В Г Клименко - Загальна гідрологія - страница 9

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 

Багат орічні коливання водност і річок також мають переважно метео­рологічну природу. Період цих коливань - десятки років. Необхідно розрізняти природну (обумовлену лише кліматичними факторами) і антропогенну (штуч­ною зміною стоку) мінливість водності річок. Так, зміна стоку Дунаю, Волги мають природний характер, а таких річок як Дон, Дніпро та ін. має антропоген­ний характер.

Якщо водність річок змінюється одночасно в одному і тому ж напрямку, то кажуть про синхронність коливань їх стоку. Прикладом можуть бути річки півдня Європейської частини СНД (Дон, Кубань, Волга) і річки півночі цієї час­тини (Печора, Північна Двіна). Якщо не співпадає характер зміни водності у рі­зних річок, то кажуть про асинхроннст ь коливання їх стоку. Так, асинхронно змінюється стік річок Європейської частини СНД і Східного Сибіру.

Внут рішньорічні (сезонні) коливання водност і річок обумовлені сезон­ними змінами складових частин водного балансу річкового басейну. Протягом року річки, що знаходяться в різних географічних поясах, випробовують різні чергування багатоводних і маловодних періодів.Короткочасні коливання водності річок можуть бути перш за все приро­дними й обумовленими як метеорологічними факторами (зливові дощі, коли­вання температури повітря в районах поширення льодовиків), так і геологічни­ми процесами (попуск води льодовикових озер унаслідок прориву морен на рі­чках із льодовиковим живленням, загачування річок у результаті гірських обва­лів тощо).

Короткочасні коливання водності річок можуть бути обумовлені й антро­погенними факторами, до яких відносяться попуски у нижні б'єфи гідровузлів.

 

4.6.2. Фази водного режиму

 

Фази водного режиму - це характерний стан водного режиму річки, що повторюється в певні гідрологічні сезони, пов'язані зі змінами умов живлення. Основними фазами водного режиму є водопілля, межень (літня та зимова), па­водки.

Водопілля - це фаза водного режиму річки в період весняного снігота­нення, що характеризується високою водністю. За походженням водопілля мо­же бути сніговим, снігово-дощовим або дощовим. За часом настання водопілля може бути весняним - танення снігу на рівнинах та невисоких горах; весняно-літнім - танення снігу в горах; літнім - танення вічних снігів та льодовиків у горах та випадання мусонних дощів.

Різновидністю водопілля є повідь. Повідь - затоплення території водою, що часто стає стихійним лихом.

Паводок - це фаза водного режиму річки, що може багаторазово повто­рюватися в різні сезони року, характеризується інтенсивним збільшенням ви­трат і рівнів води внаслідок дощів чи сніготанення під час відлиг. За часом на­стання паводки можуть бути зимовими, літніми, осінніми та протягом усього року. Паводки поділяються на місцеві та транзитні.

Межень - це фаза водного режиму річки, що повторюється щороку в од­ні й ті самі сезони та характеризується невеликою водністю, яка створюється внаслідок зменшення живлення. В цей час річка живиться переважно підзем­ними водами. За часом настання межень на Україні буває літньою та зимовою. В зоні надмірного і достатнього зволоження річки зазвичай мають стійке ґрун­тове живлення, яке забезпечує достатньо високий стік літньої межені. Стік у та­ких річок у зимову межень менший, ніж у літню. У зоні недостатнього зволо­ження, навпаки, річки у літню межень мають менший стік, ніж у зимову ме­жень. Малі річки цієї зони в літню межень можуть навіть пересихати.

 

4.6.3. Розчленування гідрографа за видами живлення

 

Гідрограф - це хронологічний графік зміни води в певному створі водо­току.

При значній тривалості спостережень можна побудувати типовий гідрог­раф. Типовий гідрограф - гідрограф, що відображає загальні риси внутрішньо-річного розподілу витрат води в річці .
Найбільш складно визначити підземне живлення в період повені або ве­ликих паводків. В залежності від характеру взаємодії поверхневих і підземних вод, Б. В. Поляков, Б. І. Куделін, К. В. Воскресенський, М. І. Львович, О. В. Попов та інші дослідники запропонували схеми розчленування гідрографа. Найбільш загальні закономірності такі. При відсутності гідравлічного зв'язку річкових і ґрунтових вод, що характерно для гірських річок, підземне живлення в період повені або паводка повторює хід гідрографа, але в більш згладженому вигляді і з деяким запізненням максимуму в часі (рис. 6,1). При наявності пос­тійного або тимчасового гідравлічного зв'язку річкових і ґрунтових вод на під­йомі повені в результаті підпору ґрунтових вод підземне живлення зменшуєть­ся і досягає мінімуму під час найвищого рівня води в річці (рис. 6,3). При три­валому стоянні високих рівнів, що найбільш характерно для великих річок, від­бувається фільтрація річкової води в ґрунт ("від'ємне підземне живлення", рис. 6,5), а на спаді повені або на початку межені ці води повертаються до річки. Якщо не має даних про взаємозв'язок річкових і ґрунтових вод, часто для рів­нинних річок умовно приймають величину підземного живлення в період піка повені рівною нулю (рис. 6,4). Але в багатьох випадках, особливо на малих і середніх річках, межу підземного живлення на гідрографі проводять по прямій лінії, яка з'єднує точки початку і кінця повені (рис. 6,2).4.6.4. Класифікація річок за водним режимом

 

 

В. Д. Зайков поділив усі річки колишнього СРСР на три основні

групи : 1- річки з весняним водопіллям (рис. 7); П - річки з водопіллям в теплу пору року (рис. 8) і Ш - річки з паводковим режимом (рис. 9). У річок першої і другої групи щорічно спостерігаються значні витрати води, приуроче­ні, відповідно, до весни чи до теплої пори року. В останню пору року спостері­гаються межень і паводки. Для річок третьої групи характерні паводки, що ма­ють систематичний характер.

