Меню

Где в реке самое сильное течение

Механизм течения рек

Движение ламинарное и турбулентное

В природе существуют два режима движения жидкости, в том числе и воды: ламинарное и турбулентное. Ламинарное движение — параллельноструйное. При постоянном расходе воды скорости в каждой точке потока не изменяются во времени ни по величине, ни по направлению. В открытых потоках скорость от дна, где она равна нулю, плавно возрастает до наибольшей величины на поверхности. Движение зависит от вязкости жидкости, и сопротивление движению пропорционально скорости в первой степени. Перемешивание в потоке носит характер молекулярной диффузии. Ламинарный режим характерен для подземных потоков, протекающих в мелкозернистых грунтах.

В речных потоках движение турбулентное. Характерной особенностью турбулентного режима является пульсация скорости, т. е. изменение ее во времени в каждой точке по величине и направлению. Эти колебания скорости в каждой точке совершаются около устойчивых средних значений, которыми обычно и оперируют гидрологи. Наибольшие скорости наблюдаются на поверхности потока. В направлении ко дну они уменьшаются относительно медленно и в непосредственной близости от дна имеют еще достаточно большие значения. Таким образом, в речном потоке скорость у дна практически не равна нулю. В теоретических исследованиях турбулентного потока отмечается наличие у дна очень тонкого пограничного слоя, в котором скорость резко уменьшается до нуля.

Турбулентное движение практически не зависит от вязкости жидкости. Сопротивление движению в турбулентных потоках пропорционально квадрату скорости.

Экспериментально установлено, что переход от ламинарного режима к турбулентному и обратно происходит при определенных соотношениях между скоростью vср и глубиной Hср потока. Это соотношение выражается безразмерным числом Рейнольдса

Для открытых каналов критические числа Рейнольдса, при которых меняется режим движения, изменяются примерно в пределах 300-1200. Если принять Re = 360 и коэффициент кинематической вязкости = 0,011, то при глубине 10 см критическая скорость (скорость, при которой ламинарное движение переходит в турбулентное) равна 0,40 см/с; при глубине 100 см она снижается до 0,04 см/с. Малыми значениями критической скорости объясняется турбулентный характер движения воды в речных потоках.

По современным представлениям (А. В. Караушев и др.), внутри турбулентного потока в различных направлениях и с различными относительными скоростями перемещаются элементарные объемы воды (структурные элементы), обладающие различными размерами. Таким образом, наряду с общим движением потока можно заметить движение отдельных масс воды, в течение короткого времени ведущих как бы самостоятельное существование. Этим, очевидно, объясняется появление на поверхности турбулентного потока маленьких воронок — водоворотов, быстро появляющихся и так же быстро исчезающих, как бы растворяющихся в общей массе воды. Этим же объясняется не только пульсация скоростей в потоке, но и пульсации мутности, температуры, концентрации растворенных солей.

Турбулентный характер движения воды в реках обусловливает перемешивание водной массы. Интенсивность перемешивания усиливается с увеличением скорости течения. Явление перемешивания имеет большое гидрологическое значение. Оно способствует выравниванию по живому сечению потока температуры, концентрации взвешенных и растворенных частиц.


Рис. 65. Примеры кривой водной поверхности потока. а — крикая подпора, б — кривая спада (по А. В. Караушеву).

Движение воды в реках

Вода в реках движется под действием силы тяжести F’. Эту силу можно разложить на две составляющие: параллельную дну Fx и нормальную ко дну F’y (см. рис. 68). Сила F’ уравновешивается силой реакции со стороны дна. Сила F’х, зависящая от уклона, вызывает движение воды в потоке. Эта сила, действуя постоянно, должна бы вызвать ускорение движения. Этого не происходит, так как она уравновешивается силой сопротивления, возникающей в потоке в результате внутреннего трения между частицами воды и трения движущейся массы воды о дно и берега. Изменение уклона, шероховатости дна, сужения и расширения русла вызывают изменение соотношения движущей силы и силы сопротивления, что приводит к изменению скоростей течения по длине реки и в живом сечении.

