Основная задача регулирования рек — изменение русловых процессов при помощи различных сооружений и устройств таким образом, чтобы в результате образовывалось более устойчивое русло, сохраняющее приданную ему форму и размеры в течение длительного времени при минимальных эксплуатационных затратах.
Деформации русла возникают тогда, когда нарушаются условия его равновесного с потоком состояния, и они направлены в сторону восстановления нарушенного равновесия.
Речные русла делятся на две большие группы:
— аллювиальные (из современного аллювия. Аллювиальные отложения — наносы, такие как песок, галька, гравий валуны, вынесенные этим же потоком за последние тысячелетия);
— в унаследованных грунтах (скальных, связных и палеоотложениях сыпучих грунтов).
Главнейшие характеристики рек — это морфологические элементы потока и русла: ширина, глубина, форма и площадь поперечного сечения, скорости течения, уклон водной поверхности, транспортирующая способность потока, шаг и кривизна излучин (меандр) и др.
Эти элементы конкретны для каждого участка реки. Они сформировались как результат длительных русловых процессов в условиях взаимодействия потока с наносами и русла. Русло задает потоку глубину, форму, скорость течения и другие элементы и этим влияет на поток. Поток, в свою очередь, может размывать или заносить наносами русло и формировать его.
Взаимодействие потока и русла происходит по принципу саморегулирующегося природного механизма, которых под влиянием внешних факторов выбирает единственный возможный режим, характеризующийся равновесным состояние систем (устойчивостью), а также наименьшими затратами энергии.
Внешние факторы русловых процессов, в результате которых формируются русло и поток с конкретными морфологическими элементами, — это водоносность реки, наносы и ограничивающие условия.
Водоносность реки влияет однозначно — чем она больше, тем больше ширина, глубина, скорости течения, шаг излучин, меньше уклон потока и т.д.
Наносы, а также их отложения в русле (русловые отложения) воздействуют на поток пассивно, изымая энергию. Во взаимодействии с потоком наносы проявляют либо свое качество (крупность), либо качество и количество (крупность и расход наносов).
Ограничивающие условия. Формирование русла в результате взаимодействия водного потока и наносов (или их отложений на дне и у берегов) называют свободным. Часто берега или дно реки сложено трудноразмываемыми грунтами (связными или скальными). Это условие приводит к формированию русла в стесненных условиях. Ограничивающие условия создают также искусственные сооружения (мосты, дамбы, набережные и др.) и растительность (травянистая, кустарниковая и древесная).
Критерии формирования устойчивого русла. Деформации русла
1. скорость потока в таком русле должна быть меньше размывающей, в то же время эта скорость должна обеспечивать транспортирование по реке поступающих сверху наносов, иначе оно будет заноситься;
2. русло при охарактеризованной выше скорости течения должно иметь определенные размеры и характерную форму.
Деформации русла возникают также из-за расслоения потока: поток в среднем нагруженный наносами, не способен производить размыв русла, так как он уже не способен транспортировать продукты размыва. Однако по ряду причин в одной части русла поток оказывается недогруженным наносами и размывает русло (вогнутый берег), в других — перегруженным и заносит его (наращивание пляжей на выпуклых берегах). Такая причина переработки берегов остается и в условиях устойчивых русел.
Для каждого участка русла реки характерен определенный диапазон изменения и определенная цикличность (сезонная, годовая, многолетняя), поэтому участки аллювиальных русл имеют различный, но вполне определенный облик и достаточно характерные размеры и форму.