В статье предлагается нестандартная попытка объяснения общей причины образования "извилистости" природных потоков, прежде всего меандрирования рек. Утверждается, что типы речных русел обусловливаются различным соотношением "живой" силы потока и массой переносимого вещества.
Почему реки меандрируют? Существующие на Земли реки по внешнему виду в плане можно подразделить на три качественно разных типа:
прямые, разветвленные и извилистые (меандрирующие). В настоящее время конкурируют около 30 объяснений причин меандрирования рек: общая денудация земной поверхности, неотектоника, геология, кориолисово ускорение, наличие случайных препятствий, принцип минимума диссипации энергии, концепция энтропии, структурная турбулентность, поперечная циркуляция, блуждание динамической оси потока, "свойство потока меандрировать" и др. Ни одна из этих гипотез полностью не подтверждена.
Гидроморфологическая теория руслового процесса, которая занимается изучением деформаций рек [I], имеет на вооружении системный подход. Одно из его положений гласит: законы развития системы не являются суммой законов, действующих на более низком уровне; система развивается по своим законам, не зависящим от законов развития составных частей (принцип эмерджентности). Например, зная законы развития песчаных гряд, которые движутся по дну реки, невозможно спрогнозировать развитие (деформации) излучины.
Поэтому и для поиска причины образования меандр надо выходить на рассмотрение не только меандрирующих, а всех рек. Оставаясь в рамках одного меандрирования, можно узнать о нем все, кроме причин его образования. Уровень, на котором заложена причина образований различных русел, находится выше. Необходимо рассматривать все реки, и тогда можно найти причину меандрирования.
Определения. Река представляет собой не только поток воды. Большинство рек транспортируют по своему дну наносы. Транспорт наносов проявляется в местных намывах и размывах русла.
Расход наносов – количество наносов, проносимых потоком за единицу времени. Транспортирующая способность потока - предельный расход наносов, который способен транспортировать поток.
Из этих определений видно, что расход наносов не всегда равен транспортирующей способности потока. Последняя определяется гидравлическими характеристиками потока на рассматриваемом участке реки и не зависит от количества поступающих наносов с расположенного выше участка.
Необходимо четко разделить три понятия: поступление наносов в реку с расположенного выше участка; транспортирующую способность потока (сколько наносов может перемещать поток); расход наносов, который представляет собой результирующую величину от поступления наносов и транспортирующей способности потока.
Новое объяснение причины меандрирования рек. Предлагается новое обоснование образования различных типов рек. Это относительная транспортирующая способность потока, т.е. отношение транспортирующей способности потока к количеству поступающих в реку наносов, отношение того, что река может транспортировать, к тому, что ей предлагается для транспортирования.
Причинно-следственная цепочка образования меандрирования такова: транспортирующая способность потока велика по сравнению с поступлением наносов —-> излишек энергии —> деформация берегов —> образование меандрирования —"> уменьшение уклона водной поверхности —-> уменьшение транспортирующей способности —-> уравновешивание транспортирующей способности и поступления наносов —> меандриро-вание реки при динамическом равновесии.
Причинно-следственная цепочка при образовании русловой многорукавности такова: поступление наносов превышает транспортирующую способность потока —> энергии на транспортирование всех наносов не хватает —> образование осередков из "лишних" наносов —> распластывание русла —> увеличение фронта транспорта наносов —> увеличение транспортирующей способности —> уравновешивание транспортирующей способности и поступления наносов —> русловая и осередковая многорукавность при динамическом равновесии.
Ленточно-грядовый тип руслового процесса (прямолинейный) соответствует первоначальному равновесию подачи наносов и транспортирующей способности. Плановой трансформации русла не происходит, оно остается прямолинейным, т.е. перегруженные наносами реки - с внутрирус-ловыми островами, равновесные реки — прямолинейные, недогруженные реки - меандрирующие.
Например, р. Зея в своем низовье, которая раньше меандрировала, подойдя правым берегом к Белым горам из песчаника, стала их размывать. Река перегрузилась наносами. Тип руслового процесса на десятках километров изменился, русло выпрямилось, и в нем появилось много островов. При увеличении транспортирующей способности, например при увеличении расходов воды при переработке стока, можно прогнозировать размывы берегов и появление извилистости реки.
Частная формулировка: Морфологический облик реки является ее реакцией на разность между тем, что река может транспортировать, и тем, что ей предлагается водосбором для транспортировки.