Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Русловые процессы (русловедение)

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 371700.07.01
Доступ онлайн
от 684 ₽
В корзину
Изложены основы учения о русловых процессах, которые рассматриваются во всех формах их проявления: сдвиг и перемещение потоком отдельных частиц; формирование гряд; морфология и режим перекатов; меандрирование, разветвление и развитие прямолинейных неразветвленных русел; поймы рек и их продольный профиль. Обоснованы основные принципы применения теории русловых процессов к решению практических задач. Учебник соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения. Учебник предназначен для бакалавров, магистров и аспирантов, обучающихся по направлениям «Гидрометеорология» (специальность «Гидрология») и «География» (специальность «Геоморфология»). Может использоваться в технических вузах при подготовке гидротехников, специалистов по водным путям, строительству мостовых и других переходов через реки.
260
456
Чалов, Р. С. Русловые процессы (русловедение) : учебник / Р.С. Чалов. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 569 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/18759. - ISBN 978-5-16-011036-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/2126522 (дата обращения: 17.04.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

(РУСЛОВЕДЕНИЕ)

Р.С. ЧАЛОВ

Допущено 
Учебно-методическим объединением 
по классическому университетскому образованию РФ 
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям 05.03.04, 05.04.04 «Гидрометеорология» 
и 05.03.02, 05.04.02 «География»

Москва
ИНФРА-М
2023

УЧЕБНИК
УДК 556.5:551.4.04(075.8)
ББК 26.823я73
 
Ч16

Чалов Р.С. 
Русловые процессы (русловедение) : учебник / Р.С. Чалов. — Москва :
ИНФРА-М, 2023. — 569 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/ 
18759.

ISBN 978-5-16-011036-3 (print)
ISBN 978-5-16-104807-8 (online)
Изложены основы учения о русловых процессах, которые рассматриваются 
во всех формах их проявления: сдвиг и перемещение потоком отдельных 
частиц; формирование гряд; морфология и режим перекатов; ме-
андрирование, разветвление и развитие прямолинейных неразветвленных 
русел; поймы рек и их продольный профиль. Обоснованы основные принципы 
применения теории русловых процессов к решению практических 
задач.
Учебник соответствует требованиям Федерального государственного 
образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Учебник предназначен для бакалавров, магистров и аспирантов, обучающихся 
по направлениям «Гидрометеорология» (специальность «Гидрология») 
и «География» (специальность «Геоморфология»). Может использоваться 
в технических вузах при подготовке гидротехников, специалистов 
по водным путям, строительству мостовых и других переходов через реки.

УДК 556.5:551.4.04(075.8)
ББК 26.823я73

Ч16

Р е ц е н з е н т ы:
Н.Б. Барышников — доктор географических наук, профессор Российского 
государственного гидрометеорологического университета;
А.М. Гареев — доктор географических наук, профессор Башкирского 
государственного университета

А в т о р:
Роман Сергеевич Чалов — доктор географических наук, профессор, 
профессор кафедры гидрологии суши географического факультета, 
заведующий научно-исследовательской лабораторией эрозии почв 
и русловых процессов Московского государственного университета 
им. М.В. Ломоносова

ISBN 978-5-16-011036-3 (print)
ISBN 978-5-16-104807-8 (online)
© Чалов Р.С., 2016

Подготовка учебника выполнялась при частичной поддержке 
Программы Президента РФ для поддержки ведущих научных школ 
(проекты НШ-79-2012.5, НШ-1010.2014.5), Российского фонда 
фундаментальных исследований (проекты 12-05-003418, 15-05-03752) 
и Российского научного фонда (проект 14-17-00155)
ОСНОВНЫЕ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АМ 
— морфометрический показатель устойчивости Н.И. Маккаве-
ева — С.Г. Шатаевой
Аэр 
— эрозионный коэффициент
Вд 
— ширина дна долины (пойма + русло), м, км
Во 
— ширина острова, м, км
Вп 
— ширина поймы, м, км
Вп.м(п.р) — ширина пояса меандрирования (разветвления), м, км
bг 
— ширина гряды, м
bр 
— ширина русла реки, м
bрук 
— ширина рукава, м
С 
— коэффициент Шези
Сr(п,поб) — скорость смещения гряды (переката, побочня), м/год
Cпр(поп) — скорость продольного (поперечного) смещения излучин, 
м/год
CVR 
— коэффициент вариаций годового стока взвешенных наносов
d 
— средний диаметр частиц наносов, мм, см
F 
— площадь бассейна (водосбора), км2

