Меню

Поперечное сечение русла реки это

Морфология и морфометрия реки и ее бассейна

Водосбор и бассейн реки часто совпадают, хотя их следует различать.

Водосбор реки — это часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда данная река получает свое питание. Бывает поверхностный водосбор и подземный, иногда их границы не совпадают.

Бассейн реки — это часть суши, включающая данную речную систему и ограниченная водоразделом.

Бассейны рек, впадающих в один и тот же приемный водоем, объединяются в бассейны озер, морей и океанов (рис. 9).

Важными характеристиками бассейнов являются их средняя высота и средний уклон поверхности бассейна.

Любой бассейн оценивается через физико-географические характеристики, важнейшие из которых следующие:

— географическое положение и природная зона;

— геологическое строение и рельеф;

Рис. 9. Бассейн реки Обь (слева) и речные водосборы бассейна Балтийского моря (справа).

— степень преобразования бассейна хозяйственной деятельностью;

— коэффициенты озерности, болотистости, лесистости и другие, вычисляемые по формуле:

где f — площадь, занятая озерами, болотами, лесами, ледниками; F — полная площадь территории.

Речные бассейны отделены друг от друга водоразделами.

Водораздел — это линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам, в разные речные системы. Так же это линия, разделяющая речные бассейны, относящиеся к разным морям или океанам.

В горных районах водоразделы хорошо морфологически выражены и проходят по вершинам горных хребтов. На равнинах они выражены неясно и обычно проходят по низким плато.

Главный водораздел Земли разделяет земной шар на две основные покатости, по которым воды стекают с континентов в Мировой океан: Атлантическую и Тихоокеанско-Индийскую. Мировой водораздел простирается: от мыса Горн Южной Америки, через Анды и Кордильеры до Берингова пролива; на северо-востоке Азии — по Чукотскому хребту, через Анадырь, Гыдан, Джугджур, Становой, Яблоновый хребты, затем через Центральную Азию, север Аравийского полуострова и далее в меридиональном направлении по восточной части Африки приближается к Индийскому океану.

К основным морфометрическим характеристикам бассейна реки относят:

— площадь бассейна F;

— длина Lb (от устья реки до точки на водоразделе вблизи истока);

— максимальная ширина Вb;

— средняя ширина Bcp=F / Lb;

— длина водораздельной линии Lвдр;

— средняя высота и средний уклон.

Любая река начинается с истока и заканчивается устьем.

Исток – место начала реки (выход из родника, озера, болота, ледника).

Устье — место непосредственного впадения реки в приемный водоем или другую реку.

Длина реки L — это расстояние вдоль русла между истоком и устьем реки. Течение реки разделяется на верхнее, среднее и нижнее.

Коэффициент извилистости рекиизв)- это отношение реальной длины реки L к длине прямой l, соединяющей ее исток и устье:

Речная сеть или система – совокупность главной реки со всеми ее притоками в пределах данного речного бассейна, сливающихся вместе и выносящих свои воды с этой территории в виде общего потока (главной реки) в океан, море или озеро. Ее характеризуют:

Протяженность речной сети — это сумма длин всех рек в пределах бассейна.

Густота речной сети (D) — это отношение протяженности речной сети к площади бассейна (F).

В ходе эрозионной и аккумулятивной деятельности рек формируются геоморфологические элементы, образующие флювиальный тип рельефа

Долина реки – отрицательная линейно вытянутая форма рельефа, образованная главным образом эрозионной деятельностью водотока, обладающая общим падением от истока к устью и от бортов долины к руслу.

В поперечном профиле долины выделяют: склоны и дно. В пределах дна (ложа) находятся русло и пойма. На склонах располагаются уступами речные террасы (рис.10).

По форме поперечного профиля речные долины подразделяют на:

корытообразные и др.

Рис. 10. Поперечный профиль долины (а) и русла реки (б).

1 — бровка долины (коренного берега), 2- уступ коренного берега. 3 — первая надпойменная терраса (аккумулятивная), 4 — вторая надпойменная терраса (эрозионная), 5 — бровка террасы, 6 — русло реки, 7 — низкая пойма, 8 — высокая пойма, 9 — коренные породы, 10 — аллювиальные отложения, 11 — прирусловой вал.

Речные долины по происхождению могут быть эрозионными, тектоническими, ледниковыми, карстовыми и др.

Русло – наиболее пониженная часть речной долины, по которой происходит сток воды в межпаводочные периоды.

Для определения расхода воды, количества наносов, объема растворенных веществ и других гидрологических величин необходимо знать морфометрические характеристикирусла на данном участке. Основным источником информации для этой цели являются поперечный профиль водного сечения и план участка руслав изобатах или горизонталях.

Изобатаминазываются линии равных глубин, отсчитываемых от поверхности воды. План в изобатах легко перестроить в план в горизонталях, если известны отметки уровня воды во время производства промеров. Последний предпочтительнее при построении графика изменения элементов водного сечения в зависимости от уровня воды.

Водным сечениемреки называется сечение потока в плоскости, перпендикулярной его динамической оси. При ледяном покрове площадь водного сечения определяется за вычетом площади погруженного льда.

