Материал: Федосеев, Иван Андреевич (1909-1998). Развитие гидрологии суши в России

воды в своей массе» 115.116Тут же он указывает, что эта теория дает

-объяснение спирального движения воды, обусловливающего фор­ му дна русла. Однако вопроса о спиралеобразном движении жидкости автор не развивает. В этом докладе В. М. Лохтин го­ ворит о трех элементах, определяющих особенности каждой реки: климатические условия, строение почвы и рельеф бассей­ на. Интересно еще привести высказанный в докладе взгляд В. М. Лохтина па место гидрологии в системе наук. По этому по­ воду в докладе говорится: «...раз вопрос об утилизации вод со­ ставляет нераздельное целое с гидрологией, то и эта последняя тем самым делается наукой специально инженерной, соприкаса­ ющейся с одной стороны с науками натуральными и с другой,—

с наукой собственно о водяных сооружениях с точки зрения их

устройства и проектирования» Н6.

Наиболее полное выражение взгляды В. М. Лохтина на рус­

лообразовательные процессы нашли в упомянутой его работе

«О механизме речного русла», на которой мы и остановимся.

Как мы видели, пи Фарг, установивший определенные со­ отношения между глубинами и формой русла, ни Лелявский,

давший обстоятельный анализ процесса взаимодействия потока и русла, ни другие исследователи не учитывали такого важного обстоятельства, что расходы и уровни воды в реках не являются постоянными и могут изменяться в значительных пределах. Они сделали свои обобщения главным образом применительно к меженнему режиму.

Между тем для наших равнинных рек, имеющих преимуще­

ственно снеговое питание, большая амплитуда колебания уров

ней особенно характерна. Во время весенних половодий уровень большинства наших крупных рек повышается более чем па 3 м, па Волге подъем доходит до 10—13 м, на Дону до 7—10 м, на Днепре до 6—8 м. На указанный недостаток предыдущих ис­ следований, адресуя свою критику главным образом француз­ ским инженерам, и обратил внимание В. М. Лохтин. Следует сказать, что книга В. М. Лохтина была тогда же переведена на французский язык.

В. М. Лохтин устанавливает следующие, не зависящие друг от друга, элементы, определяющие характер всякой реки:

1)многоводность, определяемая осадками и почвенными ус­ ловиями бассейна;

2)скат или крутизна, обусловливаемая рельефом пересекае­ мой рекой местности;

3)степень размываемости или устойчивости ложа реки.

115В. Л о х т и н. Современное положение вопроса о способах улучше­ ния рек. СПб., 1886, стр. 73.

116Там же, стр. 85.

170

Поскольку все эти элементы могут проявляться в разной степени и находиться в различных сочетаниях, ясно, что для изучения режима каждой данной реки необходимо знание физи­ ко-географических условий бассейна. Отсюда следует важный практический вывод: раз не может быть рек с одинаковым гид­

рологическим режимом, пе может быть и универсальных прие­

мов их выправления. Лохтин настойчиво возражал против ме­ ханического перенесения на наши реки методов выправительных работ, выработанных в Западной Европе.

Он впервые вводит деление рек на устойчивые и неустойчи­

вые. Для характеристики устойчивости он предлагает пользо­ ваться коэффициентом, представляющим отношение среднего диаметра составляющих ложе частиц к километрическому паде­ нию водной поверхности:

ь_ JL

1 ~ АН •

Свой анализ русловых явлений Лохтин в основном посвящает руслу устойчивому, т. е. такому, в котором чередуются глубокие и мелкие места, плесы и перекаты, сохраняющие почти неиз­

менным свое местоположение. Из рассмотрения данных гидро­ метрических измерений на некоторых реках Лохтин делает очень важный вывод, что продольный профиль водной поверх­ ности устойчивых рек имеет ступенчатый характер, причем во время высоких вод уклон больше на плесах, а во. время низ­ ких — на перекатах. По поводу правильного чередования в устойчивых реках плесов и перекатов он говорит следующее: «Имея в своем падении единственную силу для удаления посто­ янно поступающих в русло засорений и ощущая в этой силе не­ достаток, по сравнению с сопротивлением наносов, река как бы

экономит ее, сосредоточивая большую ее часть то тут, то там,

смотря по тому, где опа в данное время всего более нужна. При высоких уровнях уклон концентрируется па плесах, чтобы, очи­ стив их от наносов, перейти по спаде вод па перекаты и при­ ступить к сносу отложений, которые временно были оставлены здесь высокими водами за недостатком силы. Таким образом,

как те, так и другие отдельные участки русла, плесы и перека­ ты, являются здесь неизбежными и необходимыми орудиями в

общем деле влечения наносов и притом определенно разграни­ ченными и постоянно сохраняющими свои места расположения, сообразно органически присущим руслу местным условиям» 117.

