Максималната скорост на река в света. Как се променят местата за риба в зависимост от нивото на водата
Скоростите на течението в реките не са еднакви в различните точки на потока: те варират както в дълбочината, така и в ширината на живия участък. Най-ниските скорости се наблюдават в близост до дъното, което се дължи на влиянието на неравностите на речното корито. От дъното към повърхността увеличението на скоростта първо става бързо, а след това се забавя и максимумът при открити течения се достига на повърхността или на разстояние 0,2 H от повърхността. Вертикалните криви на изменение на скоростта се наричат ходографиили скоростни диаграми. Вертикалното разпределение на скоростите е силно повлияно от неравностите в релефа на дъното, ледената покривка, вятъра и водната растителност. Ако на дъното има неравности (хълмове, камъни), скоростите в потока пред препятствието рязко намаляват към дъното. Скоростите в дънния слой намаляват с развитието на водната растителност, което значително увеличава грапавината на дъното на канала. През зимата, под леда, под въздействието на допълнително триене върху грапавата повърхност на леда, скоростите са ниски. Максималната скорост се измества към средата на дълбочината и понякога към дъното. Когато има вятър срещу течението, скоростите на повърхността намаляват и положението на максимума се измества на по-голяма дълбочина в сравнение с положението му при тихо време.
Скоростта е по-ниска близо до брега и по-висока в центъра на потока. Наричат се линии, свързващи точки на повърхността на реката с най-високи скорости прът. Познаването на позицията на пръта е от голямо значение при използване на реки за воден транспорт и рафтинг. Визуално представяне на разпределението на скоростта в живия участък може да се получи чрез конструиране изотах– линии, свързващи точки с еднакви скорости.
За изчисляване на средната скорост на потока при липса на директни измервания широко се използва формулата на Chezy. Нека изберем обем вода в потока, ограничен от две сечения ω. Стойност на обема V = ωΔx, където Δx е разстоянието между секциите. Обемът е под влиянието на резултантната сила на хидродинамичното налягане P, действието на гравитацията F' и силата на съпротивление (триене) T. Силата на хидродинамичното налягане P = 0, тъй като силите на налягане P 1 и P 2 с равни секции и постоянен наклон са балансирани. Така V av = C, където H е средната дълбочина, I е наклонът. – Уравнение на Чези. Формула на Манинг: . Формулата на N. N. Pavlovsky: , където n е коефициентът на грапавост, се намира съгласно специалните таблици на M. F. Sribny.
Движение на водата в реките. Видове движение.
Водата в реките се движи под въздействието на гравитацията F'. Тази сила може да се разложи на два компонента: успоредна на дъното F’ x и нормално на дъното F’ y. Силата F' y се балансира от силата на реакция от дъното. Силата F' x, в зависимост от наклона, предизвиква движението на водата в потока. Тази сила, действаща постоянно, трябва да предизвика ускорение на движението. Това не се случва, тъй като се балансира от съпротивителната сила, която възниква в потока в резултат на вътрешно триене между водните частици и триенето на движещата се маса вода срещу дъното и бреговете. Промените в наклона, грапавостта на дъното, стесняването и разширяването на руслото предизвикват промени в съотношението на движещата сила и съпротивителната сила, което води до промени в скоростите на течението по дължината на реката и в живия участък.
Видове движение в потоци:
1) униформа,
2) неравен,
3) нестабилен.
При униформадвижението на скоростта на течението, живото напречно сечение и скоростта на потока на вълната са постоянни по дължината на потока и не се променят с времето. Този вид движение може да се наблюдава в канали с призматично напречно сечение. При неравномерен наклон скоростта и живото напречно сечение не се променят в даден участък с течение на времето, а се променят по дължината на потока. Този тип движение се наблюдава в реките по време на маловодни периоди със стабилни водни потоци в тях, както и при условия на застой, образуван от язовир. Нестационарно движение е това, при което всички хидравлични елементи на потока (наклони, скорости, отворена площ на напречното сечение) в разглежданата област се променят както във времето, така и по дължина. Нестабилното движение е характерно за реките по време на наводнения и наводнения.
При равномерно движение, наклонът на повърхността на потока азравен на долния наклон ази водната повърхност е успоредна на нивелираната повърхност на дъното. Неравномерното движение може да бъде бавно и бързо. Тъй като потокът забавя реката, кривата на свободната водна повърхност приема формата на крива на обратната вода. Наклонът на повърхността става по-малък от наклона на дъното ( аз ), а дълбочината нараства по посока на течението. При ускоряващ се поток кривата на свободната повърхност на потока се нарича крива на затихване; дълбочината намалява по течението, скоростта и наклонът се увеличават ( I>i).
Числото на Рейнолдс,един от подобни критерии за потоци на вискозни течности и газове, характеризиращи връзката между инерционните сили и вискозните сили: Re=r в.л/m, където r е плътността, m е динамичният коефициент на вискозитет на течност или газ, v-характерна скорост на потока, л- характерен линеен размер. По този начин за поток в кръгли цилиндрични тръби обикновено се приема л=д, Където д-диаметър на тръбата и v=v cp, където v cp - средна текуща скорост; когато тече около тела, / е дължината или напречният размер на тялото и v = v¥ , където v ¥ - скоростта на необезпокоявания поток, който се сблъсква с тялото. Кръстен на О. Рейнолдс.
Режимът на протичане на течността, характеризиращ се с критичната радиочестота, също зависи от RH. Reкр . При Р<Re kр е възможно само ламинарен флуиден поток, а при Re>Re kр потокът може да стане турбулентен. Значение Re kр зависи от вида на потока. Например за потока на вискозна течност в кръгла цилиндрична тръба Re kр = 2300.
Разпределение на скоростите на течението в речен поток.
Една от характеристиките на движението на водните частици в реките е неправилните случайни промени в скоростта. Непрекъснатите промени в посоката и големината на скоростите във всяка точка на турбулентния поток се наричат пулсации. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е турбулентната пулсация. Тогава във всяка точка на потока и във всеки момент от времето моментната скорост на потока е вектор. Може да се разложи на компоненти в правоъгълна координатна система (υ x, υ y, υ z), те също ще бъдат пулсиращи. Повечето хидрометрични инструменти измерват надлъжната компонента на скоростта (υ x), осреднена за определен интервал от време (на практика 1-1,5 минути).
Скоростите варират по дълбочината и ширината на живото напречно сечение на реката. При всеки отделен вертикал най-малка скорост се наблюдава на дъното, което зависи от грапавостта на коритото. Към повърхността скоростта нараства до средната вертикална стойност на дълбочина 0,6h, а максимумът се отбелязва на повърхността или на разстояние 0,2h от повърхността, в открития канал. Графиката на промените на скоростта спрямо дълбочината се нарича ходограф (диаграма на скоростта).
Разпределението на скоростта в дълбочина зависи от релефа на дъното, наличието на ледена покривка, вятър и водна растителност. Наличието на камъни, големи камъни и водна растителност в близост до дъното води до рязко намаляване на скоростта в дънния слой. Ледената покривка и кишата също намаляват скоростта, но в слоя вода под леда. Средната вертикална скорост се определя чрез разделяне на площта на диаграмата на вертикалната дълбочина.
По ширината на потока скоростта основно следва промяната в дълбочината - от бреговете скоростта нараства към средата. Линията, свързваща точките с най-високи скорости по дължината на реката, се нарича ядро (линия на най-големите дълбочини).
Разпределението на скоростите в план може да се отрази чрез изотахи - линии, свързващи точки с еднакви скорости в живо сечение.
Линията, свързваща точките на отделните живи участъци по реката с максимални скорости, се нарича динамична ос на потока.
1. От предложения списък изберете студен ток:
А) Гълфстрийм
Б) Курошио
В) перуански
Г) гвинейски
2. Наименувайте „допълнителните“ планини според местоположението им:
А) Хималаите
Б) Андите
В) Тибет
Г) Алпи
3. Коя климатична зона на Евразия заема най-голяма територия?
А) субарктически
Б) субтропичен
В) субекваториален
Г) умерено
4. Кои от следните планини са най-ниските?
А) Хималаите
Б) Кордилера
В) Урал
Г) Андите
5. Континент, който не принадлежи на нито една държава:
А) Антарктида
Б) Африка
В) Евразия
Г) Австралия
6. Следното море не принадлежи към басейна на Северния ледовит океан:
А) Чукотка
Б) Баренцево
В) Балтийско море
Г) Лаптеви
7. Най-соленият океан:
А) Тихо
Б) Арктика
В) Атлантическия океан
Г) индийски
8. В метеорологичните станции атмосферното налягане се определя с помощта на:
А) термометър
Б) барометър
В) ветропоказател
Г) валежомер
9. Какви ветрове са сезонни?
А) пасати
Б) западни ветрове
В) мусони
Г) бриз
10. Какъв тип въздушна маса се характеризира с ниска влажност и високи летни температури?