Fо 
— площадь острова, км2

Fн 
— сила скоростного напора
Fп 
— подъемная сила
Fc 
— модуль сопротивлений
Fр(т) 
— сила веса (тяжести) частиц наносов
Fсц 
— сила сцепления частиц наносов
Fr 
— число Фруда
G 
— расход влекомых наносов, м3/с
gд 
— удельный расход влекомых наносов, м2/с
Н 
— уровень воды в реке, см
ΔН 
— потери напора; посадка (понижение) уровня
Hп(б) 
— высота поймы (берега)
Нпоб 
— высота побочня, м
Hпод 
— высота подпора
h 
— глубина русла (потоки, реки), м
hг 
— высота гряды
Δhразм(ак)— глубина размыва (мощность слоя отложившихся наносов)
hи 
— стрела прогиба излучины, м
hкр 
— критическая глубина потока
I 
— уклон, ‰
If 
— гидравлический уклон
Iд 
— уклон дна долины, ‰
Iкр 
— критический уклон
i 
— крутизна продольного профиля склона, гряд
Кас 
— коэффициент асимметрии излучин, поперечного сечения русла
Кпр 
— пропускная способность русла
Кс 
— коэффициент стабильности русла Н.И. Маккавеева
Kт 
— коэффициент трения
l 
— длина русла по излучине (по основному рукаву в разветвлении), 
м
l/L 
— степень развитости излучины
L 
— шаг излучины (разветвления), м
Lо 
— длина острова, м, км
Lпоб 
— шаг побочня, м, км
Lразв 
— шаг разветвления, м, км
lг 
— длина гряды, м
MQ 
— модуль стока воды м3(с·км2)
ΔМR(G) — модуль стока взвешенных (влекомых) наносов кг (с·км2)
NQ 
— мощность потока
N 
— порядок реки
n 
— коэффициент шероховатости
Р 
— вес частиц наносов, г, кг
Р% 
— вероятность превышения (обеспеченность) заданной величины; 
повторяемость гидрологической величины
s 
— мутность потока (концентрация наносов в потоке), г/м3

sтр 
— средняя мутность потока, соответствующая его транспортирующей 
способности
Qср. 
— среднегодовой расход воды, м3/с
Qcр.max — средний максимальный расход воды, м3/с
Qф 
— руслоформирующий расход воды
R 
— расход взвешенных наносов, м3/с
R 
— гидравлический радиус
r 
— радиус кривизны излучин русла, м, км
r/hи 
— коэффициент формы излучины
T 
— время: годы, часы, секунды
Δt 
— временной интервал
U 
— скорость движения влекомых (донных) наносов
Uб 
— скорость размыва берегов, м/год
Uак 
— скорость аккумуляции наносов
Uвр 
— скорость врезания реки
uy 
— вертикальная составляющая скорости
V 
— скорость потока, м/с
Vак 
— скорость, соответствующая началу аккумуляции наносов
Vн 
— неразмывающая скорость
Vр 
— размывающая скорость
Vс 
— скорость селя, м/с
W, WR + G 
— общий сток наносов, тыс. м3/год
WR 
— сток взвешенных наносов, тыс. м3/год
WG 
— сток влекомых наносов, тыс. м3/год
±ΔW 
— результирующая баланса наносов
Wс 
— объем селевой массы, м3

Wтр 
— транспортирующая способность потока
w 
— гидравлическая крупность наносов
x 
— длина реки, участка реки; м, км
z 
— отметка водной поверхности, м
Δz 
— падение водной поверхности, м/км
Δzпоп 
— поперечный перекос водной поверхности, см
ν 
— вязкость воды
ε 
— коэффициент пористости донных отложений
η 
— коэффициент сплошности движения наносов
Θ 
— критерии квазиоднородности потока И.Ф. Карасева
λ 
— коэффциент гидравлических сопротивлений
ρ 
— плотность воды
ρн 
— плотность частиц наносов
ρс 
— плотность селя, т/м3

