-- На главную

-- Русловые процессы

А.Н. Кондратьев
Относительная транспортирующая способность и другие руслоформирующие факторы

2004

Содержание

2.    Системный анализ и его применение к изучению русел рек

2.1.  Ключевые понятия, связанные с реками

2.1.1.     Основные условия существования рек на Земле

Реки – постоянные потоки воды на земной поверхности, образующиеся из воды, выпадающей, главным образом, в виде атмосферных осадков.

Существует несколько фундаментальных условий существования рек и проявления различных русловых процессов на Земле, о которых обычно не упоминают при рассмотрении конкретных водных потоков. Это связано, скорее всего, с тем, что они одинаковы для всех рек на поверхности планеты. Тем не менее, они значительны по абсолютному воздействию, поэтому, на самом деле, их влиянием нельзя пренебречь. Особенно в том случае, когда эти условия изменяются во времени и пространстве.

Самыми базовыми из таких фундаментальных условий являются: 1) наличие свойства взаимного притяжения всех тел в природе, которое пропорционально массам притягивающихся объектов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними; 2) Земля является планетой в Солнечной системе; 3) существование нескольких агрегатных состояниях, в которых может находиться вещество.

Среди агрегатных состояний вещества ведущую роль в генезисе рек играют три состояния: газообразное и жидкое (для потока) и твёрдое (для русла). Планета Земля сложена твёрдыми горными породами. Планета Земля имеет атмосферу – газообразную оболочку. На Земле распространено вещество вода. Теплота звезды Солнце обеспечивает газообразное, жидкое и твёрдое состояния воды на планете Земля. В жидком состоянии вода, как и другие жидкости, имеет свойство течь.

Вращение Земли вокруг своей оси и движение вокруг Солнца и приводит к временным изменениям нагрева разных частей Земли. Неравномерное нагревание участков Земли приводит к испарению воды (переходу из жидкого в газообразное состояние) и конденсации (обратному переходу). Вода в газообразном состоянии находится в атмосфере в разном виде, в частности, в виде облаков. Конденсация воды происходит в разных видах; из облаков это происходит, в частности, в виде дождей и снега. Жидкая и твёрдая вода под действием силы тяжести выпадает на поверхность планеты.

«Русловые процессы (размыв грунтов, транспортирование и отложение наносов) – это природные процессы, сопровождающиеся затратой энергии. Эта энергия – часть солнечной энергии, которая заносит воду в виде облаков на поверхность водосборного бассейна» (Лапшенков В.С., 1999, с. 8).

Разнообразные геологические внутренние и внешние силы, действующие на планете, изменяют поверхность планеты. Форма Земли близка к шару; на поверхности этого шара есть впадины, повышения (горы) и относительно плоские участки. Относительно большое количество воды на планете привело к образованию различных форм водных объектов.  Глубокие и большие понижения (океаны и моря) постоянно залиты водой. Есть сухие участки планеты (суша).

Система «водные массы и кора выветривания» функционирует в гравитационном поле Земли под воздействием эндогенных и экзогенных сил и перемещается в нём не только как единое целое, но испытывает и внутренние структурные изменения (Гарцман И.Н. и др., 1976, с. 93).

Бóльшая часть суши имеет уклон (т.е. не горизонтальна). Любая жидкость, расположенная  на наклонной поверхности под действием силы тяжести стекает в понижения. Вода, находящаяся на поверхности суши, под действием различных сил ведёт себя разными способами, в частности, испаряется, фильтруется внутрь горных пород и стекает по поверхности склона.

Перечисленные выше условия существования и образования русел рек на Земле обычно не исследуются, потому что они, в основном, одинаковы для большинства рек. Далее рассмотрены те условия, которые приводят к образованию разных рек и разных типов русел рек.

2.1.2.     Условия образования различных видов рек

Сток воды осуществляется двумя основными способами: стоком по склону и по специфическим удлиненным понижениям – руслам. Русла бывают временные и постоянные. Одной из специфических форм стока вод является сток по постоянным руслам в виде рек.

Участки суши сложены грунтами, различными по размываемости водой. Некоторые грунты размываются (несвязные), другие плохо размываются (связные) или совсем не размываются (скальные).

«Совокупность … явлений (отрыв, смыв, растворение, перенос, аккумуляция, сортировка и обработка материала), рассматриваемая в пространстве и времени, а также во взаимодействии с определяющими факторами, и составляет эрозионно-аккумулятивный процесс» (Маккавеев Н.И., 1955, с. 83).

Деформациям рек могут препятствовать различные ограничивающие факторы (неразмываемые берега и дно). В случае значительного проявления ограничивающих условий, форма русла во многом определяется этими условиями.

В размываемых грунтах текущая вода приводит к размывам (деформациям) берегов и дна рек. Размываемые горные породы переотлагаются – размываются в одних местах и отлагаются в других местах. Речной поток представляет собой не только движение воды, но и движение частиц грунта, которые перемещаются различными способами в толще воды или по дну русла. За год все реки Земли переносят механических (нерастворённых) взвесей около 1,6 млрд. т. (Дерпгольц В.Ф., 1979, с. 136).

«Развитие речных систем – сложный процесс, зависящий от ряда условий – климатических, геоморфологических и др. Одним из наиболее важных условий является следующее: в русло реки с её водосбора должен поступать сток, достаточный для образования такого водного потока, который не только выносит доставляемый с междуречных пространств твёрдый материал, но и постепенно углубляет само русло» (Маккавеев Н.И., 2003а, с. 240). Иногда сток наносов бывает настолько велик, что русло не углубляется (врезается), а поднимается, образуя так называемые «антидолины» (Кузьмин И.А. и др., 1986).

Развитие реки в размываемых грунтах приводит к образованию слоя наносов, в котором происходят деформации русла рек. Сток воды рек неравномерен во времени. При увеличении стока реки вода выходит из русла на окружающую часть аллювия – пойму. Размыв аллювия при протекании воды по пойме может приводить к образованию дополнительных пойменных русел (проток, рукавов, ответвлений). Получается разветвлённость по типу пойменной многорукавности.

Форма размываемых русел определяется относительной транспортирующей способностью потока. Относительная транспортирующая способность – отношение между тем количеством наносов, которое способна транспортировать река и количеством наносов, различными способами поступающими в русло.  В зависимости от её величины форма реки может быть извилистой, прямой и разветвлённой (по типу русловой многорукавности). Это положение, как и некоторые другие, ещё не полностью утвердились в современной науке. Настоящая работа является шагом по рассмотрению с разных сторон этой гипотезы и, при нахождении достаточного количества примеров и доказательств, утверждению её.

2.1.3.     Определение понятия «русло»

Обобщая формулировки, приводимые в разных источниках, можно сказать, что «русло – часть дна долины, занятая водным потоком». «Речным руслом называется пониженная часть долины реки, по которой осуществляется сток воды» (Леви И.И., 1968, с. 140). Русло водотока – выработанное водотоком или искусственно созданное ложе, по которому постоянно или периодически происходит сток воды без затопления поймы. Русло – вытянутое понижение земной поверхности, выработанное линейной эрозией; наиболее пониженная часть речной долины, по которой происходит сток воды в межпаводочные периоды.

Ширина русла больших рек может достигать нескольких километров: низовья р. Амазонка, Обь, Лена и др. Русла равнинных рек обычно неразветвлённы или разделены на рукава, относительно прямые или в разной степени извилисты, сформированы в илистых, песчаных или гравелистых отложениях. Извилистые русла равнинных рек характеризуются чередованием более глубоких участков (плёсов) с более мелкими (перекатами). Русла горных рек более прямые, часто с наличием порогов и водопадов, обычно загромождены крупными валунами. В результате размыва берегов и дна, а также отложения наносов русло постоянно деформируется. В настоящей работе главным образом будут рассматриваться равнинные реки: большей частью – аллювиальные, меньшей частью – врезанные в более плотные горные породы.

Взгляд на реку как продукт взаимодействия потока и русла был сформулирован М.А. Великановым (1946а, 1955), К.И. Россинским и И.А. Кузьминым (1947, 1958), Н.И. Маккавеевым (1955), Н.Е. Кондратьевым и др. (1959). К.И. Россинский и И.А. Кузьмин, говоря о таком взаимодействии, имеют в виду не поток и русло, а поток и грунт. Во всяком случае, упомянутые точки зрения близки. Таким образом, речное русло следует рассматривать с точки зрения нескольких системных уровней. Например, «река–водосбор», «русло–поток», «струя–грунт», «вода–песчинка».

Большинство исследователей рассматривают составные части системы на каждом системном уровне и считают, что причиной деформации дна является нарушение баланса между составными частями системы.

Русловой поток, включающий в себя собственно поток и взаимодействующее с ним русло, является одной из форм существования водных объектов. При изменении условий, требующихся для существования реки в виде соответствующего водного объекта, река трансформируется в другую форму существования. Это могут быть, например, болота, озёра, карстовые реки, солончаки, пересыхающие реки, временные водотоки, пруды и водохранилища, вади, селевые потоки, наледные потоки, плавни, дельты и другие.

2.1.4.     Условия перехода реки в другие водные объекты

В.И. Вернадский писал: «Природные воды, рассматриваемые как минералы, являются сложными динамическими системами равновесия, находящимися в теснейшей связи с окружающей средой… Всё, что происходит с любой водой в одном каком-нибудь месте, отражается в действительности на всей её земной массе» (Баландин Р.К., 1979, с. 142).

Обратим внимание на понятие динамического равновесия, которое В.И. Вернадский использует в приведённой цитате. На примере постоянных круговоротов природных вод видно существование равновесий или динамических равновесий гидросферы близ земной поверхности. В.И. Вернадский использовал понятие динамического равновесия также и для характеристики состояния других сфер Земли.

Указывая, что «в практически равных климатических условиях одновременно сосуществуют функционально связанные между собой разные формы организации водных масс (подземные воды, реки, озёра, болота)» И.Н. Гарцман приводит рассуждения о нарушении баланса между действующими факторами, которое, по его мнению, является причиной существования различных видов водных объектов (Гарцман И.Н. и др., 1976, с. 36).

Эти выводы важны в свете настоящей работы, потому что аналогичная гипотеза, относительно движущей силы разности и направленности системы на уменьшение этой разности как причины существования различных типов русел, является одной из ведущих в дальнейшем изложении. Выдвигается гипотеза, что одной из причин существования различных типов русловых процессов является разница между способностью реки и нагрузкой на неё.

В процессе функционирования система водные массы (В) – кора выветривания (К) воспроизводит сама себя каждый раз в новом качестве. Что касается водных масс, то в зависимости от условий они могут принимать формы озёр, потоков и т.д., переходя при определённых обстоятельствах из одной формы в другую. Обозначим продуктивность (работу сил по изменению состояния системы) эндогенных и экзогенных сил, соответственно, через V^энд и V^экз. Состояние системы обусловлено, очевидно, соотношением V^энд <=> V^экз. При  V^энд = V^экз система находится в стационарном (равновесном) состоянии, относительно которого и происходят её перемещения при нарушении равенства. Поскольку это равенство соблюдается при разных абсолютных значениях V^энд и V^экз, система способна находиться в разных стационарных состояниях, и её движение может рассматриваться как переход из одного стационарного состояния в другое. (Гарцман И.Н. и др., 1976).

Экзогенные воздействия ведут к двум основным последствиям: во-первых, происходит разрушение сложившихся элементов системы (физическое и химическое выветривание горных пород, испарение с поверхности водных объектов и т.д.) и во-вторых, продукты разрушения выносятся за пределы места их образования (работа сил потоков, обеспечивающих вынос продуктов выветривания). Первая группа экзогенных воздействий характеризуется продуктивностью выветривания v_в, а вторая – продуктивностью транспорта v_т. Тогда состояние системы обусловлено соотношением v_в <=> v_т. При этом  v_в = v_т будет определять условное равновесие системы. (Гарцман И.Н. и др., 1976)

«Поскольку равенство соблюдается при разных абсолютных значениях v_в и v_т, система способна находиться в разных состояниях равновесия, и её движение может рассматриваться как переход от одного равновесия к другому» (Гарцман И.Н. и др., 1976, с. 95).

Соотношение v_в > v_т  справедливо тогда, когда объём продуктов выветривания (даже при малых размерах разностей) оказывается избыточным для транспортирующих потоков. Состояние системы определяется продуктивностью экзогенных сил транспорта v_т (Гарцман И.Н. и др., 1976). Например, по достижении полного заболачивания дальнейший ход событий связан с тем, что массив болот оказывается больше не в состоянии аккумулировать часть излишков воды иначе, как сконцентрировав их в поверхностных микропонижениях – озёрах.

