Как и куда бежит вода? Часть 2. Поворот русла.
В прошлый раз мы рассказывали о том, как распределяется скорость по глубине речного потока. Сегодня речь пойдет о горизонтальном распределении скоростей воды в реке.
Извилистость реки в плане и чередование глубоких мест (плесов) с мелкими (перекатами) создают особое, присущее реке распределение скоростей, существенно отличающееся от простейшего случая: движения воды в прямолинейном канале, где распределение скоростей напрямую отражается поперечным сечением русла.
Каждый человек, когда-либо видевший реку, хорошо представляет, что на поворотах у одного берега скорость течения всегда больше, чем у другого, глубина тоже далеко не симметрична по ширине, кроме того, местами возникают водовороты. Как и почему это происходит, мы и попытаемся сейчас объяснить.
Экспериментально было установлено, что на повороте движение потока с наименьшими затратами энергии - это безвихревое, продольновинтовое движение. Существует несколько теорий такого движения. Одна - теория отражения, т.е. вода движется прямолинейно, отражаясь от стенок. Вторая - теория криволинейного движения, к силам, действующим на прямолинейно движущийся поток, добавляются центробежная сила, приложенная к частице воды и центростремительная, приложенная к массе воды, которая заменяется реакцией опоры стенки. Эти теории не противоречат друг другу, но теория отражения более наглядна и проста, поэтому опираясь на нее, посмотрим, каким образом движется вода в реке на повороте.
Поток, набегая на берег, вызывает перекос зеркала воды. У вогнутого берега уровень больше, чем у противоположного. Струя воды, двигающиеся вдоль вогнутого (в данном случае левого) берега, на повороте ударяется в него и двигается дальше вдоль берега. Поток напирает на эту струю. Струя опускается вниз и отражаясь под углом, приблизительно равным углу падения от берега, двигается вдоль дна.
Следующая струя ударяется в берег, и ситуация повторяется. Возникает поперечное течение.
На рисунке 2 показано направление поперечного течения, так называемый винт циркуляции. Таким образом формируется винтовое движение потока. На правых поворотах циркуляция происходит против часовой стрелки, а на левых - в обратном направлении.
На рисунке 1 показаны шесть створов и распределение поверхностных скоростей на них. На первом створе входящий в поворот поток имеет равномерное по ширине распределение скоростей. На втором и третьем створе придонная струя поперечного течения отклоняет поток двигающийся вдоль правого берега и увеличивает скорость. Максимум смещается к выгнутому берегу. На четвертом створе под действием центробежных сил правобережный поток смещается влево и максимум перемещается к центру реки.
На пятом створе максимум поверхностных скоростей находится уже ближе к вогнутому левому берегу. Если кривизна поворота, выраженная в отношении 1/R, где R- радиус поворота, превышает некоторую критическую величину, то у внутреннего берега образуется водоворотная зона.
На шестом створе мы наблюдаем наибольшее смещение максимума к внешнему вогнутому берегу.
Естественно такое, неравномерное распределение скоростей и течений отражается на форме русла. Ударяясь во внешний берег поток размывает его и вместе с наносами двигается вдоль дна к противоположному берегу, где теряет скорость и соответственно транспортирующую способность. Наносы осаждаются на дно, образуя в конце поворота пологие пляжи, которые все, наверное, видели на поворотах реки. Наибольшая глубина формируется у внешнего берега в районе пятого-шестого створа.
Мы рассмотрели одиночный изгиб, но в природе чаще встречаются сложные изгибы, когда один поворот переходит в другой. В этом случае поток входит в поворот с подготовленным предыдущим поворотом полем скоростей и остаточным винтом циркуляции. Винт циркуляции, формируемый новым поворотом, образуется у дна под остаточным (рис.3). Остаточная циркуляция постепенно затухает, а новая развивается. На рисунке показан случай, когда последовательные изгибы имеют противоположные направления.
Хорошо представляя себе движение потока воды на повороте, вы можете определить, где глубина воды больше, куда отнесет вашу оснастку или в каком направлении, учитывая донные течения, распространится облако вашей прикормки. Обращайте внимание на эти мелочи и рыбацкая удача будет вашей постоянной спутницей.