А) тропически
Б) умерено
В) арктически
Г) екваториален
11. В коя природна зона живеят лъвове, хипопотами, жирафи, антилопи?
А) екваториални гори
Б) пустини
В) твърдолистни гори
Г) савани
12. Морето е покрайнините:
А) Черно
Б) Бяло
В) Баренцево
Г) Балтийско море
13. Какво определя силата на вятъра?
А) върху скоростта на въртене на Земята
Б) от близостта на океаните
В) от разликата в атмосферното налягане
Г) в зависимост от времето на годината
14. Прекомерно влажна площ от земя с влаголюбива растителност е...
А) резервоар
Б) блато
В) река
Г) езеро
15. Как се нарича височината над морското равнище?
Роднина
Б) хоризонтална
В) вертикална
Г) абсолютна
решавайте екологични проблеми на океаните и моретата, потвърдете с конкретни примери 4. с помощта на физическа карта опишете (по избор) едно от моретата според следния план; а) към кой океански басейн принадлежи морето; в) в каква посока се простира; на какво разстояние се намира водата? ж) какви реки се вливат в него. 5. какво е значението на езерата за икономиката 6. как хората използват подпочвените води 7. защо опазването на подземните води е един от основните проблеми на нашето време. 8. Как се различават покривните ледници от планинските? 9. напишете географско есе на тема „моят проект за опазване на океана (море, езеро, река)“ много ви благодаря предварително за помощта, давам много бр. благодаря
Къде са границите между плочите на литосферата а) по проломи? б) покрай равнини и реки; в) по срединноокеанските хребети и дълбоководните ровове;Как се наричат древните стабилни области на литосферните плочи а) нагънати области? б) платформи; в) равнини; г) океанско дъно Как се нарича дългосрочната метеорологична картина, която се повтаря от година на година а) климат? б) времето; в) изотерма; г) колкото по-близо до екватора, толкова по-голям е ъгълът на падане на слънчевите лъчи и толкова по-малко се нагрява земната повърхност; температурата на въздуха в тропосферата е по-висока, г) ъгълът на падане на слънчевите лъчи е по-малък и земната повърхност преобладава в тропическите ширини ; б) западен; в) северен; г) мусони. Къде на Земята има области с ниско налягане а) близо до екватора и в умерените ширини? б) в умерените и тропичните ширини в) на полюсите; г) само над континенти. На какви географски ширини се наблюдава възходящо движение на въздуха в тропиците? б) в екваториалната; в) в Антарктида; г) в кой климатичен пояс преобладават през годината: умерен и тропичен? б) в тропическите; в) в субтропика; г) в субекваториалния климат. зони се характеризират с доминиране на западните ветрове и ясно изразени сезони а) за тропическите? б) за екваториални; в) за умерено; г) за Арктика Какво определя солеността на океанските води? а) върху количеството на валежите; б) от изпарение; в) от притока на речни води; г) от всички горепосочени причини температурата на повърхностните океански води е еднаква навсякъде; б) варира и зависи от географската ширина в) променя се само с дълбочината; г) промени с дълбочина и географска ширина Какво определя редуването на естествените зони на сушата а) количеството влага? б) количество топлина; в) растителност; г) съотношението на топлина и влага. Част B: Кои са трите слоя, които изграждат континенталната кора? Какво е значението на атмосферата за живите организми? (поне 3 фактора) Посочете защо всички компоненти на географската обвивка са свързани в едно цяло? Дефинирайте понятието раса и посочете основните човешки раси. Каква сила движи литосферните плочи? годината на север, след това на юг Какво е височинна поясност? И неговият основен модел.
Дебитът е количеството вода, преминаващо през напречното сечение на канала, ограничено от неговия контур и повърхността на водата, за една секунда. Консумацията на вода се изразява в кубични метри и може да се определи по формулата:
Където w е площта на напречното (живо) сечение на канала, m2; vt - средна скорост на потока в даден участък, m/s.
С увеличаване на водния поток и наклона на реката скоростта на потока се увеличава, а с увеличаване на грапавостта на речното корито намалява.
В речните легла, в допълнение към основното надлъжно транслационно движение на водата, има вътрешни циркулационни течения, причинени от въртенето на Земята, центробежната сила на инерцията на водния поток в завоите на канала, съпротивлението на релефа на канала и т.н. Диаграмата на вътрешните потоци при завоя на канала е показана на фиг. 57.
Ориз. 57. Вътрешни токове при завой на канала:
а-напречно сечение; b-план; 1-вдлъбната измита банка; 2-посока на потока на повърхността; 3- изпъкнал бряг; 4-посока на потока на дъното
Определянето на текущите скорости и посоки се извършва с помощта на хидрометрични грамофонни плочи и поплавъци.
В напречното сечение на канала най-високите скорости на потока съответстват на най-голямата дълбочина, по височина те се наблюдават на около 0,2 дълбочини от водната повърхност. Основната струя на потока, насочена по неговата динамична ос и съвпадаща с най-големите дълбочини, се нарича ядро. Към бреговете и дъното на реката скоростта на течението намалява.
Посоката на течението на реките се определя спрямо оста на навигационния проход. Посоката на потока се влияе от контура на топографията на канала и
Също и колебания в нивото на водата. По време на пълноводие струите на потока в определени участъци на реката могат да променят посоката си спрямо струите на маловодие в значителни граници (до 90° или повече).
При повишаване на нивото на водата се наблюдава разпространение на водни струи от ядрото към бреговете, тъй като в района на ядрото нивото на водата в този момент е по-високо, отколкото на бреговете, и обратно, когато водата намалява в ядрото нивото става по-ниско, отколкото на бреговете, и водните струи текат от бреговете към ядрото.
В някои участъци от реките, поради местни причини, в течението се образуват неравномерни течения, които затрудняват корабоплаването. Те включват натиск, продължителни и застойни течения, както и суводи и майдани.
Напорен ток е течение, под въздействието на което движещите се съдове се носят (притискат) към брега или някакъв обект. Обикновено се появява при завоите на канала и действа към вдлъбнатия бряг. Такива течения са опасни за единични кораби и особено за конвои, следващи течението, тъй като в завоя на канала съдовете (конвоите) също изпитват центробежна сила, която се стреми да ги притисне към вдлъбнатия бряг.
Продължителните течения са тези, насочени от главния канал в дупки, канали и канавки. Високи скорости при дълги течения се наблюдават при високи води и наводнения. Корабите и конвоите, когато плават в райони, където има такива течения, се съветват да стоят възможно най-далеч от дупката, канала или водния път.
Набъбващи течения са тези, които пресичат оста на навигационния проход под определен ъгъл. Те се причиняват от страничния наклон на водната повърхност и почти винаги преминават през плитки води. Движещите се кораби и конвои се изместват от дрейфовия ток от оста на плавателния път и могат да бъдат заземени.
Суводя е хоризонталното въртеливо движение на водата зад издатини, стърчащи в речното корито. При водните пътища на десния бряг водата се върти по посока на часовниковата стрелка, докато на левия бряг се върти обратно на часовниковата стрелка. На големите реки често се наблюдават водни пътища с диаметър няколко десетки метра и скорост на въртеливо движение на водата до няколко метра в секунда. Когато плават през воден път, плавателните съдове са склонни да се отклоняват.
Майдан е ротационното движение на водата зад подводно препятствие, както и когато два потока се сливат с висока скорост.
Наклон на речното корито. Най-характерната особеност на всяка река е непрекъснатото движение на водата от източника до устието, което се нарича текущ.Причината за течението е наклонът на канала, по който, подчинявайки се на силата на гравитацията, водата се движи с по-голяма или по-малка скорост. Що се отнася до скоростта, тя е в пряка зависимост от наклона на речното корито. Наклонът на канала се определя от съотношението на разликата във височините на две точки към дължината на участъка, разположен между тези точки. Така например, ако от извора на Волга до Калинин 448 км,а разликата във височината между извора на Волга и Калин и ном е 74,6 м,тогава средният наклон на Волга в този участък е 74,6 м,разделено на 448 км,т.е. 0,00017. Това означава, че за всеки километър от дължината на Волга в този участък падането е 17 см.
Надлъжен профил на реката. Нека начертаем дължината на различните участъци от реката по хоризонтална линия и височините на тези участъци по вертикални линии. Като съединим краищата на вертикалите с линия, получаваме чертеж на надлъжния профил на реката (фиг. 112). Ако не обръщате специално внимание на детайлите, надлъжният профил на повечето реки може да бъде опростено представен като низходяща, леко вдлъбната крива, чийто наклон прогресивно намалява от извора до устието.
Наклонът на надлъжния профил на реката не е еднакъв за различните участъци от реката. Така например за горния участък на Волга, както вече видяхме, той е равен на 0,00017, за участъка между Горки и устието на Кама е 0,00005, а за участъка от Сталинград до Астрахан е е 0,00002.