Н.И. Маккавеев (1955, с. 45) писал, что для существования  реки «поток должен, хотя бы периодически, иметь такие скорости течения, при которых не только будет вынесен по тальвегу материал, приносимый в русло склоновыми потоками…, но также углубится и очистится от отмерших остатков водной растительности дно тальвега. Иначе русло постепенно исчезнет – или вследствие заполнения минеральным и растительным материалом, или в результате относительного снижения межрусловых пространств».

2.2.  Определение русловых процессов

2.2.1.     История развития понятия «русловые процессы»

Первое определение русловых процессов принадлежит М.А. Великанову (1946б), хотя сам термин применялся в научной литературе ещё в 30-е годы (М.И. Львович, 1938; Н.И. Маккавеев, В.С. Советов, 2003). Согласно ему основной особенностью русловых процессов является непрерывное воздействие потока на русло и формы русла на поток.

Подобная формулировка была дана им в 1949 году: «…процесс взаимного управления русла потоком, а потока руслом называется русловым процессом» (Великанов М.А., 1949, с. 497). В книге «Динамика русловых потоков» М.А. Великанов рассматривал данное им определение как основное содержание русловых процессов, но сам термин сформулировал более узко: «Русловые формы непрерывно изменяются, в одних условиях быстро, в других – медленно (потоки с неустойчивым и с устойчивым руслом), под влиянием главным образом климатических факторов (годовой цикл осадков и температуры), а отчасти и тектонических факторов (эпейрогенетические поднятия и опускания земной поверхности). Весь комплекс явлений как первоначального формирования русловых форм, так и дальнейших их изменений носит название руслового процесса» (Великанов М.А., 1955, с. 237).

Е.В. Болдаков и О.В. Андреев (1956, с. 135) уточнили это определение: «Речной поток, протекающий в размываемых грунтах, является русловым двухфазным потоком, в котором жидкая подвижная фаза (вода) непрерывно взаимодействует с твёрдой подвижной фазой (грунтом). Процесс этого взаимодействия, кратко называемый русловым процессом, является процессом непрерывного изменения русловых форм и структуры водного потока вследствие взаимного влияния одной фазы на другую».

Н.И. Маккавеев определял русловые процессы как «отображение поверхностью твёрдой среды (т.е. грунтами, слагающими ложе) особенностей движения воды и перемещаемых ею наносов» (Маккавеев Н.И., 1955, с. 137), одну из форм перемещения твёрдого вещества текущей водой.

Н.А. Михайлова Н.А. и Н.С. Шарашкина (1970) выражают это кратко: «Под русловым понимается процесс взаимодействия между водным потоком и его руслом».

По Н.Е. Кондратьеву и др. (1982), русловым процессом называют изменения в морфологическом строении речного русла и поймы, постоянно происходящие под действием текущей воды.

К.Ф. Артамонов расширяет это понятие: «Русловой процесс – понятие интегральное, обобщающее создание, развитие, стабилизацию и дальнейшее переформирование открытых русел, пойм под действием жидкого и твёрдого стоков в различных специфических геоморфологических и геологических условиях при наличии и отсутствии ограничивающих, направляющих, стабилизирующих и изменяющихся природных и технических факторов» (Артамонов К.Ф. и др., 1984, с. 139).

Н.А. Ржаницын (1984) выделял русловой режим рек и протекающий на его фоне русловой процесс, который понимается как процесс образования и развития локальных русловых форм и их сложных комплексов: «Каждая река в ходе исторического развития приобрела свои особые и свойственные ей формы и черты современного развития природного процесса – русловой режим. Современные образования и их развитие совершаются на фоне руслового режима реки – русловой процесс структурных русловых форм».

В.С. Боровков (1989, с. 72) также широко подходит к определению русловых процессов: «Русловой процесс есть процесс изменения динамической системы, включающей поток, русло и пойму, под воздействием комплекса взаимосвязанных факторов, действующих на водосборной площади, непосредственно в русле водотока и на пойме. Содержание руслового процесса связано с транспортом наносов речным потоком». В этом определении важно включение в круг рассмотрения всей водосборной площади реки.

Существуют и различные другие определения русловых процессов. Сходство всех подходов заключается в том, что под русловыми процессами понимают движущую силу речного потока, транспорт наносов и взаимодействие между ними, выражающееся морфологически в различных проявлениях русловых форм и их динамике.

2.2.2.     Основные определения понятия «русловые процессы»

В настоящее время наиболее распространены два определения понятия «русловые процессы» Более узкое: «русловым процессом называют изменения в морфологическом строении речного русла и поймы, постоянно происходящие под действием текущей воды» (Кондратьев Н.Е. и др., 1982; Барышников Н.Б., Попов И.В., 1988, с. 262). Первоначально это определение не захватывало даже пойму: «Под русловым процессом понимается постоянное изменение морфологического строения реки, происходящее под действием текущей воды» (Кондратьев Н.Е. и др., 1975, с. 162).

Но тогда оно было шагом вперёд по сравнению с относительно узким определением М.А. Великанова (1955), потому что кроме уровня «русло-поток» рассматривало и уровень «река»: «Становится очевидной недостаточность распространённого определения термина русловой процесс – взаимодействие потока и грунтов его ложа, так как такое определение отражает только одну сторону процесса – механизм взаимодействия потока и грунтов его ложа – и в нём игнорируется морфологический аспект проблемы. Поэтому более правомерным является формулировка: русловой процесс – это изменение морфологического строения речного русла, постоянно проходящее под действием текущей воды. Такая формулировка термина предусматривает и морфологический и гидравлический аспекты проблемы, учитывает наличие внутренних и внешних факторов процесса, непосредственных и опосредованных связей» (Попов И.В., 1965 с. 51). Это определение используется последователями школы Государственного гидрологического института (ГГИ), в которой термин «русловой процесс» используется в единственном числе (Кондратьев Н.Е. и др., 1982).

Более широкое определение русловых процессов дано Н.И. Маккавеевым и Р.С. Чаловым (1986): «Русловые процессы – совокупность явлений, возникающих при взаимодействии потока и грунтов, слагающих ложе реки, определяющих развитие различных форм рельефа русел и режим их сезонных, многолетних и вековых изменений, влияющих на размыв дна и берегов рек, транспорт и аккумуляцию наносов».

В последних работах Московского государственного университета (МГУ) это определение немного уточнялось в деталях, но по сути осталось прежним: «Русловые процессы представляют собой совокупность явлений, связанных с взаимодействием потока и грунтов, слагающих ложе реки, эрозией, транспортом и аккумуляцией наносов, определяющих размывы (намывы) дна и берегов рек, развитие различных форм русел и форм руслового рельефа, режим их сезонных, многолетних и вековых изменений. Такая формулировка включает в себя сущность русловых процессов (взаимодействие потока и русла, движение наносов), их проявления (формы русла и руслового рельефа, русловые деформации) и временную изменчивость (русловой режим)» (Чалов Р.С., 1997, с. 9).

И почти также: «Русловые процессы – совокупность явлений, возникающих при взаимодействии потока и грунтов, слагающих русло реки, эрозии его ложа, транспорт и аккумуляции наносов, обусловливающих развитие различных форм русел и форм руслового рельефа, режим их сезонных, многолетних и вековых изменений. Основными взаимосвязанными составляющими русловых процессов являются транспорт наносов, деформации русел и их морфология (форма русла и русловой рельеф). Транспорт наносов определяет сущность русловых процессов; поэтому формы перемещения наносов лежит в основе типизации русловых процессов» (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 131).

2.2.3.     Выводы

Оба основные определения понятия «русловые процессы» правомерны для своих задач. Действительно, главным фактором руслоформирования является действие текущей воды, поэтому в таком, узком понимании формулировка верна.

В то же время, из всего разнообразия руслоформирующих факторов правомерно выделить несколько главных, среди которых будут 1) поступление наносов в реку; 2) транспортирующая способность; 3) ограничение развития русловых деформаций, а также 4) различные факторы, отвечающие за сопротивление пойм размывам и образованию пойменных проток.

В главе 3 будут рассмотрены различные руслоформирующие факторы. Анализ этих факторов даёт возможность сделать вывод, что влияние многих факторов (например, растительность, ледовые явления и др.) проявляется на формирование русел не непосредственно, а через влияние на основные, некоторые из которых перечисленны выше.

Поэтому в настоящей работе под термином русловые процессы чаще будет подразумевать широкое разнообразие процессов, связанных с переформированиями русел (Чалов Р.С., 1997). Сюда будут также включены и процессы на всём водосборе и, особенно, на всей той части водосбора («нанососбор»), с которой наносы будут поступать в реку.

Стоит согласиться с мнением И.Ф. Карасева и В.В. Коваленко (1992 с. 91), что «для столь сложного комплекса неправомерно даже употреблять термин «русловой процесс» в единственном числе».

Они считают, что необходимо более широкое определение русловых процессов, отражающее многообразие их проявлений, которые состоят не только в морфологических изменениях, но и во всех формах воздействия потока на русло и его берега, а также включают в себя гидрохимическую эрозию и выщелачивание водорастворимых соединений из грунтов, транспорт и аккумуляцию наносов (Карасев И.Ф., Коваленко В.В., 1992).

В настоящей работе используется как единственное число – «русловой процесс» (реже), так и множественное число – «русловые процессы» – в зависимости от того, какое число использует автор работы, разбор которой ведётся или на которую делается ссылка.

2.3.  Русловедение

Учение о законах формирования речных русел развивалось по двум основным направлениям. Исследователей первого направления – геологов – интересовал не столько русловой процесс, сколько процессы образования речных долин и развития речной сети. Другим направлением – инженерно-гидрологическим – изучались главным образом законы формирования самих речных русел и их элементов, а также механизмы явлений, составляющих русловый процесс (Россинский К.И., 1972б).

Особо следует подчеркнуть роль В.М. Лохтина – инженера, совмещающего в себе черты крупного гидротехника-практика и интуицию пытливого учёного, умевшего из наблюдений за реками, по которым он плавал и на которых он очень много работал, вывести общие теоретические зависимости, «не потерявшие своего значения и по сие время» (Проскуряков А.К., 1951).

Лохтин Владимир Михайлович (1849-1919), русский гидротехник и гидролог. По окончании (1875) Петербургского института инженеров путей сообщения участвовал в работах по улучшению судоходства на притоках Камы. В 1884-1890 годах руководил выправительными работами для улучшения судоходных условий Днестра по разработанной им системе. В 1892-1899 годах возглавлял организацию и проведение больших выправительных работ на Волге. Основной труд В.М. Лохтина «О механизме речного русла» (1895) посвящен процессам формирования речных русел и инженерным воздействиям на них.

По мнению М.А. Великанова (1948в, с. 14): «Превосходная монография В.М. Лохтина «Механизм речного русла» даёт право считать его в полном смысле слова основоположником гидрологии речного русла». Другими современниками, основоположниками изучения русел рек являются Н.С. Лелявский (1893), В.Г. Клейбер (1900), В.Е. Тимонов (1927)  и др. В Европе в это время важной вехой явилась монография Л. Фарга (L. Fargue) «Формы русла реки с подвижным дном».

В 1948 г.  по инициативе и под редакцией Н.И. Маккавеева издаётся сборник «Вопросы гидротехники свободных рек», в котором собраны труды русских инженеров-путейцев (В.М. Лохтина, Н.С. Лелявского, В.Г. Клейбера, М.П. Рудского и др.) (Вопросы гидротехники…, 1948).

Труды М.А. Великанова следует рассматривать уже как создание нового, самостоятельного раздела науки – теория руслового процесса. Это выразилось главным образом в том, что он не только собрал и обогатил имевшийся к тому времени опыт, но и сформулировал обобщающие основные постулаты теории (Кондратьев Н.Е. и др., 1975, с. 160).

В настоящем пункте невозможно указать даже небольшой части фамилий исследователей, изучавших за прошедшее столетие законы формирования речных русел. В главе 5 будет подробнее рассмотрен ход развития науки, изучающей деформации речных русел. Там рассмотрены следующие стадии развития русловедения, выделенные по способам представления полученных знаний: аналогии; морфометрические формулы без учета типа русловых процессов; типизации русловых процессов, морфометрические формулы с разделением по типам русловых процессов; графики, определяющие тип русловых процессов; классификации русловых процессов; многофакторные классификации русловых процессов.