Выделяются следующие виды движения воды в потоках: 1) равномерное, 2) неравномерное, 3) неустановившееся. При равномерном движении скорости течения, живое сечение, расход воды постоянны по длине потока и не меняются во времени. Такого рода движение можно наблюдать в каналах с призматическим сечением.

При неравномерном движении уклон, скорости, живое сечение не изменяются в данном сечении во времени, но изменяются по длине потока. Этот вид движения наблюдается в реках в период межени при устойчивых расходах воды в них, а также в условиях подпора, образованного плотиной.

Неустановившееся движение — это такое, при котором все гидравлические элементы потока (уклоны, скорости, площадь живого сечения) на рассматриваемом участке изменяются и во времени и по длине. Неустановившееся движение характерно для рек во время прохождения паводков и половодий.

При равномерном движении уклон поверхности потока I равен уклону дна i и водная поверхность параллельна выровненной поверхности дна. Неравномерное движение может быть замедленным и ускоренным. При замедляющемся течении вниз по реке кривая свободной водной поверхности принимает форму кривой подпора. Поверхностный уклон становится меньше уклона дна (I i) (рис. 65).


Рис. 68. Схема к выводу уравнения Шези (по А. В. Караушеву).

Скорости течения воды и распределение их по живому сечению

Скорости течения в реках неодинаковы в различных точках потока: они изменяются и по глубине и по ширине живого сечения. На каждой отдельно взятой вертикали наименьшие скорости наблюдаются у дна, что связано с влиянием шероховатости русла. От дна к поверхности нарастание скорости сначала происходит быстро, а затем замедляется, и максимум в открытых потоках достигается у поверхности или на расстоянии 0,2H от поверхности. Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами или эпюрами скоростей (рис. 66). На распределение скоростей по вертикали большое влияние оказывают неровности в рельефе дна, ледяной покров, ветер и водная растительность. При наличии на дне неровностей (возвышения, валуны) скорости в потоке перед препятствием резко уменьшаются ко дну. Уменьшаются скорости в придонном слое при развитии водной растительности, значительно повышающей шероховатость дна русла. Зимой подо льдом, особенно при наличии шуги, под влиянием добавочного трения о шероховатую нижнюю поверхность льда скорости малы. Максимум скорости смещается к середине глубины и иногда расположен ближе ко дну. Ветер, дующий в направлении течения, увеличивает скорость у поверхности. При обратном соотношении направления ветра и течения скорости у поверхности уменьшаются, а положение максимума смещается на большую глубину по сравнению с его положением в безветренную погоду.

По ширине потока скорости как поверхностная, так и средняя на вертикалях меняются довольно плавно, в основном повторяя распределение глубин в живом сечении: у берегов скорость меньше, в центре потока она наибольшая. Линия, соединяющая точки на поверхности реки с наибольшими скоростями, называется стрежнем. Знание положения стрежня имеет большое значение при использовании рек для целей водного транспорта и лесосплава. Наглядное представление о распределении скоростей в живом сечении можно получить построением изотах — линий, соединяющих в живом сечении точки с одинаковыми скоростями (рис. 67). Область максимальных скоростей расположена обычно на некоторой глубине от поверхности. Линия, соединяющая по длине потока точки отдельных живых сечений с наибольшими скоростями, называется динамической осью потока.


Рис. 66. Эпюры скоростей. а — открытое русло, б — перед препятствием, в — ледяной покров, г — скопление шуги.

Средняя скорость на вертикали вычисляется делением площади эпюры скоростей на глубину вертикали или при наличии измеренных скоростей в характерных точках по глубине (VПОВ, V0,2, V0,6, V0,8, VДОН) по одной из эмпирических формул, например

Средняя скорость в живом сечении. Формула Шези

Для вычисления средней скорости потока при отсутствии непосредственных измерений широко применяется формула Шези. Она имеет следующий вид:

Величина коэффициента С не является величиной постоянной. Она зависит от глубины и шероховатости русла. Для определения С существует несколько эмпирических формул. Приведем две из них:

Читайте также:  Какие бывают реки описание

формула Манинга

формула Н. Н. Павловского
где n — коэффициент шероховатости, находится по специальным таблицам М. Ф. Срибного. Переменный показатель в формуле Павловского определяется зависимостью.

Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличением гидравлического радиуса или средней глубины. Это происходит потому, что с увеличением глубины ослабевает влияние шероховатости дна на величину скорости в отдельных точках вертикали и тем самым уменьшается площадь на эпюре скоростей, занятая малыми скоростями. Увеличение гидравлического радиуса приводит и к увеличению коэффициента С. Из формулы Шези следует, что скорость потока растет с увеличением уклона, но этот рост при турбулентном движении выражен в меньшей мере, чем при ламинарном.

Скорость течения горных и равнинных рек

Течение равнинных рек значительно более спокойное, чем горных. Водная поверхность равнинных рек сравнительно ровная. Препятствия обтекаются потоком спокойно, кривая подпора, возникающего перед препятствием, плавно сопрягается с водной поверхностью вышерасположенного участка.

Горные реки отличаются крайней неровностью водной поверхности (пенистые гребни, взбросы, провалы). Взбросы возникают перед препятствием (нагромождением валунов на дне русла) или при резком уменьшении уклона дна. Взброс воды в гидравлике носит название гидравлического (водного) прыжка. Его можно рассматривать как одиночную волну, появившуюся на водной поверхности перед препятствием. Скорость распространения одиночной волны на поверхности, как известно, c = , где g — ускорение силы тяжести, H — глубина.

Если средняя скорость течения vср потока оказывается равной скорости распространения волны или превышает ее, то образующаяся у препятствия волна не может распространиться вверх по течению и останавливается вблизи места ее возбуждения. Формируется остановившаяся волна перемещения.

Пусть vср = c. Подставляя в это равенство значение из предыдущей формулы, получим vср = , или

Левая часть этого равенства известна как число Фруда (Fr). Это число позволяет оценить условия существования бурного или спокойного режима течения: при Fr 1 — бурный режим.

Таким образом, между характером течения, глубиной, скоростью, а следовательно, и уклоном существуют следующие соотношения: с увеличением уклона и скорости и уменьшением глубины при данном расходе течение становится более бурным; с уменьшением уклона и скорости и увеличением глубины при данном расходе течение приобретает более спокойный характер.

Горные реки характеризуются, как правило, бурным течением, равнинные реки имеют спокойный режим течения. Бурный режим течения может быть и на порожистых участках равнинных рек. Переход к бурному течению резко усиливает турбулентность потока.

Поперечные циркуляции

Одной из особенностей движения воды в реках является непараллельноструйность течений. Она отчетливо проявляется на закруглениях и наблюдается на прямолинейных участках рек. Наряду с общим параллельным берегам движением потока в целом имеются внутренние течения в потоке, направленные под различными углами к оси движения потока и производящие перемещения водных масс в поперечном к потоку направлении. На это еще в конце прошлого столетия обратил внимание русский исследователь Н. С. Лелявский. Он следующим образом объяснил структуру внутренних течений. На стрежне вследствие больших скоростей на поверхности воды происходит втягивание струй со стороны, в результате в центре потока создается некоторое повышение уровня. Вследствие этого в плоскости, перпендикулярной направлению течения, образуются два циркуляционых течения по замкнутым контурам, расходящиеся у дна (рис. 69 а). В сочетании с поступательным движением эти поперечные циркуляционные течения приобретают форму винтообразных движений. Поверхностное течение, направленное к стрежню, Лелявский назвал сбойным, а донное расходящееся — веерообразным.

На изогнутых участках русла струи воды, встречаясь с вогнутым берегом, отбрасываются от него. Массы воды, переносимые этими отраженными струями, обладающими меньшими скоростями, накладываясь на массы воды, переносимые набегающими на них следующими струями, повышают уровень водной поверхности у вогнутого берега. Вследствие этого возникает перекос водной поверхности, и струи воды, находящиеся у вогнутого берега, опускаются по откосу его и направляются в придонных слоях к противоположному выпуклому берегу. Возникает циркуляционное течение на изогнутых участках рек (рис. 69 б).


