Типизация русел и русловых процессов горных рек

  УДК 627.141.1: 627.15: 556.537(012)
     Крыленко И.В., Крыленко В.И.
О  ТИПИЗАЦИИ  РУСЕЛ  И  РУСЛОВЫХ  ПРОЦЕССОВ
ГОРНЫХ  РЕК
Донецк 2006  УКРАИНА  ООО  <ЭКОТЕХНОЛОГИЯ>


В середине ХХ века развитие географического направления учения о русловых
процессах привело к необходимости обобщения обширных региональных материалов
путем отображения руслоформирующей деятельности рек на значительных террито-
риях. К этому времени, начиная с ХIХ века, уже была разработана методика морфо-
логической съемки русел и пойм, а также методика картографирования речных ру-
сел, приемлемые как к реке в целом, так и для отдельных участков реки.
Один из основоположников учения о русловых процессах В.М.Лохтин [1] под-
черкивал, что всякая река, ее характер, своеобразие и гидравлические факторы об-
разуются сочетанием трех основных, друг от друга не зависимых элементов природы:
1) многоводности, определяемой атмосферными и почвенными условиями выпа-
дения и стока осадков в реку;
2) крутизны, обуславливаемой рельефом местности, пересекаемой рекой;
3) размываемости ложа реки, соответствующей свойствам слоев земли, прорезае-
мых течением реки; все остальные являются лишь местными проявлениями взаим-
ного сочетания этих трех основных элементов.
Они были учтены в одной из первых классификаций горных рек, предложенной
М.М.Гришаниным (1939) [2], где в качестве классификационных признаков приняты
рельеф водосборного бассейна, условия питания, продольный уклон, работа эрозии.
Горные реки разделены на 3 класса:
1) горные потоки: площадь водосбора F от нескольких гектар до 50 км2, уклон
J>01, режим течения всегда бурный, средний годовой расход Q < 5 м3/с, состав дон-
ных наносов: камни, глыбы, обломки скал весом более 2т;
2) горные речки: площадь водосбора F = 50 -800 км2, режим течения преимущест-
венно бурный, средний годовой расход воды 5-50 м3/с, состав донных наносов: галь-
ка, камни, весом  более 80 кг, продольный уклон J=0,1-0,01;
3) горные реки: площадь водосбора F более 800 км2, режим течения преимущест-
венно спокойный, в паводок иногда бурный, средний годовой расход воды 50 -500
м3/с, состав донных наносов: крупный песок, гравий, галька, камни, весом более 16
кг, продольный уклон J=0,01-0,001.
Горные потоки делят на несколько типов:
а) первичные русла, борозды, промоины или рытвины, представляющие собой
очень короткие, обычно сухие русла, действующие лишь при очень сильных дождях и
подвергающиеся при этом сильной эрозии; при дальнейшем развитии могут превра-
титься в горные ручьи и потоки;
б) горные ручьи - более длинные русла, обычно постоянно действующие, площадь
водосбора - несколько км2; по размерам эрозионной деятельности ручьи в свою оче-
редь делятся на обычные горные ручьи (А) и бурные или дикие горные ручьи (Б);
в) собственно горные потоки, представляющие собой результат слияния несколь-
ких горных ручьев.
Классификация М.М.Гришанина довольно полно отражает многообразие гор-
ных рек, но она имеет описательный характер и не затрагивает закономерностей ру-
словых процессов на горных реках.
Учитывая, что на русловые процессы, помимо природных факторов, во все
большей степени стали воздействовать антропогенные факторы, и исходя из условий
хозяйственного использования водных ресурсов горных рек, ряд авторов
(М.С.Рамазан, 1960 [3]; С.Т.Алтунин, 1962 [4]; К.Ф.Артамонов, 1963 [5]) предложили
<гидротехнические> классификации горных рек по морфометрическим признакам и
по характеру водохозяйственного использования, разделив реки Киргизии на 3 уча-
стка: 1) верхний (или горный) - от истоков до выхода реки из ущелья; 2) средний (или
предгорный)- от начала конуса выноса отложений речных наносов до зоны выклини-
вания подрусловых вод; 3) нижний (или долинный) - от зоны выклинивания подру-
словых вод до устья (то есть до впадения реки в следующую водную артерию).
Горный и предгорный участки рек разделены на три группы, в зависимости от
длины водотока, среднего уклона, размера донных отложений, числа Фруда (Fr) и
пойменности. С.Т.Алтунин (1962) [4] предложил выделять на каждой реке 5 участков:
высокогорный, горный, предгорный, среднее и нижнее течение, причем каждому уча-
стку соответствуют численные значения критерия Fr, коэффициента В.М.Лохтина и
др. параметров (зависящих от расхода воды, ширины и глубины реки при руслофор-
мирующем расходе воды, продольного уклона и скорости течения), определяемых по
формулам (1)-(3):
         Bm/h=K                (1)
         A = B*J0,2/QФ0,5                (2)
         Fr = х*v2/(g*hм) 0,5,                (3)
где B - ширина реки, м;
h - средняя глубина при руслоформирующем расходе воды, м;
K - переменная величина (К=3 для участков с неразмываемыми и трудноразмы-
ваемыми берегами; К=8-12 для участков аллювиальных и устойчивых в плане русел;
К=16=20 для участков реки с легкоразмываемыми берегами);
m - показатель степени влияния ширины реки;
A - параметр, характеризующий поперечный профиль русла;
QФ - руслоформирующий расход воды, м3/с;
J - продольный уклон в долях единицы;
v - средняя скорость течения, м/с;
hм - глубина при максимальном расходе воды;
х - коэффициент равномерности распределения скорости по сечению.
Для высокогорных участков характерно протекание воды с уклонами русла выше
критических. На одном участке может быть два профиля:
а) при размываемом дне и неразмываемых берегах;
б) при размываемом дне и размываемых берегах.
Ниже в табл. 1 приведена гидротехническая классификация устойчивых участков рек
для руслоформирующих расходов обеспеченностью 3-13%.
Таблица 1
Участок
реки
Число
Фруда
Fr
Число
Лох-
тина
Параметр русла
А в формуле (2)
Показатель сте-
пени m при К=1
Условия протека-
ния/структура русла