Ясно, что между устойчивыми и неустойчивыми реками на­ ходятся реки промежуточного характера, но что касается не­ устойчивых рек, то они, согласно Лохтину, характеризуются од­ нообразным уклоном продольного профиля водной поверхности

*17 В. Лохтин. О механизме речного русла. Казань, 1895, стр. 33.

171

и непрерывным влечением наносов вдоль всего русла. Лохтин

особенно подчеркивал, что главную роль в формировании русла

имеют высокие воды. Говоря о методах инженерного улучшения рек, он считал, что они должны быть дифференцированными в зависимости от гидрологических особенностей и прежде всего от степени устойчивости той или иной реки.

В толковании Лохтиным отдельных русловых явлений мож­

но, в свете современных знаний, обнаружить некоторые недос­

татки, одпако они настолько несущественны, что положения,

развитые основателем русской школы русловой гидрологии, в

основном остаются в силе и сегодня.

Представления Лохтина о русловых процессах есть плод его

огромного практического опыта, наблюдательности и глубокого

проникновения в сущность речных явлений. Недаром моногра­ фию «О механизме речного русла» Лохтин заключил словами: «Поменьше формул и побольше наблюдательности — вот то по­ желание, которое дело изучения рек, сообразно современному своему положению, может высказать специалистам в интересах

дальнейшего своего развития» 118.

В те годы, когда наиболее активно протекала научная и практическая деятельность В. М. Лохтина и Н. С. Лелявского (конец XIX — начало XX в.), в русловой гидротехнике, наряду со спорами между сторонниками водостеснительных и струена­ правляющих сооружений, развернулась острая борьба между

118 В. Лохтин. О механизме речного русла. Казань, 1895, стр. 49.

172

приверженцами, так сказать, ортодоксальной системы улучше­ ния рек, которые считали, что для выправления русел должна быть использована сила самого потока, и представителями нового метода — землечерпания. Последние, возглавлявшиеся профессором Петербургского института инженеров путей со­ общения В. Е. Тимоновым и инженером В. Г. Клейбером, долго

оставались в меньшинстве, но все же в конце концов победа

осталась за ними. Победе сторонников механического землечер­ пания способствовали, прежде всего, прогрессивность самого метода, его надежность и оперативность, убедительно доказан­ ные Клейбером, который в навигацию 1901 и 1902 гг. с помощью

землечерпания добился на некоторых волжских перекатах не­ обходимой глубины в меженнее время. В дальнейшем землечер­ пательные работы почти полностью вытеснили выправительные. На разработке теоретических вопросов речной гидрологии это обстоятельство сказалось явно отрицательным образом, так

как его результатом было то, что изучению структуры потока стало уделяться меньше внимания.

Крупный вклад в теорию русловых процессов после Лохтина и Лелявского внес Н. Н. Жуковский; его весьма интересные ис-

ледования пришлись уже на первые годы после Октябрьской революции. Из современников Лохтина и Лелявского, выска­

завших много ценных и плодотворных идей, кроме Тимонова в Клейбера, назовем еще В. А. Макарова, Н. И. Максимовича,

Ф. Г. Зброжека, С. П. Максимова, Н. П. Пузыревского.

В. Г. Клейбер вслед за М. Меллером высказал мысль об ис­ кусственной поперечной циркуляции, возбуждаемой установ­ кой в русле щитов под углом к направлению течения. Он указал

в 1894 г. на то, что «щитовая плотина, опущенная на некоторую

глубину, дает могущественное средство для разделения струи на поверхностную и донную, сообщая струям, ударяющим в щиты и проходящим под ними, скорости по двум взаимно перпенди­ кулярным направлениям: параллельному и нормальному к щи­ там. Целесообразною установкой этих плотинмогут быть вы­ званы в русле те именно течения, которые должны привести к

образованию ложбины в желаемом направлении». И далее: «У поверхности течение отклонится щитами к фарватеру; здесь вследствие столкновения струй справа и слева произойдет под­ пор, под влиянием которого донные струи, насыщенные наноса­

ми, разойдутся в обе стороны по направлению к плотинам, чему

еще более будут содействовать струи воды, проходящие под щи­ тами нормально с последними.

Вследствие постоянного притока к фарватеру струй, лишен­ ных наносов, и удаления с него более насыщенных ими, посте­

775

пенно должна разработаться вдоль фарватера ложбина, которою

и воспользуется судоходство» 119.