Участки в водном сечении, особенно у берегов, где течения воды нет, называются мертвыми пространствами.При определении расхода воды они исключаются из общей площади водного сечения. Оставшаяся часть называется живым сечением русла(т.е. часть водного сечения реки, где наблюдается течение). С помощью живого сечения определяются следующие морфометрические характеристики русла:

— площадь поперечного сечения W;

— максимальная глубина русла hmax;

— средняя глубина hcp = W / В;

— смоченный периметр Р — длина линии дна между берегами реки;

— гидравлический радиус R = W / Р (обычно равен средней глубине).

Русла рек по форме в плане подразделяются на:

— прямолинейные,

— извилистые (меандрирующие),

— разделенные на рукава,

— блуждающие (рис. 11).

Рис. 11. Типы речных русел

а – прямолинейные, б – извилистые, в – разделенные на рукава, г – блуждающие; 1 – линия наибольших глубин, 2 – отмель, 3 – осередок или остров, 4 – размываемый участок берега, 5 – направление течения.

Согласно представлениям М.А. Великанова, формирование извилистых русел происходит следующим образом (рис. 12). Первоначально русло приобретает синусоидальные очертания в плане со сравнительно плавными поворотами (а). В дальнейшем кривизна поворотов увеличивается, и синусоида постепенно преобразуется в ряд сопряженных полукружий (б). Последние, по мере размыва вогнутых берегов, трансформируются в форму петель (в). Все эти трансформации сопровождаются удлинением русла, а значит, и уменьшением уклона. В половодье, когда уровень воды повышается, и скорость резко возрастает. Поток может размыть узкий перешеек между сблизившимися излучинами. Происходит спрямление русла. Отторгнутая извилина часто обособляется и превращается в старицу (г).

Рис. 12. Схема образования старицы

Особенно густой и сложной сетью стариц (староречий) отличаются равнинные реки (Обь, Лена и др.), протекающие в широких аллювиальных долинах.

К основным морфологическим элементам русла относят:

1. Излучины (меандры).

2 Осередки— затапливаемые подвижные возвышения дна, отделенные от берегов водой.

3. Острова— более высокие, более стабильные и закрепленные растительностью осередки, а также отчленившиеся части поймы.

4. Рукава— части русла, отделенные островами.

5. Протоки— сравнительно короткие и мелкие ответвления русла, отделенные осередками.

6. Глубокие участки русла – плесы, расположенные в местах наибольшей кривизны русла у вогнутого берега.

7. Побочни – отмели, находящиеся у выпуклых берегов напротив плесов.

8. Мелкие участки русла – перекатырасположены на прямолинейных участках между плесами, пересекая русло под углом 20-30°. Часто имеется повышение дна в середине. Наиболее глубокая часть переката называется корытом переката; наиболее мелководный участок фарватера над перекатом — гребнем переката. Иногда перекаты расположены группами, образуя перекатные участки, положение которых стабильно. Отдельные перекаты могут смещаться вниз по течению вдоль перекатного участка (Козьмодемьянский на Волге – более 8 км за 100 лет).

9. Донные грядыразличного размера (рифели, донные дюны, песчаные стоячие волны, антидюны, ленточные гряды и др.).

10. Полоса в русле реки с глубинами, наиболее благоприятными для судоходства, называется фарватером.Иногда помимо линии фарватера выделяют линию наибольших глубин.

Выше русла располагается пойма.Пойма формируется в результате отложений наносов и плановых деформаций русла. В период половодья (паводков) речная вода выходит из берегов и затопляет пойму. Таким образом, в этот период руслом потока является межевое русло вместе с поймой. В искривленных руслах усиливается размыв вогнутого берега и отложение наносов у выпуклого борта с формированием пляжей, напоминающих побочни, но неподвижных. Оконечности пляжей, обсыхая, образуют заструги, а они, разрушаясь, косы, вытянутые по течению. Водное пространство между косой и берегами называется затоном.

Косы и пляжи зарастают растительностью, увеличивают свои размеры и превращаются в береговые валы. При увеличении извилистости русла, благодаря размыву его берегов, развороту возникают излучины, называемые меандрами.

От истока к устью характер реки определяет продольный профиль — это график изменения отметок дна и водной поверхности вдоль русла. Продольный профиль может быть вогнутым, прямолинейным, выпуклым, ступенчатым (когда есть пороги и водопады). Его характеризует уклон (I, ‰) – отношение падения реки на каком-либо ее участке к длине этого участка:

где ΔHi — падение уровня реки (см); Li — длина реки на данном участке i.

Уклон в каждой точке продольного профиля зависит от трех факторов: стока воды (среднего расхода), среднего содержания в потоке наносов и средней крупности наносов. Деформации продольного профиля могут также происходить при изменении положения главного базиса эрозии (уровня моря, океана), при врезании в породы с разной противоденудационной стойкостью.

Питание рек

Речной сток формируется в результате поступления в реки вод атмосферного происхождения. Часть выпавших жидких осадков образует поверхностный сток и служит непосредственным источником питания рек в периоды паводков.

Твердые осадки аккумулируются в виде снежного покрова, затем на равнинах снег тает в теплое время и служит источником питания рек.

Часть талых и дождевых вод просачиваются в земные толщи, пополняя запасы подземных вод, которые также являются видом питания рек, обеспечивая устойчивость речного стока. Таким образом, существует четыре основных вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное.