Профиль
Профиль




а
б
а
б

Высоко-
горный
Более
1
10
0,5
0,75
-
1
Бурное/обломки
скал, булыги
Горный
1-0,5
7
0,75
0,9
1
0,8
Скорость, уклон
близки критич
/булыжник, галька
Предгор-
ный-выход
реки из гор
0,5-0,2
6
0,9
1
0,8
0,75
Спокойное/галька,
гравий, песок
Основываясь на понятии устойчивости рек, С.Т.Алтунин (1962) [4] и др. авторы
классифицировали русла рек по степени их размываемости (то есть, по интенсивно-
сти русловых деформаций), объединив в одних группах горные и равнинные реки.
К.Ф.Артамонов (1963) [5] подразделил малые горные реки на три подгруппы, в
зависимости от средних многолетних расходов воды (малые - менее 30 м3/с; средние -
30-100 м3/с; большие - более 100 м3/с), при этом малые реки подразделены на три под-
группы, в зависимости от величины водности, уклона, кинематичности, шероховато-
сти, смоченного периметра (см. табл. 2).
Таблица 2
Подгруппа ма-
лой горной реки
Средний многолет-
ний расход воды м3/с
Смочен-
ный пери-
метр, м
Уклон вод-
ной поверх-
ности
Коэффици-
ент шерохо-
ватости
Средний ко-
эф. кине-
тичности
1
менее 4
6-11
0,01-0,045
0,04-0,14
0,4-0,7
2
4-10
8-19
0,01-0,034
0,3-0,6
0,15-0,6
3
10-30
10-35
0,006-0,015
0,03-0,08
0,3-0,5
Рассмотренные выше классификации типизируют реки с небольшими (не более
0,045) уклонами, не раскрывают сущности русловых процессов и решают задачи их
использования.
М.С.Гагошидзе (1970) [6] на основе подхода М.М.Гришанина разработал клас-
сификацию горных рек Закавказья, уделив большое внимание селевой деятельности.
Все горные реки разделены на три класса: реки, речки и потоки. Бассейны горных
потоков, где формируются сели, названы селевыми бассейнами, а где не формируют-
ся - водными бассейнами. Бассейны горных потоков подразделены на простые (со
слабо расчлененной гидрографической сетью, с одним основным водотоком) и слож-
ные (состоящие из нескольких простых водотоков). Ниже в таблице 3 приведена ха-
рактеристика рек, речек и потоков [6].
Таблица 3
Класс реки
Площадь
водосбо-
ра, км2
Длина по
тальвегу,
км
Уклон
Среднегодо-
вой расход
воды, м3/с
Состав донных отложений
равнинные
реки
более
600