Приблизително същият е Днепър, където в горната част (от Смоленск до Орша) наклонът е 0,00011, а в долната част (от Каховка до Херсон) 0,00001. В района, където се намират бързеите (от Лоцманская Каменка до Никопол), средният наклон на надлъжния профил на реката е 0,00042, т.е. почти четири пъти по-голям, отколкото между Смоленск и Орша.
Приведените примери показват, че надлъжният профил на различните реки далеч не е еднакъв. Последното е разбираемо: надлъжният профил на реката отразява релефа, геоложката структура и много други географски особености на района.
Например, помислете за „стъпалата“ по надлъжния профил на реката. Енисей. Тук виждаме участъци от големи склонове в района на пресичането на Западен Саян, след това Източен Саян и накрая в северния край на Енисейския хребет (фиг. 112). Стъпаловиден характер на надлъжния профил на реката. Енисей показва, че издиганията в районите на тези планини са настъпили (геоложки) сравнително наскоро и реката все още не е имала време да изравни надлъжната крива на коритото си. Същото може да се каже и за Буреинските планини, прорязани от реката. Купидон.
Дотук говорихме за надлъжния профил на цялата река. Но когато се изучават реките, понякога е необходимо да се определи наклонът на реката в дадена малка площ. Този наклон се определя директно чрез нивелация.
Напречен профил на реката. В напречния профил на една река различаваме две части: напречен профил на речната долина и напречен профил на самата река. Вече имаме представа за напречния профил на долината на реката. Получава се в резултат на обикновено заснемане на терена. За да получите представа за профила на самата река или по-точно речното корито, е необходимо да измерите дълбочините на реката.
Измерванията се извършват ръчно или механично. За ръчни измервания се използва маркировка или ръчна партида. Бастингът е стълб, изработен от гъвкава и издръжлива дървесина (смърч, ясен, леска) с кръгло напречно сечение с диаметър 4-5 см,дължина от 4 до 7 м.
Долният край на бастина е завършен с желязо (желязото предпазва от нацепване и спомага за тежестта). Бастингът е боядисан в бяло и маркиран на десети от метъра. Нулевото деление съответства на долния край на бастинга. Въпреки простотата на устройството, бастингът дава точни резултати.
Измерванията на дълбочината също се извършват с помощта на ръчно изследване. Потокът на реката води до отклонение на партидата от вертикалата под определен ъгъл, което налага да се направи подходяща корекция.
Измерванията на малки реки обикновено се правят от мостове. На реки, достигащи 200-300 мширина, със скорост на течението не повече от 1,5 мв секунда могат да се правят измервания от лодка по кабел, опънат от единия до другия бряг на реката. Кабелът трябва да е опънат. Когато ширината на реката е повече от 100 мнеобходимо е да закотвите лодка в средата на реката, за да поддържате кабела.
На реки, чиято ширина е повече от 500 m, измервателната линия се определя от канала знаци, поставени на двата бряга, а точките на измерване се определят с гониометрични инструменти от брега. Броят на измерванията по целта зависи от естеството на дъното. Ако топографията на дъното се променя бързо, трябва да има повече измервания; ако дъното е равномерно, трябва да има по-малко. Ясно е, че колкото повече измервания се правят, толкова по-точен се получава профилът на реката.
За да се начертае речен профил, се начертава хоризонтална линия, върху която се нанасят точките на измерване в мащаб. От всеки еструс надолу се прокарва перпендикулярна линия, върху която дълбочините, получени от измерванията, също се нанасят в мащаб. Свързвайки долните краища на вертикалите, получаваме профил. Поради факта, че дълбочината на реките е много малка в сравнение с ширината, при изчертаване на профил вертикалният мащаб се взема по-голям от хоризонталния. Следователно профилът е изкривен (преувеличен), но по-визуален.
Имайки профил на речното корито, можем да изчислим площта на напречното сечение (или площта на напречното сечение на водата) на реката (Fm 2 ), ширина на реката (B), дължина на мокрия периметър на реката ( Rm),най-голяма дълбочина (hмаксм ), средна дълбочина на реката ( hcpм) и хидравличния радиус на реката.
Живо напречно сечение на реката наречено напречно сечение на река, пълна с вода. Профилът на канала, получен в резултат на измерванията, дава представа за живото напречно сечение на реката. Живата площ на напречното сечение на река в по-голямата си част се изчислява аналитично (по-рядко се определя от чертеж с помощта на планиметър). За изчисляване на жилищната площ на напречното сечение ( Ем 2) направете чертеж на напречния профил на реката, на който вертикалите разделят площта на живото напречно сечение на поредица от трапеци, а крайбрежните участъци имат формата на триъгълници. Площта на всяка отделна фигура се определя с помощта на формули, известни ни от геометрията, след което се взема сумата от всички тези площи.
Ширината на реката се определя просто от дължината на горната хоризонтална линия, представляваща повърхността на реката.
Намокрен периметър - това е дължината на дъното на реката по профила от единия край на брега на реката до другия. Изчислява се чрез събиране на дължината на всички сегменти от долната линия на чертежа на живия напречен разрез на реката.
Хидравличен радиус - това е частното от разделянето на площта на отвореното напречно сечение на дължината на мокрия периметър ( Р= Е/R m).
Средна дълбочина - това е частното от разделянето на жилищната площ на напречното сечение
реки по ширина на реката ( ч ср = Е/ Бм).
За низинните реки стойността на хидравличния радиус обикновено е много близка до стойността на средната дълбочина ( Р≈ hcp).
Най-голяма дълбочина се възстановява въз основа на данните от измерванията.
Нивото на реката. Ширината и дълбочината на реката, отворената площ на напречното сечение и други стойности, които даваме, могат да останат непроменени само ако нивото на реката остане непроменено. В действителност това никога не се случва, защото нивото на реката се променя през цялото време. Оттук става съвсем ясно, че когато се изучава една река, измерването на колебанията в нейното ниво е най-важната задача.
За водомерната станция се избира подходящ участък от реката с право русло, чието напречно сечение не е усложнено от плитчини или острови. Наблюдението на колебанията на речното ниво обикновено се извършва с помощта на крачен прът.Пилонът е стълб или релса, разделена на метри и сантиметри, монтирана близо до брега. За нула на стъпалото се приема (ако е възможно) най-ниското ниво на реката на дадено място. Избраната веднъж нула остава постоянна за всички последващи наблюдения. Нулата на стъпалото е свързана с константа рапър .
Наблюдението на колебанията в нивото обикновено се извършва два пъти на ден (в 8 и 20 часа). На някои постове са инсталирани самозаписващи лимниграфи, които осигуряват непрекъснат запис под формата на крива.
Въз основа на данни, получени от наблюдения на стъпалото, се изготвя графика на колебанията на нивото за един или друг период: за сезон, за година, за няколко години.
Скорост на течението на реката. Вече казахме, че скоростта на речния поток е в пряка зависимост от наклона на речното корито. Тази зависимост обаче не е толкова проста, колкото може да изглежда на пръв поглед.
Всеки, който е поне малко запознат с реката, знае, че скоростта на течението в близост до бреговете е много по-малка, отколкото в средата. Лодкарите знаят това особено добре. Винаги, когато лодкарят трябва да се изкачи по река, той се придържа към брега; когато трябва бързо да слезе, той остава в средата на реката.
По-точни наблюдения, направени в реки и изкуствени потоци (с правилен коритообразен канал), показаха, че водният слой, непосредствено съседен на канала, в резултат на триене в дъното и стените на канала, се движи с най-ниска скорост. Следващият пласт има по-висока скорост, тъй като не влиза в контакт с коритото (което е неподвижно), а с бавно движещия се първи пласт. Третият слой има още по-голяма скорост и т.н. И накрая, най-висока скорост има в частта на потока, която е най-отдалечена от дъното и стените на канала. Ако вземем напречно сечение на потока и свържем места с еднаква скорост на потока с линии (изотахи), тогава ще получим диаграма, която ясно изобразява местоположението на слоеве с различни скорости (фиг. 113). Това своеобразно слоесто движение на потока, при което скоростта последователно нараства от дъното и стените на канала към средната част, се нарича ламинарен.Типичните характеристики на ламинарния поток могат да бъдат характеризирани накратко, както следва:
1) скоростта на всички частици в потока има една постоянна посока;
2) скоростта в близост до стената (на дъното) винаги е нула, а с отдалечаване от стените постепенно се увеличава към средата на потока.
Въпреки това трябва да кажем, че в реки, където формата, посоката и характерът на канала са много различни от правилното корито с формата на корито на изкуствен поток, редовно ламинарно движение почти никога не се наблюдава. Още с едно извиване на канала, в резултат на действието на центробежни сили, цялата система от пластове се придвижва рязко към вдлъбнатия бряг, което от своя страна предизвиква редица други
движения. При наличие на издатини на дъното и по ръбовете на канала възникват вихрови движения, противотечения и други много силни отклонения, които допълнително усложняват картината. Особено силни промени в движението на водата се наблюдават в плитките места на реката, където течението се разделя на струи, разположени във формата на ветрило.