Для рек в условиях теплого климата главный вид питания — дождевое. Этот вид питания рек в глобальном масштабе является главнейшим (реки Амазонка, Ганг, Меконг). Вторым по важности служит снеговое питание рек в условиях умеренного климата (Восточно-Европейская равнина). Третье место занимает подземное питание, на долю которого приходится 1/3 речного стока. Ледниковое питание незначительно, всего около 1% стока рек мира (реки Кавказа и Средней Азии).

Читайте также:  Река бурная рыбалка с берега где половить

В России преобладает снеговое питание. На черноморском побережье Крыма и Кавказа главенствует дождевое питание. По регионам соотношения разных видов питания существенно варьируют (табл. 3). У каждой реки доля видов питания может быть различной. Наиболее простой, но приближенный способ их выделения — это графическое расчленение гидрографа.

Русский климатолог А.И. Воейков первым предложил классификацию рек земного шара по видам питания. Были выделены области, где реки получают питание преимущественно:

— от таяния сезонного снега и ледников;

— где нет постоянных водотоков.

Соотношения разных видов питания в реках различных природных зон

В настоящее время распространена классификация М.И. Львовича:

— Если один из видов питания дает более 80% годового стока реки, то ему придается исключительное значение;

— Если 50 — 80% — преимущественное;

— Если менее 50% все виды — это смешанное питание.

Исключительно снеговое питание имеют реки Заволжья и Северного Казахстана. Преобладающее снеговое питание имеют большинство рек России. Реки дождевого питания — Северный Кавказ и Крым. Ледниковое питание имеют реки Кавказа и гор Средней Азии.

Водный режим рек

Колебания водности рек тесно связаны с понятиями водный режим и водность.

Водный режим — это закономерные изменения стока, скорости течения, уровней воды и уклонов водной поверхности во времени и вдоль реки, зависящие, прежде всего, от метеорологических и климатических факторов.

Водность реки — это относительная величина речного стока за определенный период по сравнению со средним многолетним стоком этой же реки. Следует отличать понятия водность и водоносность реки.

Водоносность реки — это абсолютная средняя многолетняя величина стока реки.

В зависимости от масштаба времени виды колебаний водности рек могут быть следующими:

Вековые — отражают вековые и тысячелетние изменения климатических условий и увлажнения материков. Например, 1850-летние периоды увлажнения, выявленные акад. А.В. Шнитниковым.

Многолетние — имеют метеорологическую природу и периодичность в десятки лет. Например, колебания, связанные с 11-летними циклами активности Солнца.

Сезонные — обусловлены сезонными изменениями элементов водного баланса бассейна реки в течение года. Например, колебания, обусловленные чередованием ежегодных сезонов дождей и засух.

Кратковременные — обусловлены метеорологическими факторами (ливневые дожди), геологическими процессами (прорыв морен, горные обвалы) и антропогенными (сброс воды в гидроузлах, плотинах).

Для рек, находящихся в сходных физико-географических условиях и расположенных близко друг от друга характерна синхронность колебаний их стока.

Фазы водного режима рек – это характерные периоды во внутригодовом сезонном режиме рек, которые выделяются в зависимости от изменения условий питания и особенностей водного режима.

Различают следующие фазы:

Половодье — фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в определенный сезон и характеризующаяся наибольшей водностью и подъемом уровня воды, часто с выходом воды на пойму. Весеннее половодье, как правило, формируется в результате таяния снега, но может усиливаться одновременно выпадающими осадками.

Летнее половодье вызывается таянием высокогорных снегов и ледников (Памир, Тянь-Шань, Кавказ).

Весеннее дождевое половодье проходит на реках Средней Европы и Северной Америки.

Весенне-летнее дождевое половодье характерно для районов с муссонным климатом.

Осеннее дождевое половодье наблюдается в реках экваториальной зоны (Амазонка, Нил, Нигер).

Зимнее половодье охватывает районы со средиземноморским климатом.

Паводок это многократно повторяющаяся фаза водного режима, характеризующаяся интенсивным и кратковременным увеличением расходов и уровней воды, вызываемым дождями и снеготаянием во время оттепелей. Они могут повторяться в различные сезоны года.

Межень — это фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в определенный сезон и характеризующаяся малой водоносностью и низким уровнем вод вследствие уменьшения питания реки.

Выделяют летнюю и зимнюю межень:

Летняя межень характерна для рек степной и полупустынной зон, в этот период река питается преимущественно подземными водами.

Зимняя межень типична для рек континентального климата, часто совпадает с периодом ледостава. В этот период река питается грунтовыми водами. В районах с суровым климатом малые реки иногда промерзают до дна.

Сезонные фазовые изменения водности рек фиксируются с помощью гидрографа, который представляет собой график колебаний водности реки, то есть изменения расхода воды (м 3 /с) в данном створе реки в течение года (рис. 13). Гидрограф позволяет проводить предварительные расчеты объемов воды, относящихся к различным видам питания и на основании этого

осуществлять классифицирование рек.

Рис. 13. Гидрограф реки с весенним половодьем

1 – грунтовое питание, 2 – снеговое питание, 3 – дождевое питание

Haиболee распространенной классификацией рек по водному режиму является классификация Зайкова Б.Д., в которой все реки разделены на три большие группы:

Реки с весенним половодьем, обусловленным таянием снега, характеризуются высоким весенним половодьем и низкой летней и зимней меженью (Восточная Европа, Сибирь).