Крупный песок, гравий,
галька, камни весом до 15кг
горные реки
более
600



То же, камни весом до 50кг
горные речки
водные
100-600


3-15
Галька, камни весом до
80кг
горные речки
селевые
100-300

0,01-
0,1
3-15
Сели выносят обломки скал ве-
сом до 15-20т, редко до 50т
горные пото-
ки сложные:
водные и се-
левые
50-250
менее 30
более
0,1
менее 10
Паводки выносят отдельные
камни и обломки скал весом до
0,5т, редко - до 50т
горные пото-
ки простые
(водные и се-
левые)
От не-
скольких
га до 50
км2
Менее 10
Более
0,2
Менее 2
Паводки выносят камни и об-
ломки скал весом до 0,5т. В селе-
вых бассейнах сели выносят об-
ломки скал до 15-20т, редко -до
100т
Поскольку русловые процессы осуществляются в системе <русло-поток>, где
русло является более пассивной стороной (то есть формой), а поток - более активной
(то есть содержанием, движущей силой процесса), при их классификации выделились
два подхода - морфологический (типизация русел) и кинетический (типизация
русловых процессов). Сторонниками первого подхода, особенно после появления (на
основе изучения равнинных рек) <гидроморфологической теории русловых
процессов>, были ее разработчики - И.В.Попов (1969) и Н.И.Кондратьев с соавт.
(1980; 1982) [7]. Они определяли зависимость русловых процессов от трех незави-
симых факторов: стока воды, стока наносов и так называемого <ограничивающего
фактора>, то есть геолого-геоморфологических условий формирования русел
(В.И.Антроповский, 1970) [8]. Они ввели понятие <тип руслового процесса>, под
которым подразумевали различия в изменении морфологического облика русла в
ходе русловых деформаций. Переход от одного типа к другому определяется
критериальными зависимостями, а собственно русловые процессы оказались по сути
неучтенными. Многие исследователи стали применять эту типизацию (ГГИ) и для
русел горных рек. Учитывая, что она разработана для равнинных рек,
З.Д.Копалиани и B.C.Цхададзе (1970-1972) [9] при проведении типизации горно-
предгорных рек Грузии несколько изменили ее, приспособив для горных рек, и
отведя важную роль <ограничивающему фактору>, учитывающему сложную
геоморфологическую обстановку горных рек. Они выделили в горно-предгорной
части три типа русел:
1) участки с преобладающим влиянием <ограничивающего фактора>;
2) осередковый или побочневый тип (русловое блуждание);
3) горная пойменная многорукавность (пойменное или долинное блуждание).
Участки русел с преобладающим влиянием <ограничивающего фактора> распро-
странены повсеместно в верхних звеньях горной гидрографической сети. <Ограничи-
вающий фактор> здесь полностью определяет характер русловых процессов. На та-
ких участках пойма отсутствует, много порогов и водопадов. Уклоны дна долины и
относительная гладкость потока в паводок колеблются в пределах соответственно
0,1-0,01 и 0,1-15. Транспорт донных наносов бесструктурный, то есть, осуществляется
без группировки в подвижные скопления-гряды.
Горно-пойменная многорукавность наблюдается в расширениях речных долин
и при окончательном выходе реки из гор. Для нее характерна слабая степень прояв-
ления ограничивающего фактора. Горная многорукавность отличается от равнинной
поймы большими уклонами, большой крупностью донных отложений и гораздо
большей неустойчивостью русла, а от участков с проявлением ограничивающего
фактора она отличается переходом от бесструктурного транспорта наносов к элемен-
там структурности (грядам) в отдельных рукавах. Осередковый и побочневый типы
русла чаще всего проявляются вместе и являются наиболее распространенным ти-
пом в среднем и нижнем течении горных рек; ограничивающий фактор проявляется
в меньшей степени или отсутствует вообще. Д.В.Снищенко с соавт. (1978-83) [10; 11]
для рек Забайкалья выделили дополнительно горную склоновую многорукавность и
горную русловую многорукавность.
Типизация русел горных рек на основе <гидроморфологической теории> учи-
тывает только плановые деформации речных русел и может применяться на горных
реках со значительными площадями водосборов и малыми уклонами.
Следует отметить, что большинство авторов - сторонников морфологического
подхода лишь описывали частные морфологические особенности отдельных участ-
ков горных рек, либо пытались применять к горным рекам закономерности, выяв-
ленные для равнинных рек, путем ввода в них некоторых корректив, в связи с чем
специфика руслового режима горных рек и главные особенности их переформирова-
ния, связанные с формами транспорта наносов, оказывались не учтенными в клас-
сификационных признаках.
Второй - кинетический подход, с делением рек на равнинные, полугорные и
горные был обоснован Н. И.Маккавеевым (1955) [12] и С.Т.Алтуниным (1962) [4].
Из всех классификаций горных рек по типам русловых процессов наиболее
обоснованной можно считать классификацию В.Ф.Талмазы-А.Н.Крошкина (1968,
1970) [13; 14], разработанную на примере рек Киргизии, а также классификацию
Р.С.Чалова, (1979-80) [2], [15], разработанную на примере рек Закавказья и позже ап-
робированную и распространенную (с некоторыми уточнениями и добавлениями) на
реки других горных регионов.
И.Н.Павлов (1994) [16] для рек Крыма применил классификацию Р.С.Чалова
(1979), дополнив ее блоком антропогенно измененных русел, что отвечает региональ-
ным особенностям проявления русловых процессов. В итоге он классифицировал
русла рек Крыма по таким признакам:
I - по типам русловых процессов (то есть по условиям взаимодействия потока и
русла, формам транспорта наносов, условиям их формирования, величине уклонов и
кинематике потока), выделив среди горных рек скальные и селевые русла и горные
ручьи, отличающиеся невыработанностью русла, небольшими уклонами и очень ма-
лой водоносностью;
II - по типам русел (среди русел горных рек выделены русла с развитыми аллюви-
альными формами (РАФ), с неразвитыми аллювиальными формами (НАФ) и поро-
жисто-водопадные ПВ);
III - по геолого-геоморфологическим условиям: врезанные, адаптированные и ши-
рокопойменные русла;
IV - по морфологии (форме русла в плане) и горизонтальным русловым деформа-
циям: прямолинейные, извилистые, разветвленные и их разновидности;
V - по форме руслового рельефа;
VI - по устойчивости русел;
VII - по видам и формам антропогенной измененности русел рек:
1) обвалованные русла возникли в результате строительства дамб обвалования; в
них ограничены искусственно горизонтальные деформации, но сохранилась грядо-
вая форма движения наносов;
2) обвалованные и перепрофилированные русла; в них полностью уничтожен ру-
словой рельеф, а по мере образования гряд регулярно проводится расчистка от нано-
сов;
3) канализированные русла - им придали форму канала и полностью ликвидиро-
вали русловые формы и гряды;
4) зарастающие, заиливающиеся русла возникают как следствие изъятия стока,
оплывания берегов и заполнения склоновым материалом, а также эрозии почв на
сельскохозяйственных землях; иногда они возникают в результате избыточного по-
ступления наносов в русловую сеть;
5) запаханные русла связаны с распахиванием пересыхающих русел в выположен-
ных днищах долин или понижений местности, которые служили тальвегом для вре-
менных водотоков, возникающих во влажный период; в результате русло исчезает,
атмосферные осадки фильтруются в почву;
6) забетонированные русла - бетонные лотки V -образного или ящикообразного про-