Последователи разных направлений сходятся в основных задачах: выяснение условий существования разных форм русел, поиск закономерностей переформирований, выяснение причин изменений типов русловых процессов, прогноз природных и антропогенных переформирований русел рек, отыскание инструментов предсказуемого целенаправленного регулирования русел рек в соответствиями требованиями практики, например:

«В основу гидроморфологической теории положен принцип – всестороннее изучение руслового процесса как сложного, многогранного природного явления, использование методов и аппарата исследований, соответствующих сущности явления, и ориентирование исследований на удовлетворение разнообразных и всё растущих запросов практики» (Кондратьев Н.Е. и др., 1975, с. 162).

«Установление количественных связей между факторами руслового процесса и его проявлениями можно рассматривать как конечную цель теории процесса» (Барышников Н.Б., Попов И.В., 1988, с. 278).

Русловые процессы – завершающее звено гидрологических процессов и явлений, связанное с воздействием постоянных водных потоков на поверхность суши. Научная дисциплина, занимающаяся изучением русловых процессов, обычно называется теорией русловых процессов или учением о русловых процессах. В последнее время для её определения предложен термин русловедение.

«Русловедение – отрасль знаний, изучающая условия и процессы формирования речных русел и разрабатывающая приёмы и методы их регулирования» (Чалов Р.С., 1997, с. 3).

2.4.  Закономерности русловых процессов

2.4.1.     Краткий обзор закономерностей, используемых в русловедении

В ходе развития русловедения разные исследователи приходили к обобщенным, основным положениям, которые в разной степени развивались или опровергались последователями. В настоящее время можно выделить ряд положений, которые в разной степени признаны большинством учёных, а также и многие спорные положения.

Например, «… один из крупнейших специалистов по водному транспорту Н.Н. Жуковский в работе, опубликованной в 1925 г., писал: «Речной поток стремится создать на всём своём протяжении живое сечение однообразного вида, равновеликое и симметричное по отношению к вертикали своих максимальных глубин». Указывая на то, что в легко размываемых породах наблюдаются многочисленные отступления от этого положения, он утверждает, что здесь мы имеем дело с исключением, а не с правилом (Кондратьев Н.Е., 1978, с. 6).

Тезисами, имеющими, возможно, наибольшую историю развития, являются три общеизвестные положения М.А. Великанова (1948б) – взаимодействие потока и русла, минимум диссипации энергии и ограниченность естественных комплексов. В представлении их автора это были основные, специфические и наиболее общие законы руслообразования.

«Вместе с тем эти постулаты оказались чрезмерно общими, и это делало их недостаточно конструктивными» (Кондратьев Н.Е. и др., 1975, с. 160).

Н.И. Маккавеев (1955) обобщил несколько основных законов руслоформирования. Среди них общий закон эрозионно-аккумулятивных процессов, заключающийся в том, что всё сложное многообразие процессов и явлений, связанных с взаимодействием текущей воды и подстилающих горных пород, представляет собой в совокупности единый эрозионно-аккумулятивный процесс, составляющими частями которого являются три главных звена водных потоков. Также им выделены 1) закон нелинейности связей – непропорциональность между количественными изменениями активных факторов процессов и интенсивностью проявления последних; 2) закон факторной относительности –неодинаковой или неодновременной реакции (в отношении направленности и интенсивности развития) процессов в различных звеньях гидрографической сети при изменении условий географической среды; 3) закон ограниченности морфологичеких комплексов (который был ранее сформулирован М.А. Великановым) – наличия определённых типов форм флювиального рельефа, характеризующихся устойчивостью при стационарном режиме процесса и другие законы.

Н.Е. Кондратьев (1953) ввёл понятие о системных (структурных) уровнях проявления русловых процессов. Этот подход был затем развит Н.С. Знаменской (1984, 1992), а затем А.Ю. Сидорчуком (1988). На основе системного подхода и введения понятия о дискретном движении отдельных форм руслового рельефа на каждом системном (структурном) уровне в основанной Н.Е. Кондратьевым и И.В. Поповым научной школе в отделе русловых процессов ГГИ разработан ряд основных положений так называемой «гидроморфологической теории русловых процессов». В наиболее полном виде они изложены в книге (Кондратьев Н.Е. и др., 1982).

Н.А. Ржаницын (1984) суммировал главные закономерности руслоформирующих процессов в виде следующих положений: 1) взаимодействие потока и русла (Н.С. Лелявский, М.А. Великанов, К.И. Россинский и И.А. Кузьмин, Н.И. Маккавеев, Н.А. Ржаницын); 2) ограниченность возможных естественных комплексов (В.М. Лохтин, М.А. Великанов); 3) относительность воздействия факторов, изменяющих водный режим потоков («закон факторной относительности» – Н.И. Маккавеев); 4) оптимальность условий транспорта наносов (Н.А. Ржаницын): непосредственный перенос наносов осуществляется первичными формами рельефа дна (дюны, гряды); повсеместность распространения этих форм, саморегулируемость и изменяемость их с изменением гидравлической обстановки, подобие форм первичных образований определяют оптимальность условий этого механизма транспорта наносов; 5) комплексность в оценке потоков речной системы (Н.А. Ржаницын): речные потоки различны по размерам водности; каждому из участков реки соответствует свой комплекс характеристик, которые его определяют.

2.4.2.     Система. Системные уровни. Эмерджентность

Не самым первым по времени, но, по всей вероятности, одним из важнейших для русловедения стало введение понятий системного анализа.

Системный подход стремится охватить проблему всесторонне, с учётом как одноуровенных отношений между взаимодействующими объектами, так и межуровенных отношений внутри системы. Тем самым структура системы раскрывается и как её иерархия. Системный подход даёт и определённые указания на выбор актуальной информации, связанной с организованными системами-индикаторами состояния изучаемого объекта (Гарцман И.Н., 1976, с. 8).

 «В зависимости от задач различаются три основных типа речных систем: морфологическая, гидрологическая и русловая» (Ржаницын Н.А., 1986, с. 15).

Первое деление форм руслового рельефа по системным уровням (названным «стурктурными») было  произведено Н.Е. Кондратьевым (1953), нашедшее наиболее полное отражение в книге (Кондратьев Н.Е. и др., 1982). Затем этот подход значительно был развит Н.С. Знаменской (1984, 1992), А.Ю. Сидорчуком (1988, 1992) и В.С. Боровковым (1989).

При рассмотрении транспорта наносов Н.Е. Кондратьев (Кондратьев Н.Е. и др., 1959) принимает, что «процесс переотложения наносов дискретен, и ему свойственен структурный характер». Поэтому Н.Е. Кондратьев (1985, с. 4) вводит понятие организационно-структурных уровней: «Элементы низшего порядка, или, как говорят, находящиеся на низшем структурном уровне, обладают свойствами, которые могут отличаться от свойств образуемого ими объекта более высокого структурного уровня. Возникает иерархия структурных уровней, на каждом из которых действуют свои законы, развиваются свои процессы, и решаются свои практические задачи».

Рабочим инструментом исследователя является структурный анализ, который включает в себя как анализ – разделение объекта на целостные элементы, так и синтез – установление системы связей между элементами. От степени его теоретической обоснованности зависит достоверность прогноза русловых переформирований (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 5).

Морфологически одинаковые русловые формы на разных реках и даже на разных участках одной и той же реки могут занимать разное положение в структуре руслового рельефа, иметь разный ранг. Например, р. Терек ниже Каргалинского гидроузла, р. Вычегда ниже устья Выми и дельтовый рукав р. Нигера Форкадос образуют меандры. Но на р. Тереке это формы первого ранга: они сформировались из первичных изгибов речного потока среди дельтовых плавней. На р. Вычегде меандры образовались при зарастании побочней, их ранг второй; излучины Форкадоса соответствуют узлам разветвлений главной реки, и их ранг третий (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 38).

Большую важность для развития русловедения играет принцип эмерджентности, сформулированный для речных русел Н.С. Знаменской (1984; 1992, с. 23): «Эмерджентность русловых процессов как системы выражается в том, что каждый структурный уровень развивается по собственному закону, отличному от законов развития элементов системы». Этот принцип будет использоваться в настоящей работе.

Классическими примерами к принципу эмерджентности являются несводимость законов развития речной излучины к сумме законов движения гряд, и то, что законы развития гряд никоим образом нельзя получить из законов движения отдельных песчинок. Побочень развивается по своему закону эволюции, поэтому следует искать этот закон, а не пытаться описать его поведение с помощью закона движения частиц, из которых он сложен, и которые являются его простейшими элементами.

Н.С. Знаменская (1992, с. 172) подытоживает следующие принципы системного подхода, имеющие непосредственное отношение к методологии исследования русловых процессов:

1) Иерархия строения, отражающая сложную организацию системы, состоящей из ряда элементов, которые сами по себе – сложные системы и состоят из элементов, являющихся в свою очередь системами низших порядков и т.д. (Швебс Г.И., 1981).

2) Эмерджентность системы, означающая свойство системы отличаться от составляющих её элементов собственным законом развития, не являющимся суммой законов развития элементов.

3) Принцип соответствия определяющих факторов процесса уровням организации системы (означающий, что закон развития каждого структурного уровня связан со своими собственными критериями или определяющими факторами) (Знаменская Н.С., 1982).

4) Нелинейность системы, означающую как нелинейность аналитических выражений, описывающих главный её процесс, так и характер связи двух (или более) сложных систем между собой, опирающийся на некоторые функциональные, а не на соответственные отношения (Веников В.А., 1976). Нелинейность системы во времени выражается в запаздывании отдельных явлений системы, сдвиге по фазе и т.п.

5) Способность идентичных систем качественно отличаться широким диапазоном количественных характеристик.

6) Ограниченность неоднородных компонентов или элементов системы и неограниченность (массовость) однородных элементов.

2.4.3.     Общий закон эрозионно-аккумулятивных процессов

Одним из законов руслоформирования на более высоком системном уровне – уровне всей реки – является общий закон эрозионно-аккумулятивных процессов, предложенный Н.И. Маккавеевым (1955).

Всё сложное многообразие процессов и явлений, связанных с взаимодействием текущей воды и подстилающих горных пород, представляет собой в совокупности единый эрозионно-аккумулятивный процесс, составляющими частями которого являются три главных звена водных потоков (Чалов Р.С., Хмелева Н.В., 1979, с. 17):

нерусловые потоки, стекающие со склонов, производящие плоскостную эрозию и несосредоточенную аккумуляцию, создающие основной тип денудации суши;

временные русловые потоки, осуществляющие линейную (овражную) эрозию, развитие которой представляет собой самовозбуждающийся процесс, и сосредоточенную аккумуляцию в виде конусов выноса;

постоянные русловые потоки (реки), образующие в ходе геологической истории речные долины и постоянно переформирующие создаваемые ими формы руслового рельефа.

2.4.4.     Взаимодействие потока и русла (Взаимозависимость, Взаимоуправление, Саморегулирование)

Одним из самых давних является принцип взаимодействия потока и русла, сформулированный М.А. Великановым (1948а, 1955).

Попытка выработать подобный подход была сделана ещё В.М. Лохтиным (1897). Он считал, что не только поток определяет ход русловых процессов, но также и геоморфологическая обстановка в виде ската местности, и геологическая обстановка в виде разнообразных грунтов, в которые врезается река (Кузьмин И.А., 1973, с. 185). В показатель устойчивости В.М. Лохтина входят как показатели потока (уклон), так и характеристика русла (диаметр наносов).

Этот принцип возник при осмыслении практики применения выправительных сооружений (струенаправляющие, струестесняющие и т.п.) на реках Западной Европы в XVIII-XIX веках и в России в конце XIX – начале ХХ века. В его разработку большой вклад внесён Н.С. Лелявским (Вопросы гидротехники…, 1948).

М.А. Великанов сам формулировал этот принцип так: «Механическая сущность русловых процессов может быть в самом общем виде охарактеризована как взаимодействие потока и русла. С одной стороны, твёрдые поверхности, ограничивающие поток, направляют движение частиц жидкости, поэтому можно сказать: «русло управляет потоком». С другой стороны, твёрдые частицы, образующие собою граничные поверхности потока, сами обладают в большей или меньшей степени подвижностью, под влиянием воздействия на них движущихся жидких частиц сами приходят в движение, и двигаются до тех пор, пока не будет достигнута иная, новая форма этих поверхностей, и именно такая, при которой воздействие жидких частиц на твёрдые либо временно прекращается, либо ослабляется, и наступает состояние равновесия. Здесь можно высказать обратное положение: «поток управляет руслом». Эта специфическая для всех естественных русловых потоков – рек, ручьев, селей – особенность представляет собою диалектическое единство двух взаимно воздействующих друг на друга факторов – потока и русла – и самую основу, механическую сущность руслового процесса, как такового» (Великанов М.А., 1948а, с. 483).

