Ц111Г1Г11,ЦТ>Г11>Г/'>ГЧ"1ТГ 3 страница

Река, собирающая воды с какой-либо территории и транспор­тирующая их в океан, море, озеро или более крупную реку, назы­вается главной рекой данной территории (бассейна), а реки, впадающие в нее, называются притоками I, П и т.д. порядков. Главная река о притоками образует речную систему н ы долины - участки земной поверхности, ограничивающие доли­ну о боков. На оклонах большей частью наблюдаются расположен­ные на различных высотах более или менее горизонтальные усту­пы - террасы. Террасы бывают эрозионные, выработанные водами роки в коренных породах бассейна, и аккумулятивные (аллюви­альные), сложенные из речных наносов. Эрозионные террасы явля­ются остатками прежнего дна долины, прорезанного рекой в процес­се эрозии.

Длина р е к и I измеряется расстояние^ от истока до уотья вдоль фарватера, то есть линии максимальных глу­бин. Отношение фактической длины I к длине прямой линии Ь, сое­диняющей конечный и начальный пункты измеренного участка реки, называется коэффициентом извилистости:

К « к.

I ■ (3.97)

Он обычно колеблется в пределах 1,2-2,5,

Уклон на участке реки- равен отношению падения высоты на втом участке дЬ к длине участка д1:

I «

(3.98)

В каждую реку стекает вода, которая движется ^ак по повер­хности, так и в'толще почвогрунтов. Часть земной поверхности имеете со всей толщей почвогрунтов, из которой вода поступает в реку или речную систему, называется бассейном реки. Бассейн каждой реки включает поверхностный и подзем­ный водосборы. Подземный водосбор - это объем толщи почвогрунтов, из которых вода поступает в речную овть. Поверхностный водосбор (водосб- рооная площадь) - это поверхность земли, с которой в данную реку (долину, лошину, водосток) стекает вода. Понятия "водос­бор" и "бассейн" часто отождествляют. Поверхностный водосбор рочных систем или рек отделяется от соседнего водораз­дельной линией или водоразделом. Для каждого гшооейна'эта линия является замкнутой. Поверхность, ограничен­ная водораздельной линией, составляет водосборную площадь, или водосбор Г . Водосбор определяется по карте планиметром, или палеткой и измеряется обычно в км².

Время от момента выпадения осадков до попадания воды в оток реки, а следовательно, и характер паводка во многом зави- онт отгуототы речной системы. Количест-

К

венно она характеризуется коэффициентом густоты речной системы Д, равным отношению суммарной длины всех водных потоков речно­го бассейна к площади водосбора.

Длина бассейна ]»⁷и наибольшая его ширина 8 определя- / макс. ^г

ются по карте (в километрах). Средняя ширина 8 равняется

ср.

частному от деления площади бассейна на его длину:

8_СР = -Ь

Асимметрия бассейна определяется по формуле

'и й ~ Гя Ка=—? у

_ ^г (3.100)

где Г_я и Г„ - площади левой и правой частей бассейна.

Средняя высота бассейна вычисляется по формуле _д _ + ...

(3.101)

•ср." р ----------- >

^где • /г»• • • - части площади, заключенные между горизон­талями; Ь,,Ь_г,...Н_п~ средние высоты этих площадей.

Средний уклон бассейна определяется по формуле

^Г ' (3.102)

где - сечение горизонталей ; 1₀ ... 1„ _ длина горизонталей.

Бассейны характеризуются кшффицшщш^озерност'и, забо­лоченности, лесистости и т.д., представляющими"собой отношение суммы площадей данного показателя к общей площади бассейна' *

К = *±- 100$,

^г (3.103)

где - сумма площадей каждого показателя (озер, болот, ле­сов и т.д.).

^>(,/^ТЬд_г^и д р о д о г и ч е с к и м р е -ж ином пони-

ыот совокупность закономерно повторяющихся изменений состояния водного объекта (в данном случае реки), присущих ему и отлича­ющих его от других водных объектов. Гидрологический режим рек характеризуется расходом, скоростью и уровнями воды. Объем во- • ды, поступающей в реки, и объем годового стока в разные годы неодинаковы. Однако ежегодно отмечаются характерные периоды режима рек, зависящие от условий водного питания. Такое ха­рактерное состояние водного режима реки, повторяющееся в опре­деленные сезоны, называется фазой водного режима реки. Основ­ные фазы_водного решма^екГГ^-пбл6водьё, паводок, межень (зим­няя и летняя).

- 77 -

Половодье - повторяющаяся ежегодно в один и тот же сезон фаза наибольшей водности с длительным периодом выооких уровней, вызванная таянием снега на равнинах или одно­временно и ледников. В муссонных и тропических зонах половодье может вызываться и длительным выпадением дождей.