Реки с половодьем в теплую часть года характеризуются невысоким растянутым половодьем, обусловленным дождями, таянием ледников и высокогорных снегов, и низким стоком в холодную часть года (Дальний Восток, Средняя Азия, Кавказ).

Реки с паводочным режимом характеризуются отсутствием половодья и наличием ряда дождевых паводков в течение года (Причерноморье, Крым, Карпаты, Северный Кавказ).

Речной сток

Сток — это главный элемент материкового звена глобального круговорота веществ и энергии на Земле. Он включает поверхностную и подземную части. Сток, проходящий по поверхности земли, называется поверхностным стоком (его нельзя отожествлять с поверхностными водами). Он состоит из речного стока и стока льда покровных ледников.

Речной сток включает сток воды, сток наносов, сток растворенных веществ и сток тепла, осуществляемый рекой.

Сток воды (водный сток) — это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды. Он определяет все другие виды перемещения веществ и тепла и является их движущей силой.

Сток образуется в результате выпадения дождей или таяния снега. Основными факторами стока, определяющими его развитие, являются климат, характер подстилающей поверхности и антропогенная деятельность. Последняя оказывает прогрессирующее влияние на сток. Другие природные факторы оказывают опосредованное воздействие на сток, усиливая или ослабляя стоковые процессы.

Для количественной оценки стока рек применяются следующие характеристики:

Расход воды (Q, м 3 /с)– объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени.

Объем стока (W, м 3 ) – количество воды, протекающее в русле реки через данный замыкающий створ, за определенный промежуток времени (за год):

где T – время, число секунд в году (31,54 · 10 6 с), Q – средний расход, м 3 /с.

Норма стока (Qo, м 3 /с) – средняя арифметическая величина стока (расхода), вычисленная за длительный (более 50 лет) период. Также она рассчитывается по формуле:

где А – слой стока, мм; F – площадь водосбора, км 2 ; T – время, число секунд в году (31,54 · 10 6 с).

Модуль стока (М, л/с·км 2 ) – количество воды, стекающей с единицы площади (1 км 2 ) за единицу времени (с):

где Q – средний расход, м 3 /с; F – площадь водосбора, км 2 .

Слой стока (А, мм) – слой воды в мм, равномерно распределенный по площади F и стекающий с водосбора за некоторый промежуток времени:

где W – объем стока, м 3 ; F – площадь водосбора, км 2 .

Коэффициент стока (α, безразм.) – отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков, обусловивших возникновение стока:

где А — слой стока, мм; Х – количество осадков, мм. Коэффициент стока изменяется от 0 до 1.

Эти характеристики являются исходными для решения многих гидрологических задач.

Движение воды в реках

Движение воды можно классифицировать по изменению гидравлических характеристик водного потока во времени и в пространстве, по гидравлическому режиму (ламинарное, турбулентное), по состоянию водной поверхности (спокойное, бурное), а также по действующим физическим силам.

Выделяют два гидродинамических режима движения воды: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме частицы воды движутся по параллельным траекториям без перемешивания; при турбулентном режиме их движение имеет хаотический характер, в потоке формируются вихри и активизируются процессы перемешивания воды, скорости течения непрерывно изменяются по величине и направлению. Ламинарный режим может переходить в турбулентный при увеличении скорости течения.

Гидродинамический режим потока характеризуется безразмерным числом Рейнольдса Re, равным

где v — скорость течения (м/с), h — глубина или толщина слоя воды (м), υ — кинематический коэффициент вязкости, зависящий от характера жидкости и ее температуры.

Критическое значение числа Рейнолъдса Reкр. соответствующее переходу от ламинарного к турбулентному режиму, лежит приблизительно в диапазоне от 300 до 3000.

Если фактическое число Рейнольдса в водном потоке больше 3000 -режим турбулентный, меньше 300 — ламинарный, в диапазоне Re от 300 до 3000 — переходный.

В реках, озерах и морях число Re всегда значительно выше критического значения, и режим движения воды турбулентный. Ламинарный режим характерен для подземных вод в мелкозернистых грунтах (вследствие малых размеров пор и малых скоростей движения воды) и для ледников (вследствие очень большой вязкости льда и очень малых скоростей его движения).

Движение воды можно классифицировать по изменению гидравлических характеристик водного потока во времени и в пространстве, по гидродинамическому режиму (ламинарное, турбулентное), по состоянию водной поверхности (спокойное, бурное), а также по действующим физическим силам.

Спокойные потоки имеют плавную форму свободной поверхности, препятствия обтекаются ими также плавно. Бурные потоки имеют неровную форму поверхности со стоячими волнами, в местах препятствий образуются резкие перепады уровня. Для определения состояния потока (спокойное или бурное) используют безразмерное число Фруда Fr, равное

где h — глубина потока, g — ускорение свободного падения. Критическое значение числа Фруда FrKp равно 1. При числе Fr, равном 1, поток находится в критическом состоянии. Если число Фруда больше 1, то поток бурный, если меньше 1 — спокойный. Бурные потоки характерны для горных рек, спокойные — для равнинных рек и течений в водоемах.