И.А. Кузьмин (1973, с. 185) критикует  этот принцип, считая, что он «фактически ничего не изменил, поскольку русло в этой постановке задачи выступает лишь одной своей стороной – граничная поверхность потока. По мнению И.А. Кузьмина, рассматривая такое взаимодействие, М.А. Великанов лишал подстилающий русло грунт его индивидуальных качеств. Им не принималась во внимание неоднородность грунтов, имеющая большое значение для формирования речных русел».

«Механическая сущность руслового процесса может быть охарактеризована как взаимодействие потока и русла. С одной стороны, твёрдая поверхность, ограничивающая поток, направляет движение частиц жидкости, т.е. русло управляет потоком; с другой стороны, те же твёрдые частицы, обладая в известной степени подвижностью, приходят под влиянием воздействия на них жидких частиц в движение, переносятся, осаждаются в другом месте; в этом смысле вступает в силу обратное положение: поток управляет руслом. В этом двустороннем процессе взаимного управления потока и русла или одна, или другая сторона обычно имеет перевес. Если направляющее воздействие русла на поток имеет характер более длительный и устойчивый при сравнительно малой подвижности твёрдых частиц, составляющих русло, то мы говорим о реке более устойчивой; наоборот, если подвижность частиц велика, и также велика скорость потока, то русловые деформации происходят с гораздо большей скоростью, русло быстрее меняет свою форму, и мы говорим в этом случае о реке мало устойчивой» (Великанов М.А., 1955, с. 241).

А.Н. Ляпин (1973) предлагает расширить этот постулат и учитывать взаимодействие потока не только с дном, но и с берегами: «В большинстве случаев этому тезису придаётся несколько ограниченное представление, имея в виду, главным образом, взаимодействие дна русла и речного потока. Между тем, ещё В.Г. Глушков (1925) отмечал, что «поток находится с породой дна и берегов в живом взаимодействии», и даже вводил специальный коэффициент формы русла, «связанный с соотношением прочности береговых и донных пород»» (Ляпин А.Н., 1973, с. 117).

У М.А. Великанова (1958) принцип взаимодействия потока и русла статичен, он показывает лишь естественное состояние каждого русла: «…в результате постепенного воздействия отдельных струй на отдельные части руслового рельефа речное русло приобретает всё более и более плавные очертания, отчего сглаживается и форма струй, пока, наконец, русло и поток не становятся единым органически связанным комплексом, в котором русло приобретает форму потока, а поток отражает форму русла».

Н.И. Маккавеев (1955) развивает принцип взаимодействия потока и русла М.А. Великанова и придаёт ему формулировку «взаимной обусловленности потока и русла». «В наиболее общей форме процесс руслообразования можно определить как процесс «отображения» поверхностью твёрдой среды (т.е. грунтами, слагающими ложе) особенностей движения воды и перемещаемых ею наносов». В качестве примера такого отображения Н.И. Маккавеев (1955) приводит изменение рельефа поверхности раздела двух сред (волны Гельмгольца).

Принцип взаимодействия потока и русла, введённый М.А. Маккавеевым и развитый Н.И. Маккавеевым является первой половиной принципа саморегуляции русла, который по-разному формулировался некоторыми исследователями. Отличительной чертой последующих формулировок принципа саморегуляции является существование не только констатации факта влияния русла на поток, а потока на русло, но и формулировки направления изменения системы «поток–русло» для достижения нарушенного динамического равновесия.

«Деформируя грунт, поток создает себе такие русловые формы, которые отвечают его скоростному полю, а русловые формы в свою очередь определяют скоростное поле потока. При несоответствии русловых форм и скоростного поля происходит их взаимная перестройка». (Михайлова Н.А., Шарашкина Н.С., 1970)

«Главным фактором взаимодействия потока и русла следует считать происходящий между ними взаимообмен наносами, несбалансированность которого приводит к однонаправленным деформациям русла. Явно прослеживаются как прямые, так и обратные связи, обусловливающие саморегулирование необратимых русловых деформаций и транспорта наносов. Процессы транспорта, переотложения наносов в русловых потоках, деформации русла следует рассматривать как саморегулируемые процессы, регулятором которых является транспортирующая способность потока» (Караушев А.В., Романовский В.В., 1986, с. 13-14).

Принцип взаимодействия потока и русла постепенно трансформируется в принцип взаимозависимости, затем взаимоуправления потока и русла, а теперь и в принцип саморегулирования системы «поток–русло».

Аналогичные принципы саморегулирования можно сформулировать и на других системных уровнях, на которых обычно рассматриваются проявления русловых процессов.

На уровне системы «водосбор–река»: Взаимодействие между рекой и водосбором проявляется в саморегулировании продольного профиля реки и рисунка гидрографической сети, что является ответным откликом на нарушение баланса между соответствующими определяющими параметрами.

На уровне «поток–русло»: Взаимодействие между потоком и руслом проявляется в саморегулировании типов русловых процессов, что является ответным откликом на нарушение баланса между определяющими параметрами (поступлением наносов и транспортирующей способностью потока).

На уровне «струя–песчинка»: Взаимодействие между струёй и песчинкой проявляется в саморегулировании формы движения этой песчинки, что является ответным откликом на нарушение баланса между определяющими параметрами (силами взвешивания и силой тяжести).

В соответствии с рассмотренными выше системными принципами не следует смешивать процессы, проходящие на разных системных уровнях, не следует сводить влияние одного и того же определяющего фактора к проявлениям только на одном системном уровне, потому что на другом системном уровне он может проявиться по-своему, независимо от проявления на другом уровне.

2.4.5.     Независимость гидравлики и форм русла

В то же время Н.И. Маккавеев предупреждает о том, что не смотря на взаимообусловленность элементов системы «поток–русло», эта связь не является однозначной: «потоки с одинаковыми гидравлическими характеристиками могут в различных природных условиях создавать различные русловые формы и, в свою очередь, внешне одинаковые русловые образования могут возникнуть под влиянием совершенно различных гидравлических процессов» (Маккавеев Н.И., 1949, с. 15).

2.4.6.     Принцип минимума диссипации энергии

Другим давним и очень известным принципом в русловедении является принцип «минимума диссипации энергии». Этот принцип особенно активно используется для объяснения меандрирования русел рек. Он будет также рассмотрен именно в таком качестве в главе 3 «Типы русловых процессов и форм русел равнинных рек» при рассмотрении гипотез о причинах формирования меандрирования рек.

Принцип минимума диссипации в гидродинамике был выдвинут немецким физиком, математиком, физиологом и психологом Г.Л.Ф. Гельмгольцем (Helmholtz) (1821–1894) в форме интегрального принципа, относящегося к структуре скоростного поля. В 1847 г. в работе «О сохранении силы» Г.Л.Ф. Гельмгольц впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии и, проанализировав большинство известных в то время физических явлений, показал всеобщность этого закона, в частности то, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии; это было наиболее сильным аргументом против концепции особой «живой силы», якобы управляющей организмами. Г.Л.Ф. Гельмгольц впервые доказал применимость принципа наименьшего действия к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям, вскрыл связь этого принципа со вторым началом термодинамики.

Принцип наименьшего действия – один из вариационных принципов механики, согласно которому для данного класса сравниваемых друг с другом движений механической системы действительным является то, для которого физическая величина, называемая действием, имеет минимум (точнее, экстремум). Принцип наименьшего действия в форме Гамильтона – Остроградского устанавливает, что среди всех кинематически возможных перемещений системы из одной конфигурации в другую (близкую к первой), совершаемых за один и тот же промежуток времени, действительным является то, для которого действие по Гамильтону S будет наименьшим.

М.А. Великанов перенёс этот принцип из классической физики от Г.Л.Ф. Гельмгольца и Дж. У. Рэлея. Справедливость его для ламинарного движения, когда инерционными членами в общих дифференциальных уравнениях, за их малостью, можно пренебречь, была доказана М.А. Великановым (1948а). Этот принцип, по мнению М.А. Великанова (1948а, с. 485-486) «утверждает почти очевидную истину, что данная жидкость под действием заданных внешних сил и в заданных твёрдых границах протекает с таким распределением скоростей (в такой форме), при котором в теплоту переходит минимальная часть механической энергии потока. В потоке с подвижным руслом все изменения скоростного поля, а также связанные с последним изменения формы русла происходят в направлении уменьшения диссипации энергии, или, что то же самое, в направлении уменьшения суммарной работы сил сопротивления.

Этот принцип вызывает разногласия; например, В.Г. Саноян в выступлении в дискусии на V Гидрологическом съезде сказал: «Я не согласен с высказыванием о применимости принципа минимума диссипации энергии к русловым потокам. Этот принципам высказан и доказан Гельмгольцем в прошлом веке и относится к медленному движению вязкой жидкости (Труды V Всесоюзного…, 1988, с. 338).

Примером является также сравнение разных типов русел рек и вопрос, на который пока нет ответа, о том, как этот принцип может одновременно соответствовать сразу всем различающимся типам: «Многие авторы используют принцип минимума диссипации энергии, исходя из которого одни считают, что русла рек должны искривляться, так как поток стремится к уменьшению эрозионной работы путём уменьшения уклона, а другие полагают, что русла должны спрямляться, поскольку прямое направление является наивыгоднейшим (Davis W.M., 1912; Wundt W., 1941)» (Россинский К.И., 1972б, с. 21).

Подобное положение, когда некотрое теретическое поожение хорошо объясняет один класс явлений, но совершенно не пригоден для объединения всей совокупности явлений, случается довольно часто. Поэтому в существующей формулировке принцип минимума диссипации энергии не имеет права на существование и фактически оказался забытым. Он лишь упоминается при обзоре работ по теории русловых процессов, главным образом, М.А. Великанова и при перечислении гипотез образовнаия меандрирования.

В таких случаях надо или отвергнуть это положение или рассмотреть его шире. Возможно, что новую жизнь постулат минимума получит при рассмотрении не только потока, но и переносимых этим потоком наносов, т.е., возможно, критерием формы русловых образований будет минимум диссипации энергии для системы «поток–русло».

2.4.7.     Принцип ограниченности природных комплексов

Впервые принцип ограниченности морфологических комплексов в отношении русловых процессов был сформулирован М.А. Великановым: (1948а, с. 13): «В природе из бесчисленного количества возможных русловых образований осуществляется лишь ограниченное число относительно устойчивых форм таковых, что создаёт возможность геоморфологической классификации естественных русловых комплексов».

Впоследствии он связал его с взаимоуправлением потока и русла, которое «приводит в результате всех деформаций к определённым, наиболее вероятным комбинациям между морфометрическими характеристиками русла и гидравлическими характеристиками потока» (Великанов М.А., 1958, с. 58).

Принцип ограниченности морфологических комплексов лежит в основе типизации русловых процессов: «в природе из бесчисленного количества возможных русловых образований осуществляется лишь ограниченное число относительно устойчивых форм таковых, что создаёт возможность геоморфологической классификации естественных русловых комплексов» (Великанов М.А., 1948а, с. 13).

По Н.И. Маккавееву (1976), ограниченность морфологических комплексов и относительная устойчивость возникающих в процессе взаимодействия русловых форм обусловливается тем, что последние, будучи производной от воздействия потока на подстилающую его поверхность, возбуждают в самом потоке явления и процессы, способствующие их возобновлению, т.е. предопределяют формирование той или иной кинематической структуры потока (Маккавеев Н.И., Чалов Р.С., 1986).

В то же время большинство исследователей говорит об отсутствии границ между любыми заранее определёнными типами русловых процессов: «Категории не представляются строго разграниченными, а переходят одна в другую непрерывно» (Великанов М.А., 1948а). «Разнообразие определяющих факторов и их сочетаний приводит к столь же богатому разнообразию строения и динамики макроформ» (Кондратьев Н.Е., 1985, с. 8).

Н.И. Маккавеев (1955) отнёс принцип ограниченности естественных комплексов к одному из основных законов русловых процессов, но сделал примечание, что возникает много вариаций основных форм, соответствующих разным стадиям развития морфологических комплексов, а также обусловленных периодическими или направленными изменениями руслообразующих факторов.

