Швидкість течії води та розподіл їх за живим перерізом
Тема 6. Гідрологія рік
Гідрографічна мережа. Річкові системи. Головні річки та його притоки. Вода, що надходить на поверхню землі у вигляді опадів або вихідних підземних потоків, збирається в пониженнях рельєфу і, стікаючи під дією сили тяжіння в напрямку зниження місцевості, утворює поверхневі водотоки.
Поверхневі водотоки залежно від їхньої величини та фізико-географічних умов, в яких вони протікають, можуть бути постійно або періодично діючими. Система постійно і тимчасово діючих водотоків і озер утворює гідрографічну мережу поверхні суші. накопичення води, що у невеликих численних зниженнях території.
Коли розглядається система постійно і тимчасово діючих водотоків, застосовується термінруслова мережа.Частина руслової мережі, що включає досить великі, переважно постійні руслові потоки, поєднується поняттямрічкової мережі.У будові гідрографічної (руслової) мережі можна виділити такі основні ланки, що послідовно змінюються від верхів'їв вниз за течією: улоговини, лощини, суходоли, річкові долини (Рис. 1).
Мал. 1. Схема основних ланок гідрографічної мережі.
I - основні ланки мережі; II – поперечні профілі.
Ложбина—верхня (за течією) ланка гідрографічної мережі, є слабовираженою, витягнутою западиною водно-ерозійного походження з пологими, зазвичай задернованими схилами і рівним, увігнутим, похилим дном.
Лощина — наступна за улоговиною ланка гідрографічної мережі,відрізняється від улоговини більшою глибиною врізу, більшою висотою і крутістю схилів і появою форм донного та берегового розмиву або гіллястого русла.
Суходіл — переддолинна нижня ланка гідрографічної мережі без постійного водотоку; характеризується асиметрією схилів та наявністю звивистого русла тимчасового потоку.
Долина—найбільш повно розроблена діяльністю води ланка гідрографічної мережі, що характеризується великою протяжністю та наявністю постійного потоку (річкові долини).
Річка - природний водний приплив, що протікає у витягнутих пониженнях земної поверхні і має відносно постійне і розроблене ним русло, яким здійснюється стік води.
Річкова система - з окупність річок, що впадають у розглянуту головну річку, разом з головною річкою.
Річкова система включає одну головну річку, ряд приток головної річки, притоки цих приток і т. д. Річки, що безпосередньо впадають в головну річку, називаються притоками першого порядку.Притокидругого порядку по відношенню до головної річки - річки, що впадають у притоки першого порядку, і т.д.
Останнім часом знаходить застосування інша класифікація приток (Хортон). У цій класифікації найменші, нерозгалужені притоки відносяться до першого порядку (класу); наступні, які у собі притоки першого порядку,— до другого порядку; річки, що приймають притоки першого та другого порядку, відносяться до приток третього порядку і т. д. аж до головної річки, яку відносять до найвищого порядку, що характеризує одночасно порядок усієї системи (Рис. 2).
Мал. 2. Структура та морфологічні характеристики річкової мережі.
а -схема річкової системи;б -залежність відносної глибини(h/В)від порядку потоку (N) та середньої річної витрати (Q0).I-VIII -порядки природних потоків.
Виток і гирло річки. Основні види усть. Початок річка може отримати з струмків і ключів, льодовика, озера або болота. Коли річка утворюється від злиття двох річок, місце злиття є початком цієї річки, проте за витік її слід приймати місце початку довшою з двох річок, що злилися. І тут можна розрізнятигідрографічну довжину річки, т. е. довжину від найбільш віддаленого витоку, і довжину річки цієї назви.
При визначенні довжини річки картою необхідно насамперед встановити ознаки виділення витоку і гирла.
У тому випадку, коли річка утворюється злиттям двох річок без назви, за витік річки приймається виток водотоку більшої довжини, а при однаковому їх протязі — витік лівої складової.
При утворенні річки в результаті злиття двох річок, що мають самостійні назви, за початок цієї річки приймається місце злиття річок, що її утворили. Однак за витік річок у таких випадках, як і у разі злиття двох річок без назви, слід приймати витік водотоку більшої довжини.
Впадаючи в іншу річку, озеро чи море, річка утворюєустя.Якщо річка впадає у річку, озеро чи море двома рукавами, за гирло приймається гирло більшого рукава. За наявності дельти за гирло приймається гирло основного рукава. Якщо річка закінчуєтьсязрошувальним абоіригаційним віялом, за гирло приймається місце розгалуження річки на зрошувальні канали.
Крім витоку і гирла, на порівняно великих річках виділяють ділянки верхньої, середньої та нижньої течії. Для зазначеного розмежуваннязагального протягу річки ділянки не існує твердо встановлених умов. Цей поділ проводиться з урахуванням зміни вниз за течією річки рельєфу місцевості, швидкостей течії, водності потоку та інших характеристик.