В речном потоке обычно действует одна активная массовая сила — Fg — продольная составляющая силы тяжести, обусловленная продольным уклоном водной поверхности. При продольном равновесии между этой силой Fg и силой трения у дна и берегов (Тдно) можно вычислить V — среднюю скорость течения потока по формуле Шези:

где V — средняя скорость течения, hсp — средняя глубина потока, I — уклон водной поверхности, С — коэффициент Шези, который вычисляют по формуле Маннинга:

Читайте также:  Ты знаешь что кура это не река

С = h l /6 / п

где n — коэффициент шероховатости речного русла, определяется по специальным таблицам, h — глубина потока.

Согласно формуле Шези, скорость течения в речном потоке тем больше, чем больше глубина русла и уклон водной поверхности, и меньше шероховатость русла.

Сила Кориолиса(Fк) действует на движущийся поток с массой воды – m и направлена перпендикулярно движению в северном полушарии Земли — вправо, а в южном — влево. Она равна

Fк = 2mvsinφ

где v — скорость течения воды, w- угловая скорость вращения Земли, равная 7,27×0,00001, φ — географическая широта места.

На изгибе речного русла центробежная сила приводит к отклонению течения в поверхностных слоях в сторону вогнутого берега, что создает поперечный перекос уровня воды, разнонаправленные течения на поверхности и у дна и, таким образом, поперечную циркуляцию на изгибе русла. Это явление описывается формулой

где Iпоп — поперечный уклон водной поверхности на изгибе потока, V — скорость течения, g — ускорение силы тяжести, r — радиус изгиба русла. Величина перекоса уровня ΔНпоп между обоими берегами равна

где В — ширина русла.

Движение речных наносов

Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые, пойменные и донные отложения (аллювий). Они образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв.

Эрозия поверхности водосборов и склоновая эрозия зависят от интенсивности дождей и снеготаяния, неровностей рельефа, рыхлости грунтов, растительного покрова. Русловая эрозия зависит от скорости течения водопотоков и устойчивости грунтов, слагающих дно и берега рек.

Наиболее важные характеристики наносов следующие:

Геометрическая крупность (Д, мм) — то есть диаметр частиц.

Гидравлическая крупность (W, мм / с) — то есть скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде.

Плотность частиц и отложений (ρ, кг/м 3 ).

Мутность воды (s, г/м 3 ), то есть весовое количество взвешенных наносов (г) в единице объема воды (м 3 ).

Расход наносов (R, кг/с) — это количество наносов (в кг) проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени (с).

Влекомые наносы — это наносы, перемещающиеся речным потоком в придонном слое и движущиеся скольжением, перекатыванием и сальтацией (то есть перескакиванием).

На каждую частицу наносов, лежащую на дне реки действуют две силы: сила лобового давления текущей воды и противоположная сила трения, удерживающая частицу на дне.

Влечение частиц описывается законом Эри и соответствующей ему формулой

где Wr — вес частицы, влекомой потоком, V — природная скорость потока, А — коэффициент пропорциональности.

Из формулы Эри следует, что увеличение скорости течения, например, в 3 раза приводит к увеличению веса частиц в 729 раз (в 4 раза – в 4096 раз).

Это объясняет, почему на равнинных реках переносится лишь песок, а бурная горная река (р. Терек) переносит гравий, гальку и огромные валуны. В горных районах при интенсивных дождях могут возникать кратковременные потоки грязекаменного и водно-каменного характера, несущие огромные скопления наносов. Эти потоки называются селями.

В текучей воде вследствие турбулентного характера течения твердые частицы могут находиться во взвешенном состоянии, обуславливая мутность воды. Взвешенные наносы в речном потоке распределены неравномерно: в придонных слоях мутность максимальна и уменьшается по направлению к поверхности.

Движение взвешенных наносов характеризуется формулой:

где Rbз — расход взвешенных наносов, кг/с; S — мутность воды, кг/м 3 ; Q — расход воды, м 3 /с.

Стоком наносов называется суммарное количество влекомых и временных наносов, проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени.

Для рек обычно используют формулу годового стока наносов:

где R — средний расход наносов, кг/с; 31,54×10 6 – количество секунд в году.

Модулем стока наносов называется сток наносов в тоннах с 1 км 2 площади водосбора (Мн, т/км 2 ). Модуль годового стока наносов равен:

Источник

Поперечное сечение русла и его морфометрические характеристики

Поперечное сечение русла определяет его пропускную способность и оказывает влияние на распределение скоростей уклонов направления течения и другие гидравлические элементы потока.

Поперечным сечением русла называется плоскость, перпендикулярная к направлению Течения потока и ограниченная снизу дном, с боков откосами русла, а сверху линией горизонта воды. При наличии ледяного покрова за верхнюю границу площади поперечного сечения принимается линия уровня воды в лунках.

Следует различать (рис. 10):

1) площадь поперечного сечения русла реки до максимального уровня;

2) площадь поперечного сечения в момент производства промера;

3) площадь водного сечения;

4) площадь живого сечения;

5) площадь мертвых пространств.

В площадь поперечного сечения могут входить как составные части площадь водного сечения и площадь неподвижного погруженного льда (поверхностного, шуги и внутриводного).

Под площадью водного сечения при наличии ледяного покрова подразумевается полная площадь поперечного сечения за вычетом площади погруженного неподвижного льда (поверхностного, шуги и внутриводного). При отсутствии ледяного покрова понятие “площадь водного сечения” с понятием “площадь поперечного сечения

Под площадью живого сечения подразумевается часть площади водного сечения, в которой скорости течения больше нуля или практически равны нулю, или меньше предела чувствительности прибора. Водное сечение потока изменяется с изменением уровня воды.

