4.1.6. Марфаметрычныя показатели русла

Размеры и форма русла, как и речной долины, изменяется по длине реки в зависимости от ее водности, строения долины, характеро пород, какими она составлена (черт. 7.9).

Морфологические особенности русла можно отобразить в выглвдзе плано из изобатами и поперечника (профиля русла). Сечение русла вертикальной плоскостью, прпендыкулярна направления цячэння раки, называется водным сечением патоку (русло).

Поперечное сечение русла определяет его пропускную способность и влияет на распределение хуткасцей, уклонов, напрмку цячэння и вторые гидрологические характеристики патоку. Нужна отличать:

- площадь поперечного сечения русла при наибольшем уровне воды в реке;

- площадь поперечного сечения на время выполнения гидрологических наблюдений, замерил и вторых гідраметрычных работ;

- площадь водного сечения (общая);

- площадь живого сечения;

- площадь мертвого пространства.

При наличии ледяного покрова под площадью водного сечения прыймаецца полная площадь сечения без площади углубленного неподвижного льда (поверхностного, шугі и унутрыводнага). При отсутствии ледяного покрова понятие "площадь водного сечения" совпадает из понятием "площадь поперечного сечения".

Под площадью живого сечения понимается часть водного сечения, в какой скорость цячэння более ноля или более чувствительности гидрологических инструментов для измерения скорости воды.

Под площадью мертвого пространства понимается часть водного сечения, в какой скорость цячэння практично равно нолю, меньше ли чувствительности гидрологических приборов. Водное сечение изменяется время от времени вместе со сменой уровню воды. Каждому уровню воды в реке соответствует своей водной сечение. Кроме этого, площадь воднаг сечения может меняться под влиянием рэчышчавых процессов, под влиянием эрозии (боковой, глубинной) и аккумуляции наносов.

На практике при гидрологических расчетах широко используются основные марфаметрычныя характеристики водного сечения, которые выражаются в конкретных цифрах.

Площадь живого сечения определяется на основе промеров глубин. По данному промеров строится прфіль поперечного сечения русла, по которому можно подсчитать площадь водного сечения (?) при разных уровнях воды в реке. Это позволяет также построить хромую звлежнасці площади (?) от высоты уровней воды (h):

? = f (h).

Ширину живого сечения (И) можно представить как функцию зависимости от высоты уровня воды в реке (h):

В = f (h).

Смоченный периметр русла (Р) определяется як длина подводного контуро водного сечения между урэзамі воды. Вторыми словами эта длина линии по дну и адкосам берегов русла.

Средняя глубина русла (hср.) получается путем деления площади водного сечения (?) на ширину водного течения по линии уровня воды (В):

hср. = ? / В.

Гидравлический радиус русла (R) получается путем деления площади живого сечения на смоченный периметр:

R = ? / P.

Этот показатель представляет собой величину, которая отображает размеры живого сечения патоку и приходиться на единицу смоченного периметру, характэрызуе сопротивление дна русла текучей воды. Для малых рек Беларуси при ширине рек к 50 м гидравлический радиус можно заменить средней глубиной.

Наличие в папярэчным сечения разных углыблений дна, выступлений способствует возникновению застойных зон, вадаваротаў, обратных цячэнняў. И напротив, правильная парабалападобная форма русла способствует равномерному движению воды в русла.

Дно русла в природе всегда неровной, шероховатое. Оно оказывает сопротивление движущей воде (шероховатость русла). Из павялічэннем глубин уменьшаются неравенства поверхности русла, уменьшается его влияние на среднюю скорость патоку. Потому адрозіваюць шероховатость русла абсолютную и относительную.

Абсолютная шероховатость русла (?) представляет среднюю высоту возвышенных неравенств поверхности дна над средней хромой дна русла. Отношения абсолютной шероховатости к средней глубине патоку (?/hср.) называется относительной шероховатостью. Когда русло создана неаднароднымі частичками, то их сопротивление движения воды определяется в основном размерами наибольших частичек. Поэтому расчетная значимость ? грядет тем более, чем более разнообразным грядет грунт русла.

4.1.7. Паўздоўжны профиль рек

С течением времени река вырабатывает свой личный паўздоўжны профиль, который соответствует наклону речной долины, сложу горных пород, по какой она протекает, и водности реки. Он характеризуется паўздоўжным профилям русла и паўздоўжным профилям водной поверхности.

Паўздоўжны профиль русла характэрызуецца уклонам и падением. Разница высоты двух точек водной поверхности по длине реки (?Н) называется падением. Отношения величины падения (?Н) к длине данного участка (l) называется уклоном (I) раки:

I = ?Н/ l = tg ?.

Уклон реки представляет собой безразмерную величину и выражается в виде десятичной дроби или в промилле (‰).