В допълнение към формата и посоката на канала голямо влияние оказва увеличаването на скоростта на потока. Ламинарното движение, дори в изкуствени потоци (с редовно легло), се променя рязко с увеличаване на скоростта на потока. При бързо движещи се потоци се появяват надлъжни спирални струи, придружени от малки вихрови движения и своеобразни пулсации. Всичко това значително усложнява характера на движението. Така в реките вместо ламинарно движение най-често се наблюдава по-сложно движение, т.нар бурен. (Ще се спрем по-подробно на природата на турбулентните движения по-късно, когато разглеждаме условията за образуване на канал за поток.)
От всичко казано става ясно, че изучаването на скоростта на речния поток е сложен въпрос. Следователно, вместо теоретични изчисления, често се налага да се прибягва до директни измервания.
Измерване на текущата скорост. Най-простият и достъпен начин за измерване на текущата скорост е измерването с помощта на плувки.Наблюдавайки (с часовник) времето, през което една плувка преминава през две точки, разположени по реката на определено разстояние една срещу друга, винаги можем да изчислим необходимата скорост. Тази скорост обикновено се изразява в метри в секунда.
Методът, който посочихме, дава възможност да се определи скоростта само на най-горния слой вода. За определяне на скоростта на по-дълбоките слоеве вода се използват две бутилки (фиг. 114). В този случай горната бутилка дава средна скорост между двете бутилки. Познавайки средната скорост на водния поток на повърхността (първият метод), можем лесно да изчислим скоростта на желаната дълбочина. Ако V 1 ще бъде скоростта на повърхността, V 2 - Средната скорост, А V тогава е необходимата скорост V 2 =( V 1 + V)/2 , откъдето идва необходимата скорост v = 2 v 2 - v 1 .
Несравнимо по-точни резултати се получават при измерване със специален уред т.нар грамофони.Има много видове грамофони, но принципът на тяхното устройство е един и същ и е следният. Хоризонталната ос с лопатков винт в края е монтирана подвижно в рамка, която има кормилно перо в задния край (фиг. 115). Устройството, спуснато във водата, се подчинява на руля, стои точно срещу течението,
и лопатковият витло започва да се върти заедно с хоризонталната ос. На оста има безконечен винт, който може да бъде свързан към брояча. Гледайки часовника, наблюдателят включва брояча, който започва да брои броя на оборотите. След определен период от време броячът се изключва и наблюдателят определя скоростта на потока по броя на оборотите.
В допълнение към посочените методи, те използват също измервания със специални бутилки, динамометри и накрая химични методи, познати ни от изучаването на скоростта на подпочвените води. Пример за батометър е батометърът на проф. В. Г. Глушкова,който е гумен цилиндър, чийто отвор е обърнат към потока. Количеството вода, което успява да попадне в цилиндъра за единица време, позволява да се определи скоростта на потока. Динамометрите измерват силата на натиск. Силата на натиск ви позволява да изчислите скоростта.
Когато е необходимо да се получи подробно разбиране на разпределението на скоростите в напречното сечение (живо сечение) на реката, процедирайте както следва:
1. Начертава се напречният профил на реката, като за удобство вертикалният мащаб е взет 10 пъти по-голям от хоризонталния.
2. Начертани са вертикални линии по тези точки, където са измерени скоростите на течението на различни дълбочини.
3. На всеки вертикал се маркира съответната дълбочина в мащаб и се посочва съответната скорост.
Свързвайки точки с еднакви скорости, получаваме система от криви (изотахи), която дава визуално представяне на разпределението на скоростите в даден жив участък на реката.
Средната скорост. За много хидроложки изчисления е необходимо да има данни за средната скорост на водния поток в живия участък на реката. Но определянето на средната скорост на водата е доста трудна задача.
Вече казахме, че движението на водата в потока е не само сложно, но и неравномерно във времето (пулсация). Въпреки това, въз основа на редица наблюдения, винаги имаме възможност да изчислим средната скорост на потока за всяка точка от живото напречно сечение на реката. Имайки стойността на средната скорост в точка, можем да начертаем разпределението на скоростите по вертикалата, която сме взели. За целта дълбочината на всяка точка се нанася вертикално (отгоре надолу), а скоростта на потока хоризонтално (отляво надясно). Правим същото с други точки от вертикалата, която взехме. Свързвайки краищата на хоризонталните линии (изобразяващи скорости), получаваме чертеж, който дава ясна представа за скоростите на теченията на различни дълбочини на вертикала, който сме заснели. Този чертеж се нарича графика на скоростта или ходограф на скоростта.
Според многобройни наблюдения беше разкрито, че за да се получи пълна картина на вертикалното разпределение на скоростите на тока, е достатъчно да се определят скоростите в следните пет точки: 1) на повърхността, 2) при 0,2ч, 3) с 0,6ч, 4) с 0,8чи 5) в долната част, броене ч - вертикална дълбочина от повърхността до дъното.
Ходографът на скоростта дава ясна представа за промяната на скоростите от повърхността към дъното на потока по даден вертикал. Най-ниската скорост в дъното на потока се дължи главно на триене. Колкото по-голяма е грапавостта на дъното, толкова по-рязко намаляват скоростите на тока. През зимата, когато повърхността на реката е покрита с лед, се получава триене и на повърхността на леда, което също влияе върху скоростта на течението.
Скоростният ходограф ни позволява да изчислим средната скорост на речния поток по даден вертикал.
Средната вертикална скорост на потока на свободното напречно сечение на потока може най-лесно да се определи по формулата:
където ώ е площта на ходографа на скоростта, а H е височината на тази област. С други думи, за да определите средната вертикална скорост на потока през живото напречно сечение на потока, трябва да разделите площта на ходографа на скоростта на неговата височина.
Площта на ходографа на скоростта се определя или с помощта на планиметър, или аналитично (т.е. разбиването му на прости фигури - триъгълници и трапеци).
Средният дебит се определя по различни начини. Най-простият начин е да умножите максималната скорост (V макс) чрез коефициент на грапавост (P). Коефициентът на грапавост за планинските реки може да се счита приблизително за 0,55, за реки с корито, покрито с чакъл, 0,65, за реки с неравно пясъчно или глинесто корито, 0,85.
За точно определяне на средната скорост на потока на живото напречно сечение на потока се използват различни формули. Най-често използваната е формулата Chezy.
Където v - средна скорост на участъка на живия поток, Р - хидравличен радиус, Дж- наклон на повърхностния поток и СЪС- скоростен коефициент. Но тук определянето на коефициента на скоростта представлява значителни трудности.
Коефициентът на скоростта се определя с помощта на различни емпирични формули (т.е. получени въз основа на изследване и анализ на голям брой наблюдения). Най-простата формула е:
Където П- коефициент на грапавост, а Р - вече познатия ни хидравличен радиус.
Консумация. Количество вода в м,протичаща през даден жив участък от река за секунда се нарича речен поток(за този артикул). Теоретично потреблението (А)Лесно е да се изчисли: равна е на площта на напречното сечение на реката ( Е), умножено по средната текуща скорост ( v), т.е. А= Fv. Така например, ако площта на напречното сечение на река е 150 m 2,и скорост 3 м/сек, тогаваразхода ще е 450лв м 3за секунда. При изчисляване на дебита кубичен метър се приема като единица количество вода, а секунда се приема като единица време.
Вече казахме, че теоретично речният поток за една или друга точка не е трудно да се изчисли. Изпълнението на тази задача на практика е много по-трудно. Нека се спрем на най-простите теоретични и практически методи, които най-често се използват при изучаването на реките.
Има много различни начини за определяне на водния поток в реките. Но всички те могат да бъдат разделени на четири групи: обемен метод, метод на смесване, хидравличен и хидрометричен.
Обемен метод успешно се използва за определяне на оттока на най-малките реки (извори и потоци) с дебит от 5 до 10 l (0,005- 0,01 м 3)за секунда. Същността му е, че потокът е преграден и водата се стича по улея. Под улука се поставя кофа или резервоар (в зависимост от големината на потока). Обемът на съда трябва да бъде точно измерен. Времето за пълнене на съда се измерва в секунди. Коефициентът на разделяне на обема на съда (в метри) на времето на пълнене на съда (в секунди) като. пъти и дава желаната стойност. Обемният метод дава най-точни резултати.
Метод на смесване се основава на факта, че в определена точка от реката в потока се вкарва разтвор на сол или боя. Чрез определяне на съдържанието на сол или боя в друга, по-ниска точка на потока, се изчислява дебитът на водата (най-простата формула
Където р - дебит на солен разтвор, k 1 - концентрация на солевия разтвор при изпускане, до 2- концентрация на солевия разтвор в подлежащата точка). Този метод е един от най-добрите за бурни планински реки.