Рис. 69. Циркуляционные течения на прямолинейном (а) и на изогнутом (б) участке русла (по Н. С. Лелявскому). 1 — план поверхностных и донных струй, 2 — циркуляционные течения в вертикальной плоскости, 3 — винтообразные течения.

Особенности внутренних течений потока были изучены А. И. Лосиевским в лабораторных условиях. Им была установлена зависимость формы циркуляционных течений от соотношения глубины и ширины потока и выделены четыре типа внутренних течений (рис. 70). Типы I и II представлены двумя симметричными циркуляциями. Для типа I характерно схождение струй у поверхности и расхождение у дна. Этот случай свойствен водотокам с широким и неглубоким руслом, когда влияние берегов на поток незначительно. Во втором случае донные струи направлены от берегов к середине. Этот тип циркуляции характерен для глубоких потоков с большими скоростями. Тип III с односторонней циркуляцией наблюдается в руслах треугольной формы. Тип IV — промежуточный — может возникать при переходе типа I в тип II. В этом случае струи в середине потока могут быть сходящимися или расходящимися, соответственно у берегов — расходящимися или сходящимися. Дальнейшее развитие представления о циркуляционных течениях получили в работах М. А. Великанова, В. М. Маккавеева, А. В. Караушева и др. Теоретические исследования возникновения этих течений излагаются в специальных курсах гидравлики и динамики русловых потоков. Появление поперечных течений на закруглениях русла объясняется развивающейся здесь центробежной силой инерции и связанным с ней поперечным уклоном водной поверхности. Центробежная сила инерции, возникающая на закруглениях, неодинакова на различных глубинах.


Рис. 70. Схема внутренних течений (по А. И. Лосиевскому). 1 — поверхностная струя, 2 — донная струя.

Рис. 71. Схема сложения сил, вызывающих циркуляцию. а — изменение по вертикали центробежной силы P1, б — избыточное давление, в — результирующая эпюра действующих на вертикали сил центробежной и избыточного давления, г — поперечная циркуляция.

В зависимости от направления излучины отклоняющая сила Кориолиса или усиливает, или ослабляет поперечные течения на закруглении. Эта же сила возбуждает поперечные течения на прямолинейных участках.

При низких уровнях на закруглении циркуляционные течения почти не выражены. С повышением уровней, увеличением скорости и центробежной силы циркуляционные течения становятся отчетливыми. Скорость поперечных течений обычно мала — в десятки раз меньше продольной составляющей скорости. Описанный характер циркуляционных течений наблюдается до выхода воды на пойму. С момента выхода воды на пойму в реке создаются как бы два потока — верхний, долинного направления, и нижний, в коренном русле. Взаимодействие этих потоков сложно и еще мало изучено.

В современной литературе по динамике русловых потоков (К. В. Гришанин, 1969 г.) приводится, по-видимому, более строгое объяснение возникновения поперечных циркуляции в речном потоке. Происхождение таких циркуляции связывается с механизмом передачи на элементарные объемы воды в потоке действия кориолисова ускорения посредством градиента давления, обусловленного4 поперечным уклоном (и постоянного на вертикали), и разности касательных напряжений, вызванных на гранях элементарных объемов воды различиями в скоростях потока по вертикали. Аналогичную кориолисову ускорению роль выполняет на повороте русла центростремительное ускорение.

Помимо поперечных циркуляции, в потоке наблюдаются вихревые движения с вертикальной осью вращения (рис. 72).


Рис. 72. Схема вихрей с вертикальными осями (по К. В. Гришанину).

Одни из них подвижны и неустойчивы, другие стационарны и отличаются большими поперечными размерами. Чаще они возникают в местах слияния потоков, за крутыми выступами берегов, при обтекании некоторых подводных препятствий и т. д. Условия формирования стационарных вихрей пока не исследованы. Гришанин высказывает предположение, что образованию устойчивого локализованного вихря способствует значительная глубина потока и существование восходящего течения воды. Эти вихри в потоке, известные под названием водоворотов, напоминают воздушные вихри — смерчи.

