Рис. 9. Распределение поверхностных скоростей течения в плане: / – симметричное русло; 11 – несимметричное русло. 1 – бровка правого берега; 2 – бровка левого берега; 3 – правый урез воды; 4 – левый урез воды; 5 – распределение скоростей течения в плане
Таким образом, наибольшая скорость течения в прямых ; русла находится в середине симметричного русла, а в криволинейных участках – ближе к вогнутому берегу.
Если на отрезке реки, состоящем из криволинейных и прямых участков, мысленно сделать некоторое количество живых сечений, а точки максимальных скоростей течения каждого живого сечения соединить линией, то получим ось динамического потока -стрежень, который близко подходит к вогнутости берегов (если они вогнуты) и идет посередине в прямых участках.
Умение распознать направление и линию стрежня очень важно для судоводителя любого судна.
В живом сечении изгибов русла под действием центробежной силы внутреннее течение направлено по наклонному дну к мелкому выпуклому берегу, а на поверхности течения – к вогнутому глубокому берегу (рис. 10). Поэтому лед в половодье и течение постоянно размывают вогнутые берега, течение увлекает наносы к выпуклым берегам, где они и оседают. Кроме того, внутреннее течение влияет на повышение уровня воды у вогнутого берега.
Внутреннее течение смежных живых сечений на изгибах русла реки образует винтообразное течение в потоке, направленное к яру, поверхностное течение которого называется прижимным течением. Оно сносит судно с курса в сторону вогнутого берега.
Рис. 10. Внутреннее течение на изгибе русла: 1 – направление течения на поверхности – прижимное течение; 2 – направление течения на дне – донное течение
При переходе от кривизны одного направления к другой (обращенной в другую сторону) винтообразное течение в изгибе
Русла меняет направление. На прямолинейном участке соединяющем эти два изгиба, винтообразное течение сначала рассеивается, а затем при новом изгибе снова сходится.
К неправильностям течения относятся майданы, суводи, толчеи, свальные течения, тиховоды.
Рис. 11. Майданы: I – над подводным препятствием; II – при слиянии потоков
Рис. 12. Суводь
Майданом называется беспорядочное возмущенное течение на поверхности воды, возникающее от подводного препятствия, нарушающего нормальное донное течение воды в русле. Таким подводным препятствием может быть камень-одинец, карча, затонувшее судно. Майдан обычно образуется несколько ниже подводного препятствия, так как вызванное им возмущение сносится течением. Майдан может быть и в месте столкновения течений двух рек (рис. 11).
Суводью называется вращательное движение воды (водоворот) за подводным или надводным выступом в яру или рынком гор. У левого берега вода в суводи вращается против часовой стрелки, у правого – наоборот.
В таком водовороте-суводи две водные струи часто сильно различаются по скорости или направлению течения (рис. 12). Вдоль вертикальной поверхности Р, направленной по течению и разделяющей эти струи, появляются завихрения (воронки), в центре которых вращающаяся вода силой направляется ко дну реки. Частицы воды, спускающиеся в глубину, задерживаются речным дном. Отсюда они могут двигаться только в направлении наименьшего сопротивления, т. е. в сторону струи с меньшей скоростью. Вследствие этого водовороты размывают речное дно и могут вырыть в нем ямы глубиной 20 м и более.
Суводи образуются также у различных гидротехнических сооружений: устоев мостов, плотин, дамб и т. д. Особенно много больших суводей с сильным вращательным движением воды бывает во время половодья.
Толчея – скопление беспорядочных коротких и довольно высоких волн, находящихся все время на одном месте. Причина образования толчеи – отражение волн от берегов, причалов, в местах большого движения судов. В устьях рек толчея возникает от перебоя поверхностного течения встречным ветром с моря.
Свальное (косое) течение – поперечное или направленное под углом отклонение течения или его части от своего нормального положения в реке по стрежню. Свальное течение бывает на перекатах, когда направление слива воды не совпадает с корытом переката у мостов, дамб, в порожистых местах и т. п.
Разновидностью свального течения следует считать затяжное течение, направленное из главного русла в сторону прорана или воложки.
Тиховоды – участки рек со слабым течением, а иногда и вовсе без него; образуются за отлогими наносами; характерны для выпуклых берегов. Границы тиховодов различают по пенящейся полоске воды.
§ 8. БЕРЕГА И ОБРАЗОВАНИЯ В РУСЛЕ
Пойменный вогнутый берег, обрывистый из-за постоянного подмыва его прижимным течением, называется яром. У яра глубина всегда больше, чем у противоположного выпуклого берега. Это дает возможность судоводителям проводить транспортные суда с большой осадкой по яру, т. е. около вогнутого берега. Яр начинается (и кончается) в том месте, где вогнутый берег переходит в прямой участок реки или в выпуклый берег. Начало яра называется верхним плечом яра, а окончание, находящееся ниже по течению, – нижним плечом.