τ 
— касательные напряжения
ΔΩ 
— объем размыва
ω 
— площадь живого (поперечного) сечения потока, м2

Δ 
— выступы шероховатости
χ 
— смоченный периметр
Г 
— морфометрический показатель русла В.Г. Глушкова
Л 
— число Лохтина
М 
— показатель устойчивого поперечного сечения подвижного 
русла К.В. Гришанина
Э 
— энергия потока
Экин 
— кинетическая энергия потока
Эпот 
— потенциальная энергия потока
ПРЕДИСЛОВИЕ

«Русловые процессы» как учебная дисциплина и направление научных 
исследований долгое время входили в качестве составной части 
в дисциплину «Динамика русловых потоков». Им были посвящены 
отдельные главы, или даже одна глава, в учебниках с таким названием (
М.А. Великанова, В.Н. Гончарова, К.В. Гришанина и др.), 
предназначаемых в основном для высших учебных заведений технического 
профиля. В 60-70-е годы ХХ в. в классических университетах, 
готовящих специалистов в области гидрологии суши и в Ленинградском 
гидрометеорологическом институте (ныне Российский 
государственный университет) стал читаться курс «Динамика русловых 
потоков и русловые процессы». Однако под таким названием 
только в 1988 г. вышел учебник Н.Б. Барышникова и И.В. Попова. 
Характерно, что зачастую каждый из двух разделов курса читался 
разными лекторами. В начале ХХI в. в результате изменений в учебных 
планах эта общая дисциплина была разделена на две самостоятельные: «
Динамика русловых потоков» и «Русловые процессы».
Иначе складывалось преподавание «русловых процессов» в Московском 
государственном университете. Здесь, начиная с середины 
50-х годов ХХ в., читались лекционные курсы: при подготовке гидрологов — «
Русловые процессы», при подготовке геоморфологов — 
«Сток и русловые процессы», в которые в сжатом виде в течение 
долгого времени включались некоторые необходимые разделы «Динамики 
русловых потоков». Такой подход к изучению русловых процессов 
был предложен Н.И. Маккавеевым, преподававшим эти дисциплины 
на кафедрах гидрологии суши и геоморфологии в течение 
30 лет. Лишь в 90-е годы ХХ в. в учебный план при подготовке гидрологов 
был включен спецкурс «Динамика русловых потоков», а у 
геоморфологов курс был преобразован в «Эрозионные и русловые 
процессы с основами гидравлики».
В 1970 г. географический факультет МГУ выпустил для студентов 
своим внутренним изданием тексты лекций Н.И. Маккавеева «Сток 
и русловые процессы», ставшие первым учебным пособием по дисциплине «
Русловые процессы», предназначенные как для студентов-
гидрологов, так и геоморфологов. В 1972 г. К.В. Гришанин опубли-