Поперечные циркуляции, вихревые движения играют большую роль в транспортировании наносов и формировании речных русел.

Источник

Реки России,🌊 изменяющие направление течения. Пенжина, Шемокса, Иртыш, Сухона, Суойоки и др.

Оказывается, в России существует несколько (неожиданно довольно много) рек, изменяющих направление своего течения. Главной предпосылкой для этого является низкий уклон реки на определённом участке, также должно выполняться одно из условий, заставляющих реку изменить направление течения:

Читайте также:  В синем небе над маленькой речкой

1 Обратное течение рек с приливом

Поднимаясь вверх по реке, приливное течение поворачивает реку вспять. Примером такой реки является река Пенжина , относящаяся к бассейну Охотского моря. Пенжина — дикая река, чистая, сплавная, как и многие реки Камчатки, является местом обитания уникального сообщества рыб.

2 Обратное течение рек, вызванное подпором материнской рекой

На больших реках во время таяния льда могут образовываться ледяные заторы, при этом происходит повышение уровня воды, вода материнской реки может подниматься в притоки. Если приток имеет небольшой уклон, ток воды в нём останавливается, а когда уровень воды превышает высоту реки над уровнем моря, река поворачивает вспять. Такое явление характерно для рек Северная Двина и Шемокса , Обь , Иртыш и другие её притоки. Иртыш является самым длинным притоком в мире, а Обь занимает седьмое место по длине в мире.

Северная Двина летом (автор - Леонид Анкудинов, photosight.ru)

3 Обратное течение рек, подпираемых скоростными притоками

Во время весеннего половодья течение материнской реки с низким уклоном и небольшой скоростью может преграждаться течением стремительных полноводных притоков. Такое обратное течение наблюдается на реке Сухона , подпираемой притоками Вологда и Лежа. Экологическая обстановка на реке Сухона неблагоприятна, дно захламлено гниющими отходами лесосплава, предприятия Вологды и Сокола сливают в реки сточные воды, превышение ПДК наблюдается по 11 токсикантам. На левом берегу Сухоны расположен город Великий Устюг, где расположена резиденция Деда Мороза. Река Волхов может течь вспять, если уровень воды в озере Ильмень, откуда она вытекает, снижается. Волхов известен как часть «Пути из варяг в греки», судоходен, славится рыбалкой.

Живописнейшие берега Сухоны (автор - Леонид Анкудинов, photosight.ru)

4 Обратное течение, связанное с бифуркацией реки

На низких плоских водоразделах иногда наблюдается разделение русла реки на две ветви, не соединяющиеся в дальнейшем и впадающие в разные водоёмы или речные системы. Когда уровень воды в одной системе поднимается относительно другой, происходит изменение направления течения. Например, река Россонь , соединяющая реки Лугу и Нарву. Если уровень воды в Луге повышается, Россонь течёт в Нарву, при более высоком уровне воды в Нарве, течёт в Лугу.

Зеркальная гладь Россони (автор - Юрий Попов, rasfokus.ru)

5 Обратное течение, вызванное волной и сильным ветром с моря

Циклоны в море способствуют образованию длинных волн. Если циклоны следуют один за другим, волны идут непрерывно, при совпадении колебания накладываются друг на друга и усиливаются. Уровень воды в море повышается, и река может повернуть вспять. Обратное течение может вызывать и сильный штормовой ветер. Эти факторы могут усиливать друг друга. Ярким примером этого явления служит река Нева . Долго считалось, что причиной наводнений служит сильный ветер с моря, подпирающий реку, однако удалось установить, что ветра недостаточно, чтобы повернуть Неву вспять, а основной причиной являются длинные волны, колебания которых накладываются.