Хидравличен метод се основава на използването на различни видове хидравлични формули, когато водата тече както през естествени канали, така и през изкуствени преливници.
Нека дадем прост пример за метод на преливник. Изгражда се язовир, чийто връх е с тънка стена (от дърво, бетон). В стената е изсечен правоъгълен преливник с точно определени размери на основата. Водата тече през преливника и дебитът се изчислява по формулата
(T - преливен коефициент, b - ширина на прага на преливника, з- налягане над ръба на преливника, ж -гравитационно ускорение), С помощта на преливник е възможно да се измерват дебити от 0,0005 до 10 с голяма точност m 3 /сек.Особено широко се използва в хидравличните лаборатории.
Хидрометричен метод се основава на измерване на живата площ на напречното сечение и скоростта на потока. Тя е най-често срещаната. Изчислението се извършва по формулата, както вече обсъдихме.
Наличност. Количеството вода, преминаващо през даден жив участък от реката за секунда, се нарича поток. Нарича се количеството вода, преминаващо през даден жив участък от река за по-дълъг период източване.Количеството на оттока може да се изчисли за ден, за месец, за сезон, за година и дори за няколко години. Най-често оттокът се изчислява през сезоните, тъй като сезонните промени за повечето реки са особено силни и характерни. От голямо значение в географията са стойностите на годишния отток и по-специално стойността на средния годишен отток (отток, изчислен от дългосрочни данни). Средният годишен отток дава възможност да се изчисли средният речен отток. Ако дебитът е изразен в кубични метри в секунда, тогава годишният дебит (за да се избегнат много големи числа) се изразява в кубични километри.
Имайки информация за дебита, можем да получим данни за дебита за даден период от време (чрез умножаване на дебита по броя на секундите от дадения период от време). Количеството на оттока в този случай се изразява обемно. Дебитът на големите реки обикновено се изразява в кубични километри.
Например средният годишен отток на Волга е 270 км 3,Днепра 52 км 3,Оби 400 км 3,Енисея 548 км 3, Amazon 3787 км, 3и т.н.
При характеризирането на реките е много важно съотношението на количеството на оттока към количеството на валежите, падащи върху площта на басейна на реката, която сме взели. Количеството на валежите, както знаем, се изразява с дебелината на водния слой в милиметри. Следователно, за да се сравни количеството на оттока с количеството на валежите, е необходимо количеството на оттока да се изрази и чрез дебелината на водния слой в милиметри. За да направите това, количеството на оттока за даден период, изразено в обемни мерки, се разпределя равномерно върху цялата площ на речния басейн, разположен над точката на наблюдение. Тази стойност, наречена височина на оттока (A), се изчислява по формулата:
А е височината на дренажа, изразена в милиметри, Q - консумация, T- период от време, 10 3 служи за преобразуване на метри в милиметри и 10 6 за преобразуване на квадратни километри в квадратни метри.
Отношението на количеството на оттока към количеството на валежите се нарича коефициент на оттичане.Ако коефициентът на оттичане е означен с буквата а,а количеството на валежите, изразено в милиметри, е ч, Че
Коефициентът на оттичане, като всяко съотношение, е абстрактна величина. Може да се изрази като процент. Така например за r. Нева А=374 mm, ч= 532 mm; следователно, А= 0,7, или 70%. В този случай коефициентът на речния отток. Нева ни позволява да кажем, че от общото количество валежи, падащи в басейна на реката. Нева, 70% се влива в морето, а 30% се изпарява. На реката виждаме съвсем различна картина. Нил. Тук A=35 mm, ч =826 mm;следователно а=4%. Това означава, че 96% от всички валежи в басейна на Нил се изпаряват и само 4% достигат до морето. Още от дадените примери става ясно колко важен е коефициентът на оттичане за географите.
Нека дадем за пример средната стойност на валежите и оттока за някои реки в европейската част на СССР.
В дадените от нас примери количеството на валежите, количеството на оттока и съответно коефициентите на оттока се изчисляват като средни годишни стойности въз основа на дългосрочни данни. От само себе си се разбира, че коефициентите на оттока могат да бъдат изведени за всеки период от време: ден, месец, сезон и т.н.
В някои случаи дебитът се изразява като литри в секунда на 1 км 2зона за басейн. Тази стойност на потока се нарича дренажен модул.
Стойността на средния дългосрочен отток може да се нанесе на карта с изолинии. На такава карта оттокът се изразява в отточни модули. Това дава представа, че средногодишният отток в равнинните части на територията на нашия съюз има зонален характер, като количеството на оттока намалява на север. От такава карта можете да видите колко важен е релефът за оттока.
Речно подхранване Има три основни типа речно подхранване: от повърхностни води, подхранване от подземни води и смесено подхранване.
Подхранването от повърхностни води може да бъде разделено на дъждовно, снежно и ледниково. Дъждовното подхранване е характерно за реките в тропическите райони, повечето мусонни райони, както и много региони на Западна Европа, характеризиращи се с мек климат. Подхранването със сняг е характерно за страни, където през студения период се натрупва много сняг. Това включва повечето реки на територията на СССР. През пролетта те се характеризират с мощни наводнения. Особено необходимо е да се подчертаят снеговете във високопланинските страни, които осигуряват най-голямо количество вода през късната пролет и лятото. Това хранене, наречено планинско снежно хранене, е близко до ледниковото хранене. Ледниците, подобно на планинския сняг, осигуряват вода главно през лятото.
Презареждането на подпочвените води става по два начина. Първият начин е да се захранват реките с по-дълбоки водоносни хоризонти, които излизат (или, както се казва, вклиняват) в речното корито. Това е доста устойчива храна за всички сезони. Вторият начин е захранването с подпочвени води на алувиалните пластове, пряко свързани с реката. В периоди на пълноводие алувият се насища с вода и след спад на водата бавно връща запасите си в реката. Тази диета е по-малко устойчива.
Реките, които получават храната си само от повърхностни или само от подземни води, са редки. Много по-често се срещат реки със смесено хранене. В някои периоди от годината (пролет, лято, ранна есен) за тях преобладаващо значение имат повърхностните води, в други периоди (зимата или по време на суша) подземните води стават единственият източник на хранене.
Можем да споменем и реките, захранвани от кондензационни води, които могат да бъдат както повърхностни, така и подземни. Такива реки са по-често срещани в планинските райони, където натрупванията на блокове и камъни по върховете и склоновете кондензират влагата в забележими количества. Тези води могат да повлияят на увеличаването на оттока.
Условия за подхранване на реката през различни периоди от годината. Болка през зиматаПовечето от нашите реки се захранват изключително от подземни води. Това подхранване е доста равномерно, така че зимният отток за повечето наши реки може да се характеризира като най-равномерен, като намалява много слабо от началото на зимата до пролетта.
През пролетта характерът на потока и като цяло целият режим на реките се променя драстично. Валежите, натрупани през зимата под формата на сняг, бързо се топят и огромни количества стопена вода се вливат в реките. Резултатът е пролетно наводнение, което в зависимост от географските условия на речния басейн продължава повече или по-малко дълго време. Ще говорим за природата на пролетните наводнения малко по-късно. В този случай отбелязваме само един факт: през пролетта към земното захранване се добавя огромно количество пролетно разтопена снежна вода, което многократно увеличава оттока. Така например за Кама средният дебит през пролетта надвишава зимния дебит с 12 и дори 15 пъти, за Ока е 15-20 пъти; Дебитът на Днепър край Днепропетровск през пролетта в някои години надвишава зимния дебит с 50 пъти, в малките реки разликата е още по-значителна.
През лятото реките (в нашите географски ширини) се подхранват, от една страна, от подземни води, а от друга, от директен отток на дъждовна вода. Според наблюденията на акад Оппоковав басейна на горния Днепър този директен отток на дъждовна вода през летните месеци достига 10%. В планинските райони, където условията за оттичане са по-благоприятни, този процент нараства значително. Но той достига особено голяма величина в тези райони, които се характеризират с широко разпространена вечна замръзналост. Тук след всеки дъжд нивото на реката бързо се покачва.
През есента с понижаване на температурите изпарението и транспирацията постепенно намаляват, а повърхностният отток (дъждовният отток) се увеличава. В резултат на това през есента оттокът, най-общо казано, се увеличава до момента, в който течните валежи (дъжд) се заменят с твърди валежи (сняг). По този начин, през есента, като
имаме земно плюс дъждовно хранене, като дъждовното хранене постепенно намалява и до началото на зимата спира напълно.
Това е ходът на хранене на обикновените реки в нашите географски ширини. Във високопланинските страни през лятото се добавя стопена вода от планински снегове и ледници.
В пустинните и сухите степни райони стопената вода от планински сняг и лед играе доминираща роля (Амударя, Сирдаря и др.).