Памяти 
учителя профессора Маккавеева Николая Ивановича 
(1908–1983) – создателя курса «Русловые процессы» 
в Московском университете
ковал для институтов водного транспорта учебное пособие «Теория 
руслового процесса», которое сохранило структуру курсов «Динамики 
русловых потоков» с подчиненным положением в нем разделов 
по русловым процессам (отличие от них состояло во включении в 
него в качестве первой небольшой главы «Речное русло и пойма»).
Небольшая по объему книга Н.И. Маккавеева, в которой изложены 
методологические и теоретические основы географического направления 
в учении о русловых процессах, стала заметным событием в науке. 
Это проявляется в огромном числе ссылок на нее в научных статьях и 
монографиях на протяжении всех прошедших с момента издания лет. 
Простота и доходчивость изложения, строгая логичность и опора на 
физическую сущность процессов сделали ее ценным пособием в обучении 
студентов, обеспечивая понимание ими такого сложного природного 
явления, как взаимодействие водных потоков с подстилающей 
поверхностью. Однако «внутренний» характер издания, его малый тираж 
быстро сделали учебное пособие трудно доступным для широкого 
использования, в том числе в других университетах, где ведется подготовка 
специалистов по гидрологии.
Поэтому Н.И. Маккавеевым и автором был подготовлен и в 
1986 г. выпущен издательством Московского университета полноценный (
с грифом Минвуза) учебник (к сожалению, вышедший в 
свет уже через 3 года после ухода из жизни Н.И. Маккавеева) «Русловые 
процессы» (его тираж составил более 1700 экз.), которым пользуются 
студенты до сих пор. В основу его были положены упомянутые 
тексты лекций Н.И. Маккавеева, существенно дополненные и 
расширенные новыми материалами, связанными с быстрым развитием 
теории русловых процессов, в том числе в Московском университете. 
Это же обстоятельство побудило автора через 10 лет написать 
и при поддержке руководства кафедры гидрологии суши МГУ издать 
в 1997 г. (внутреннее издание) дополнение к нему — учебное пособие 
«Общее и географическое русловедение», в которое вошли результаты 
новейших исследований морфологии и динамики речных русел.
В то же время прошедшие десятилетия ознаменовались интенсивным 
развитием теории русловых процессов в целом, ее географо-
гидрологического направления, появлением новых идей и методических 
подходов и закономерностей, активным применением ее при 
решении разнообразных задач освоения рек, использования водных 
и связанных с ними земельных и минеральных ресурсов, предотвращения 
неблагоприятных и опасных проявлений русловых процессов. 
Заметно возросли потребности в специалистах–гидрологах, владеющих 
знаниями в области русловедения (такое название стало 
использоваться с 90-х годов ХХ в. для обозначения учения о русловых 
процессов) и умением их применить в практической деятельности. 
Все это стало побудительной причиной взяться за написание 
нового учебника «Русловые процессы».
По этим же причинам в Российском государственном гидрометеорологическом 
университете создаются и выходят из печати два 
издания учебника «Русловые процессы», написанные Н.Б. Барышниковым (
второе издание — в соавторстве с Д.И. Исаевым). Этот учебник 
соответствует программе, утвержденной учебно-методическим 
объединением в области гидрометеорологии по направлениям «Гидрометеорология» 
и «Прикладная гидрометеорология», и существенно 
отличается от программы такого курса, утвержденной УМО классических 
университетов по направлению «Гидрометеорология». Разные 
методологические подходы к программе учебной дисциплины и содержанию 
учебников, принятые в классических университетах и университетах 
инженерного профиля (каковым является РГГМУ), вместе 
с тем не противоречат один другому, обеспечивая взаимное дополнение 
подходов к изучению такого сложного явления, как русловые процессы 
при их естественном развитии, изменении под влиянием антропогенных 
воздействий и его учету при всех видах хозяйственной деятельности 
на реках.
Написанию настоящего учебника предшествовало издание автором 
двух томов и подготовка третьего тома (на данный момент еще 
не завершенного именно в связи с переключением на создание учебника) 
монографии «Русловедение: теория, география, практика». Его 
можно рассматривать как трансформацию для учебных целей содержания 
монографии, в которой дано полное изложение теории и методологии 
гидролого-географического направления в изучении русловых 
процессов, а сами русловые процессы рассматриваются как 
природное и природно-антропогенное явление, связанное с взаимодействием 
русловых потоков и руслами рек, эрозией, транспортом и 
аккумуляцией наносов, определяющее размывы дна и берегов рек, 
накопление речных отложений (аллювия), развитие различных форм 
русел и руслового рельефа, режим их сезонных, многолетних и вековых 
изменений в различных пространственно-временных соотношениях. 
Такой подход, основоположником которого был Н.И. Макка-
веев, позволяет учитывать многообразие проявлений русловых процессов 
в зависимости от сочетания природных (и антропогенных) 
факторов, выявлять причинно-следственные связи на разных структурных 
уровнях и обеспечивать при решении практических задач 
гидроэкологическую безопасность, используя естественные закономерности 
русловых процессов.
Автор выражает надежду, что предлагаемый учебник будет использоваться 
не только при подготовке специалистов-гидрологов 
(бакалавров, магистров) по направлению 05.03.04, 05.04.04 «Гидрометеорология» 
и геоморфологов по направлению 05.03.02, 05.04.02 
«География», но окажется полезным для технических вузов, готовящих 
кадры для внутренних водных путей, строительства и эксплуатации 
мостовых и подводных переходов через реки, регулирования 
русел в бьефах речных гидроузлов, строительства на берегах рек и 
защиты их от размыва.
Автор посвящает свой труд памяти Николая Ивановича Макка-
веева, с которым он проработал 26 лет, который стал для него Учителем 
и без которого невозможно было бы создание этого учебного 
пособия.
Автор признателен всем бывшим студентам кафедр гидрологии 
суши и геоморфологии и палеогеографии географического факультета 
МГУ, которые слушали курс «Русловые процессы» в соответствии 
с учебным планом с 1983 г., а также Башкирского, Казанского, 
Львовского, Волгоградского социально-педагогического, Алтайского, 
Вологодского технического университетов, где этот курс в сжатом 
виде читался по приглашению руководства этих вузов. Именно студенты 
по существу апробировали эволюцию созданного Н.И. Мак-
кавеевым курса, и их реакция, в том числе при экзаменационной 
проверке знаний, явилась главным критерием оценки качества лекций 
и написанных по ним глав и разделов учебника. Автор благодарит 
профессоров Н.Б. Барышникова и А.М. Гареева за взятый на себя 
труд по рецензированию учебника, заведующего кафедрой гидрологии 
суши МГУ профессора Н.И. Алексеевского, коллег по кафедре 
и научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых 
процессов им. Н.И. Маккавеева и учеников — бывших аспирантов 
и соискателей, в том числе тех, кто трудится вне Московского университета, 
применяя полученные знания в своей научно-педагогической 
и производственной деятельности. Совместная работа с 
ними, обсуждение научных и прикладных вопросов во многом способствовали 
созданию учебника. Автор признателен доц. МАДИ 
Г.Г. Наумову за сделанные замечания, а также руководителям и работникам 
проектных и производственных, в первую очередь водно-
путейских организаций, с которыми решались многие прикладные 
вопросы русловедения. Автор должен сказать слова благодарности в 
адрес Н.В. Анисимовой, С.Н. Ковалева и В.Н. Никитаевой, обеспечившим 
техническую подготовку рукописи настоящего издания.
ВВЕДЕНИЕ