Вид на Васильевский остров - устье Невы (автор - Виктор Егорович, fotokto.ru)

6 Обратное течение рек в связи с зарегулированием плотинами

Когда уровень воды в водохранилище повышается в связи с работой ГЭС, впадающая река может повернуть вспять. Примером служит река Шуя (Суойоки) в Карелии. Часть реки Шуя соединяет Укшозеро и Логмозеро, которое связано с Онежским водохранилищем. Когда уровень воды в Логмозере повышается, вода устремляется вверх по руслу реки Шуя, а потом через протоку в Укшозеро, поворачивая вспять. После падения уровня воды в Онежском водохранилище, направление течения меняется на прямое. Такая смена может наблюдаться до 20 раз за год. Река Шуя окрашена болотными водами в коричневый цвет. До 1963 года Шуя использовалась для лесосплава. С конца 1990-х произошло восстановление стада атлантического лосося (сёмги). Река популярна для сплава, рыбалки, туризма.

Источник

Самые быстрые реки в мире и в России

Реки бывают короткими и длинными, широкими и узкими. Но всех их объединяет то, что они представляют собой водный поток, который берет свое начало от истока и заканчивается в устье (озере, море или другом водоеме). Реки встречаются по всему миру и являются неотъемлемой частью жизни многих людей. Есть еще одна общая особенность всех рек. Потому что они представляют собой водный поток, то он обязательно имеет водное течение, а его скорость у каждой реки бывает разной и зависит от многих внешних факторов. Например, от времени года. Рассмотрим в нашей статье, какие существуют самые быстрые реки в России и в мире в целом.

В России большое множество различных рек. Лена — самая быстрая из них. Она протекает по Сибири, а впадает в море Лаптевых в Северном Ледовитом океане. Ее скорость доходит до 1-2 метров в секунду. Интересен и тот факт, что эта река также является самой длинной в России. Ее длина — 4400 километров. Она даже входит в десятку самых длинных рек мира. Река еще может похвастаться 8 местом в мировом рейтинге по полноводности.

К сожалению, мощность этой реки имеет свои негативные последствия. В периоды, когда Лена прогревается, то есть летом и весной, она становится быстрее и достигает своего пика полноводности. В 2007 году река затопила около тысячи домов, а сам потоп коснулся 12 городов.

Енисей

А эта река тоже считается одной из наиболее быстрых, а также и длинных. Енисей занимает пятое место в мире по длине (примерно 3500 километров). Как и Лена, эта река протекает преимущественно по Сибири, но ее начало и исток находятся в Монголии. Впадает Енисей в Северный Ледовитый океан.

Это быстрая река, временами ее скорость доходит до 1-2 метров в секунду — летом и весной. Жители деревень и городов, которые охватывает Енисей, иногда жалуются на затопы. В этом плане река похожа с Леной.

Пожалуй, на этих самых скоростных реках России можно закончить список. Несмотря на большое изобилие водоемов и речушек, большая часть из них — равнинная. Именно поэтому скорость течения достаточно мала даже у относительно крупных быстрых рек. В Ростовской области, например, скорость Дона колеблется в среднем от 0,5 до 0,9 м/с.

Амазонка

Эта река, расположенная в Южной Америке, является рекордсменом во многом. Амазонка — самая полноводная, глубокая, широкая, длинная и быстрая река в мире! Глубина некоторых ее мест достигает 135 метров, ширина иногда доходит до 200 километров, а ее длина — 7000 км. Что касается скорости, то течение Амазонки может достигать примерно 4,5-5 метров в секунду или, другими словами, это 15 километров в час. В сезон дождей этот показатель может увеличиваться.

Источник

Движение воды в руслах. Распределение скоростей по ширине и глубине

Течение — движение воды в русле водотока (реки, канала, ручья). Течение водотоков происходит под действием гравитации за счёт перепадов уровней воды.

В разных частях речных русел наблюдаются различные течения: на речных излучинах наблюдаются прижимные течения, которые затрудняют судоходство; на перекатах наблюдаются; в ухвостьях островов наблюдаются сбойные течения.

Течения водотоков характеризуются скоростью и направлением. План течений определяется на реке с помощью поплавков или гидрологических вертушек. На гидравлических моделях план течений изучается для определения воздействия водного потока на суда и гидротехнические сооружения. План течений рассчитывается разными способами, из которых одних из простых является метод Бернадского: струи распределяются пропорционально глубине потока в определённой степени. Существует множество численных математических двумерных и трёхмерных моделей по построению плана течений.

