Динамическая геоморфология - Ананьев Г.С.
ISBN 5-211-01618-1
Скачать (прямая ссылка):
1 Здесь и в дальнейшем изложении имеются в виду реки Северного полушария.
141
Рис. 21. Воздействие центробежной силы на водную массу и морфо-литогенез на поворотах русла: / - меженный (а) и паводковый (6) уровни потока; 2 - уровень горизонта; 3 - стрежень; 4 ~ циркуляционные течения; 5 - направление перемещений русла в вершинах меандр; 6 - векторы сил: Кориолиса (К), центробежной (С); 7- равнодействующие сил Кориолиса и центробежных; S - равнодействующие трех сил: центробежной (С), Кориолиса (К) и составляющей силы тяжести (/?); ? ~ Уг°л между ®тими равнодействующими и стрелой прогиба меандра; а - угол поперечного наклона поверхности потока; I - I1 II - JI - поперечные профили русла; 9 - бечевники; 10 -крутые, подмываемые склоны русла; Il - русловой аллювий береговых отмелей намываемых берегов
рии меняется на противоположный при каждом повороте реки. Величина этой силы может быть определена из выражения
С = -1Г
где т - масса воды, v - скорость ее течения, R - радиус закругления.
Центробежная сила, связанная с поворотами русла, действу- • ет одинаково на всех географических широтах как на горных, так и на равнинных реках, но особенно отчетливо проявляет себя в рельефе в долинах небольших равнинных рек, чему способствуют малый радиус кривизны их русел и незначительная стойкость горных пород, слагающих их берега. Под действием этой силы динамическая ось потока и его стрежень смещаются в сторону вогнутого берега, поверхность воды здесь повышается и приобретает поперечный наклон, значение которого ig а определяется
142
из отношения центробежного ускорения к ускорению силы тяжести д. Иод влиянием равнодействующей силы тяжести и центробежной силы массы воды у этого берега опускаются, что является одной из причин возникновения поперечной циркуляции, размыва вогнутых и намыва выпуклых берегов реки. В результате длительного действия процессов размыва и намыва на противоположных берегах русло реки перемещается на правых поворотах влево, а на левых - вправо, что приводит к удлинению реки, уменьшению продольных уклонов, росту кривизны извилин и образованию меандр, напоминающих по своим очертаниям синусоиду. Однако извилины такой правильной формы у реки почти никогда не образуются, поскольку перемещения русла определяются не только центробежной силой, но и силой Кориолиса, которая при поворотах реки влево складывается с центробежной силой, а при поворотах вправо вычитается из нее (см. рис. 21, I-I, II-II). По этой причине размывы и намывы берегов в вершинах соседних излучин совершаются с различной интенсивностью, перемещения русла осуществляются с неодинаковыми скоростями и правильные синусоидальные меандры возникнуть не могут. Как и сила Кориолиса, центробежная сила на разных глубинах водного потока имеет неодинаковую величину, что объясняется увеличением массы воды и скорости ее течения в верхних горизонтах водного потока по сравнению с придонными слоями. Соответственно и центробежная сила принимает здесь наибольшие значения. По этой причине верхние части склонов русла на вогнутых берегах отступают быстрее нижних и там образуются бечевники, аналогичные тем, которые возникают под воздействием силы Кориолиса. В отличие от последних они приурочены к обоим берегам и имеют прерывистое распространение, чередуясь в шахматном порядке с береговыми отмелями. Последние образуются в результате переноса продуктов размыва придонными струями от вогнутых берегов к выпуклым, где происходит их сортировка по крупности. На береговых отмелях откладывается лишь влекомый материал, поскольку взвешенные в воде наносы при больших скоростях, характерных для потока в русле, обычно уносятся вниз по течению или оседают на пойме.
При очень высоких паводках, когда поток выходит из русла на пойму, значение центробежной силы, действующей на верхние толщи водной массы, уменьшается, несмотря на то что объем воды здесь достигает максимальных величин. Уменьшение центробежной силы связано, с одной стороны, с резким падением скоростей потока, заливающего пойму, а с другой - с выпрямлением его динамической оси (Маккавеев, 1955) и увеличением в связи с этим радиуса кривизны, с которым центробежная сила связана обратной зависимостью. Поэтому потоки, заливающие пойму, обычно не размывают свои вогнутые берега и способствуют спрямлению речного русла. Из-за большого радиуса кривизны
течение крупных рек равнинных стран в меньшей мере подвержено воздействию центробежных сил, благодаря чему заметнее становится воздействие силы Кориолиса. Поэтому главные рукава таких рек не меандрируют, долины более прямолинейны, бечевники непрерывны и приурочены лишь к правым берегам, а знак асимметрии на протяжении течения рек не меняется, как это наблюдается, например, в ^среднем течении рек Волги и Днепра.
Водный поток всегда испытывает одновременное воздействие всех трех сил: составляющей силы тяжести Р2, Кориолиса К и центробежной С. Составляющая силы тяжести перемещает во-Шу по направлению наибольшего уклона, сила Кориолиса отклоняет поток вправо, а центробежные силы действуют то вправо, то влево. Ha поворотах речного русла равнодействующая всех этих трех сил направлена в сторону вогнутого берега под острым углом ? к стреле прогиба меандр. Поэтому зоны наибольшего размыва вогнутых берегов всегда несколько смещены вниз по течению от вершин излучин (закон Фарга). Смещенными вниз по течению оказываются и связанные с размывом или намывом формы рельефа: плесы, бечевники, береговые отмели. По этой причине берега рек и их русла смещаются не только вправо и влево, но одновременно и вниз по течению. Это явление известно в геоморфологии как "сползание меандр".