филя, в которых полностью прекращены горизонтальные и вертикальные деформа-
ции, но поступающий аллювий может накапливаться на дне таких лотков в форме
гряд.
В ходе обобщения материалов многолетних исследований на реках различных
регионов в МГУ под руководством Р.С.Чалова (1979-1993гг.) были разработаны
принципиально новые подходы картографирования русловых процессов [2], [15], [17-
22]. На основе этих принципов автором данной рукописи совместно с
С.К.Хакимовым, при участии сотрудников и студентов кафедры гидрологии суши
МГУ была разработана карта русловых процессов горных рек Западного Тянь-Шаня
с рядом дополнительных и вспомогательных карт [23]. При их разработке по клас-
сификации и выделению морфодинамических типов русел (линейная форма), а также
по районированию по условиям формирования речных русел (пространственная
форма); кроме того, выделены типы русел и русловых процессов, определяемые ки-
нематикой потока и формой транспорта наносов.
При выделении характерных участков горных рек большое распространение
получили общие схемы, качественно выделяющие различные типы русел. Как следу-
ет из аналитического обзора публикаций, их авторы при выборе подхода для анали-
за, при типизации и географическом районировании горных рек (по типам русел, по
типам русловых процессов, по условиям формирования и формам проявления ру-
словых процессов) в роли классификационных признаков использовали морфологи-
ческие характеристики участков русел и их долин, особенности их местоположения,
высотное положение участка русла и его водосбора, порядок реки, ее длину, площадь
водосбора, строение долины, плановые формы русла; продольные уклоны, показате-
ли водного режима (средний и руслоформирующий расходы воды, гидравлический
режим потока), характер грунта и транспорта наносов, степень устойчивости русла,
развитие пойм, подверженность селевой деятельности и др. Большое количество ха-
рактеризующих признаков позволяет (при наличии исходных данных) достаточно
подробно описать русловую деятельность горных рек. Практическое применение
общих классификаций (особенно в целях прогноза) затруднено из-за субъективизма в
выборе определяющих параметров и характерных значений. Кроме того, такая типи-
зация часто характеризует только внешний облик рек, без учета механизма форми-
рования их русел. Принимали и принимают попытки классифицировать русловую
деятельность горных рек на основе гидроморфологических зависимостей между ха-
рактеристиками русла и потоков: расходы воды, глубина, ширина и скорости тече-
ния, уклон, формы и размеры его продольных и поперечных сечений, крупность
(размер частиц) наносов и др. Такой подход более обоснован физически и теперь ос-
новные применяемые схемы типизации в той или иной степени основаны на различ-
ных критериальных зависимостях. Для рек равнинных районов подобное выделение
типов русла при проведении практических исследований дает более-менее приемле-
мые результаты. В горах же, однако, набора типов, выделяемых для равнинных рек,
становится недостаточно для адекватного отображения имеющегося разнообразия
русел и происходящих в них процессов. Прогнозы развития рек на основе гидромор-
фологических зависимостей также имеют ограниченную область применения. Обу-
словлено это намного большей, чем на равнинных реках, зависимостью развития ру-
сел от многочисленных внешних (по отношению к потоку) факторов, учесть влияние
которых очень сложно. Рассмотрим три классификационные схемы типов горных
рек и русловых процессов на них, наиболее широко применявшихся в нашей стране
при изучении горных рек.
I. Классификация ГГИ ("гидроморфологическая"). В ней выделены 3 независи-
мых фактора, определяющих тип руслового процесса (сток воды, сток наносов и так
называемый <ограничивающий фактор>) и 4 исходных независимых типа русловых
процессов (по форме развивающихся русловых мезоформ): осередковый, побочне-
вый, ленточно-грядовый и беспорядочный (блуждание русла). Различные сочетания
определяющих факторов обусловливают направленность развития русла и законо-
мерную смену одного типа русла другим. При этом возникающие типы русла явля-
ются производными от исходных. На практике переход от одного типа русла к дру-
гому определяется по критериальным зависимостям. Для горных рек эта классифи-
кация была несколько видоизменена (З.Д.Копалиани с соавт., 1972) и довольно ши-
роко применялась русловиками Кавказского региона и другими исследователями.
При типизации особую роль отводят <ограничивающему фактору>. Выделяют сле-
дующие типы развития русловых процессов горных рек:
1) русловой процесс полностью определяется <ограничивающим фактором>. На
таких участках рек транспорт наносов осуществляется бесструктурно (не происходит
формирования гряд), обычно отсутствует пойма, наблюдаются уклоны порядка 10-
100%о, часто встречаются пороги;
2) заметно воздействие <ограничивающего фактора>; здесь выделяют следую-
щие типы русла:
а) горное с русловой многорукавностью - большие (чем у аналогичного равнинно-
го типа) уклоны и диаметры частиц наносов, значительные плановые деформации,
наблюдаются скопления крупного, хорошо окатанного материала, поступающего при
периодическом прохождении селевых паводков;
б) горное со склоновой многорукавностью - встречается на конусах выносов; при
этом происходит веерообразное свободное растекание потока по поверхности, имею-
щей значительные уклоны; после прохождения селей часто наблюдаются перемеще-
ния основного русла;
в) горное с пойменной многорукавностью - распространено в расширениях долин
и на выходе из гор; для него характерна слабая степень проявления <ограничиваю-
щего фактора>, переход от бесструктурных к градовым формам движения наносов,
большие (чем при равнинной пойменной многорукавности) уклоны, крупность нано-
сов и неустойчивость русла;
г) осередковый и побочневый типы русловых процессов чаще всего встречаются
на горных реках вместе и наиболее распространены в их нижних течениях; ня них
влияние <ограничивающего фактора> слабо или вовсе отсутствует.
Эта классификация применима на средних и крупных горных реках, но не по-
зволяет детализировать малые реки и реки с преобладанием влияния <ограничи-
вающего фактора>, имеющие в горах наибольшее распространение.
II. В.Ф.Талмаза и А.И.Крошкин (1968, 1970) [13; 14], рассматривая существую-
щие общие классификации на примере рек Киргизии, разработали классификацию,
наиболее физически обоснованную и полно отражающую характер русловых процес-
сов горных рек, применявшуюся специалистами Средней Азии. Они выделили груп-
пы речных русел по следующим признакам:
1) по морфологическим признакам:
а) участки, расположенные вдоль хребтов, поперек и по диагонали;
б) участки истоков, верховий и нижнего течения;
2) по характеру грунта, слагающего русло: скальные, переходные, аллювиальные;
3) по воздействию селевых потоков: подвергавшиеся ранее воздействию селя и не
подвергавшиеся;
4) по плановым очертаниям: прямолинейные (или слабоизогнутые), извилистые и
разбросанные;
5) по степени развития поймы: каньонные, долинные, пойменные, блуждающие;
6) по устойчивости: с наибольшей устойчивостью, устойчивые, неустойчивые и на
которых понятие <поток-русло> теряет смысл;
7) по русловым процессам: плесовые, перекатные, разбросанные, блуждающие, се-
левые.
Типизация горной части рек В.Ф.Талмазы-А.Н.Крошкина приведена в табл. 4.