Каждому уровню воды в реке соответствует свое водное сечение. При вычислении расходов воды, скоростей течения и других гидравлических элементов потока основные характеристики живого сечения необходимо выразить в виде некоторых чисел, т. е. в количественной форме. Эти числа называются морфометрическими элементами живого сечения. Основными морфометрическими элементами живого сечения являются следующие.

1. Площадь живого сечения, определяемая на основания измерений глубин. Порядок и техника этих измерений излагаются в курсе гидрометрии. Построить по данным измерений профиль по перечного сечения русла, можно непосредственными подсчетами или планиметрированием определить площади живого сечения для разных уровней и по ним построить кривую зависимости площадей от уровней h.

Начало этой кривой находится на высоте наинизшей точки профиля; на высоте же перехода от коренного русла к пойме эта кривая имеет перегиб и становится более пологой.

2. Ширина живого сечения, изменение которой также может быть представлено в виде кривой в зависимости от высот уровня

3. Смоченный периметр Р—длина подводного контура живого сечения, т. е. длина линии по заполненным водой откосам берегов и дну.

4. Средняя глубина входящая в формулу для вычисления средней скорости и получаемая как частное от деления площади живого сечения на ширину потока по линии уровня воды,

5. Иногда для характеристики живого сечения вычисляют так называемый гидравлический радиус, представляющий собой частное от деления площади живого сечения на длину смоченного периметра

Гидравлический радиус, дающий представление о размере площади живого сечения, приходящейся на единицу длины его параметр а, является величиной, характеризующей сопротивление, испытываемое движущейся жидкостью за счет трения о ложе. Поскольку фактические потери энергии в потоке складываются из потерь на трение о ложе и потерь за счет турбулентного перемешивания, постольку и гидравлический радиус лишь приближенно характеризует эти потери.

Обычно для рек разница между смоченным периметром и шириной реки весьма незначительна. Вследствие этого часто, особенно для равнинных рек, можно заменять смоченный периметр шириной реки. Отсюда следует, что в этих условиях вполне воз можно гидравлический радиус заменять средней глубиной. Конечно, для горных потоков, протекающих между нагромождениями камней, такая замена менее правомерна, чем для равнинных рек. Чем более плавно очертание поперечного сечения русла, тем лучше средняя глубина отражает условия протекания потока через него. При наличии резких изломов в поперечном сечении, например при выходе воды из коренного русла и затоплении поймы, средние глубины, вычисленные отдельно для основного русла и для поймы, лучше характеризуют поток, чем средняя глубина для всей реки.

6. Важной характеристикой поперечного сечения русла является его форма. Правильное параболическое очертание поперечного сечения создает условия для упорядоченного равномерного движения воды в русле. Наличие в пределах поперечного сечения резких углублений дна или выступов создает застойные зоны, водовороты, обратные течения и пр.

В условиях такого неупорядоченного течения резко нарушаются соотношения между уклонами водной поверхности, глубинами и скоростями течения. Вследствие этого такие поперечные сечения непригодны для организации гидрометрических измерений.

Форма русла во многих случаях может быть охарактеризована параболической зависимостью между шириной русла В и наибольшей глубиной потока Н

где B потока при Н=1; m- показатель степени, характеризующий крутость подъема стенок русла и меняющийся от m=0 (прямоугольное русло) до m=1 (треугольное русло)

Для принятой схематизации русла по уравнению (1) площадь живого сечения равна

Средняя глубина а для широких русел и гидравлический радиус R определяются выражением

7. Живое сечение, кроме размеров и формы, должно быть охарактеризовано также и с точки зрения оценки сопротивления, оказываемого им протекающей воде. Чем больше характер русла отклоняется от гладкого, тем скорость меньше при прочих равных условиях. С увеличением глубин потока неровности поверхности русла, определяющие его шероховатость, должны оказывать меньшее влияние на среднюю скорость. Поэтому различают шероховатости абсолютную и относительную

Абсолютная шероховатость представляет собой среднюю высоту возвышения неровностей поверхности русла над средней плавной кривой дна.

Отношение абсолютной шероховатости к средней глубине потока т.е. / называется относительной шероховатость . Таким образом, относительная шероховатость с повышением уровня воды уменьшается.

Для поверхности образованной однородными песчаными частицами, высота выступов шероховатости обычно принимается равной 2/3 их диаметра.

Если русло образовано неоднородными, в смысле размеров, частицами, то сопротивление, оказываемое в этом случае донными частицами движению воды, определяется в основном размерами наиболее крупных частиц. Поэтому при одном и том же среднем диаметре частиц расчетное значение будет тем больше, чем разнороднее состав грунта. По опытам, проведенным в лотках для условий неоднородно песка, отношение к среднему диаметру частиц составляло от 0,85 до 1,65. Для смеси песчаных и гравелистых речных отложений указанное отношение составляет около 2,0.

Иногда для выражения глубины потока в безразмерной форме используют выражение h/ , называемое относительной гладкостью русла.

Источник

Поперечный и продольный профили реки.

Русло реки Размеры и форма русла сильно меняются по длине реки в зависимости от водности реки, строения долины, характера пород, слагающих русло. Морфологические особенности русла могут быть охарактиризованы при помощи плана русла с нанесенными на нем изобатами, или горизонталями, и поперечного профиля русла.