Рис. 13. Нечистый яр: 1 – яр; 2 – бровка яра; 3 – урез воды; 4 – свалившееся дерево; 5 – подводная печина
Линия перехода поверхности земли в обрывистый берег называется бровкой яра (рис. 18). В яру могут быть препятствия для судоходства, которые уменьшают гарантированную глубину. К таким препятствиям относится печина – трудно поддающаяся размыву часть породы (обычно глина), которая вдается в русло. Возле печины, как вообще у яра, быстрое течение и большая глубина. Печина может быть надводной и подводной. Выше печины создается подпор воды, а ниже-круговорот (суводь). По суводи судят о месте нахождения подводной печины.
Если на берегу у яра находится лес, значит, в воде могут быть карчи, образуемые от падения в воду деревьев и пней в результате разрушения подмываемого берега.
Серьезными препятствиями для судоходства, которые почти невозможно определить по внешним признакам рельефа местности и потока, являются палица и побочень.
Палицей называют горизонтальную площадку из неразмываемого грунта в яру под водой. Местонахождение палицы должно быть известно судоводителю, на ней меняется горизонт воды.
Побочни – наносы песка у яра – образуются от слива воды во время половодья из затопленной поймы в коренное русло через яр. По образовавшейся в берегах выемке от слива воды из поймы можно определить место нахождения побочня сразу же после его образования. Побочней особенно много в ярах после половодья, когда река входит в свои берега. Чаще всего побочни размываются совсем или частично водой меженного русла. На шлюзованной реке побочни размываются медленнее, чем на свободной. Как правило, ниже суводей из-за ослабления течения откладываются наносы, т. е. образуются небольшие побочни.
Нечистым яром называется яр, возле которого у берега имеются различные подводные и надводные препятствия для судоходства: печины, палицы, карчи, побочни, одинцы и т. д. Движение судов возле такого берега опасно.
Если у яра нет никаких препятствий для судоходства, его называют чистым яром.
Наносы в речном потоке под действием течения перемещаются по прямой, проходящей через выпуклые берега на изгиб ax русла и по всей ширине русла на относительно прямых участках (рис. 14).
Рис. 14. Перемещение наносов в речном русле и образование перекатов (1, 2, 3) и плесов
У выпуклых берегов, где течение замедленно, откладываются наносы. Значительное отложение наносов образует низкий отлогий песчаный берег без растительности, называемый песком. Форма песка обычно соответствует очертанию противоположного яра.
Рис. 15. Коса
Основным видом отложения наносов песка является коса (рис. 15), которая имеет значительные размеры, треугольную форму, основанием примыкает к выпуклому берегу и вершиной постепенно переходит из надводного состояния в подводное. Коса незначительных размеров, примыкающая к косе или непосредственно к выпуклому берегу, называется закоском. Подводная коса больших размеров, вдающаяся далеко в русло реки, называется заманихой. Песок или коса под действием течения могут быть сильно размыты и стать обрывистыми около «верховой» (верхней) по течению части, ввиду чего здесь обычно по глубокому месту проходит фарватер. Такой песок или косу называют обрезным и. Группа подводных кос, незначительных по своим размерам, называется застругами. Заструги примыкают к косам, закоскам и могут располагаться отдельно в русле.
Затониной называется небольшой залив в реке за косой. Наносные образования выпуклого берега, косы, закоски и т. д. ввиду постоянной работы потока изменяют свои размеры, подвергаются размыву или, наоборот, увеличиваются.
Кроме наносов возле выпуклого берега и побочней в яру, в русле реки имеются и другие наносные образования, окруженные водой, как подводные, так и надводные. К ним относятся осередки, острова, высыпки, шалыги.
Осередком называется надводная отмель, окруженная со всех сторон водой и не имеющая никакой растительности.
Рис . 16. Судно на мели, на перекате
От размыва подводной части косы может образоваться и подводный осередок; он может возникнуть также ниже мыса стрелки, образующейся от слияния двух рек, в тиховоде, за рынком гор, на шалыге и различных подводных препятствиях. Осередки ограничивают ширину судового хода, изменяют направление течения воды.
Островом называется надводный осередок, имеющий растительность. Остров может образоваться из осередка, поймы, за счет спрямления излучины, разделения русла на два рукава, образования прорана – узкого рукава, делящего остров на два отдельных острова. Верхняя по течению часть острова и осередка, размываемая течением, называется приверхом, нижняя часть, где откладываются наносы, – ухвостьем.