самом деле ограниченного меандрирования. Но важно то, что эта же самая река в случае меньшего превышения транспортирующей способности над поступлением наносов изменится так, чтобы по достижении равновесного состояния деформации проходили не по схеме свободного меандрирования, а по схеме ограниченного меандрирования даже в том случае, если пойма будет широкая, и в ней, вроде бы, могло развиваться свободное меандрирования.

Это заключение даёт нам возможность ответить на вопрос: может ли существовать ограниченное меандрирование без ограничивающих условий? Ответ: да. Так же, как и может существовать прямое русло без ограничивающих факторов (рис. 2).

Рис. 2. Виды меандрирования в зависимости от определяющих факторов.

Буквами на рисунке 2 обозначено:

А – “неразвитое” меандрирование в узкой долине, на узкой пойме (которое можно назвать “ограниченное”, ограничение есть, но не оно определяет тип).

Б – “неразвитое” меандрирование в широкой долине, на широкой пойме (ничем не ограничено).

В – “потенциально свободное” меандрирование в узкой долине (вот это действительно настоящее ограниченное меандрирование – ограничение есть, и оно действует).

Г – свободное (“развитое”) меандрирование в широкой долине (это настоящее свободное меандрирование).

Получается, что двух терминов (ограниченное, свободное) для характеристики меандрирования как процесса не достаточно. В гидроморфологической теории подразумеваются только варианты под буквами В и Г. Можно предположить, что следует использовать двойную классификацию: 1) по степени ограничения – ограниченное или свободное меандрирование и 2) по генетической причине – например, “развитое” и “неразвитое”.

Вывод: Ограничивающие условия – это третий независимый руслоформирующий фактор. Одновременно нельзя ограничиваться только отношением ширины поймы к ширине русла как единственным определяющим фактором для всех типов руслового процесса. В широких долинах на широких поймах могут быть не только извилистые реки, но и прямые, и разветвлённые.

Рассмотрим таблицу морфодинамических типов русловых процессов, предложенную Р.С. Чаловым [3]. Очень важно, что она является таблицей, то есть, – имеет две размерности. Значит, размещённые в ней типы русел обусловлены двумя руслоформирующими факторами.

Вертикальная ось представляет собой ограничивающее условие, и именно – отношение ширины поймы к ширине русла. Действительно, в широком русле может быть и прямое, и извилистое, и многорукавное русло. На горизонтальной оси расположены извилистые, прямые неразветвлённые русла и русловая многорукавность. На рисунке 1 показано, что определяющим фактором для такого ряда типов является относительная транспортирующая способность потока.

В этой таблице типы расположены по двум руслоформирующим факторам:

1 – относительная транспортирующая способность и

2 – ограничивающие условия.

Следующий шаг – объединить не два, а сразу три руслоформирующих фактора:

1 – относительная транспортирующая способность;

2 – относительное затопление поймы;

3 – относительная ширина поймы.

На плоскости затруднительно отобразить получающийся куб типов руслового процесса по этим трём руслоформирующим факторам. На рисунке 1 представлена двухфакторная таблица, которая является проекцией трёхмерного куба руслоформирующих факторов на две оси:

1 – относительная транспортирующая способность;

2 – относительное затопление поймы;

а двухфакторная таблица Р.С. Чалова [3] – это проекция того же трёхмерного куба на плоскость с двумя другими руслоформирующими факторами:

1 – относительная транспортирующая способность;

3 – относительная ширина поймы.

Приём объединения альтернативных гипотез плодотворен. Он позволяет взять лучшее из каждой гипотезы и лишает каждую из отдельных гипотез присущих им недостатков. Применение такого объединения гипотез на проблему формирования типов русловых процессов даёт возможность прогнозировать изменения типов русловых процессов при изменении нескольких независимых руслоформирующих факторов.

Список литературы

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

Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в её бассейне. - М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 346 с.

Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. Русловые процессы. - М.: МГУ, 1988. - 264 с.