Читайте также:  Реки не t все решено

Сечение русла вертикальной плоскостью, перпендикулярной к направлению течения, называется водным сечением потока. Часть площади водного сечения, где наблюдаются скорости течения, называется площадью живого сечения. Та же часть площади водного сечения, где скорости течения практически отсутствуют, называется площадью мертвого пространства.

В живом сечении потока различают площадь живого сечения ω (км 2 ) и смоченный периметр χ(м), представляющий собой длину линии, ограничивающей смоченную часть живого сечения. Отношение величины площади живого сечения к смоченному периметру называется гидравлическим радиусом R.Таким образом, R = ω / χ.Отношение величины площади живого сечения к ширине реки Bназывается средней глубиной h живого сечения, или h = ω/B.

Элементы живого сечения — площадь его, гидравлический радиус, средняя глубина – не остаются постояннымы. Величины их находятся в прямой зависимости от уровней воды в реке: с повышением уровней они увеличиваются, с понижением уменьшаются .

Продольный прфиль реки.Продольный профиль рек характеризуется продольным профилем речной долины и продольным профилем водной поверхности.Разность высот Dh двух каких-либо точек водной поверхности по длине реки называется падением ее. Отношение величины падения к длине данного участка L называется уклоном i реки. Таким образом , i = Dh/L. Падение выражается обычно в метрах на 1 км ; уклон же представляет собой величину безразмерную и выражается в виде десятичной дроби или промилле (в сантиметрах на 1 км).

Продольный профиль реки характеризует изменение по длине потока отметок дна и свободной поверхности воды. Линия дна по продольном профиле всегда волнистая вследствие чередования глубоких и мелких мест в русле реки. Линия же продольного профиля водной поверхности носит сравнительно плавный характер. При вычерчивании продольного профиля вертикальный и горизонтальный масштаб даются разные, так как разность высот истока и устья во много раз меньше длины реки.

Обычно продольные профили строят по линии наибольших глубин. На продольном профиле показывают: линию дна реки по фарватеру; меженный уровень воды; максимальный уровень воды; линии правого и левого берегов; перекаты (перевалы), пороги, места впадения притоков; водомерные посты, реперы, мосты, плотины.

Для общей оценки уклона реки введено понятие «среднего взвешенного уклона» I (%о), представляющего собой условный выравненный уклон ломаного профиля, эквивалентный сумме частных средних уклонов продольного профиля водотока.

где, liчастных участков продольного профиля между точками перегибов, км; L – гидрографическая длина водотока до пункта наблюдений, км; I i– частные средние уклоны отдельных участков продольного профиля водотока, %о.

Профили отдельных рек, естественно, носят различный характер в зависимости от уклона долины, литологического состава пород в русле и на водосборе, гидологическог режима стока воды и наносов, положения русла в плане и других факторов.

Установлены следующие типы продольных профилей дна рек:

1. Вогнутый с уменьшением уклона дна от истока к устью реки.

2. Прямолинейный , наблюдающийся чаще всего у малых рек.

3. Выпуклый при увеличении уклона дна от истока к устью реки.

Перестройка продольного профиля в большинстве случаев сопровождается глубинной и плановой (боковой ) эрозией.

Поперечный профиль реки. Форма поперечных профилей рек отличается большим разнообразием. Так, на искривленных участках профиль дна реки асимметричный . Вертикаль с большей глубиной смещена ближе к вогнутому берегу. Линия поверхности воды в поперечном сечении имеет наклон, кроме очень редких случаев, когда на криволинейных участках реки центробежная сила и отклоняющая сила вращения Земли при алгебраическом сложении дают нуль. Форма поперечных сечений может быть схематизирована в виде параболы. Для русл с поймами возможна схематизация в виде параболического русла и горизонтальной симметричной или несимметричной поймы.

На поперечном профиле показывют: дно или ложе – самая низкая часть на поперочном профиле (подводная часть русла); уреза воды (правый и левый) – линия пересечения поверхности воды в русле с берегом ( глубина воды равна нулю); берег-надводная часть русла (правый и левый ) выше уреза воды; бровка – линия сопряжения берега с дном русла; глубина русла (h) – расстоянние по вертикали от дна до уровня воды; высота берега – превышение его бровки над урезом воды; ширина русла (L) – расстояние между бровками берегов.

Поперечный профиль водной поверхности реки. Поперечный профиль водной поверхности реки, вообще говоря, не представляет собой горизонтальную линию. Он характеризуется, с одной стороны, наличием превышения уровня воды у одного берега над уровнем у другого, а с другой — в ряде случаев представляет собой довольно сложные кривые линии.

Причины, вызывающие разность в уровнях у противоположных берегов, заключаются в следующем. Русло реки никогда не бывает прямолинейным. При движении воды на участке с закруглением развивается центробежная сила. Степень кривизны русла характеризуется так называемым радиусом кривизны, представляющим собой радиус окружности дуга которой совпадает с кривой, изображающей очертания русла на данном участке. Центр окружности называется центром кривизны. Каждая частица воды, движущаяся на закруглении, испытывает действие центробежной силы, направленной по радиусу кривизны (рис.7).

Величина этой силы

(1)

где m — масса частицы; v — продольная скорость движения частицы; R — радиус кривизны. На рис 7а эта сила изображена в виде вектора, направленного в сторону вогнутого берега. Под действием этой силы частица будет устремляться к вогнутому берегу.

