Твердый сток – это количество взвешенных тонко-мелкозернистых влекомых (перекатываемых) по дну наносов, переносимое рекой через какой-либо створ за заданный интервал времени.
При этом расходом наносов называется количество наносов, переносимое через живое сечение реки в единицу времени. В зависимости от способа транспортирования наносы подразделяют на взвешенные, переносимые водными потоками во взвешенном состоянии, и влекомые, перемещающиеся в придонном слое потока путем перекатывания, скольжения и сальтации. Условия движения наносов меняются при изменении скорости, глубины и других гидравлических элементов. Частицы, переносившиеся во взвешенном состоянии, могут стать влекомыми наносами, а влекомые – перестать двигаться или перейти во взвешенное состояние. Неподвижные частицы могут перейти в движение.
Основными гидравлическими параметрами наносов являются:
- гидравлическая крупность частицы, определяемая как скорость ее равномерного падения в спокойной воде;
- начальная скорость влечения (сдвига) частицы, находящейся на дне потока;
- средняя скорость влечения частицы по дну.
В речном потоке наблюдается взаимообмен потока и русла наносами с осаждением частиц наносов на дно и взмывом их с его поверхности. Взаимообмен наносами обусловлен турбулентностью потока (восходящими и нисходящими пульсационными токами) и зависит от гидравлической крупности наносов и начальной скорости влечения частиц. Области таких токов располагаются беспорядочно над поверхностью русла, вследствие чего дно потока представляет собой поле чередующихся зон взмыва и отложения. При грядовой форме русла области преобладания восходящих и нисходящих вихрей разграничены, соответственно разграничены и зоны размыва и переотложения наносов. Верхний слой наносов, вовлеченный в процесс взаимообмена наносами с потоком, называется активным слоем русла. Сами наносы называются донными отложениями.
Исходным материалом формирования наносов на речных водосборах являются продукты выветривания горных пород, частицы почвы, остатки растительности и животных. Выделяются внешние и внутренние источники питания потока наносами. Внешние источники питания – склоны, а также расположенные у берегов осыпи. Внешнее поступление наносов характеризует интенсивность водной эрозии на склонах. Внутренними источниками питания рек и ручьев наносами являются сформировавшиеся аллювиальные отложения русла и поймы. Суммарный вынос наносов определяется суммой (склоновой и русловой) эрозий.
Общая закономерность формирования твердых стоков:
- верховья рек и вся первичная гидрографическая сеть поставляют твердый материал в речные системы;
- средние и большие реки осуществляют транспорт продуктов эрозии, аккумулируя часть наносов при их избытке и размывая их при дефиците твердого материала.
В устьевых частях рек наблюдается аккумуляция наносов.
Характеристикой наносов, поддающейся картографированию, является среднемноголетняя мутность (количество наносов, содержащееся в единице объема потока) рек. В пределах Европейской территории России наименьшая мутность воды рек (менее 10 г/м3) наблюдается в зоне тундры и лесотундры. Для низменных заболоченных районов лесной зоны мутность составляет 10–25 г/м3; в южной части лесной зоны мутность рек достигает 100–250 г/м3; в лесостепной зоне мутность может доходить до 1000–2500 г/м3, возрастая на малых реках до 5000 г/м3.
Сток наносов – главный фактор заиления водохранилищ, что обусловлено отложением в их чашах наносов, поступающих с жидким стоком, а также твердого материала, сносимого в водоем при переработке берегов. Особую опасность представляют случаи транспорта наносов, сопровождающиеся интенсивной эрозией склонов, а также образованем селей в результате перенасыщения потока наносами. В ряде случаев смыв почвенного покрова сопровождается переносом загрязняющих веществ. Пестициды, радионуклиды и некоторые другие опасные вещества в результате сорбции фиксируются на минеральных частицах наносов и переносятся водными потоками во время паводочного стока.
Источники: Теория и методы расчета речных наносов. Караушев А.В. – Л., Гидрометеоиздат, 1977; Сток наносов, его изучение и географическое распределение. Под редакцией Караушева А.В. – Л., 1977.