Паўздоўжны профиль русла реки обычно близкий к паўздоўжнага профилю речной долины и мои волнистую форму, которая отображает чередование глубоких и мелкаводных обителей (плесов и перекатал). Паўздоўжны профиль речной долины проходить несколько стадий: юношество, молодости и степенности.

На стадии юношества профиль реки недостаточно выработанный, мои резкие перепады, сломы в места выхождения твердых пород. На этих участках возникают пороги, парожыстыя участки, вадапады. Постепенно с течением времени рэки изменяют свій профиль. Он прыймае такую форму, при какой сопротивление движения воды становится найменьшым. При этом большую роль играет базис эрозии реки. Отличают местный и общий базисы эрозии. Общим базисам эрозии является уровень того водоема (море, озеро), куда впадает главная река. Местным базисам эрозии для притоков служить уровень главной реки, в которую впадает этот приток. Из понижением базисо эрозии усиливается разыў дна русла, а из павўэннем его - замедляется.

Устойчивый базис эрозии приводить к выравниванию паўздоўжнага профилю. Цячэнне реки становится более спокойным. Этот период формирования паўздоўжнага профилю соответствует стадии степенности, на которой существует равновесие между процессами размыва русла и переносам и отложением наносов. Паўздоўжны профиль реки становится более устойчивым, прыймае правильную плаўна вогнутую форму, который называется профилем равновесия.

Общая схема формирования речных долин, которая опирается на работы геоморфолога Дэвиса, является очень абагульнёнай. Она отображает шматвекавыя деформации при фиксированном положении базисо эрозии. Но для всех стадий свойственно характерное размещение участков размыва, переноса и откладывал наносов по длине рек. В верховьях реки обычно перавагае размыв дна и уразаннэ русло, в среднем цячэнні - перенос (транзит) наносов, а в нижнем - их аккумуляция (отложение).

В зависимости от изменения уклона по длине рек определяется четыре их основные типы паўздоўжных профилю. Профиль равновесия, паволіўваагнуты и наиболее распространенный профиль реки, который характеризуется вогнутой хромой гиперболического типа, более крутого в истоках рек и палогага в устья (черт. ). Прямолинейный, характеризуется относительно равномерным наклоном по всей длине реки, который наблюдается главным образом в малых рек. Збросавы, или выпуклый мои малышки уклон в верховьях и значительные в нижнем цячэнні раки; встречается редко и характерный для рек Кольского полуострова. Ступенькавы профиль наблюдается при наличии хорошо выраженных промежуточных базисов эрозии в виде встречающихся изредка рекой тяжело размываемых горных пород или котловин озер и водохранилищ.

Когда рассматривать паўздоўжны профиль реки более дыталёва, то на самом деле он представляет собой сложную хромую. При этом паўздоўжны профиль дна реки изменяется относительно мало, однако паўздоўжны профиль водной поверхности изменяется вместе со сменой водности реки во время паўнаводлдзяў и наводнениями.

4. 2. Скорость цячэння и расходы воды рек, методы их определения

4. 2.1. Скорость цячэння и турбулентное перемешивание воды

Одной из асаблівасцей турбулентного движения воды является случайные покачивания скорости, которые наблюдаются в рек во всех точках по их глубине и ширины. Безперапынны характер смены направления и величины скорости в каждой точке турбулентного течения носит название пульсаций скорости. Но за соответствующий промежуток времени при беспрерывном измерении мгновенных ее значимостей можно определить среднюю скорость. Пульсируя характер движения воды в реке обусловливает беспрерывный обмен массами воды по всей глубине водного течения. Этот процесс называется турбулентным перемешиванием. При этом вода течения неаднародна и удерживает в себя элементарные массы воды из разной температурой, минерализацией, разным количеством наносов и т.д. В итога турбулентного перемешивания происходит процесс перенос этих масс из месц, где их более, в места, где их меньше.

Средь пульсаций отличают пульсации малых размеров или высоких частот и пульсации низких частот. Линейные размеры высоких частот очень малышки относительно глубины течения. И напротив, пульсации низких частот имеют поперечные размеры сравнительные из глубиной течения. В итога обмена объемами воды при турбулентном перемешивании возникает эффект взаимного торможения. Для оценки такого явления используется специальный термин - коэффициент турбулентной (виртуальной) вязкости, который отличается от физической вязкости и не является постоянным для данной жидкости при данной температуре. Он меняется в зависимости от условий, в которых наблюдается движение воды. В зависимости от ламінарнага движения воды, где движение зависит от физической вязкости жидкости, при турбулентном движении похожую роль исполняет уже турбулентная вязкость. Для турбулентного движения можно найти выражэнне средней скорости по формуле v = с ?H I, где с = ?g / 3 ?, а ? - коэффициент прапарцыянальнасці. Это уравнение носит название уравнения Шэзі.