Таблица 4
Участок
реки
h/d
J
Cш
m
Fr
Режим
движения
наносов
Тип речного русла
Высо ко-
горный
1
>0.1
<10
<2.5
>1.2
Безгрядо-
вый
Немеандрирующее, с вклю-
чением инородных для вод-
ного потока крупностей
твердых фракций
Горный
1-3
0,1-
0,02
10-
20
2,5-
3,5
1,2-
0,8
То же
Немеандрирующее, с преоб-
ладанием аллювия
Горно-
предгор-
ный
3-
30
0,02-
0,002
20-
40
3,5-
5,5
0,8-
0,3
Безгрядо-
вый пере-
ходный
Немеандрирующее, ограни-
ченное меандрирование,
разбросанное
Предгорно-
равнинный
>3
<0.00
2
>40
>5.5
<0.3
Переход-
ный гря-
довый
Ограниченное и свободное
меандрирование, разветвле-
ния
Она основана на учете среднего уклона, относительной гладкости ложа Н/d (отноше-
ние глубины потока Н к диаметру отмостки d), числа Фруда, режима движения нано-
сов, коэффициента Шези (Cш) (учет распределения скорости потока по вертикали),
показателя степени распределения скорости по вертикали (m), формы речного русла,
морфометрии русла, формы движения наносов и типизации участков реки. Значения
Н/d и Сш определяют по графику зависимости Cш/g0,5=f(Н/d). Значения m (показателя
степени распределения скорости по вертикали) определяют по формуле В.Ф.Талмазы
[13]:
                m=1,5+0,314*Сш/g0,5                (4)
Режим движения наносов и тип речного русла определяют по материалам натурных и
лабораторных исследований с учетом соотношения Н/d.
Эта классификация требует уточнения с учетом селевой деятельности и разме-
ров реки. Дальнейшая ее дифференциация определяется условиями формирования
русел и их очертаниями в плане, отражающими характер и тип русловых деформа-
ций. В зависимости от величины числа Фруда, выделены равнинные, полугорные и
горные реки, характеризующиеся специфическими особенностями транспорта дон-
ных наносов.
III. Классификация речных русел по характеру руслового режима, русловых
переформирований и их морфологическому проявлению, основанная на различиях в
степени кинетичности потока, определяющей механизм взаимодействия потока и
русла, с одной стороны, и формы транспорта донных (руслообразующих) наносов - с
другой, разработанная Р.С.Чаловым с соавт. [2], [15], [17-22] и применяемая русловой
школой МГУ и другими исследователями. Её особенностью является различный
подход к классификации участков русел рек и разделение их на равнинные, полугор-
ные и горные с помощью кинетичности потока (учитываемой числом Фруда и кос-
венно - водоносностью реки, выражаемой через площадь бассейна и уклон), формы и
механизма перемещения (транспорта) влекомых (донных) наносов, учитываемых по-
средством типа руслового процесса (РАФ, НАФ или ПВ), что связано как с учетом
различий в механизме развития и проявления русловых процессов этих рек, так и с
высотной зональностью распространения различных типов русел. Если для рек рав-
нин основным классифицирующим признаком является морфодинамика русла, от-
ражающая протекающие здесь русловые процессы (условия протекания горизон-
тальных деформаций и их тип), то для горных рек определяющим является тип ру-
слового процесса (кинетичность потока и форма транспорта влекомых наносов).
Схема комплексной классификации русел всех видов рек, предложенная
Р.С.Чаловым (1979) [2] (позже доработанная и усовершенствованная [23-30]),
основана на типизации по следующим признакам:
1) по типам русловых процессов - на основе учета кинетичности потока
(обусловленной уклоном русла и водностью потока), форм транспорта наносов,
условий и форм взаимодействия потока и русла;
2) по геолого-геоморфологическим условиям формирования речных русел
(определяется существованием врезанных, адаптированных и пойменных русел; им
соответствуют районы ограниченного, переходного и свободного развития русловых
деформаций);
3) по морфологии (формы русел в плане) и морфодинамике (учет
горизонтальных деформаций) русел рек. Обычно в горно-предгорных районах
выделяют три основных типа русел: прямолинейные, извилистые и разветвленные, а
также их разновидности и модификации, обусловленные условиями врезанности или
пойменности. Особо выделены пассивно приспособленные, зарастающие и
заиливаемые русла, связанные со спецификой условий формирования стока воды и
наносов, эрозии почв, склоновых процессов и др.;
4) по устойчивости русел;
5) по видам антропогенных воздейтвий на русловые процессы и формам
измененности русел.
Типизация русловых процессов горных рек Р.С.Чалова (1979) приведена в табл. 5).
Таблица 5
Тип русла
Число
Фруда
Fr
Уклоны русел (J,%о) для рек с площаью
бассейна (F, км2):


