Возмущения водной поверхности могут быть вызваны либо неровностью дна, либо торможением потока. Если изменение энергии потока невелико, возникает "гладкое" возмущение — стоячий вал. Существуют несколько типов валов, но все они объединяются одним общим признаком: в любой точке вала горизонтальная скорость воды направлена по ходу основного потока.

Прямые стоячие валы

Это самый простой тип валов. Гребень такого вала перпендикулярен направлению потока, и вода движется строго вдоль склонов вала вверх и вниз. Ориентация вала относительно берегов может при этом быть достаточно произвольной.

Лодка, попавшая на передний (верхний по течению) склон вала, тормозится. Сила тяжести сталкивает ее с вала назад, но течение непосредственно перед валом толкает вперед. В результате лодка встает к валу бортом (или, выражаясь по-морскому, лагом) и затем переворачивается навстречу потоку. Однако оба эти движения достаточно просты и хорошо поддаются контролю со стороны гребца, а скольжение с переднего склона вала широко используется для различных маневров и трюков.

Косые валы

Косые валы отличаются от прямых тем, что скорость течения в самом валу, до и после него имеет составляющую, параллельную гребню. Иначе говоря, поведение лодки на косом валу можно рассматривать как прохождение прямого вала плюс боковой снос. Последний облегчает движение по валу в одну сторону, но препятствует движению в противоположную. При прохождении вала лодка тормозится, однако боковая скорость остается неизменной, поэтому в результате лодка смещается поперек потока.

Пирамидальные валы

Если вал очень узкий, то его гребень превращается практически в точку. Такие валы возникают, например, в конце "языка" после сужающегося слива. На переднем и боковых склонах вала вода движется вверх, и только на заднем — вниз.

При заходе на такой вал носом лодка ведет себя по-разному в зависимости от того, в какое место вала вы попадаете. Если вы движетесь строго через центр вала — а сходящиеся боковые струи приводят вас именно в эту точку — то ситуация полностью совпадает с прохождением прямого вала носом. Если же вы умышленно направляете лодку поперек бокового склона, то вы проходите его, если уподобить его фрагменту прямого вала, лагом. Соответственно, поведение лодки в том и в другом случае будет сильно различаться.

В том случае, когда вы заходите на пирамидальный вал лагом, прохождение сильно зависит от того, какое именно место каяка проходит через вершину вала. Если это центр лодки, то ситуация развивается примерно так же, как и при прохождении прямого вала. Если же вершина вала оказывается ближе к носу, то нос тормозится сильнее, а корму течение проносит мимо, и в результате лодка разворачивается кормой вперед. Аналогично, если вершина вала оказывается ближе к корме, то лодка стремится развернуться носом вниз по течению. Такие маневры могут соответствовать замыслу гребца, а могут и противоречить ему.

Эволюция вала при изменении расхода воды

Если энергия, высвобождаемая в данном месте потока на 1 м3 воды, невелика, вал имеет очень пологую форму. Абсолютная высота вала при этом может быть очень большой, но тогда велика и его длина. Масштабом в данной задаче является глубина реки, и 3-метровый вал на Катуни имеет такую же удельную энергию, как 30-сантиметровый вал на Пехорке.

При увеличении удельной энергии вал становится более крутым и, при неизменной длине, более высоким. Вершина его становится все более острой. Наконец, при достижении некоторой критической величины вершина обрушивается навстречу потоку. Дальнейшая эволюция вала в этом направлении постепенно превращает его в бочку поверхностного типа. Однако для этого требуется значительная энергия, и простого торможения потока оказывается уже недостаточно. Для образования бочки необходима значительная неоднородность дна — крупный камень или ступенька.

Эволюция формы вала при изменении глубины потока.

Эволюция формы вала при изменении скорости потока.

Подобные изменения можно наблюдать при изменении расхода воды на одной и той же реке. На реках с уклоном порядка 10 м/км (такой уклон характерен, например, для саянских рек) при увеличении расхода обычно возрастает, в основном, глубина. При этом расход воды растет быстрее, чем высвобождаемая энергия, поскольку поток становится более однородным. Существующие бочки превращаются в валы, а крутые валы становятся более пологими — препятствия "смываются". (Правда, при этом часть надводных камней становятся обливными, так что количество бочек и сложных валов в среднем сохраняется. Заранее предсказать, сложнее или проще станет данная река при увеличении расхода, очень сложно; это зависит от конкретной реки.) При уклоне порядка 20 м/км и более (такие уклоны типичны для рек Памира и Тянь-Шаня) увеличение расхода выражается, в первую очередь, в увеличении скорости потока. Соответственно возрастают и неоднородности скорости, из которых и черпается необходимая энергия для образования валов. Эта энергия растет быстрее, чем расход воды, поэтому валы становятся круче, выше и превращаются в бочки. Река при этом практически всегда становится сложнее.

Пульсирующие валы

На реках с большим расходом или во время паводка возможно периодическое изменение формы валов. На протяжении нескольких секунд вал растет, становится более крутым, затем его верхушка опрокидывается, и процесс повторяется сначала. На очень мощных реках встречаются и пульсирующие бочки.

Такие структуры опасны, в основном, своей непредсказуемостью: очень сложно рассчитать заранее, в какую фазу попадешь. Кроме того, они возникают не сами по себе: они всегда связаны с мощной вертикальной турбулентностью, и даже гладкая на первый взгляд поверхность воды после "схлопывания" вала может таить в себе неприятные сюрпризы.

Источник http://gaba.su