«Река не может быть «какой угодно». В природе нет и не может быть рек, спокойно текущих по каменистому ложу, или бурных рек, быстро текущих по илистому дну, по той причине, что каменистое ложе может входить лишь в комплекс тех ландшафтных условий, которые свойственны горным районам, а там не может быть спокойно, медленно текущих рек, русло же из ила может явиться лишь результатом аллювиальных отложений медленно текущей реки, т.е. такой, которая встречается в равнинных условиях, где уклоны всегда очень малы» (Великанов М.А., 1948а, с. 487).

Всё сказанное Великановым относится к Земле и воде. В других природных условиях существуют другие нетипичные виды русел. На Земле пример – вулканическая лава, сель, другие потоки, оползни. Скорее нужно говорить, что некоторых «видов» рек не может быть, чем их есть мало. В поле существующих видов их очень много.

«К этому можно добавить, что даже при установившемся режиме формирование руслового рельефа имеет стохастический характер» (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 101).

Наверное, более правомерен объелинённый принцип ограниченности и неограниченности природных комплексов.

2.4.8.     Закон автоматического выравнивания транспортирующей способности

Руслоформирующий поток в результате взаимодействия с руслом характеризуется в общем случае изменением расхода перемещаемых наносов во времени и пространстве (Факторович М.Э., 1970, с. 33).

Содержание закона автоматического выравнивания транспортирующей способности по существу определяется самим понятием «Эрозионно-аккумулятивные процессы»: эрозия – перемещение (транспорт) – аккумуляция минеральных частиц (наносов) являются составными частями единого процесса (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 55).

Соотношение между эрозией, транспортом и аккумуляцией наносов определяет баланс наносов и общую направленность эрозионно-аккумулятивного процесса в целом. Н.И. Маккавеев (1955) показал, что в основе развития флювиальных систем лежит процесс «автоматического регулирования» транспортирующей способности потока. «На тех участках, где удельная транспортирующая способность потока недостаточна для транзита поступающих с вышележащего участка наносов, дно постепенно повышается до тех пор, пока в результате отложений уклон не возрастёт до величины, обеспечивающей транзит наносов. Те же участки, где поток содержит наносов меньше, чем мог бы переносить, углубляются тем интенсивнее, чем больше дефицит насыщения потока наносами. По мере углубления уклон на участке уменьшается, что вызывает увеличение уклона на вышележащем участке и возрастание транспорта наносов с верховьев» (Маккавеев Н.И., 1955, с. 189).

Продольный профиль, имеющий сравнительно стабильную форму, соответствующую выровненной по длине транспортирующей способности потока называть выработанным (Маккавеев Н.И., 1955).

Поскольку баланс наносов отражает направленность эрозионно-аккумулятивных процессов, то «автоматическое регулирование» транспортирующей способности потока следует рассматривать как закон эрозионно-аккумулятивных процессов. (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 56).

Закон автоматического выравнивания транспортирующей способности является второй половиной принципа саморегуляции русла: Русловой поток автоматически выравнивает свою транспортирующую способность по длине реки, вызывая эрозию или аккумуляцию в местах, где она относительно мала, до тех пор, пока не установится такой уклон, при котором транспортирующая способность потока на данном участке не сравняется с транспортирующей способностью на вышележащем участке (Чалов Р.С., Хмелева Н.В., 1979, с. 18).

Его также можно рассматривать на разных системных уровнях. Н.И. Маккавеев рассматривает систему «река–водосбор». На этом системном уровне выравнивание транспортирующей способности приводит к изменения положения продольного профиля реки: В результате эрозионно-аккумулятивной работы потока его удельная транспортирующая способность постепенно выравнивается по длине речной системы. Если расход воды от верховья к низовьям реки увеличивается, общий скат местности равномерный, и горные породы однородные, то процесс выравнивания транспортирующей способности придаёт продольному профилю реки форму кривой гиперболического типа, характеризующуюся убыванием уклона в сторону устья (Маккавеев Н.И., 2003а, с. 240-241).

На системном уровне «русло–поток» выравнивание транспортирующей способности проявляется в изменении типа русловых процессов: Единство взаимодействия потока и русла и движения наносов, в свою очередь, обуславливает саморегулирование системы «поток – русло» через сформулированный Н.И. Маккавеевым (1955) закон автоматического выравнивания транспортирующей способности потока., который проявляется как в развитии продольного профиля реки в целом и на отдельных её участках (вертикальные деформации), так и в механизме движения грядовых форм руслового рельефа, развитии форм русла и т.д., в том числе при сезонных изменениях водности реки (Чалов Р.С., 1997).

В рассмотрении по длине потока этот закон называется законом автоматического выравнивания транспортирующей способности, а в рассмотрении двух основных факторов руслоформирования – поступления наносов и транспортирующей способности – это закон автоматического соответствия транспортирующей способности и поступления наносов.

2.4.9.     Закон нелинейности связей

Развитие всех видов эрозионно-аккумулятивных процессов осуществляется в соответствии с законом нелинейности связей (Маккавеев Н.И., Чалов Р.С., 1986) – непропорциональности между количественными изменениями активных факторов процессов, с одной стороны, интенсивностью их проявления и транспортирующей способностью потоков, с другой. Этот закон Н.С. Знаменская рассматривает в качестве одного из системных положений.

Наиболее ярко этот закон проявляется через наличие квадратичной или кубической связи между расходом воды Q и эрозионно-транспортирующей способностью потоков, которую можно выразить через расход наносов R=f(Q^m), где показатель степени m больше 1 и зависит от состава грунтов, на которые воздействует поток. Эрозионно-транспортирующая способность потоков растёт также по мере увеличения неравномерности стока (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 50).  Слияние потоков в речных системах (особенно одного или близких порядков) обычно сопровождается значительно большим ростом эрозионной и транспортирующей способности реки, чем её водность (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 51).

2.4.10.    Закон факторной относительности

Суть его заключается в неодинаковой и неодновременной реакции эрозионно-аккумулятивных процессов в разных звеньях водных потоков и их транспортирующей способности на изменения условий их развития – климата, тектонических движений, колебания базиса эрозии и т.д. (Маккавеев Н.И., Чалов Р.С., 1986).

Направленность эрозионно-аккумулятивных процессов в главной речной артерии может не совпадать с процессами, проходящими в притоках (Маккавеев Н.И., 1971), что обуславливает несинхронность русловых процессов, может вызывать местные аккумуляционные и эрозионные процессы.

2.4.11.    Дискретность и континуальность

Принцип дискретности сформулирован Н.Е. Кондратьевым (1953; 1978; 1985; Кондратьев Н.Е. и др., 1982). «Природным объектам присуща пространственная целостность, исключающая возможность произвольного, случайного деления их на части. Такое деление было бы разрушением объекта. Вместе с тем внутреннее строение этих объектов корпускулярно, т.е. эти элементы состоят из сочетания целостных же элементов меньшего размера, однородных или разнородных»  (Кондратьев Н.Е., 1985, с. 4).

Н.Б. Барышников (1978, с. 21) сравнивает переход к дискретным представлениям в науке о русловых процессах с развитием химии и физики: «Именно переход к дискретным представлениям в ряде наук способствовал их росту. Так, бурное  развитие химии произошло благодаря работам Д.И. Менделеева, физики – при разработке квантовой теории».

Дискретный подход связан с системными (структурными) уровнями: «Существенным элементом дискретного подхода к сложному процессу является выделение так называемых структурных уровней, в которых каждый структурный элемент высшего уровня содержит в себе дискретные элементы низшего порядка» (Кондратьев Н.Е. и др., 1973, с. 201) и иногда даже смешивается с ним: «Под дискретностью  или структурностью понимается свойство материи раздробляться на отдельные элементы и образовывать из них обособленные группы и отдельности, в свою очередь объединяющиеся в более крупные группы и соединения. Каждому элементу, группе, соединению свойственны свои качественные отличия, своё содержание и как следствие свои методы и приёмы исследований» (Попов И.В., 1965, с. 50).

Дискретность (прерывность) можно рассматривать во временном аспекте: русловые процессы дискретны, поскольку они проявляются в разные фазы водного режима на разных структурных уровнях и с различной интенсивностью вплоть до полной стабилизации русла в меженный период и выхода отдельных его частей (обсыхания) из-под влияния потока. Тогда континуальность отражает и взаимообусловленность всех форм проявлений русловых процессов во времени. Это осуществляется, если река не пересыхает (не промерзает), и на тех участках русла, которые остаются под водой во все фазы гидрологического режима (Чалов Р.С., 1997).

Неразрывно с принципом дискретности необходимо помнить и о континуальности материи и о континуальности русловых форм и процессов. Континуальности русловых процессов заключается в непрерывности (на макроуровне) руслового потока и поля отметок дна речного русла, взаимосвязанности и взаимопереходах отдельных русловых форм (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 6). Это приводит к формулировке совместного закона дискретности–континуальности, учёт которого требует одновременного учёта континуальных и дискретных свойств гидравлических структур водного потока и морфологических русловых образований.

2.4.12.    Организация и беспорядочность

В ещё большей степени, чем дискретность и континуальность, в системе поток–русло сочетаются признаки беспорядочности и организации.

Рельеф речного русла представляет собой комплекс как относительно устойчивых, так и постоянно изменяющихся русловых форм. Само русло тоже обычно имеет очень сложную форму. Обладает ли этот комплекс внутренней организацией, какова эта организация, и в чём причины её проявления – это принципиальные вопросы теории руслового процесса (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 6).

Так, Ю.Л. Климонтовичем (1986) была сформулирована S-теорема, согласно которой более упорядоченной является та система, энтропия которой относительно единого энергетического уровня сравнения будет меньше. (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 20).

2.4.13.    Региональные условия. Зональность

Принцип географической определённости морфологии русел рек обоснован работами Н.И. Маккавеева (1955) и Р.С. Чалова (1979; Эрозионные процессы…, 1984) и отражает закономерное изменение во времени и пространстве основных факторов русловых процессов. Это позволяет говорить о зональности русловых процессов, региональных особенностях их проявления. В то же время на локальном уровне наблюдается большая изменчивость как морфологии, так и динамики отдельных форм русел, поэтому необходимо учитывать влияние на русловой процесс всего комплекса природных факторов, даже, на первый взгляд, малосущественных (Сидорчук А.Ю., 1992).

На базе огромного фактического материала показано, что в особенностях русловых процессов прослеживается как широтная, так и вертикальная зональность. Связь руслового процесса с природными особенностями водосбора прослеживается по линии – режим стока реки, количество и характер продуктов эрозии, поступающих с водосбора, непосредственное влияние климата на пойменную растительность, ледовый и волновой режимы (Маккавеев Н.И., 1979, с. 40).

Можно сделать вывод, что конкретные гидроморфологические закономерности руслового процесса, выявленные в одном регионе, нельзя без предварительных исследований переносить в другой регион. В то же время общие законы руслоформирования является едиными в любых природных зонах.

Например, степень задернованности склонов оказывает значительное влияние на поступление наносов в реку с водосбора. В зависимости от природно-климатической зоны это проявляется по-разному: например, в зоне широколиственных лесов древесно-кустарниковая растительность может заметно уменьшать количество смываемых наносов, а в степной и пустынной зонах кустарниковая растительность не играет значительной роли в закреплении грунтов, что приводит к повышенному поступлению наносов в реки. Это приводит к разным соотношениям поступления наносов и транспортирующей способности и разным типам русла. Но закон руслоформирования, заключающийся в определяющем значении относительной транспортирующей способности остаётся единым, получая противоположные иллюстрации своего проявления.

2.4.14.    Фактор времени

Время на самом деле не является действующим природным фактором. Железо ржавеет не потому, что проходит время, а потому, что оно включается в реакцию окисления. Именно в таком свете видит время И.Н. Гарцман: «…стоит указать ещё на один фактор, определяющий суммарную протяжённость речной сети – фактор времени, точнее, на происходящую во времени перестройку речной сети» (Гарцман И.Н. и др., 1976, с. 97).

Например, А.А. Родэ (1947) рассматривает время по отношению к почвообразованию как особый множитель: «Оно, как известно, не является источником ни вещества, ни энергии, а представляет собою как бы некоторый множитель, на который должно умножаться действие всех остальных факторов, как бы некоторую особую координату, вдоль которой идёт развитие всех процессов и явлений».

Иногда удобно рассматривать время, как фактор или как аргумент временных закономерностей. Оно может выражаться как продолжительность воздействия, инерция, запаздывание, релаксация, временной сдвиг.

Время реакции скрыто в других выше перечисленных законах руслоформирования – взаимодействия потока и русла, автоматического выравнивания транспортирующей способности, нелинейности связей, факторной относительности.