>1000
1000-100
100-10
<10
Равнинное
<0,1

<0,5
<6-7
<14-15
Полугорное
0,1-0,3
0,2-0,4
0,5-6
6-26
14-50
Горное:
а) с РАФ
б) с НАФ

0,3-0,8
0,8-1,2

1-3
2-5

5-16
15-27

25-60
55-105

40-80
70-125
Порожисто-
водопадное
>1-2
>5
>23-27
>100-105
>120-125
Типизация охватывает практически все реки (от самых малых до крупных) и допол-
нена качественной шкалой для порожисто-водопадных русел, призванной отразить
развитие руслового процесса внутри большой группы рек с таким типом русла.
Для русел с РАФ характерно формирование гряд (антидюнной формы), предо-
пределяющих образование глубоких плесовых лощин, перекатов, побочней, осеред-
ков. Русла с НАФ характерны гладкой формой транспорта наносов, практически не
изменяющейся (по длине) глубиной потока, изменяемой лишь отдельными глыбами
и валунами, создающими неровности дна. Порожисто-водопадный тип русел опреде-
лен скульптурными формами дна (пороги, каскады, водопады на коренных породах)
или скоплениями глыб, валунов и крупнообломочного материала, поступающего с
бортов долин. Здесь в механизме транспорта наносов большую роль играют аблюви-
альный эффект, воздействие тангенциальной составляющей силы тяжести, соизме-
римость размеров крупных выступов дна и слагающих дно частиц с глубиной пото-
ка, вследствие чего, помимо гидродинамического напора, возникает и гидростатиче-
ский.
Различные формы перемещения наносов горными потоками (гладкая и
антидюнная) обуславливают наличие двух морфологических типов русла,
последовательно сменяющих друг друга по мере уменьшения кинетичности потока.
Гладкой форме отвечают русла с неразвитыми аллювиальными формами,
характеризующиеся однообразной глубиной потока, изменяющейся только за счет
неровностей, создаваемых отдельными валунами и глыбами, нередко в межень
возвышающимися над поверхностью воды. Гидравлические прыжки и водопады
возникают здесь возле каждого крупного обломка, а перемещение обломков связано
со сдвигом их под влиянием полной удельной энергии сечения потока (скоростного и
гидростатического напора), ударного воздействия волн паводков и благодаря
аблювиальному эффекту. Русла таких потоков, как правило, прямолинейны, не
разветвляются на рукава и не меандрируют, образуя лишь вынужденные изгибы и
повороты при набегании потока на скальный берег. При очень больших уклонах
морфологический облик русла обусловлен количеством и крупностью обломочного
материала, поступающего со склонов, и скульптурными формами дна (порогами,
водопадами), обязанными своему происхождению литологии скальных горных пород.
В таких порожисто-водопадных руслах движение наносов осуществляется только
отдельными обломками во время редких и резких волн паводков, а массовое
смещение мелкообломочного материала начинается после сдвига крупного обломка,
образующего в русле естественную плотину. При интенсивных склоновых процессах
количество материала, поступающего в русло, может оказаться больше, чем
транспортирующая способность потока; в таком случае ПВ-русло трансформируется
в селевое, либо превращается в днище долины-курума (крупноглыбовой осыпи) или
долины-мари (болота - кочковатого или заросшего низкорослым кустарником).
Антидюнной форме перемещения наносов соответствуют русла с развитыми
аллювиальными формами, в которых развитие гряд предопределяет четкую
дифференциацию дна на перекаты (симметричной формы или с крутым верховым и
более пологим низовым откосами) и плесовые лощины.
Исходя из вышеизложенного механизма, Р.С.Чалов (1979) [2] выделил три ос-
новных типа русловых процессов на горных реках:
1) с развитыми аллювиальными формами (РАФ),
2) с неразвитыми аллювиальными формами (НАФ),
3) порожисто-водопадные (ПВ).
Позже И.В.Крыленко и С.К.Хакимовым (1991) [23] были добавлены еще два типа: 4)
селевый и 5) скальный или лотковый.
Каждому типу русловых процессов могут соответствовать следующие геоморфо-
логические типы русел:
 - врезанные (ширина поймы ВП приблизительно равна ширине русла ВР),
 - адаптированные или вынужденные (ВР<ВП<3ВР),
 - широкопойменные (ВП>3ВР).
Каждому геоморфологическому  типу русла может соответствовать любой из
трех морфодинамических типов русла:
 - относительно прямолинейные,
 - извилистые или меандрирующие,
  - разветвленные.
Для ПВ-типов русловых процессов, кроме того, выделены несколько морфоло-
гических типов русла (или долины):
 - скульптурные,
 - лотковые,
 - глыбово-валунные,
 - селевые,
 - подавленные склоновыми процессами: а) линейные курумы, б) кочкарные мари.
Классификации В.Ф.Талмазы-А.Н.Крошкина и Р.С.Чалова являются близкими
и легко увязываются одна с другой.
Опыт описания русловых процессов большого числа горных рек Западного
Тянь-Шаня с разнообразными условиями протекания русловых процессов
(И.В.Крыленко, 1991 [23]; С.К.Хакимов, 1992 [31]) позволил подтвердить примени-
мость классификации P.С.Чалова для выделения типов русел рек этого региона. Од-
нако, достаточно часто встречалось несоответствие между наблюдаемыми визуально
характерными русловыми формами и уклоном, что потребовало внесения уточнений
в шкалу критических уклонов, соответствующих определенным типам русла (в каче-
стве определяющих признаков, по которым при полевом обследовании выделяли тип
русла, принимали развитие аллювиальных форм и внешний облик русла). Типиза-
ция русловых процессов малых горных рек Р.С.Чалова (1979) [2], дополненная
И.В.Крыленко (1991) [23] и С.К.Хакимовым [31], приведена в табл. 6.
Таблица 6
Типы русловых процессов
и формы их проявления
Число
Фруда
Fr
Уклоны русел (J,%о) для рек с плодью
бассейна (F, км2):


>1000
1000-100
100-10
<10
Полугорный
0,1-0,3
0,2-0,4
(<7)
0,5-6
(<7)
6-26
( - )
14-50
( - )
Горный:





с развитыми аллювиальными
формами
0,3-0,8
1-3
(2,5-14)
5-16
(5-17)
25-60
(<30)
40-80
( - )
с неразвитыми аллювиальными
формами
0,8-1,2
2-5
(3,5-20)
15-27
(7-40)
55-105
(18-70)
70-125
(>=24)
Порожисто-водопадный
1-2
>5
(>13)
>23
(>20)
>100
(>23)
>120
(>40)
Селевый

(не на-
блюд)
(15-30)
(30-100)
(>70)
Скальный

(>1.5-30)
( - )
(>20-60)
( - )
Примечание: изменения и дополнения, внесенные И.В.Крыленко (1991) [23] и
С.К.Хакимовым (1992) [31], приведены в скобках.