Колебания в нивото на водата в реките. Току-що говорихме за условията на хранене на реките през различните периоди от годината и във връзка с това отбелязахме как се променя потокът през различните периоди от годината. Тези промени се показват най-ясно от кривата на колебанията на водните нива в реките. Тук имаме три графики. Първата графика дава представа за колебанията в речните нива в горската зона на европейската част на СССР (фиг. 116). Първата графика (река Волга) се характеризира с
бързо и високо покачване с продължителност около 1/2 месец.
Сега обърнете внимание на втората графика (фиг. 117), характерна за реките в зоната на тайгата на Източен Сибир. Има рязко покачване през пролетта и поредица от покачвания през лятото поради дъжд и наличието на вечна замръзналост, което увеличава скоростта на оттока. Наличието на същата вечна замръзналост, която намалява храненето на земята през зимата, води до особено ниски водни нива през зимата.
Третата графика (фиг. 118) показва кривата на колебанията на речните нива в зоната на тайгата на Далечния изток. Тук, поради вечната замръзналост, има същото много ниско ниво през студения период и непрекъснати резки колебания в нивото през топлите периоди. Причиняват се от снеготопенето през пролетта и началото на лятото, а по-късно и от дъждовете. Наличието на планини и вечна замръзналост ускорява оттока, което има особено драматичен ефект върху колебанията на нивото.
Характерът на колебанията в нивата на една и съща река през различните години не е еднакъв. Ето графика на колебанията в нивата на p. Кама за различни години (фиг. 119). Както можете да видите, реката има много различни модели на колебания през различните години. Вярно е, че тук са избрани годините на най-драматичните отклонения от нормата. Но тук имаме втора графика на флуктуациите в р нивата. Волга (фиг. 116). Тук всички флуктуации са от един и същи тип, но обхватът на флуктуациите и продължителността на разлива са много различни.
В заключение трябва да се каже, че изследването на колебанията в речните нива, освен научно значение, има и огромно практическо значение. Разрушени мостове, разрушени язовири и крайбрежни съоръжения, наводнени, а понякога и напълно унищожени и отнесени села отдавна са принудили хората да обърнат голямо внимание на тези явления и да започнат да ги изучават. Не е чудно, че наблюденията на колебанията в нивата на реките се извършват от древни времена (Египет, Месопотамия, Индия, Китай и др.). Речното корабоплаване, строежът на пътища и особено железопътни линии изисквали по-точни наблюдения.
Наблюдението на колебанията в речните нива в Русия е започнало очевидно много отдавна. В хрониките, започвайки с XV в., често намираме индикации за височината на речните наводнения. Москва и Ока. Ежедневно се наблюдаваха колебанията в нивото на река Москва. Първо XIX V. вече бяха извършени ежедневни наблюдения на всички основни кейове на всички плавателни реки. От година на година броят на хидрометричните станции непрекъснато се увеличава. В предреволюционните времена в Русия имахме повече от хиляда водомерни станции. Но тези станции постигнаха специално развитие през съветските времена, което лесно се вижда от таблицата по-долу.
Пролетно наводнение. По време на пролетното топене на снега нивото на водата в реките се повишава рязко и водата, обикновено преливаща от канала, излиза от бреговете му и често наводнява заливната низина. Това явление, характерно за повечето наши реки, се нарича пролетно наводнение.
Времето на началото на наводнението зависи от климатичните условия на района, а продължителността на периода на наводнение, в допълнение, от размера на басейна, отделни части от който могат да бъдат при различни климатични условия. Така например за r. На Днепър (според наблюдения в близост до град Киев) продължителността на наводнението е от 2,5 до 3 месеца, докато за притоците на Днепър - Сула и Псел - продължителността на наводнението е само около 1,5-2 месеца .
Височината на пролетното наводнение зависи от много причини, но най-важните от тях са: 1) количеството сняг в речния басейн в началото на топенето и 2) интензивността на пролетното топене.
Степента на водонасищане на почвата в речния басейн, вечната замръзналост или размразяването на почвата, пролетните валежи и др.
Повечето големи реки в европейската част на СССР се характеризират с пролетно покачване на водата до 4 м.Въпреки това през различните години височината на пролетното наводнение е обект на много силни колебания. Така например за Волга близо до град Горки покачванията на водата достигат 10-12 м,близо до Уляновск до 14 m;за r. Днепър за 86 години наблюдения (от 1845 до 1931 г.) от 2.1 мдо 6-7 и дори 8,53 м(1931 г.).
Най-високите покачвания на водата водят до наводнения, които нанасят големи щети на населението. Пример за това е наводнението в Москва през 1908 г., когато значителна част от града и железопътната линия Москва-Курск бяха под вода на десетки километри. Редица градове на Волга (Рибинск, Ярославъл, Астрахан и др.) претърпяха много тежки наводнения в резултат на необичайно високо покачване на речните води. Волга през пролетта на 1926 г
На големите сибирски реки, поради задръстванията, повишаването на водата достига 15-20 метра или повече. И така, на реката Енисей до 16 м,и на реката Лена (близо до Булун) до 24 м.
наводнения. Освен периодично повтарящите се пролетни наводнения се наблюдават и внезапни покачвания на водата, предизвикани или от проливни дъждове, или от други причини. Тези внезапни покачвания на водата в реките, за разлика от периодично повтарящите се пролетни наводнения, се наричат наводнения.Наводненията, за разлика от наводненията, могат да се появят по всяко време на годината. В равнинните райони, където наклонът на реките е много малък, тези наводнения могат да предизвикат рязко повишаване на нивата, главно в малките реки. В планински условия наводнения има и на по-големите реки. Особено тежки наводнения се наблюдават в нашия Далечен изток, където освен планинските условия имаме внезапни продължителни валежи, даващи над 100 ммвалежи. Тук летните наводнения често придобиват характер на силни, понякога разрушителни наводнения.
Известно е, че горите оказват огромно влияние върху височината на наводненията и характера на оттока като цяло. На първо място, те осигуряват бавното топене на снега, което удължава продължителността на наводнението и намалява височината на наводнението. В допълнение, горската постеля (паднали листа, борови иглички, мъхове и др.) задържа влагата от изпарението. В резултат на това коефициентът на повърхностен отток в гората е три до четири пъти по-малък, отколкото в обработваемата земя. Следователно височината на наводнението намалява до 50%.
За да се намалят разливите и като цяло да се регулират потоците в СССР, правителството обърна специално внимание на опазването на горите в районите за хранене на реките. Резолюция (от 2/VII1936) предвижда опазването на горите по двата бряга на реките. В същото време в горните течения на реките горски ивици от 25 бр кмширина, а в долното течение 6 км.
Възможностите за по-нататъшна борба с разливите и разработване на мерки за регулиране на повърхностния отток у нас са, може да се каже, неограничени. Създаването на горски защитни пояси и резервоари регулира оттока на обширни площи. Създаването на огромна мрежа от канали и колосални резервоари допълнително подчинява потока на волята и най-голямата полза на индивида в социалистическото общество.
Ниска вода. През периода, когато реката живее почти изключително от подземни води при липса на дъждовна вода, нивото на реката е най-ниско. Този период на най-ниско ниво на водата в реката се нарича маловодие.Началото на маловодието се счита за край на спада на пролетното пълноводие, а краят на маловодието е началото на есенното покачване на нивото. Това означава, че маловодието или маловодието за голяма част от нашите реки съответства на летния период.
Замръзване на реки. Реките в страните със студен и умерен климат са покрити с лед през студения сезон. Замръзването на реките обикновено започва близо до бреговете, където течението е най-слабо. Впоследствие на повърхността на водата се появяват кристали и ледени игли, които, събирайки се в големи количества, образуват така наречената „мазнина“. С по-нататъшното охлаждане на водата в реката се появяват ледени късове, чийто брой постепенно нараства. Понякога непрекъснатият есенен ледоход продължава няколко дни, а при тихо мразовито време реката се „издига“ доста бързо, особено на завои, където се натрупват голям брой ледени късове. След като реката се покрие с лед, тя преминава към подземни води, нивото на водата често спада и ледът на реката провисва.
Ледът постепенно се удебелява, като нараства отдолу. Дебелината на ледената покривка, в зависимост от климатичните условия, може да бъде много различна: от няколко сантиметра до 0,5-1 м,и в някои случаи (в Сибир) до 1,5- 2 м.От топенето и замръзването на падналия сняг ледът може да се сгъсти отгоре.
Изходите на голям брой извори, носещи по-топла вода, в някои случаи водят до образуването на „полиния“, т.е. зона без лед.