Каждая частица, кроме того, находится под действием силы тяжести f , изображенной на рис. 7б в виде вектора, направленного сверху вниз по вертикали. На этом же рисунке сила Р1 изображена в виде горизонтальной линии.

Равнодействующая обеих сил Р образует некоторый угол a с вертикально направленным вектором, изображающим силу f.

Известно, что уровенная поверхность всегда нормальна к равнодействующей всех сил, направленных на нее. Таким образом, уровенная поверхность под действием обеих сил — центробежной Р1 и силы тяжестиf— займет положение ДЕ, составляющее угол a, равный углу между силами Р и f, так как стороны углов fМР и ЕМВ взаимно-перпендикулярны. Известно, что сила тяжести f = mg, где m — масса частицы; g — ускорение силы тяжести. Из треугольника fМР видно, что tga = Р1 : Так как угол a обычно невелик, то можно принять sinaравным tga. Из треугольника ЕМВ следует, что Так например, если V= 2.5 м/c, B = 200 м, R=200 м, то а следовательно, т.е уровень воды у вогнутого берега на 32 см выше, чем у выпуклого.

Рис. 7. Действие центробежной силы на водную поверхность на изгибе.

а — план участка, б — живое сечение.

Другая причина, вызывающая разность уровней у противоположных берегов. — сила Кориолиса. Известно, что под действием вращения Земли вокруг оси все движущиеся тела отклоняются от первоначального направления движения в северном полушарии вправо, в южном — влево. Величина силы Кориолиса

(2)

где m — масса частицы; w — угловая скорость суточного вращения Земли; j — широта места. Подобно тому, как и в предыдущем случае, равнодействующая двух сил — силы тяжести и Кориолиса Р2 будет составлять некоторый угол с направлением силы тяжести, следовательно, и поверхность воды составит такой же угол с горизонтальной плоскостью. Отсюда поперечный уклон, вызванный действием силы Кориолиса, будет равен

или, так как 2 w = 0.0001458,

.

Для случая , рассмотренного ранее, т.е. для реки со скоростью течения V=2.5 м/cекпри ширине реки 200 ми для j = 55 0 , поперечный уклон i= 0.000030, а превышение уровня воды у правого берега над уровнем у левогоDh = 0.003 м, или 0.3 см.

В тех случаях, когда направление силы Кориолиса совпадает с направлением центробежной силы потока на закруглениях, равнодействующая этих сил будет равна их сумме, т.е. Р12 , при противоположных направлениях этих сил равнодействующая будет равна их разности т.е. Р12.

| следующая лекция ==>
Русловые процессы. | Методы определения расходов воды

Дата добавления: 2015-05-21 ; просмотров: 2939 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



поперечное сечение реки

Словарь по географии . 2015 .

Смотреть что такое «поперечное сечение реки» в других словарях:

поперечное сечение реки — upės skerspjūvis statusas Aprobuotas sritis hidrometeorologija apibrėžtis Upės tekėjimo krypčiai statmena plokštuma, kurią iš apačios riboja dugnas, iš šonų – vagos šlaitai, o iš viršaus – vandens paviršius. atitikmenys: angl. gauging section;… … Lithuanian dictionary (lietuvių žodynas)

живое сечение реки — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: поперечное сечение реки; сечение русла; водное сечение … Словарь по географии

сечение русла — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: живое сечение реки; поперечное сечение реки; водное сечение … Словарь по географии

водное сечение — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: живое сечение реки; поперечное сечение реки; сечение русла … Словарь по географии

створ водотока (реки) — 3.1.4 створ водотока (реки): Условное поперечное сечение водотока, используемое для оценок и прогноза качества воды. 3.1.5 Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ЖИВОЕ СЕЧЕНИЕ — 1) поперечное сечение водного потока (реки, ручья и т. п.), ограниченное сверху поверхностью воды ЛГ, а с боков и снизу подводным очертанием русла АБВГ. Под мостом Ж. с. потока определяется как сумма живых сечений всех пролетов. Ж. с.… … Технический железнодорожный словарь

Створ водотока (реки) — условное поперечное сечение водотока, используемое для оценок и прогноза качества воды. Источник: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ . ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДОТОКОВ. РД 52.24.622 2001 (утв. Росгидрометом) … Официальная терминология

ВОДА — ВОДА. I. Физико химические свойства и состав воды. Водные пространства мирового океана и морей составляют 361 млн. кв. км и занимают 71% всей земной поверхности. В свободном состоянии В. занимает самую поверхностную часть земной коры, т. н.… … Большая медицинская энциклопедия

Дебит — (от франц. debit сбыт, расход) объём жидкости (воды, нефти и др.) или газа, поступающих в единицу времени из естественного или искусственного источника (колодца, буровой скважины и др.). Д. жидкости выражается в литрах в секунду или… … Большая советская энциклопедия

Messquerschnitt — upės skerspjūvis statusas Aprobuotas sritis hidrometeorologija apibrėžtis Upės tekėjimo krypčiai statmena plokštuma, kurią iš apačios riboja dugnas, iš šonų – vagos šlaitai, o iš viršaus – vandens paviršius. atitikmenys: angl. gauging section;… … Lithuanian dictionary (lietuvių žodynas)

Источник

Adblock
detector