Предложение Клейбера в 30-х годах XX в. было всесторонне разработано в теоретическом и инженерном отношении советски­ ми учеными М. В. Потаповым, А. И. Лосиевским и др.

В. Г. Клейбер впервые организовал на Волге в 1894 г. служ­ бу прогноза колебаний уровней воды и глубины на перекатах,

о чем им было доложено III съезду русских деятелей по водным путям. Первый прогноз, составленный им 30 мая 1894 г., гласил: «Ожидается до 9 июня на перекатах выше Нижнего глубина не менее 11 четвертей 1 вершка» 12°.

Большой заслугой В. Е. Тимонова является организация им в 1907 г. первой в России гидротехнической лаборатории в Ин­ ституте инженеров путей сообщения в Петербурге.

В. А. Макаров первым у нас начал исследование зависимо­ сти между горизонтами воды и высотой перекатов. На I съезде- инженеров-гидротехников в 1892 г. он сделал доклад по этому вопросу, основанный на обработке сведений за 1886—1890 гг. по 73 волжским перекатам между Рыбинском и Казанью. Иссле­ дования В. А. Макарова показали, что высота перекатов нахо­

дится в прямой зависимости от высоты горизонта воды, т. е. при высоких горизонтах перекаты наращиваются, а при низких —

размываются 121.

Отмечая значительность вклада, внесенного в развитие рус­

ловой гидрологии Ф. Г. Зброжеком, укажем на то, что некото­ рые положения, так убедительно развитые В. М. Лохтиным (о

руслообразующей роли высоких вод, о соотношении уклонов на плесах и перекатах в половодье и межень и зависящих от этого

деформациях русла), в общей форме были высказаны Зброже­ ком в его докладе «Современное положение в России вопроса о выправлении рек», прочитанном в Институте путей сообщения

вноябре 1887 г.

ОЗброжеке следует еще сказать, что в 1890—1896 гг. он опубликовал «Курс внутренних водяных сообщений», представ­ ляющий собой лекции, прочитанные автором в Институте ин­ женеров путей сообщения. В этом курсе имеется глава «Реки,

вестественном состоянии», в которой говорится о происхожде­ нии и питании рек, гидродинамических элементах и общих свой­ ствах потока, движении наносов, руслообразовательных процес­ сах, ледовых явлениях. В 1897 г. вышло второе, переработанное

174

вновь. Ниже будет сказано о большой роли Ф. Г. Зброжека в ис­ следовании вопроса о максимальных расходах воды. Теперь мы очень кратко остановимся на истории проблемы образования долин, т. е. того элемента рельефа, в пределах которого как раз и развиваются русловые процессы и который сам является по большей части продуктом деятельности текущей воды.

Процесс образования долин все более выяснялся по мере на­ копления знаний об общих законах водной эрозии. Впервые определенные закономерности, присущие долине и руслу, под­ мечают итальянские ученые. Так, Г. Галилей (1564—1642) дает определение профиля равновесия реки как вогнутой кривой, при которой в реке устанавливается соответствие между размыва­ ющей силой потока и сопротивления русла 122.

Немало замечательных мыслей о рельефообразующей дея­ тельности водных потоков было высказано М. В. Ломоносовым в его знаменитом сочинении «О слоях земных» (1763).

Установлению основных положений водной эрозии много способствовали исследования, проведенные в 1841 г. француз­ ским инженером А. Сюреллем 123. Из этих положений примени­ тельно к речным долинам, в частности, вытекает, что все они имеют линейное протяжение, характеризуются однообразным продольным уклоном, никогда не пересекаются друг с другом,,

т. е. при встрече соединяются в одну долину.

Из русских ученых взгляд об эрозионном происхождении

долин вполне разделял, например, И. А. Двигубский (1771—

1839). В более позднее время, в 1861 г., совершенно отчетливо об этом писал также И. И. Глушинский. Так, он считал, что обра­ зование речного русла и долины «связано с общим изменением вида земной поверхности, продолжающимся и доныне, и зави­ сит исключительно от физических и отчасти химических сил, воды.

Всякая поверхность, по которой протекает вода,— продол­ жал Глушинский,— даже твердейшие слои непременно должны уступить хотя медленному, но разрушительному ее действию...

Конечно, размываемость скалы не может происходить скоро...

однако ж нет никакого сомнения, что именно таким образом обра­ зовались глубокие долины, прорезывающие горные хребты и в них углубленные с некоторою даже извилистостью русла рек» 124.

Вопрос о происхождении долин, о процессе их образования привлекал внимание многих естествоиспытателей. Особенно ин­

издание лекций 1861—62 г., записанных Н. В. Бернацким), стр. 3.

/75