Процесът на замръзване на реката започва с охлаждането на горния слой вода и образуването на тънки слоеве от лед, известни като свинска масВ резултат на турбулентния характер на потока водата се смесва, което води до охлаждане на цялата водна маса. В този случай температурата на водата може да бъде малко под 0° (на река Нева до -0°.04, на река Енисей -0°.1): Преохладената вода създава благоприятни условия за образуване на ледени кристали, в резултат на което в т.нар дълбок лед.Дълбокият лед, образуван на дъното, се нарича дънен лед.Дълбок лед в суспензия се нарича Шуга.Шугата може да бъде суспендирана или да изплува на повърхността.
Долният лед, който постепенно нараства, се откъсва от дъното и поради по-ниската си плътност изплува на повърхността. В същото време дънният лед, откъсвайки се от дъното, взема със себе си част от почвата (пясък, камъчета и дори камъни). Долният лед, който изплува на повърхността, се нарича още киша.
Скритата топлина от образуването на лед бързо се изразходва и речната вода остава преохладена през цялото време, чак до образуването на ледената покривка. Но след като се образува ледената покривка, загубата на топлина във въздуха до голяма степен спира и водата вече не се преохлажда. Ясно е, че образуването на ледени кристали (и следователно дълбок лед) спира.
При значителни скорости на течението образуването на ледена покривка се забавя значително, което от своя страна води до образуването на дълбок лед в огромни количества. Като пример можем да посочим т. Хангар. Тук има утайка. И. образува се дънен лед, запушващ канала чревоугодници.Запушването на речното корито води до високо покачване на водните нива. След образуването на ледена покривка процесът на образуване на дълбок лед рязко намалява и нивото на реката бързо намалява.
Образуването на ледена покривка започва от брега. Тук при по-ниска скорост на течението е по-вероятно да се образува лед (zaberegi). Но този лед често се отнася от течението и заедно с масата киша предизвиква т.нар есенен ледоход.Есенният ледоход понякога се придружава от задръствания,образуването на ледени бентове. Засядания (като задръствания с лед) могат да причинят значително покачване на водата. Задръстванията обикновено се появяват в стеснени участъци на реката, при остри завои, на рифове, а също и в близост до изкуствени съоръжения.
На големите реки, течащи на север (Об, Енисей, Лена), долните течения на реките замръзват по-рано, което допринася за образуването на особено мощни задръствания. Повишаването на водното ниво в някои случаи може да създаде условия за възникване на обратни течения в долните части на притоците.
От момента, в който се образува ледената покривка, реката навлиза в период на замръзване. От този момент нататък ледът бавно расте отдолу. Освен температурите, върху дебелината на ледената покривка голямо влияние оказва снежната покривка, която предпазва повърхността на реката от охлаждане. Средно дебелината на леда на територията на СССР достига:
Полини. Не е необичайно някои участъци от реката да не замръзват през зимата. Тези зони се наричат полини.Причините за образуването им са различни. Най-често те се наблюдават в райони с бързо течение, при изтичане на голям брой източници, на мястото на заустване на фабрична вода и др. В някои случаи такива зони се наблюдават и при излизане на река от дълбоко езеро. Така например Р. Ангара на изхода от езерото. Байкал за 15 километра, а в някои години дори 30, изобщо не замръзва (Ангара „всмуква“ по-топлата вода на езерото Байкал, която скоро не се охлажда до точката на замръзване).
Отваряне на реките. Под въздействието на пролетната слънчева светлина снегът върху леда започва да се топи, което води до образуването на лещовидни натрупвания вода върху ледената повърхност. Потоците вода, изтичащи от бреговете, увеличават топенето на леда, особено близо до брега, което води до образуване на ръбове.
Обикновено, преди да започне аутопсията, има движение на лед.В същото време ледът започва да се движи и след това спира. Моментът на движение е най-опасен за конструкциите (язовири, диги, опори на мостове). Следователно ледът в близост до конструкции се отчупва предварително. Началото на покачване на водата разбива леда, което в крайна сметка води до дрейф на леда.
Пролетният ледоход обикновено е много по-силен от есенния, което се дължи на значително по-голямо количество вода и лед. Ледените задръствания през пролетта също са по-големи, отколкото през есента. Те достигат особено големи размери в северните реки, където отварянето на реките започва от върха. Ледът, донесен от реката, се задържа в ниските части, където ледът е все още здрав. В резултат на това се образуват мощни ледени бентове, които за 2-3ч повишете нивото на водата сняколко метра. Последвалото пропадане на язовира причинява много сериозни разрушения. Нека дадем пример. Река Об се отваря близо до Барнаул в края на април, а близо до Салехард - в началото на юни. Дебелината на леда край Барнаул е около 70 см,а в долното течение на Об има около 150 бр см.Следователно задръстванията тук са доста често срещани. Когато се образуват задръствания (или както тук го наричат „задръствания“), нивото на водата се покачва с 4-5 за 1 час ми намалява също толкова бързо след пробиването на ледените язовири. Огромните потоци вода и лед могат да унищожат гори на големи площи, да разрушат брегове и да създадат нови канали. Задръстванията могат лесно да разрушат и най-здравите структури. Следователно, когато се планират структури, е необходимо да се вземат предвид местоположенията на конструкциите, особено след като задръстванията обикновено се появяват в едни и същи зони. За да се защитят конструкции или зимни места за закотвяне на речния флот, ледът в тези райони обикновено се взривява.
Покачването на водата по време на задръстванията на Об достига 8-10 м, а в долното течение на реката. Лена (близо до град Булун) - 20-24 м.
Хидроложка година. Потокът и други характерни черти на речния живот, както вече видяхме, са различни през различните периоди от годината. Сезоните в живота на реката обаче не съвпадат с обичайните календарни сезони. Така например зимният сезон за една река започва от момента, в който дъждовното хранене спре и реката премине към зимно наземно хранене. На територията на СССР този момент настъпва в северните райони през октомври, а в южните райони през декември. По този начин няма точно установен момент, подходящ за всички реки на СССР. Същото трябва да се каже и за другите сезони. От само себе си се разбира, че началото на годината в живота на реката или, както се казва, началото на хидрологичната година не може да съвпада с началото на календарната година (1 януари). За начало на хидроложката година се счита моментът, в който реката преминава към изключително подземно подхранване. За различни места на територията дори на една наша държава началото на хидроложката година не може да бъде едно и също. За повечето реки в СССР началото на хидроложката година пада в периода от 15/15.XIдо 15/ХII.
Климатична класификация на реките. Вече от казаното Ореки през различни периоди от годината, ясно е, че климатът има огромно влияние върху реките. Достатъчно е например да сравним реките на Източна Европа с реките на Западна и Южна Европа, за да забележим разликата. Нашите реки замръзват през зимата, отварят се през пролетта и дават изключително голямо покачване на водата през пролетното пълноводие. Реките на Западна Европа много рядко замръзват и почти не дават пролетни наводнения. Що се отнася до реките на Южна Европа, те изобщо не замръзват и нивата им са най-високи през зимата. Откриваме още по-рязка разлика между реките на други страни, разположени в други климатични региони. Достатъчно е да си припомним реките на мусонните райони на Азия, реките на Северна, Централна и Южна Африка, реките на Южна Америка, Австралия и др. Всичко това взето заедно даде основание на нашия климатолог Воейков да класифицира реките в зависимост от климата. условията, в които се намират. Според тази класификация (леко модифицирана по-късно), всички реки на Земята се разделят на три типа: 1) реки, захранвани почти изключително от стопена вода от сняг и лед, 2) реки, захранвани само с дъждовна вода, и 3) реки, захранвани и от двата посочени метода по-горе.
Реките от първия тип включват:
а) реки от пустини, оградени от високи планини със заснежени върхове. Примерите включват: Сирдаря, Амударя, Тарим и др.;
б) реки от полярните региони (Северен Сибир и Северна Америка), разположени главно на острови.
Реките от втория тип включват:
а) реки на Западна Европа с повече или по-малко равномерни валежи: Сена, Майн, Мозел и др.;
б) реки на средиземноморски страни със зимни наводнения: реки на Италия, Испания и др.;
в) реки на тропически страни и мусонни райони с летни наводнения: Ганг, Инд, Нил, Конго и др.
Реките от третия тип, захранвани както от стопена, така и от дъждовна вода, включват:
а) реки от източноевропейската или руската равнина, Западен Сибир, Северна Америка и други с пролетни наводнения;
б) реки, получаващи храна от високи планини, с пролетни и летни наводнения.
Има и други по-нови класификации. Сред тях си струва да се отбележи класификацията М. И. Лвович,който взе за основа същата класификация на Воейков, но за изясняване взе предвид не само качествените, но и количествените показатели на източниците на речно захранване и сезонното разпределение на потока. Така, например, той взема годишния отток и определя какъв процент от оттока се дължи на един или друг източник на енергия. Ако стойността на оттока на който и да е източник е повече от 80%, тогава на този източник се придава изключително значение; ако дебитът е от 50 до 80%, тогава е преференциален; по-малко от 50% - преобладаващо. В резултат на това той получава 38 групи речни водни режими, които са обединени в 12 типа. Тези видове са както следва:
1. Амазонски тип - почти изключително дъждовно хранене и преобладаване на есенния отток, т.е. в онези месеци, които се считат за есен в умерения пояс (Амазонка, Рио Негро, Сини Нил, Конго и др.).