П а в_о__д о к - кратковременная фаза высокой водности реки, которая может многократно повторяться в различные сезо­ны в связи с интенсивным выпадением дождей таянием снега во время оттепелей.

Меж е_ н ь - длительная маловодная фаза, возникающая ежегодно в один и тот же сезон из-за уменьшения питания реки. Водное питание обычно уменьшается летом и зимой, поэтому раз­личают летнюю и зимнюю.межень.

Общность физико-географических признаков, например клима- * тических того или иного региона,формирует соответствующие ре­жимы протекающих в нем рек. Классификация рек по этим признакам, в первую очередь по фааам водного режима и периодам высокой водности, позволяет лучше!понять физику процессов формирования отока и обосновать гидрологические расчеты. __0дда_из.ла1шх клас- ■ омфикаций предложена в 1960 г. П.С.Кузиным, согласно которой реки разделены по типам питания высоководных периодов с хорошо выраженной географической зональностью: 1 тип - с половодьем от таяния снега; 11 - с половодьем от таяния снега и дождевыми паводками; Щ -с паводками от выпадения доидей. В 1К тип выде­лены реки вне географических зон с относительно постоянным йодным режимом за счет превалирующего подземного питания.

В зависимости от длины р'авнинные реки подразделяются на: [) самые малые - длиной до 25 км; 2) малые - 26-100 км; 3) . орсдние - 101-500 км; 4) большие - 501-1000 км.

Одной из главных характеристик открытых^ потоков является уровень воды - это выоота положения ее свободной поверхности относительно постоянной горизонтальной плоскости оточета. Для иямерения уровней устраивают водомерные посты. Они делятоя на поотоянные, принадлежащие опорной сети управления гидрометео­рологической службы, и временные, находящиеся в ведении раз­личных ведомств и организаций для инженерных изысканий.

Водомерные посты от.чаются многообразием типов (рис. 3. /}), Наиболее простые реечные и свайные, имеющие наибольшее распространение. Запись изменений уровня во времени дают бо­лт сложные посты с самописцами уровня. Наиболее распространи

Рис. 3.25. Схемы реечного (а), овайного (К) и само­пишущего (в) водомерных постов.

самописец "ВаЛдай". В труднодоступных районах устанавливают дистанционные водомерные посты, которые, кроме самописцев, имеют еще и передающее устройство.

Водомерные посты состоят из приспособлений для измерения уровней и двух постоянных реперов для контроля высотного поло­жения водомерных устройств. Реперы устанавливают выше уровня высоких вод.

Отсчет уровней на водомерном посту ведется от условной горизонтальной плоскости, называемой нулем графика и выбирае­мой не менее чем на 0,5 м ниже наинизшего уровня воды, с тем, чтобы исключить отрицательные отсчеты уровня.

Основными сроками измерений уровней приняты Ь и 20 час по местному времени. В периоды паводков вводят дополнительные наб­людения через равные промежутки времени (2; 6 ч). При явно выраженном неустановившемся движении уровни следует измерять через 10-30 мин. Уровни измеряются о точностью до 1 см.

.Результаты наблюдений водомерных постов вносятся в годовые таблицы "Ежедневные уровни воды",.публикуемые в "Гидрологичес­ких ежегодниках", которые издаются Гидрометеорологической слу­жбой.

• Обработка данных наблюдений водомерных постов включает вычисление абсолютных отметок измеренных уровней и с₁зднесу- точных значений. Среднесуточный уровень определяют как среднее - арифметическое из показаний в 8 и 20 чао.

Пооле указанной обработки строятся графики колебаний, частоты (повторяемости) и обеспеченности (продолжительности) уровня воды. Обычно графики строятся для года в целом.

Для построения графика колебаний уровня воды на верти­кальной шкале графика откладываются значения уровня в оанти- метрах над нулем графика, на горизонтальной - время.

Число дней б

Рис. 3.26. График колебаний (а) и кривые повторя- емооти (5) и обеспеченности (в) уровней воды.

По графику колебаний уровня воды (а) устанавливаются срок и продолжительность отдельных фаз (периодов): весеннего поло­водья, летней межени, максимальные, минимальные уровни и т.д.

Помимо графика колебаний уровня, для ряда хозяйственных мероприятий (водоснабжение, судоходство и др.), связанных с использованием воды, необходимо знать повторяемость тех или иных уровней и продолжительность времени, в течение которого уровень превышает определенные отметки. Эти показатели харак­теризуются кривыми повторяемости (частоты) и обеспеченности (продолжительности) уровней.