Время реакции отдельных уровней флювиального рельефа на изменения факторов русловых процессов меняется в зависимости от масштаба форм руслового рельефа (Knigton D., 1987). Быстрее всего, в течение дней и месяцев, к изменённым условиям приспосабливаются грядовые песчаные формы руслового рельефа, в течение нескольких лет видоизменяется форма поперечного сечения русла; перестройка форм русла – излучин, разветвлений – занимает уже десятилетия и столетия, продольного профиля реки – тысячи лет (Беркович К.М. и др., 2003, с. 31).

Зависимость времени реакции от системного уровня важна в связи с тем, что на изменение одного и того же руслоформирующего фактора разные русловые формы на соответствующих системных уровнях реагируют с разной скоростью. Например, изменение соотношения между транспортирующей способностью потока и поступлением наносов относительно быстро вызывает реакцию в изменении типа русловых процессов (Кондратьев А.Н., 1999) и гораздо медленнее проявляется в изменении продольного профиля реки (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997).

В литературе часто встречается мнение, что сложное строение рельефа речного русла, многочисленность и разноразмерность форм руслового рельефа определяется наличием в речном русле  форм, образованных при иных гидравлических условиях и ином гидрологическом режиме, сохранившихся в русле в силу инерционности процесса трансформации русла (Allen J.R.L., 1978; Сидорчук А.Ю., 1992, с. 21).

Такие релаксационные структуры в рельефе речного русла несомненно имеются и часто составляют его основу. Поэтому по предложению Н.С. Знаменской при анализе структуры руслового рельефа необходимо выявить фазу развития русловых форм – активную и пассивную. Главным критерием при этом будет тенденция развития формы – согласованная эволюция структуры потока и русла для активных форм и несогласованная, гистерезисная, – для пассивных (Знаменская Н.С., 1968; Кондратьев Н.Е. и др., 1982).

К.М. Беркович (2000; 2001) сформулировал качественные критерии, характеризующие устойчивость русел рек к антропогенным нагрузкам. К ним отнесены и характерные времена: 1) время запаздывания – период с начала техногенного воздействия на русло до появления первых признаков реакции русла на это воздействие и 2) время релаксации, измеряемое периодом восстановления исходного состояния участка реки после устранения воздействия или адаптации к постоянно действующей нагрузке; оно зависит, главным образом, от степени нарушения порогового уровня и устойчивости русла;

Фактор времени может проявляться в виде сдвига наступления различных гидрологических или гидравлических характеристик потока. Например, рассматривая процессы в порах связного грунта, И.Ф. Карасев (1975) обратил внимание на возможность возникновения не синхронизированных ситуаций в поле давления и назвал этот эффект фазовым сдвигом (Δt).  А.Б. Клавен (1996) обнаружил подобный фазовый сдвиг при взаимодействии руслового и подруслового потоков.

2.4.15.    Колебания природных процессов

Характерной особенностью колебаний природных процессов, в том числе и гидрометеорологических, является их цикличность или квазипериодичность. О причине этой квазипериодичности нет единого мнения. Большая часть исследователей склоняется к мнению о геофизической их обусловленности (Афанасьев А.Н, 1967; Гирс А.А., 1971; Максимов И.В., 1970; Оль А.И., 1969; Саруханян Э.И., Смирнов Н.П., 1971), имеются попытки объяснить их как проявление автоколебательных процессов в системе «океан–атмосфера» (Сергин В.Я., 1977; Яковлева Н.И., 1965) или рассматривать как естественное свойство случайных временных рядов (Алехин Ю.М., 1969; Крицкий С.Н. и др., 1975; Сванидзе Г.Г., 1977).

2.4.16.    Начальные условия (существующий тип русловых процессов)

Начальные условия формирования (существующие формы руслового процесса) также играют свою роль в следующих деформациях речных русел. Это важно учитывать при прогнозе русловых деформаций.

Иногда можно точно не знать существующие параметры потока. Для прогноза изменения русла не столько необходимо знать абсолютные значения параметров системы до и после внешнего воздействия, а более важно знать направление (вектор, степень) изменения руслоформирующих факторов. Например, сведения о том, что каким-либо образом произойдёт увеличение поступления наносов с водосбора или верхнего участка на рассматриваемый участок реки, не даёт знания об абсолютном значении расхода наносов ни до, ни после изменения руслоформирующих факторов, но даёт информацию об относительном увеличении поступления наносов. Это даёт сведения о превышении поступления наносов над сохранившейся транспортирующей способностью, соответствующей начальным условиям на участке, на основе чего можно сделать прогноз изменения реки, что может выражаться разными способами на разных русловых уровнях.

2.4.17.    Многофакторность русловых процессов. Главные факторы

В русловедении традиционно и правомерно главными руслоформирующими факторами считаются 1) поступление наносов в реку; 2) транспортирующую способность; 3) ограничения развития русловых деформаций, а также 4) сопротивление пойм размывам и образованию пойменных проток.

Многие другие руслоформирующие факторы (которые подробнее рассматриваются в главе 3) также оказывают влияние на русловые процессы, но чаще их влияние происходит не прямо на формы русла, а опосредованно через основные руслоформирующие факторы.

Изменения основных руслоформирующих факторов часто считаются показателями типов русловых процессов и на основе таких типизаций получаются однофакторные типизации русловых процессов (см. в главе 5). Далее, в главе 8, описаны многофакторные типизации русловых процессов, основанные на совместном рассмотрении нескольких главных и других руслоформирующих факторов.

2.5.    Динамическое равновесие

2.5.1.     Формулировка

Формулировки основных закономерностей руслоформирования, приведённых выше, показывают, что в формировании русел значительную роль играют соотношения между руслоформирующими факторами. В случае, когда внешние руслоформирующие факторы не изменяются, русло также находится в относительном динамическом равновесии. При нарушении баланса между руслоформирующими факторами происходит ответное изменение системы, что выражается в достижении нового состояния динамического равновесия в новом или прежнем морфологическом облике.

«Состояние реки, при котором все деформации полностью обратимы, т.е. вполне соответствуют расходу наносов, называется состоянием динамического равновесия. Естественные реки, как правило, находятся в состоянии близком к состоянию динамического равновесия» (Кондратьев Н.Е. и др., 1975, с. 163).

«Речной поток и русло в отдельные периоды времени могут считаться динамически равновесной системой. Состояние системы, при котором деформация русла и поймы полностью соответствуют расходу наносов, является состояние динамического равновесия. Любые отклонения от равновесного состояния по тем или иным причинам приводят к русловым деформациям: размывам, заилениям и др.» (Боровков В.С., 1989, с. 72).

«Изменения рельефа суши и процессы его развития ведут к постоянному нарушению равновесия, вызывают известную перегруппировку действующих сил и обусловливают тем самым изменение условий, в которых протекает это равновесие» (Ржаницын Н.А., 1984, с. 124).

«Деформации русел равнинных рек связаны, главным образом, с нарушениями поперечного баланса наносов и имеют в основном периодически повторяющийся характер, в результате чего за многолетние периоды поступления и удаления наносов в пределах каждого участка русла практически балансируется» (Россинский К.И., 1972б, с. 21).

«Стадия прямолинейной устойчивости обнимает русла статического и динамического равновесий. Русло статического равновесия формируется при насыщении водотока наносами в количестве, не влияющем на изменение структуры потока и внешней формы его ложа (Кузьминов Ю.М., 1960, 1962, 1963). Последовательное увеличение нагрузки потока наносами определяет переход его к руслу динамического равновесия, характерного балансом наносов, поступающих на данный участок ложа русла и выносимых потоком с этого участка (Кузьминов Ю.М., Иваненко Ю.Г., 1963; Иваненко Ю.Г., Кузьминов Ю.М., 1963)» (Кузьминов Ю.М., 1970, с. 63).

В макроформах обнаруживается способность реки к саморегулированию, т.е. способность путём внутренней спонтанной морфологической перестройки приспосабливаться к пропуску всего твёрдого материала, поступающего в реку с поверхности водосбора и из верховых звеньев речной сети. Эта особенность руслового процесса позволяет отнести к числу независимых факторов руслообразования наряду с совокупностью характеристик жидкого стока и совокупность характеристик твёрдого стока. Наличие обстоятельств, ограничивающих свободное развитие руслового процесса (выходы неразмываемых пород, базисы эрозии и пр.), накладывает свой отпечаток на механизм приспособления, но не исключает его. Эти ограничивающие факторы следует так же, как жидкий и твёрдый сток отнести к числу определяющих факторов» (Кондратьев Н.Е., 1978, с. 8).

2.5.2.     Устойчивый уклон

Нарушение баланса между основными руслоформирующими факторами приводит к разным ответным морфологическим реакциям на разных системных уровнях. Если на системном уровне «поток–русло» приспособление выражается в изменении типа русловых процессов (что выражается в изменении степени извилистости русла, т.е. изменении уклона водотока), то на системном уровне «река–водосбор) приспособление выражается в изменении продольного профиля долины. Темпы такого приспособления, соответственно, разные.

Поэтому в связи с понятием динамического равновесия разные исследователи использовали также понятие «устойчивого уклона». Например, при выделении морфодинамических типов русел важно определить условия их существования. Л. Леопольд и М. Вольман, впервые используя анализ QI-диаграмм, установили критический уклон меандрирования.

Уклон I₀, при котором вдоль потока соблюдается условие R=R_тр [расход наносов = транспортирующая способность], называется «устойчивым» и в общем случае не совпадает с величиной I. Из анализа этого условия можно получить, что , где Q_ф и R_p – характерные руслоформирующие расходы воды и наносов.

Увеличение R_p (или уменьшение Q_ф) приводит к возрастанию I₀ и возникновению условия I₀>I. Восстановление утраченного равенства между фактическим стоком наносов и транспортирующей способностью потока осуществляется вследствие возникновения в системе процессов, способных увеличить I до значений I₀. Аккумулятивные процессы вызывают накопление наносов, наиболее мощное на верхней границе системы, и увеличение I. Возрастание уклонов в конечном итоге приводит к равенству I₀=I, которое восстанавливается при изменении объема речных отложений на величину DW₀>0. При уменьшении R_p  и увеличении Q_ф восстановление взаимодействий в системе руслового потока осуществляется на фоне эрозии русла реки, уменьшения падения уровней воды и уклонов I. Достижение условия I₀=I означает восстановление первоначальных условий переноса наносов при изменении объёма речных отложений на величину DW₀<0 (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 28.).

2.5.3.     Концепция устойчивого уклона на устьевом участке

Оценка влияния основных факторов руслового процесса на формирование продольного профиля русла на устьевом участке реки и установление тенденции и интенсивности его развития также производится на основе концепции «устойчивого» уклона (Михайлов и др., 1977). Под «устойчивым» уклоном понимается некоторый фиктивный средний уклон водной поверхности, при котором транспортирующая способность потока соответствует поступающему сверху расходу русловых наносов, и отсутствуют необратимые деформации. «Устойчивый» уклон I₀ является зависимой величиной и может быть приближённо определён исходя из принципа размерностей и с учётом данных наблюдений в низовьях и дельтах рек: , где Q – руслоформирующий расход воды, r – мутность воды для руслоформирующих фракций наносов, d – средний диаметр русловых наносов, s_s – их плотность, К₁ – эмпирический коэффициент.

Тенденция развития русла и его продольного профиля на устьевом участке может быть оценена по критерию: I<=>I₀,  где I – фактический уклон. Соотношение I > I₀ приводит к эрозионному врезанию русла и понижению его продольного профиля. Соотношение I < I₀ вызывает отложение наносов и ведёт к повышению продольного профиля русла. Интенсивность русловых деформаций определяется соотношением абсолютных величин I и I₀.

Многообразие типов соотношения фактического и «устойчивого» уклонов можно иллюстрировать на примере развития современного русла в дельте р. Терек (Михайлов В.Н., Алексеевский Н.И., 1981).

2.5.4.     Динамическое равновесие на других системных уровнях

Р. Черли (Chorley R.J., 1965) рассматривал речные бассейны как открытую систему. Устойчивое состояние открытой системы (динамическое равновесие) может характеризоваться постоянными значениями гипсометрического интеграла, сохраняющимся в условиях однородной литологии как угодно долго, пока врез и денудация междуречий находится в равновесии (Борсук О.А., Спасская И.И., 1974, с. 95.)