Течения водотоков отличаются по своему генезису от течений водоёмов, которые образуются за счёт различных причин: ветра, поступления водных масс из притоков, за счёт перекоса водной поверхности из-за разности давлений, плотностной неоднородности водных масс.

Течения реки бывают трёх видов: Верхнее течение, Среднее течение, Нижнее течение.

Читайте также:  Опишите реку амазонку по плану описания реки

Верхнее течение образовывается в вершинах гор при скоплении воды из-за подземных вод и осадков, и оттуда река берёт своё начало.

В Среднем течении река обычно повышает свою полноводность за счёт притоков.

В Нижнем течении река обычно течёт медленно и плавно, зачастую образовывая извилины.

Скорость течения – расстояние, на которое перемещается за единицу времени частица или объем воды в процессе движения. В реках, каналах и других водотоках обычно наблюдается турбулентный режим движения воды, который характеризуется перемешиванием водных масс и пульсацией С.т. как по величине, так и по направлению, поэтому скоростное поле потока представляет собой сложную картину, непрерывно меняющуюся во времени. В связи с пульсацией различают мгновенную и среднюю скорость. Мгновенной называется скорость в данной точке в момент ее измерения. В практических задачах гидравлики и гидрологии обычно используется осредненная во времени скорость. С.т. в точке потока, осредненная за достаточно продолжительный период времени, называется осредненной местной скоростью. В практической гидрометрии принято производить измерение С.т. в точке в течение 100 с, что для большинства случаев оказывается достаточным, чтобы осреднить пульсацию. Принятая в гидрометрии размерность С.т. — м/с. Существует большое количество методов измерения С.т. воды и приборов, действие которых основано на различных физических принципах. Наиболее распространены методы, основанные на регистрации числа оборотов лопастного винта (гидрометрические вертушки) и регистрации скорости плывущего тела (поплавки). Другие методы, применяемые главным образом при проведении научно-исследовательских работ и в лабораторных условиях, основаны на регистрации скоростного напора, силового воздействия потока, на принципе теплообмена, на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения, на применении ультразвука. Последняя группа методов — наиболее перспективна и активно разрабатывается. Распределение С.т. в речном потоке может быть весьма разнообразным в зависимости от типа реки (равнинная, горная и др.), морфологических особенностей, шероховатости русла, уклона водной поверхности. Общие закономерности в распределении скоростей по глубине и ширине реки таковы: в открытом потоке наибольшая скорость наблюдается обычно у поверхности, наименьшая — у дна (донная скорость, имеет конечное значение, не равное 0), местоположение наибольшей скорости в поперечном створе потока приближенно совпадает с наибольшей глубиной. Представление о распределении скоростей течения по глубине дает эпюра С.т. по вертикали, по ширине — эпюра поверхностных или средних скоростей по ширине реки. Наиболее полное представление о распределении скоростей в живом сечении водотока дают линии равных скоростей — изотахи, которые строятся по данным измерений в отдельных точках. Среднюю скорость потока в гидрометрии обычно находят путем деления расхода воды на площадь водного сечения. На практике при отсутствии измерений средняя скорость в реке (канале) находится по полуэмпирической формуле Шези v = c sqrt , где с — коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла и гидравлического радиуса R (приближенно равного средней глубине потока), i — уклон водной поверхности.

Источник



Течения

Затруднительный перекат — это перекат с развитой за­тонной частью, перекаты-россыпи и групповые. Затруднительный перекат обычно имеет небольшие глубину и ширину судового хода, извилистое корыто, свальное или затяжное течение. Расхож­дение и обгон на таких перекатах для судов любых водоизмещений запрещены.

Незатруднительный перекат — это в основном перекат без развитой затонной части, который имеет ровное подвалье, прямой судовой ход с достаточными для больших судов глубиной и шириной. На таких перекатах течение ровное, без майданов и суводей, а свальные и затяжные течения незначительны. Вход на такой перекат и выход с него удобны. Расхождение и обгон на незатруднительном перекате возмож­ны только для маломерных судов, при этом должны быть приняты меры, полностью обеспечивающие безопасность плавания.

