§ 15. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ПО
МОРФОСТВОРАМ
Для определения скоростей течения и расходов воды, кроме продольного
профиля реки и профиля морфоствора, необходим ситуационный план участка
реки с характерными отметками рельефа пойм (гребней современных и старых
прирусловых валов, дна староречий и крупных ложбин между прирусловыми
валами). По такому плану устанавливают ход наполнения и опорожнения
пойменного массива при подъеме и спаде паводка. Очень часто пойма
начинает затопляться паводочной водой с низовой стороны в зависимости от
лимитирующей высоты прирусловых валов, и до определенного уровня в
заполненных водой пониженных местах морфоствора течения нет.
Течения возникают сначала на отдельных участках поймы при переливах воды
через пониженные места современного прируслового вала, а затем с
повышением уровня воды и затоплением как верхового, так и низового
прирусловых валов, а также внутрипойменных водоразделов начинает
работать вся пойма; уровень воды, соответствующий этому началу, называют
обычно транзитным уровнем.
Однако при транзитном и более высоких уровнях воды в замкнутых глубоких
старицах или ложбинах между гривами, направление которых не совпадает с
направлением транзитного течения, остаются неработающие «мертвые»
площади, которые исключают из расчета.
На том же плане, руководствуясь рельефом поймы и
направлением основных проток, вычерчивают линии основных пойменных
течений, образующихся после достижения транзитного уровня воды.
Пересечение этих линий с морфоствором определяет углы косины струй ак;
косинус этого угла является поправкой к величине расхода воды в данном
отсеке створа или на данной вертикали.
Построением линий пойменных течений решается также вопрос
о продольном уклоне свободной поверхности потока на пойме. Этот уклон
для меандрирующих рек может быть значительно большим, чем уклон,
определенный по продольному профилю русла, так как расстояние,
измеренное между двумя створами по линии пойменного течения, будет
короче расстояния по руслу.
После того как будут установлены неработающие участки площади живого
сечения морфоствора и углы подхода струй к нему, производят разбивку
морфоствора на расчетные отсеки, каждый из которых отражает более или
менее однообразные условия протекания воды.
Местная ситуационная характеристика не всегда определяет сопротивление
движению воды на данном пойменном отсеке морфоствора.
При выходе потока из русла на пойму происходит
взаимодействие руслового и пойменного потоков, сопровождающееся
уменьшением скоростей течения в русле и увеличением их на участках
поймы, примыкающих к руслу.
Это явление, вызываемое передачей части энергии руслового потока
пойменному и потерями ее на образование вихрей по линии раздела обоих
потоков, было впервые установлено Г. В. Железняковым [42] и получило
название кинематического эффекта безнапорного потока.
Начало уменьшения скоростей в русле соответствует
некоторой глубине затопления пойм; по исследованиям В. Н. Гончарова
[35], влияние кинематического эффекта ощущается при затоплении пойм на
глубину, превышающую на — 20% среднюю глубину русла в бровках.
Влияние кинематического эффекта на скорости течения в естественных
руслах очень сложное; оно зависит от направления пойменного потока
относительно руслового, от отношения расходов и глубин в русле и на
пойме, высоты прируслового вала и других, еще недостаточно исследованных
причин.
Расчеты скоростей течения и расходов воды по
отсекам морфоствора удобно выполнять на ЭВМ, вводя в машину информацию
для нескольких вариантов коэффициентов шероховатости, что особенно
целесообразно для морфостворов с большим числом отсеков и при
распределении по морфоствору известной величины расхода для известного
уровня воды.