2. Нигерийски тип - предимно дъждовно подхранване с преобладаване на есенния отток (Нигер, Луалаба, Нил и др.).
3. Меконгски тип - почти изключително дъждовни с преобладаване на летния отток (Меконг, горното течение на Мадейра, Мараньон, Парагвай, Парана и др.).
4. Амур - предимно дъждовно захранване с преобладаване на летния отток (Амур, Витим, горното течение на Олекма, Яна и др.).
5. Средиземноморие - изключително или предимно дъждовно подхранване и доминиране на зимния отток (Мозел, Рур, Темза, Агри в Италия, Алма в Крим и др.).
6. Одер - преобладаване на дъждовно хранене и пролетен отток (По, Тиса, Одер, Морава, Ебро, Охайо и др.).
7. Волжски - предимно снежно захранван с преобладаване на пролетния отток (Волга; Мисисипи, Москва, Дон, Урал, Тобол, Кама и др.).
8. Юкон - преобладаващо снежно захранване и доминиране на летния отток (Юкон, Кола, Атабаска, Колорадо, Вилюй, Пясина и др.).
9. Нура - преобладаване на снежно захранване и почти изключително пролетен отток (Нура, Еруслан, Бузулук, Б. Узен, Ингулец и др.).
10. Гренландия - изключително ледниково подхранване и краткотраен отток през лятото.
11. Кавказки - преобладаващо или предимно ледниково подхранване и доминиране на летния отток (Кубан, Терек, Рона, Ин, Ааре и др.).
12. Лоански - изключително или преобладаващо хранене от подпочвените води и равномерно разпределение на потока през цялата година (река Лоа в северно Чили).
Много реки, особено тези, които са дълги и имат голяма площ за хранене, може да изглеждат като отделни части в различни групи. Например реките Катун и Бия (от сливането на които се образува Об) се захранват главно от стопена вода от планински сняг и ледници с покачваща се вода през лятото. В зоната на тайгата притоците на Об се захранват от разтопен сняг и дъждовна вода с преливане през пролетта. В долното течение на Об, притоците принадлежат към реките на студената зона. Самата река Иртиш има сложен характер. Всичко това, разбира се, трябва да се вземе предвид.
- Източник-
Половинкин, А.А. Основи на общата геонаука / A.A. Половинкин.: Държавно учебно-педагогическо издателство на Министерството на образованието на РСФСР, 1958. - 482 с.
Преглеждания на публикация: 444
Скоростите на речния поток (или кинематиката на потока) се изучават подробно в курса по хидравлика. Тук ще обърнем внимание само на онези характеристики на кинематиката на потока, които е необходимо да се познават, за да се разберат основните клонове на хидрологията.
Водата в реките се движи под въздействието на гравитацията. Скоростта на течението зависи от връзката между големината на гравитационния компонент, успореден на надлъжния наклон на потока, и съпротивителната сила, която възниква в потока в резултат на триенето на движещата се маса вода между дъното и брега. . Големината на надлъжната компонента на гравитацията зависи от наклона на канала, а съпротивителната сила зависи от степента на грапавост на канала. Ако съпротивлението е равно на движещата сила, тогава движението на водата става равномерно. Ако движещата сила надвишава съпротивителната сила, движението придобива ускорение; когато съотношението на тези сили е обратно, движението се забавя. Има две категории движение на водата - ламинарно и турбулентно.
Ламинарният поток е паралелно движение на потока. Ламинарното движение се отличава със следните характеристики: 1) Всички частици на потока се движат в една обща посока, без да изпитват напречни отклонения; 2) скоростта на водния поток плавно нараства от нула на стената на канала до максимум на свободната повърхност; 3) скоростта на потока е право пропорционална на наклона на свободната повърхност и зависи от вискозитета на течността.
Турбулентното движение има следните характеристики: 1) скоростите на потока пулсират, т.е. посоката и големината на скоростта във всяка точка се колебаят през цялото време; 2) Скоростта на потока от нула на стената бързо се увеличава в тънкия долен слой; по-нататък към водната повърхност скоростта се увеличава бавно; 3) скоростта на водния поток не зависи или почти не зависи от вискозитета на течността и при липса на влияние на вискозитета е пропорционална на корен квадратен от наклона.; 4) водните частици се движат не само по течението, но и вертикално и напречно, т.е. цялата течаща маса вода се движи.
Така при турбулентно движение е установено, че при отворени течения амплитудата на пулсациите нараства от повърхността към дъното. В напречното сечение на потока амплитудата на пулсациите нараства от оста на потока към бреговете.
Поради извивката и различните форми на каналите, течението на водата в реките почти никога не е успоредно на бреговете, а водният поток се разделя на отделни така наречени вътрешни течения. Тези течения разяждат канала, пренасят продукти от ерозията (седименти) и ги отлагат в канала, което води до появата на коси, меандри, набраздявания, проходи и други подводни препятствия.
В речен поток съществуват следните вътрешни течения: 1) течение, причинено от кривината на канала; 2) поток, който възниква, когато земята се върти около оста си; 3) ротационно (вихрово) движение на водата, причинено от недостатъчно рационализиране на каналните форми.
Прави се разлика между моментна скорост и локална скорост в точка на потока. Моменталноскорост (U) (виж Фиг. 1) е скоростта в дадена точка на потока в даден момент. В правоъгълна координатна система моментната скорост има надлъжен компонент, насочен хоризонтално по надлъжната ос на потока, и вертикален компонент, насочен по вертикалната ос на потока.
При практическите изчисления, като правило, трябва да се работи със скорости на потока, осреднени във времето. Скоростта на потока в точка на потока, осреднена за достатъчно дълъг период от време, се нарича локална скорост и се дава от израза
(1) |
където е площта на графиката на пулсациите на скоростта в рамките на период от време T(Фиг. 1).
Ориз. 1. Графика на пулсациите на надлъжната компонента на скоростта на водния поток.
Разпределение на скоростта в речен поток.
Разпределението на скоростите на водния поток в речен поток е различно и зависи от вида на реката (равнинна, планинска и др.), морфометричните особености, грапавостта на руслото и наклона на водната повърхност. Въпреки цялото разнообразие, има някои общи закономерности в разпределението на скоростите по дълбочината и ширината на реката.
Нека разгледаме разпределението на надлъжните скоростина различни вертикални дълбочини. Ако начертаем стойностите на скоростта от вертикална посока и свържем краищата им с гладка линия, тогава тази линия ще представлява профил на скоростта. Фигура, ограничена от профила на скоростта, вертикалната посока и линиите на водната повърхност и дъното, се нарича скоростна диаграма (фиг. 2). Както може да се види от фигура 2, най-високата скорост (в отворен поток) обикновено се наблюдава на повърхността (U повърхност). Скоростта на дъното на потока се нарича долна скорост (U d).
Ако измерим площта на диаграмата на скоростта и я разделим на вертикалната дълбочина, получаваме стойност, наречена средна вертикална скорости се изразява с формулата
(2) |
Средната вертикална скорост на отворения поток се намира на дълбочина от повърхността, равна на приблизително 0,6 ч.
Нормалният изглед на профила на скоростта, показан на фиг. 2, в условията на естествени водни течения може да се изкриви от въздействието на различни фактори: неравности на дъното, водна растителност, вятър, ледени образувания и др.
При значителни неравности на дъното скоростта на дъното може рязко да намалее, приблизително както е показано на фиг. 3.
При вятър надолу по течението скоростта на повърхността може да се увеличи и водните нива могат леко да намалеят; при вятър срещу течението се наблюдава обратната картина (фиг. 4).
Подобно на скоростните диаграми по вертикалите, възможно е да се построи скоростна диаграма по ширината на реката (фиг. 5), например повърхностните или средните скорости по вертикалите обикновено следват контурите на дъното; мястото на най-високата скорост приблизително съвпада с положението на най-голямата дълбочина.
При наличие на ледено покритие влиянието на грапавостта на долната повърхност на леда предизвиква изместване на максималната скорост на определена дълбочина от повърхността, обикновено с (0,3-0,4)h (фиг. 6а). Ако има подледникова киша, тогава изместването надолу на максималната скорост може да бъде още по-значително, до (0,6-0,7)h (фиг. 6b).
- Молитви против блуд На кого да се молим срещу блуд в семейството
- Литературна вечер "Животът и творчеството на Марина Ивановна Цвеева" Литературна вечер, посветена на Цветаева в библиотеката
- Застрахователни компании с отнет лиценз Застрахователната компания има ли лиценз?
- Силата на амулета, направен от зъб на акула или крокодил. От какво е направена висулка с зъби?