Осередок — скопление наносов в русле реки в виде невысоких, обычно лишенных растительности, затопленных либо частично обнаженных подвижных островов или отмелей, не примыкающих к берегу. О. сужают и искривляют судовой ход и уменьшают глубины. Возникают О. в тиховодах, напри­мер за мысом, из песчаной косы, при слиянии двух рек, а также над препятствием в русле из шалыг и крупных песчаных гряд (см. также Наносы) .

Коса — низкая и узкая полоса суши, идущая от берега в сторону озера или водохранилища .

Заплесок — узкая полоса отлогого берега, примыкающая к урезу воды водоема или русла реки.

Отмель — мелководный участок водоема или реки, примыкающий к береговой полосе.

Течение воды в реке— движение частиц воды в реке вдоль русла под действием силы тяжести.

С увеличением уклона поверхности воды скорость течения возрастает. Энергия речного потока расходуется на внутреннее трение воды и на преодоление трения о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблю­дается, однако может возникнуть местное ускорение, напри­мер, на перекатах и порогах .

Течение воды в реке имеет особенности, иногда их называют неправи­льными течениями. Тиховод— медленное течение, образую­щееся за выпуклыми берегами, крупными песчаными отложе­ниями в русле и т.п. При движении судна вверх для увеличе­ния скорости, где это возможно, следует идти по тиховоду . Суводь — водное пространство с вращательным движением воды, обычно находящееся за выступами берегов, мысами, выпуклыми берегами, сильно вдающимися в русло (рис.16). В этих местах течение, с большой скоростью обтекая берег, встречает на своем пути выступ и создает перед ним подпор воды и повышение уровня. Проходя выступ, водный поток отклоняется от него и по инерции проходит некоторое расстояние. За выступом уровень воды понижен, из-за чего в низовой части суводи вода затягивается из основного потока, а в верхней части, наоборот, — из области суводи в основную струю потока. Этот процесс происходит непрерывно и вызывает вращательное движение воды.

При вращении воды в суводи дно оказывает тормозящее действие. Вследствие этого ближе к поверхности суводи скорость вращения воды и центробежные силы увеличиваются. Под воздействием центробежных сил происходит большее отбрасывание воды от оси суводи у поверхности и меньшее — у дна. Снизу вверх вдоль оси суводи образуется восходящий поток, восполняющий отбрасываемую воду. Он размывает дно, захватывает продукты размыва, создавая воронкообразное углубление дна (рис.16). При уменьшении скорости вода плавно обтекает выступ, образуя за ним тиховод.

У вогнутых берегов в крутых изгибах русла реки также образуются суводи (рис.17). В отличие от суводей, расположенных за выступами берегов, здесь нисходящие токи воды спускаются в восходящий поток воды в суводи центре суводи ко дну и растекаются в стороны. Этот тип суводи с отчетливо выраженной воронкой на поверхности воды иногда называют омутом. Суводи у вогнутых берегов образуются в тех случаях, когда нарушается плавное обтекание берегов излучины.

Суводи могут существовать постоянно или возникать только в половодье. На больших реках создаются крупные суводи, имеющие сферу действия десятки метров и скорость вращения воды в центральной части — несколько метров в секунду. В некоторых бассейнах суводь имеет свое местное название, например на Енисее — улово, на Иртыше -заводь. Суводи представляют серьезное затруднение для судоходства. Суда в них теряют управление, резко смещаются в сторону берега, при этом нередко рвутся канаты счалов судов и буксир­ные тросы, ломаются рули и т.п.

Майдан— беспорядочное вращательное движение воды в виде подвижных вихрей размером от нескольких сантимет­ров до нескольких метров в поперечнике. Майданы образуются над крупными подводными предметами при небольшой глубине над ними (рис.18), во время половодья и паводка в тех местах, где идущий через пойму поток встре­чается под углом с другим потоком, идущим по меженному руслу, при интенсивных местных переформированиях русла и на перекатах, при резких изменениях формы дна и т.д. Май­даны неблагоприятны для судоходства, так как вызывают рыскливость судов.

Источник

Adblock
detector