Величину критического уклона (JКр), определяющего переход от одного типа
горного русла к другому, устанавливали, исходя из условий, характеризующих
зависимость шероховатости n от крупности наносов d, кинетической структуры по-
тока (число Фруда Fr>=1), его скоростного режима (формула Шези):
                v=Сш*(J*H)0,5,                (5)
где J - уклон русла, v - скорость и Н - глубина потока, Сш - коэффициент Шези,
зависящий от шероховатости русла). Совместное решение системы уравнений, опи-
сывающих эти параметры (Р.С.Чалов, С.К.Хакимов, 1993) [32] дало следующее вы-
ражение:
              JКр=к*g*d1/3*B1/2*v1/2/(Кv*Q1/2),                (6)
где к - коэффициент; g - ускорение силы тяжести; B - ширина потока; Q - расход
воды; Кv - корректив скорости потока v, используемый при определении критическо-
го уклона (Jkp) по формуле:
                Jkp=g*n2*h-0.33*Кv-1                (7)
Как видно из таблиц 5 и 6, практически не изменилась шкала уклонов для рек с
площадью бассейна от 100 до 1000 км2, т.е. для средних по крупности малых горных
рек. В целом по региону наблюдается более широкий диапазон уклонов, соответст-
вующих каждому типу русла, чем в исходной градации. Повидимому, это связано со
значительной неоднородностью аллювия, определяющего величину критического
уклона на разных участках. Влияние крупности наносов сказывается в увеличении
критических уклонов, определяющих смену режимов потока и, следовательно, форму
транспорта наносов и русловых форм для рек с площадями бассейна более 1000 км2.
Например, для Ахангарана преобладание в наносах мелковалунного материала, соз-
дающего в потоке значительную зернистую шероховатость, а также возможность по-
тока при руслоформирующих расходах воды Qф растекаться по рукавам или (при
экстремальных расходах) по обширным валунно-галечниковым полям, значительно
увеличивают гидравлические сопротивления и определяют условия сохранения по-
током спокойного течения при уклонах, соответствующих порожисто-водопадным
(ПВ) руслам по исходной классификации. В действительности на них наблюдается
развитие полугорного (ПГ) или горного русла с развитыми аллювиальными форма-
ми (табл. 6). Для рек с площадями менее 100 км2 наблюдается развитие менее выра-
ботанных типов русел (ПВ и НАФ) при уклонах, соответствующих полугорным и
руслам с РАФ по табл.5. Объяснимо это также повышенной шероховатостью речных
русел, влияющей на скоростной режим потока и приводящей к тому, что величина
корректива скорости Кv (он показывает соотношение действительной кинетической
энергии потока к кинетической энергии потока со скоростью, равной средней) в
формуле (7), оказывается очень велика. Она может достигать 3 и более при харак-
терном значении для большинства равнинных рек 1-1,05, т.е. кинетическая энергия
отдельных струй, постоянно возникающих в очень бурных реках с малыми глубина-
ми и производящих основную работу по руслоформированию и транспорту наносов,
намного больше, чем значение энергии, среднее по сечению и определяемое числом
Фруда Fr. При расчете критического уклона (Jкр) корректив скорости обычно или не
учитывают (из-за отсутствия данных для его определения), или вводят близким к
единице, что неправомерно при расчетах для рек с величиной неровностей ложа, со-
измеримых с глубиной потока (или даже превосходящих ее (отдельные выступающие
над поверхностью воды валуны и глыбы).
Опыт автора данной рукописи по применению классификации Р.С.Чалова [2]
для описания русловых процессов на большом числе горных рек различного размера
(от ручьев в истоках до полноводных рек в межгорных котловинах), различных ук-
лонов русла (от 300-600%о на участках истоков до 1-3%о в межгорных долинах и в
предгорьях), в различных геологических, геоморфологических и морфодинамиче-
ских условиях формирования русел (от скальных лотковых русел, врезанных в об-
нажения коренных скальных пород, до широкопойменных рек, сформировавших
русла в мощных толщах аллювиальных отложений), в различных водосборах всех
основных бассейнов Украинских Карпат (с разнообразными условиями протекания
русловых процессов) позволил подтвердить применимость классификации
P.С.Чалова для выделения типов русел рек этого региона. Потребовалось лишь не-
большое дополнение в виде двух типов русел, специфичных для рек Карпатского ре-
гиона, а именно:
1) канализированные русла, которые уже ранее выделены в отдельный тип естест-
венных [33] или антропогенно измененных русел;
2) ступенчатые русла, формирование которых также было обусловлено как при-
родными условиями (изменениями размываемости подстилающих пород, обвалами,
оползнями, выносами лавин и селей), так и антропогенными факторами (устройст-
вом многих тысяч ступеней-перепадов для форели и ~сотни плотин для накопления
воды для периодического сплава леса по малым горным рекам).
Скальные стесненные русла авторы наблюдали в основном на крупных реках;
на меньших по размерам реках этому типу обычно соответствуют порожисто-
водопадные скульптурные русла. Из крупных (из разряда малых) рек скальное русло
наиболее характерно для Верхнего Прута.
Канализированные русла характерны для рек бассейнов Тисы и Днестра. В бас-
сейне Тисы канализирование русел вначале (при Австро-Венгерских властях) вы-
полняли как в целях защиты от наводнений, так и для судоходства (например, сис-
тема каналов Серне-Гоман). Во второй половине ХХ века русла рек в бассейнах Тисы
и Днестра спрямляли, обваловывали и канализировали преимущественно в целях
защиты от наводнений, мелиорации и, значительно реже - при сооружении ГЭС (на-
пример, Теребля-Рикская система). Значительные участки русел канализированы в
низовьях Ужа, Латорицы, Боржавы; несколько меньше масштабы "преобразования
природы" на других реках бассейна, на Черной и Белой Тисе. Очень значительны
масштабы канализирования русел рек на Верхнем Днестре (до устья Ломницы);
меньше масштабы - на притоках Днестра, где естественные русла преобразовывали в
основном для защиты от наводнений и размывания берегов вдоль населенных пунк-
тов, железных и основных автомобильных дорог, магистральных трубопроводов
(Быстрица-Надворнянская, Ломница, Стрый, Опор и др.). На канализированных
участках русел, как правило, продолжается движение влекомых наносов с образова-
нием грядовых форм руслового рельефа; на отдельных участках (с небольшими ук-
лонами - в пределах нескольких м/км) вследствие отложения наносов отметки дна
русла оказались выше, чем у прилегающей местности.