Для построения графика частоты (У) уровень в реке от нижнего до верхнего пределов разбивают на 10-15 интервалов. Померенные в течение анализируемого периода уровни группируют по чтим интервалам. Откладывая на миллиметровой бумаге число дней стояния горизонтов в пределах интервалов, получают график
частоты. Горизонт, на котором вода в водотоке находится наибо­лее чаото, называетоя горизонтом бытовых вод (ГБВ).

Суммируя количество дней стояния уровней в пределах каждо­го интервала о верхну* уровней к нижним, выявляют общее коли­чество дней стояния воды выше того или иного уровня и выражают их в процентах от олцей продолжительности. Отмечая эти величи­ны на графике по нижним границам интервалов, получают график обеспеченности (или продолжительности) стояния уровней (в). Обеспеченность показывает вероятность превышения данного уров­ня, ^о есть с какой вероятностью данный уровень может быть превышен более высоким уровнем.

Режим расходов воды в реках. Расходом называется объем воды .проходящий в единицу времени через данное живое сечение потока (0^е Лй.). Для определения' расхода надо знать скорость течения и живое сечение потока. Скорость течения воды можно вычислить по формуле .Шези (3.26), и тогда получим формулу (3.28): б

Существует множество экспериментальных методов измерения скоростей, из которых наиболее распространенными являются спо­соб поплавков и способ гидрометрических вертушек./.»,"(■'\

Для определения скорости движения воды поплавками на пря­мом участке реки выбирают место; где нет подпора воды. На выб­ранном участке намечают три поперечника Хстврра): верхний,

средний и нижний (рис. 3.27,а). Расстояние!/ между створаиИ ' „в с н

Рис. 3.27. К определению скорооти движения воды: а) схема разбивки створов; б) поплавок (размеры в сантиметрах); в) гидрометрическая вертушка (I - лопастный винт; 2 - кор­пус; 3 - клеммы звонка; ч - штанга; 5 - втулка; 6 - хвосто­вое (рулевое) оперение). устанавливается в зависимости от наибольшей скорости с таким расчетом, чтобы время прохождения поплавков между верхним и нижним створами было не менееХ^О} Для пуска поплавков выше верхнего створа на расстоянии 0,2Ь намечает пусковой створ. Положение створов закрепляют вешками, устанавливаемыми на бе­регах реки и урезах воды. На маленьких речках между вешками

ш

натягивают трос. Время прохождения поплавков через створы фиксируют геодезическими инструментами или визуально пр. т^осу .

Применяют поплавки различных видов: поверхностные,_глу-^ винные, двойные. Наиболее часто применяются поверхноотные (рис. 3.27, б), изготовленные из ствола дерева диаметром 8- 20 ом и толщиной 4-12 см. В центре их могут укрепляться флажки для лучшей видимости. Поплавки в количестве от 8 до 15 шт пус­кают раздельно несколько выше пускового створа на середине по­тока. Время прохождения поплавком пути от верхнего до нижнего отвора определяется секундомером. Зная время Ь прохождения расстояния между крайними створами Ь , определяется поверх­ностная скорость каждого поплавка и средняя поверхностная око­рооть:

м/с,

п (3.104)

сумма поверхностных окоростей всех поплавков; п -

где 21Г„ чиоло поплавков.

Переход от средней поверхноотной скорости к средней ско­рооти потока по живому сечению реки рассчитывают по формуле

1Г_ср « Л 1Г_с.п . ' ' (З.Ю5)

Значение коэффициента К зависит от уровня воды, шерохо- ватооти русла, уклона дна и определяется по формуле С

•^'ТПй' (3.106)

гдй С- скоростной коэффициент формулы Шези.

Для выполнения вычислений расходов (по формуле 0 *<Ги> ) определяют площади живых сечений и смоченные периметры на каж­дом створе. Для этого через определенные расстояния (0,1-1 м и более) производят промер глубин (рис. 3.28). Чем уже река и

Рио, 3.28. Схега промера живого сечения реки, больше колебания в глубинах, тем чаще промеряют глубины, тем меньше расстояние между промерами. Площадь живого оечения каж­дого створа определяется как площадь элементарных геометри­ческих фигур - трапеций, треугольников:

— ■ ^м > (З.Ю7)

где Ь,, Ь_г ... Ь_п - расстояния между лромерными вертикалями; Ь,» Ь, » ... Ь„ - глубины промерных вертикалей.

Смоченный периметр вычисляют как сумму гипотенуз треу­гольников (С,, С_г ...С_п., , С„ ), используя теорему Пифагора (С¹ - а⁸ + Ь^г). Например, С, = УЬ? + к* " ; с₂ = У*| + (к_г-к,)'' и т.д. По данным трех створов (верхнего, среднего и нижнего) определяют средние значения живого сечения и смоченного пери­метра по формулам:

и)_с - ■+ гиОе+йн