2.5.5.     Неравновесность

Отмечается, что состояние динамического равновесия реализуется лишь на участках среднего течения рек, поскольку в верховьях наряду с обратимыми деформациями происходит направленная эрозия русла, а в низовьях – наряду с обратимыми деформациями, направленная аккумуляция наносов. (Кондратьев Н.Е. и др., 1982, с. 11).

Вместе с тем натурными наблюдениями установлено, что и участки среднего течения рек нередко оказываются в неравновесном состоянии, вызванном изменениями одного или нескольких факторов, определяющих русловой процесс (Беркович К.М., 2001). Такие участки реки характеризуются, как находящиеся под воздействием условно необратимых (Кондратьев Н.Е. и др., 1982) или направленных деформаций (Карасев И.Ф., 1975; Чалов Р.С., 1995), а сам неравновесный процесс описывается уравнением баланса наносов (Алексеевский Н.И., 1998; Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 2001).

Река как система «поток-русло», стремящаяся к состоянию динамического равновесия, тем не менее, значительные временные отрезки в ходе своего развития находится под воздействием неравновесных процессов (Виноградов В.А. и др., 2003, с. 66).

В зависимости от условий возникновения (генезиса) неравновесные процессы и формы их проявления в развитии русел рек осуществляются в широком диапазоне пространственно-временных масштабов. В.А. Виноградов и др. (2003) считают, что неравновесные процессы нередко формируют морфологический фон, на котором развиваются деформации по законам, соответствующим равновесным типам русловых процессов. И.Ф. Карасев (1975) выделяет неравновесные деформации в особые типы русловых процессов.

2.6.    Выделение различных системных (структурных) уровней в проявлении русловых процессов

2.6.1.     Системные уровни и виды систем в реке

Понятие «структурный уровень» было введено в теорию руслового процесса Н.Е. Кондратьевым (Кондратьев Н.Е. и др., 1959), который выделил 3 основных структурных (системных) уровня руслового рельефа – микроформы, мезоформы и макроформы, описал их главные свойства. Однако Н.Е. Кондратьев не сформулировал ни определения структурного уровня руслового рельефа, ни принципов, в соответствии с которыми тот или иной комплекс русловых форм можно было бы отнести к данному структурному уровню.

Н.С. Знаменская (1989) на основе принципа эмерджентности обозначила основной признак, позволяющий отнести разные русловые формы к одному структурному уровню: одинаковые законы протекания руслового процесса, отличные от законов для русловых форм на других структурных уровнях.

В пределах одного и того же русла изменения происходят одновременно на всех структурных уровнях, и, строго, говоря, их нельзя рассматривать как независимые (Боровков В.С., 1989, с. 165).

В иерархии системных уровней, на которых проявляется деятельность русловых процессов, можно выделить уровни «песчинка–вода», «грунт–струя», «русло–поток», «водосбор–река», а также, возможно, и другие.

Системный уровень «песчинка–вода» обычно исследуется в лотках, имеет свои методы исследования и решает свои задачи. Иногда на основе рассмотрения параметров на этом уровне в нарушение принципа эмерджентности выводятся формулы для расхода наносов.

К.И. Россинский и И.А. Кузьмин (1950, 1958), критикуя подход М.А. Великанова (1948а, 1955), который под русловым процессом понимал динамическое взаимодействие потока и русла, считают, что в действительности поток взаимодействует с грунтом, по которому движется вода; русло же – продукт этого взаимодействия. Они рассматривают суть русловых процессов на системном уровне «грунт–струя» («грунт–поток»). «Непосредственной причиной деформаций речного русла является нарушение баланса перемещаемых рекой наносов» (Россинский К.И., 1972б, с. 21).

На этом же системном уровне изучает проявления русловых процессов А.Б. Клавен и другие исследователи. Например, А.Б. Клавен пишет, что в конкретном комплексе «поток–грунт» образуются  русловые формы конкретного масштаба или, что то же самое, конкретного шага. Этот шаг форм будет соответствовать тому масштабу в спектре макротурбулентности, который по сравнению с другими при данных конкретных гидравлических характеристиках потока и крупности грунта создаёт на частицах наибольший обезвешивающий эффект, т.е. наибольшее положительное значение подъёмной силы. Проявление эффекта запаздывания передачи давления, по-видимому, объясняет в некоторой мере и тот факт, что в разных комбинациях «поток–грунт» образуются русловые формы разной длины, хотя их происхождение и связывается с макротурбулентностью потока (Клавен А.Б., 1987, с. 74).

Большинство геоморфологических исследований русловых процессов проводятся на системном уровне «русло–поток». Между потоком и размываемым руслом происходит взаимодействие, которое является сущностью руслового процесса (Великанов М.А., 1958). В результате взаимодействия потока и русла в системе возникает новое свойство – структурность: в потоке формируется русловая макротурбулентность, в русле – русловой рельеф. «Вне системы поток–русло ни русловая макротурбулентность, ни русловой рельеф в активном состоянии существовать не могут. Таким образом, система отличается от простой суммы составляющих её компонентов. Сам по себе русловой рельеф саморазвивающейся системой не является. Поэтому … требуется изучение организующе взаимодействующих элементов целого» (Месарович М., 1966, с. 9).

При раширенном рассмотрении русловых процессов и выяснении причин образования ракзличых типов русловых процессов и особенно при нахождении причин изменения типов требуется рассмотрении взаимодействий на системном уровне «водосбор–река» и учитывать взаимодействие всего водосбора, с которог разнообразными путями в конечном результате поступают наносы в реку. «Эрозионно-аккумулятивные и русловые процессы нельзя рассматривать изолировано от географической среды, без учёта особенностей, характеризующих ландшафт водосбора. Потоки и их водосборы должны поэтому изучаться в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности» (Чалов Р.С., Хмелева Н.В., 1979, с. 18).

2.6.2.     История исследования иерархического комплеска русловых форм

Первое последовательное изложение представлений о рельефе речного русла как взаимосвязанном комплексе донных гряд (заструг), побочней, перекатов, кос и осерёдков, речных излучин и прямолинейных русел с анализом влияния формы русла на режим перекатов и воздействия морфодинамики побочней и осерёдков на форму русла было опубликовано Н.Н. Жуковским (Вопросы гидротехники…, 1948).

К.И. Россинский и И.А. Кузьмин (1947) выделили: 1) гряды в русле – волны, рифели, заструги, перекаты; 2) формы русел – прямолинейные (слабоизогнутые), извилистые и разбросанные. Качественный скачок в изучении структуры рельефа речного русла произошёл с появлением работ Н.Е. Кондратьева (1953; Кондратьев Н.Е., Попов И.В. и др., 1982; Кондратьев Н.Е., Ляпин А.Н. и др., 1959). В них сформулировано положение об организации руслового рельефа. Выделены основные уровни организации – структурные уровни. Н.Е. Кондратьев назвал 3 структурных уровня – микроформы, мезоформы, макроформы. В дальнейшем в работах И.В. Попова (1969), Б.Ф. Снищенко (1979), В.В. Ромашина (1968), Н.С. Знаменской (1976, 1984), А.Ю. Сидорчука (1984, 1992) эта классификация дополнена и уточнена.

В настоящее время разными авторами выделяются следующие структурные уровни: 1) частиц наносов; 2) ультрамикроформ; 3) микроформ; 4) мезоформ; 5) макроформ; 6) мегаформ; 7) морфологически однородных участков; 8) всей реки; 9) водосборного бассейна (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 7).

Для основных структурных уровней В.С. Боровковым (1989) определены соотношения временных и пространственных масштаб.

Хорошо развитый комплекс руслового рельефа обычно состоит из следующих структурных ячеек (по увеличению размеров): 1) рябь; 2) рифели; 3) дюны; 4) заструги; 5) шалыги; 6) песчаные волны; 7) побочни (осерёдки, ленточные гряды); 8) излучины, разветвления, прямолинейные участки; 9) серии излучин, макроизлучины; 10) параллельно-рукавные, пойменные и дельтовые разветвления (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 22). Все эти термины употребляются в «русловой» литературе (хотя и с разной частотой), однако не всегда в предложенном соподчинении. Иногда группы русловых форм в иерархических рядах располагаются по порядкам (Лысенко В.В., 1983) или обозначаются буквами (Алексеевский Н.И., 1987).Отсутствие общепринятой терминологии форм руслового рельефа, учитывающей большую сложность его строения, порождает терминологические споры (Ларионов Г.А. и др., учен..1987) и не способствует взаимопониманию специалистов.

Н.И. Алексеевский (1987; Алексеевский Н.И., Горбатенко А.В., 1989) обозначает гряды разных иерархических ступеней буквами русского алфавита, при этом буква «А» присваивается побочням перекатов – большим грядам, а более мелкие гряды по мере их упрощения и уменьшения длины обозначаются Б, В, Г и Д.

А.В. Сидорчук (1984, 1988) предложил давать каждому грядовому комплексу название: дюны – это малые гряды, поверхность которых покрыта рифелями; заструги – малые гряды, осложнённые дюнами; шалыги – средние гряды, на поверхности которых расположены заструги. В рамках этой структурной классификации грядового рельефа выделяются следующие гидравлически определённые структурные уровни (структурные ячейки): 1) рябь; 2) самые малые гряды (рифели); 3) малые и средние гряды (дюны, заструги, шалыги, …); 4) большие гряды (песчаные волны, побочни – осерёдки – ленточные гряды, …); 5) самые большие гряды (односторонние, параллельнорукавные, пойменные разветвления) (Сидорчук А.Ю., 1992).

В то же время модифицированная и уточнённая классификация Н.Е. Кондратьева включает в себя структурные уровни ультрамикроформ, микроформ, мезоформ, макроформ, мегаформ. Р.С. Чалов (1983) предложил иерархическую систему руслового рельефа, состоящую из звеньев: долина реки – пойма – форма русла – грядовая форма руслового рельефа. Грядовые формы подразделяются на микро-, мезо- и микроформы. Выделяются также вторичные и сложные формы рельефа (Сидорчук А.Ю., 1992). Классификация Американского общества гражданских инженеров включает в себя морфологический тип русла (river channel pattern) – крупные гряды, определяющие конфигурацию меженного русла (bars) – мелкие донные формы (bed forms). Эти три морфодинамические классификации при всём разнообразии терминологии оперируют одними и теми же понятиями. Все они построены по принципу относительности размеров и признаков. В качестве базового принимается один и тот же элемент: макроформа – форма русла (Сидорчук А.Ю., 1992).

По размерам, соотношению с шириной и глубиной потока, а также между собой все гряды в русле предствители школы МГУ подразделяют на макро-, мезо- и микроформы. Эти синонимические определения не соответствуют макро-, мезо- и микроформам, выделяемым в работах Н.Е. Кондратьева, И.В. Попова и их последователей (например, в работе Н.Е. Кондратьева и др., 1982).

2.6.3.     Микроформы, мезоформы и макроформы руслового рельефа

К макроформам грядового рельефа русел относятся наиболее крупные гряды, высота и ширина которых соизмеримы с глубиной и шириной русла. Прибрежные части таких гряд при низких уровнях обсыхают, и на их поверхности отчётливо прослеживается подвалье – крутой низовой откос гряды.

«Макроформы определяют основной облик рельефа русла, обуславливая изменения глубины как вдоль, так и поперёк реки. … Обсыхающие в межень части макроформ могут превращаться при их зарастании в крупные детали самого русла (выпуклые берега излучин, острова и т.п.)».

«К мезоформам относятся гряды, ширина которых составляет десятые и сотые доли ширины русла. … В основном мезоформы и микроформы влияют на шероховатость ложа потока и, следовательно, на его гидравлические характеристики».

«Микроформами руслового рельефа являются очень мелкие грядовые образования, размеры которых (по ширине и по высоте) несоизмеримо малы по сравнению с размерами русла. … Высота таких гряд колеблется в пределах от нескольких сантиметров до 20-30 см, а длина – от нескольких десятков сантиметров до 10 м» (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 61).

С образованием в руслах рек макроформ грядового рельефа связано развитие форм самого русла (излучин, разветвлений) и интенсивность горизонтальных русловых деформаций – меандрирования, переформирований узлов разветвлений и т.д. (Чалов Р.С., 1983). Гряды, оказывая влияние на структуру потока, обусловливают либо изгиб динамической оси потока, либо её раздвоение. В результате возникает соответственно первичный изгиб русла и интенсифицируется размыв берега, расположенного против гряды (побочня, заструги, косы); элементарное раздвоение потока является основой для дальнейшего развития рукавов. Одновременно макроформы при зарастании их повышенных, обсыхающих в межень частей, превращаются в пойму (Алексеевский Н.И., Чалов Р.С., 1997, с. 65).