У гирлах річок виникають своєрідні процеси, пов'язані з відкладенням наносів, що виносять річкою, і взаємодією вод впадаючої річки і водойми, що їх приймає (річка, озеро, море).
При впадінні в море або озеро річка часто відкладає значну кількість наносів і в цьому випадку створює багаторукавне гирло, званедельтою.Чим менше несе річка наносів, тим слабкіше виражені дельтові форми. Припливи, відливи та морські течії ускладнюють утворення дельт. У цих випадках річка часто вливається в море одним широким руслом, утворюючигубу, абоестуарій.
Особливою формою естуаріїв єлимани,які являють собою затоплену морем гирлову частину долини. Утворення лиманів відбувається при опускання берегової смуги. Лимани зберігають характерну звивистість річкової долини. На відміну від лиману, ділянка моря, що примикає до морського берега і відокремлена від основного морського простору косою, називається лагуною.
Таким чином, лиман є як би частиною річки, лагуна ж є частиною моря, що примикає до гирла річки.
Наноси, що виносяться річками в морі, відкладаючись за межами гирла, утворюють мілководне узмор'я -бар.
В кінці нижньої течії річки при впадінні її в море і в межах прибережної частини моря утворюєтьсяперехідна зона. Протягом цієї зони під впливом моря режим річки суттєво змінюється: швидкості течії зменшуються, в річку проникають припливно-відливні течії, відбувається змішання річкової та морської води,ширина річки різко зростає і утворюєтьсядельта абоестуарій.
У свою чергу прибережна частина моря, безпосередньо прилегла до гирла річки, відчуває вплив річки, що впадає. Цей вплив позначається на зниженні солоності морської води, у розподілі глибин, течій та зміні інших параметрів гідрологічного режиму. Зазначена перехідна зона називаєтьсяустьової областю.У межах цієї області у свою чергу розрізняють передустьєве узмор'я та приморський ділянку річки (Рис. 3).
Мал. 3. Районування морського гирла річки.
Приморська ділянка річки ділиться на передустьової та гирлової ділянки.Предустьєва ділянка річки має річковий режим, що тільки часом порушується згінно-нагінними і припливно-відливними явищами. Його верхній стулок знаходиться на межі проникнення цих явищ, нижній — у місці поділу річки на рукави, а при однорукавних гирлах та естуаріях – у перерізі, де постійно спостерігається змішання річкової та морської води.
Устьовий ділянку річки простірається від нижньої стулки передустьової ділянки до передустьевого узмор'я. По ширині гирла ділянка обмежується корінними берегами долини, а якщо вони нечітко виражені, то лінією найбільшого розливу в повінь.
Предустьєве узмор'я займає простір від нижньої межі гирлової ділянки до зони, далі якої вплив річки на морський режим не простежується.
Виділяють такі типи гирлових областей (Рис. 4):
Багаторукавне, гирле гирло.
Блоковане, лиманне гирло.
Швидкості перебігу води та розподіл їх за живим перерізом
Швидкості течії в річках неоднакові у різних точках потоку: вонизмінюються і за глибиною і шириною живого перерізу. На кожній окремо взятій вертикалі найменші швидкості спостерігаються біля дна, що пов'язано із впливом шорсткості русла. Від дна до поверхні наростання швидкості спочатку відбувається швидко, а потім уповільнюється, і максимум у відкритих потоках досягається біля поверхні або на відстані0,2H від поверхні.
Криві зміни швидкостей по вертикалі називаютьсягодографами абоепюрами швидкостей (рис. 5).
Мал. 5. Епюри швидкостей.
а-відкрите русло, б - перед перешкодою, в крижаний покрив,
г - скупчення шуги.
На розподіл швидкостей по вертикалі великий вплив мають:
- нерівності у рельєфі дна,
По ширині потоку швидкості як поверхнева, і середня на вертикалях змінюються досить плавно, переважно повторюючи розподіл глибин у живому перерізі: біля берегів швидкість менше, у центрі потоку вона найбільша.
Лінія, що з'єднує точки на поверхні річки з найбільшими швидкостями, називається стрижнем.
Наочне уявлення про розподіл швидкостей у живому перерізі можна отримати побудовоюізотах — ліній, що з'єднують у живому перерізі точки з однаковими швидкостями (рис. 6).
Область максимальних швидкостей розташована зазвичай деякій глибині від поверхні. Лінія, що з'єднує по довжині потоку точки окремих живих перерізів з найбільшими швидкостями, називається динамічною віссю потоку.
Середня швидкість на вертикалі обчислюється розподілом площі епюри швидкостей на глибину вертикалі або за наявності виміряних швидкостей у характерних точках по глибині (vпов, v0,2, v0,6, v0,8, vдон) за однією з емпіричних формул , наприклад
Мал. 6. Ізотахи в живомуперерізі річкового потоку.