7. Закономерности движения воды в реках

Вода двигается под действие силы тяжести. Скорость течения зависит, во первых, от величины составляющей силы тяжести, параллельной уклону водной поверхности, и. во вторых от величины сил сопротивления в результате внутреннего трения, трения о дно и берега.

В реках всегда имеет место развитое турбулентное движение воды.

В каждой точке потока наблюдается пульсация скоростей течения. В связи с этим скорость течения представляют в виде суммы осредненной за расчетное время скорости и пульсационной добавки. В инженерных расчетах оперируют осредненной скоростью воды. Пульсационная добавка играет роль в рассеивании примесей и транспортировки наносов.

Распределение осредненной скорости потока по вертикали (эпюры) скоростей: для свободной поверхности, ледостава, при заросшем русле. Максимальные и минимальные значения. Пограничный слой (рис. 7).

Распределение скоростей по ширине потока. План реки в изотахах – линиях равных скоростей (рис. 8). Максимальная скорость наблюдается там, где отмечается минимальное тормозящее воздействие берегов и дна. Это динамическая ось потока.

Различают несколько видов движения воды в реках и каналах.

Установившееся – зто такое движение воды, при котором в любом створе участка гидравлические параметры потока (площадь живого сечения, скорость и уклон) не изменяются во времени. Характерен для меженного периода.

Равномерное – это такое установившееся движение потока, при котором его гидравлические параметры сохраняют постоянное значение в пределах участка (ограниченный участок русла в период межени, прямолинейный). Гидрометрический створ.

Неравномерное установившееся – параметры потока неизменны во времени, но изменяются от створа к створу (русла переменной формы, участки в подпоре).

Неравномерное неустановившееся – параметры потока изменяются во времени и ои створа к створу (период половодья, паводков, движение паводочной волны). Все виды движения в настоящее время достаточно хорошо описаны. Разработаны различные способы расчета параметров потока, создано программное обеспечение этих расчетов, которое используется в практике при проектировании ГТС в целях энергетики, судоходства и т.д., а также для составления гидрологических прогнозов на крупных и средних реках.

В случае равномерного движения работа силы тяжести равна работе сил сопротивления потока. Тогда, скорость течения определяется по формуле Шези: V = C * RI, где С – коэффициент Шези, R- гидравлический радиус, м. Расход воды равен: Q = V * ω, где ω - площадь живого сечения потока, м2. Об определении этих параметров потока будет сказано в следующей лекции.

8. Режим твердого стока

Часть энергии водного потока тратится на размыв твердых пород, слагающих русло, и перемещение продуктов размыва с более высоких отметок на более низкие.

Отметка уровня воды в водоприемнике, куда впадает река, называется базисом эрозии.

Процесс размыва включает:

- смыв частиц грунта,

- перемещение частиц вниз по течению,

- отложение или аккумуляция частиц.

Продукты размыва в зависимости от их крупности, веса и скорости течения могут переноситься в виде:

- взвешенных наносов,

- влекомых или донных наносов.

Отрыв и перемещение частиц происходит в тех случаях, когда взвешивающая (или подъемная) и Архимедова силы, действующие на частицу, превысят ее вес. Подъемная сила в свою очередь зависит от скорости потока над ней. В действительности этот процесс более сложен в связи с турбулентной природой потока.