Микроформами по классификации ГГИ считаются морфологические образования, соизмеримые с глубиной потока, т.е. гряды средней и малой величины – микроформы и мезоформы руслового рельефа. К мезоформам по классификации ГГИ являются русловые формы, соизмеримые по размеру с шириной потока, то есть макроформы руслового рельефа. Примерами мезоформ по ГГИ являются побочни и русловые острова. К макроформам по ГГИ относятся формы русла, отражающие «русловой процесс реки в целом, её морфологический тип» (Кондратьев Н.Е. и др., 1982). В качестве примера макрофомы в упомянутой работе приводятся речная излучина с прилегающим пойменным массивом.

2.6.4.     Различные опредения мезоформ

Последователи направления ГГИ подчёркивают, что под мезоформами (как и другими формами руслового рельефа), имеются в виду дискретные формы транспорта наносов, а не любые формы подводного рельефа (Католиков В.М., 2000, с. 7-8). Подобными определениями мезоформ  являются определения рабочего Комитета Японского общества гражданских инженеров (JSCE), Н.С. Знаменской, А.Ю. Сидорчука.

Другим определением мезоформ является определение, данное Проблемной группой Комитета по седиментации ASCE, которое определяет мезоформы как русловые формы, имеющие длину, соизмеримую с шириной потока или больше, а высоту – соизмеримую с глубиной порождающего их потока. При этом под русловыми формами данная классификация понимает «любое отклонение от плоского дна, образованное потоком, которое легко опознаются и превышает по своей высоте высоту донных частиц». Иными словами данное определение относит к мезоформам любое аккумулятивное образование в русел реки, в том числе конусы выноса из устьев притоков и оврагов, пляжи на выпуклых берегах излучин и т.д., которые имеют различный генезис. Подобное определение мезоформ дают Проблемная группа Комитета по седиментации ASCE, D.B. Simons, Kellerhals R., Church M. Bray, H. Ikeda, А.Н. Бутаков, Н.И. Маккавеев и Р.С. Чалов.

Также существует точка зрения, что побочни и излучины следует отнести к одному структурному (системному) уровня, потому что меандрирование в процессе своего развития после спрямления проходит в своём развитии стадию слабоизвилистого русла, в котором развиваются побочни, которые являются зачатками меандр, То есть они находятся на одном системном уровне. Поэтому, возможно, и причина образования побочней и меандрирования может быть единой.

2.6.5.     Макроформы

Н.С. Знаменская (1992, с. 181) разивает мысль о макроформах и связи их с типом русловых процессов. Она критикует подход Н.Е. Кондратьева, который считает, что «типом макроформы определяется русловой процесс реки в целом, её морфологический тип». И далее: «…Примером макрофомы может служить речная излучина с прилегающим пойменным массивом, образовавшимся в результате плановых перемещений меандрирующего русла. На тех немногих реках, на которых пойма отсутствует, высшим морфологическим элементом остаются средние формы и ни них завершается последовательность структурных уровней» (Кондратьев Н.Е. и др., 1982). Н.С. Знаменская считает, что такое определение макроформы не вполне согласуются с принципами системного подхода.

«С первой частью цитаты следовало бы согласиться. Вторая часть вызывает возражение, так как противоречит первой части и первому принципу системного подхода. С учётом этого принципа за макроформу следовало бы считать такое русловое образование, которое состоит из наименьшего количества элементов, обеспечивающих сохранение качества, соответствующего проявлению данного типа руслового процесса» (Знаменская Н.С., 1992, с. 181).

Она утверждает, что с учётом приведённого определения за макроформы разных типов руслового процесса следует принимать две ленточные гряды (ленточно-грядовый тип), два побочня (побочневый), два-три равновеликих осерёдка, расположенных по ширине русла (осерёдковый), два равновеликих острова и три осерёдка меньшего размера (русловая многорукавность), два смежных пойменных массива полулунной формы и русло, их омывающее (ограниченное меандрирование), одна излучина с пойменным массивом (свободное меандрирование), то же, но при наличии спрямляющего протока (незавершённое меандрирование), то же, но при наличии двух, трёх проток (пойменная многорукавность).

И с этим стоит согласиться, если только пойти дальше, и отнести пойменную многорукавность к следующему более высокому системному уровню русловых процессов, потому что в отдельных рукавах, как установил Р.С. Чалов, независимо могут развиваться различные типы русловых процессов.

Подобный подход с выделением более высокого системного уровня, чем макроформа (в понимании ГГИ) или тип русловых процессов применяет А.Ю. Сидорчук. Он выделяет в речном русле иерархию особых точек, что существенно увеличивает количество возможных форм русла. «Обычно для этого используют осевую линию. Так, Синнок и Рао (Sinnock S., Rao A.B., 1984) анализируют … меандрирующую реку. Выделяется линия первого порядка – ось меандрирующего русла; линия 2-го порядка, соединяющая точки перегиба линии 1-го порядка и т.д., пока не будет получена ось долины» (Сидорчук А.Ю., 1992, с. 10).

2.6.6.     Мегаформы

На более высоком уровне русловых деформаций выделяются мегаформы. Разные исследователи вкладывают в этот термин близкий, но несколько различающийся смысл.

И.Ф. Карасев и В.В. Коваленко (1992, с. 82) считают, что мегаформы образуются на литогенной основе. А.Ю. Сидорчук (1992) под мегаформами понимает сложные формы русла. А.В. Виноградов, А.Б. Клавен и В.Н. Никитин (Виноградов А.В. и др., 1999; Виноградов В.А., Клавен А.Б., 2002; Виноградов А.В. и др., 2003) не употребляют термина «мегаформы», а говорят о больших скоплениях наносов, движущихся по реке.

2.6.7.     Морфологически однородные участки

Однородный в морфологическом отношении участок, где наблюдается повторение однотипных макроформ, играющих роль элементов, Н.Е. Кондратьев и И.В. Попов (Кондратьев Н.Е. и др., 1982) предлагают считать новым структурным уровнем. Согласно И.В. Попову (1969), под такими участками рек понимаются участки значительного протяжения, в пределах которых вследствие постоянства определяющих факторов (стока воды, стока наносов и ограничивающих условий) тип крупных русловых форм и, следовательно, характер руслового процесса не претерпевают существенных изменений.

И.Ф. Карасев и В.В. Коваленко (1992, с. 91) не соглашаются с этим: «…трудно и, пожалуй, не вполне правомерно выделять так называемые морфологически однородные участки, в пределах которых существовала бы одна разновидность русловых процессов». Они считают, что представляется более приемлемой точка зрения (Маккавеев Н.И., Чалов Р.С., 1986), в соответствии с которой морфологически однородный участок выделяют на основании неизменности по его длине расходов воды и наносов, уклонов русла и долины, учитывая в первую очередь общие формы русла. «Иными словами, морфологически однородные участки представляют собой совокупность однородных форм русла, характеризующихся одинаковыми морфологией и деформациями» (Чалов Р.С., 1997).

Н.С. Знаменская (1992) детально анализирует проблему выделения более высокого структурного уровня, следующего за макроформами (в понимании ГГИ, то есть типом русловых процессов). Она утверждает, что для нового структурного уровня должен быть определён и новый, отличный от прежнего закон развития. В.А Виноградов (1970) установил, что участок свободного меандрирования, где наблюдается цепочка излучин, развивается по закону, отличному от развития одной излучины. Это позволяет считать, что совместное развитие группы излучин вносит новое качество и, следовательно, отвечает вышеупомянутому принципу выделения нового структурного уровня.

Совместное развитие участков пойменной многорукавности изучалось, например, как развитие внутренней дельты на нижнем Дунае. При этом было обнаружено возникновение новых свойств – попеременного отмирания одних систем и возбуждения других. Это новое свойство также может служить свидетельством возникновения нового качества и подтверждает справедливость утверждения о том, что однородные в морфологическом отношении участки представляют собой новую иерархическую ступень организации русловых процессов. То же можно сказать и о русловой многорукавности, которая изучалась В.Н. Михайловым на дельтовых участках.

Однако никто до сих пор не установил, возникает ли новое свойство или новый закон развития для цепочки ленточных гряд или серии побочней. При этом возникает вопрос, если оно не возникает, то можно ли считать такие участки более высокой ступенью организации русловых процессов, чем соответствующие макроформы. Может быть, одно из требований перехода на новый структурный уровень развития состоит в требовании возникновения системы, состоящей из неоднородных элементов? (Знаменская Н.С., 1992).

2.6.8.     Уровень гидрографической сети

Н.И. Маккавеев, И.Н. Гарцман, Ю.Г. Симонов, И.Г. Черванов и другие исследователи убедительно показали, что функционирование речных систем тесно связано с их структурой. Н.И. Маккавеев (1955) отмечал, что в структуре речной сети заложена информация о виде связи геолого-геоморфологических и гидрологических показателей бассейна с потоками наносов. По выражению И.Н. Гарцмана (1973, с. 109), в сложной сети водотоков «закодирована огромная по объёму информация о гидравлических аспектах её зарождения, становления и развития. Следовательно, через изучение структуры появляется возможность подойти к анализу функционирования речных систем (Карасев М.С., Худяков М.И., 1984). Существуют различные схемы кодировки структуры сети водотоков и определения величины N (Ржаницын Н.А., 1985; Алексеевский Н.И., 1987).

2.7.   Выводы

В настоящей главе рассмотрены основные понятия, связанные с условиями существования рек вообще, как объекта географической среды, перечислены основные закономерности, которые использовались ранее или на настоящем этапе развития русловедения. Упомянуто понятие «динамического равновесия» и выделены системные (структурные) уровни, на которых проявляются русловые процессы.

Среди факторов, которые влияют на формирование русел рек можно выделить те, которые оказывают значительное влияние на русла, но являются едиными для всех рек, находящихся на Земле, и поэтому их можно не учитывать при прогнозе изменения типов русловых процессов. Другие факторы влияют на изменение типов русловых процессов.

Приведено определение речного русла и показано, что на русло можно смотреть с разных точек зрения в зависимости от системного (структурного) уровня, например, «река–водосбор», «русло–поток», «струя–грунт», «вода–песчинка».

При значительном изменении определяющих факторов река превращается в другой природный объект.

Существует несколько определений понятия «русловые процессы», среди них можно выделить более узкие, которые сводят русловые процессы к изменению русла и поймы под влиянием текущей воды, и более широкие, которые рассматривают широкий спектр явлений и процессов, влияющих формирование русел.

В настоящее время наука о русловых процессах оформилась в науку – русловедение. Сделан обзор некоторых существующих закономерностей, используемых разными исследователями в прошлом и настоящем.

Среди них необходимо выделить системные уровни и принцип  эмерджентности, заключающийся в несводимости законов развития элементов системы к сумме законов развития её частей (подсистем).

Закон взаимодействия потока и русла трансформировался в закон саморегулирования системы на каждом системном уровне. Например, на уровне «поток–русло»: взаимодействие между потоком и руслом проявляется в саморегулировании типов русловых процессов, что является ответным откликом на нарушение баланса между определяющими параметрами (поступлением наносов и транспортирующей способностью потока и др.).

Принцип минимума диссипации энергии требует своего переосмысления и включения в своё рассмотрения не только гидродинамическую часть, но и наносы, влекомые этим потоком.

Закон автоматического выравнивания транспортирующей способности является второй половиной принципа саморегуляции русла: русловой поток автоматически выравнивает свою транспортирующую способность по длине реки, вызывая эрозию или аккумуляцию в местах, где она относительно мала, до тех пор, пока не установится такой уклон, при котором транспортирующая способность потока на данном участке не сравняется с транспортирующей способностью на вышележащем участке. В рассмотрении по длине потока этот закон называется законом автоматического выравнивания транспортирующей способности, а в рассмотрении двух основных факторов руслоформирования – поступления наносов и транспортирующей способности – это закон автоматического соответствия транспортирующей способности и поступления наносов.

Начальные условия формирования (существующие формы руслового процесса) также играют свою роль в следующих деформациях речных русел. Это важно учитывать при прогнозе русловых деформаций. Иногда можно точно не знать существующие параметры потока. Для прогноза изменения русла не столько необходимо знать абсолютные значения параметров системы до и после внешнего воздействия, а более важно знать направление (вектор, степень) изменения руслоформирующих факторов.

Понятие динамического равновесия и связанные с ним понятия неравновесности и нарушения равновесия более подробно рассмотрены далее в виде принципа диссимметрии В.В. Митрофанова и принципа Ле Шателье.

Далее...

Содержание