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лохтин В.М. О механизме речного русла. -Казань, 1885. -76с.
2. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов. -М.: МГУ, 1979. -
232с.
3. Рамазан М.С. Некоторые особенности гидрологического режима и гидротехниче-
ской классификации рек Киргизии. -Фрунзе: Издат. АН КиргизССР, 1960. -92с.
4. Алтунин С.Т. Регулирование русел. -М.: Сельхозиздат, 1962. -352с.
5. Артамонов К.Ф. Регулирование сооружений при водозаборе на реках в предгорных
районах. -Фрунзе: Издат. АН Кирг.ССР, 1963. -344с.
6. Гагошидзе М.С. Селевые явления и борьба с ними -Тбилиси: Сабиэта сакартвело,
1970. -386.
7. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко В.Ф. Основы гидроморфологической
теории руслового процесса. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982. -272с.
8. Антроповский В.И. Связь типов руслового процесса с определяющими факторами
//Труды ГГИ. 1970. Вып. 183. -с.21-27.
9. Копалиани З.Д., Цхададзе B.C. Типы речных русел Западной Грузии. //Тр. ГГИ,
вып.195, 1972.
10. Снищенко Б.Ф. Русловые процессы на урбанизированных участках рек. //В кн.
Гидрологические аспекты урбанизации. -М.: Мысль, 1978. -с.51-60.
11. Снищенко Д.В., Месерлянц Г.Г. Развитие руслового процесса на участках выемок
речного аллювия //Динамика русловых потоков. Вып. 83. -Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
12. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. -М.: МГУ, 1955. -347с.
13. Талмаза В.Ф., Крошкин А.Н. Гидроморфометрические характеристики горных
рек. -Фрунзе: Кыргызстан, 1968. -204с.
14. Крошкин А.Н. К определению гидроморфометрических характеристик и средней
весовой концентрации влекомых наносов на горных реках //Движение наносов в
открытых руслах. -М.: Наука, 1970. -287с.
15. Чалов Р.С. О классификации речных русел //Геоморфология. -1980. -№ 1. -с.8-16.
16. Павлов И.Н. Сравнительный анализ русловых процессов рек различной водонос-
ности в горно-предгорно-равнинных регионах и их антропогенная измененность (на
примере рек Крыма и Алтая). Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук, --
М.: МГУ, 1994. -23с.
17. Чалов P.С., Белый Б.В. Региональные особенности руслоформирующих расходов
на реках Средней Азии // Изв. АН СССР, сер.Геогр. -1984. -№5.
18. Чалов Р.С. Горные, полугорные и равнинные реки //Эрозионные процессы. -М.:
Мысль, 1984. с.169-176.
19. Чалов Р.С. Вертикальная зональность в развитии русловых процессов на горных
реках. //В кн. Изучение природных условий и его прикладное значение. -М.: Наука,
1985. -с.70-76.
20. Чалов.P.С. Работа водных потоков. М.: МГУ, 1987.
21. Чалов Р.С. Типы русловых режимов, их показатели и принципы районирования
//Проблемы эрозионных, русловых и устьевых процессов. -Ижевск. 1992.
22. Чалов Р.С., Чернов А.В. Районирование территории России по экологическому
состоянию речных русел и пойм //Проблемы оценки экологической напряженности
территории России: факторы, районирование. -М.: МГУ, 1993.
23. Крыленко И.В., Хакимов С.К. Картографирование русловых процессов на горных
реках Западного Тянь-Шаня //В сб. Рациональное природопользование горных стран.
-Бишкек: Кыргызстан, 1991.
24. Беркович К.М., Чалов Р.С. Принципы типизации и особенности распространения
русел горных рек //Вестник МГУ. -Сер. 5 -Геогр. -1976. -№ 6. -с.32-37.
25. Беркович К.М., Добровольская Н.Г., Лодина Р.В., Чалов Р.С. Особенности
формирования руслового аллювия на горных реках внутриконтинентальных
областей (на примере Западного Тянь-Шаня) //В сб. Горные геосистемы
внутриконтинентальных пустынь и полупустынь. -М., 1982. -с.112-114.
26. Беркович К.М., Кирик О.М., Сваткова Т.Г., Чалов Р.С. Применение
картографического метода при изучении русловых процессов //География и
природные ресурсы. -1986. -№ 3.
27. Беркович К.М., Чалов Р.С. Сопротивляемость русел рек антропогенным
воздействиям //Изв. РАН. -Сер. -Геогр. -1992. -№ 5.
28. Беркович К.М., Чалов Р.С. Экологическое русловедение: объекты и проблемы
исследований //Гидротехнич. стр-во. -1992. -№ 12.
29. Беркович К.М., Иванов В.В. Экологическая напряженность, возникающая при
антропогенных изменениях гидрологического и руслового режима рек России и ее
картографирование //Проблемы оценки экологической напряженности территории
России: факторы, районирование. -М., 1993.
30. Беркович К.М., Чалов Р.С., Чернов Антропогенная измененностьрусел и размывы
берегов как показатели экологической напряженности на реках России //Проблемы
оценки экологической напряженности территории России: факторы, районирование.
-М.: МГУ, 1993.
31. Хакимов С.К. Русловые процессы на горных реках Западного Тянь-Шаня -Авто-
реф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук, -М.: МГУ, 1992. -25с.
32. Хакимов С.К., Чалов Р.С. Критерии развития типов русловых процессов и их
морфологических проявлений на горных реках //Геоморфология. -1993. -№1. -с.44-49.
33. Кафтан А.Н. Исследование основных руслоформирующих факторов рек
Украинских Карпат. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук. -Львов:
ЛГУ, 1983. -26с.


Примечание: Оригиналы материалов данной статьи и приложений к ней
(в формате DOC) можно получить:
1) В ГОСУДАРСТВЕННОЙ  НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКЕ 
УКРАИНЫ (03680,  МСП  м.Київ-150, вул.Антоновича (Горького), 180,
ДНТБУкр, Вiддiл депонування наукових робiт);
2) У меня (VIKrylenko):
       Крыленко Владимир Иванович
       vikrylenko@gmail.com
       Телефон по УКРАИНе  0 62 2959895

             VIKrylenko  16 октября 2010
StTipizRuslGorRek.txt