Предмет исследований и положение в системе наук. Русловые процессы — 
явление, связанное с воздействием постоянных водных потоков (
рек) на поверхность суши, поэтому учение о русловых процессах 
входит в цикл гидрологических наук, являясь разделом гидрологии 
рек. Речной поток и русло реки составляют единую систему, 
в которой осуществляется взаимодействие потока — элемента гидросферы, 
находящегося в постоянном движении, обладающего кинетической 
энергией и мощностью, и грунтами, слагающими ложе 
рек, представляющими собой элемент — литосферы — неподвижную 
часть системы. Последние под воздействием потока частично переходят 
в новое состояние, создавая вместе с поступающими в поток с 
площади водосбора продуктами эрозии и денудации поток наносов. 
Перемещаемые речными потоками наносы представляют собой особую 
среду, в которой отдельные элементы находятся в различных 
соотношениях как с потоком (во взвеси, распределяясь по всей его 
толще или концентрируясь у дна), так и с поверхностью дна реки. 
Эти соотношения изменяются во времени вследствие колебаний стока 
воды, что определяет дискретный характер как транспорта наносов 
и его непосредственного воздействия на ложе потока, так и условий 
контакта самого потока со своим ложем. В этом сложном 
взаимодействии различных сред активной действующий силой является 
водный поток; он определяет постоянные изменения русла 
реки и формирование потока наносов. 
С другой стороны, воздействие стока на поверхность суши — 
один из ведущих рельефообразующих процессов. Результатом его 
являются само речное русло, пойма реки, представляющая собой 
производную русловых процессов, и их рельеф, аллювиальные толщи, 
превращение поймы в надпойменную террасу и в конечном счете, 
формирование речной долины. С этой точки зрения русловые 
процессы являются предметом изучения геоморфологии.
Как отрасль знаний учение о русловых процессах зародилось в 
конце ХIХ в., но окончательно оформилось в середине ХХ в. Длительное 
время оно развивалось как прикладная наука, часть инженерной 
гидрологии, решающая конкретные гидротехнические 
 за дачи. Выйдя на фундаментальный уровень, учение стало рассматриваться 
как раздел динамики русловых потоков. Как естественно-
научное (географическое) направление изучение речных русел долгое 
время ограничивалось накоплением и систематизацией фактического 
материала по морфологии и динамике речных русел. Синтез обоих 
направлений (гидродинамического и географического), теорети-
Доступ онлайн
от 684 ₽
В корзину