За характером весняного водопілля та іншими особливостями режиму річки першої групи поділені на п'ять типів: казахстанський, східноєвропейсь­кий, західносибірський, східносибірський і алтайський.

Річки казахстанського типу характеризуються дуже різко вираженою високою хвилею весняного водопілля, в інші пори року річки дуже маловодні, багато з них навіть пересихають. Це річки посушливих районів Казахстану, За­волжя, Туринської низовини.

Східноєвропейський тип річок характеризується високим весняним во­допіллям, низькою літньою й зимовою меженню та підвищеним осіннім стоком за рахунок дощів. Найбільш показовими прикладами річок цього типу є Волга, Дніпро, Дон.

Західносибірський тип річок відрізняється невисоким і розтягнутим вес­няним водопіллям, підвищеним літньо-осіннім стоком та низькою зимовою ме­женню. Це річки Західносибірської рівнини (Об, Іртиш).

Для річок східносибірського типу характерне високе весняне водопілля, літньо-осінні паводки і дуже низький стік у зимовий період (аж до повного пе­ремерзання річок). Це пояснюється незначною роллю ґрунтового живлення в умовах багаторічної мерзлоти. Це річки Алдан, Колима та ін.

Алтайський тип річок відрізняється невисоким і розтягнутим водопіл­лям, підвищеним літньо-осіннім і низьким стоком у зимовий період. Такий ха­рактер водопілля в основному визначається режимом танення снігу в горах і умовами стоку дощових опадів. Крім Алтаю, річки з таким режимом є на Кав­казі, в Середній Азії та на Сахаліні (річки Том, Бія).
Групу річок із водопіллям у теплу пору року поділяють на два типи: да­лекосхідний і тянь-шанський. Для річок далекосхідного типу характерне не­високе і дуже розтягнуте водопілля в теплу пору і низький стік протягом решти року. Основним джерелом живлення річок є дощові води. Багато річок узимку перемерзає. До цього типу належать річки Далекого Сходу, Східного Забайкал­ля і Яно-Індигірського району (річки Амур, Зея, Яна).

Тянь-шанський тип річок за характером водопілля частково подібний до далекосхідного, проте водопілля на них формується не дощовими, а талими во­дами високогірних снігів і льодовиків, тобто тісно пов'язане з ходом темпера­тури. Це річки Тянь-Шаню, Паміру, Великого Кавказу, Камчатки (річки Терек, Вахш, Нурек).

Серед річок із паводковим режимом виділяють три типи: причорномор­ський, кримський і північнокавказький .

Річки причорноморського типу мають паводковий режим протягом року, який зумовлений значними дощами. Це річки Закавказзя, а також карпатські притоки Дністра (річки Сочі, Кура, Черемош).

На річках кримського типу паводки спостерігаються протягом холодно­го періоду року, влітку та восени багато річок пересихають. Цей тип річок по­ширений у Криму, Ленкорані та інших районах (річки Салгир, Альма, Кача).

Річки північнокавказького типу в холодну пору року мають сталу ме­жень, а в теплу - часті паводки. До них належать водотоки східної половини північного схилу Великого Кавказу (річки Великий Зеленчук та Малий Зелен­чук, Кума).

4.7. Рівневий режим річок Рівнем води називається висота поверхні води водного об'єкта над умов­ною горизонтальною площиною; узятою для порівняння. Рівень води є важли­вим елементом водного режиму. Від його висоти залежить глибина і ширина річки, площа водного перерізу, похили, швидкості течії, витрати води тощо. Ві­домості про рівні води потрібні багатьом галузям народного господарства - во­дному транспорту та лісосплаву, енергетиці, меліорації, рибному господарству тощо.

Гідрологічний пост - пункт на водному об'єкті, обладнаний для прове­дення постійних гідрологічних спостережень. Гідрологічні пости бувають рей­кові або пальові.

Рейковий пост - гідрологічний пост, обладнаний постійною рейкою (рейками) для вимірювання рівня води. Складається рейковий пост з однієї або декількох рейок, прикріплених до опор містка чи до спеціально забитих у русло річки паль.

Палльовий пост - гідрологічний пост, обладнаний палями для вимірю­вання рівня води. У берег річки забивають ряд паль так, щоб крайні з них були на 0,5 м вище і нижче від найвищого й найнижчого рівнів води, а перевищення між головками сусідніх паль було не більше 0,8 м. Спостереження на цьому по­сті проводяться за допомогою переносної водомірної рейки.

Нулль гідрологічного пост а - умовна горизонтальна площина, взята для порівняння за нуль відліку при вимірюванні рівня води на гідрологічному пості.Рейки, палі та нуль графіка прив'язуються нівелюванням до репера гідро­логічного поста.

Відповідні рівні - це рівні води двох водомірних постів, що відповідають одній і тій же фазі режиму рівнів річки. Якщо порівняти графіки коливання рів­нів води за даними гідрологічних постів, які розташовані за течією річки згори до низу, то можна помітити подібність цих графіків. Окремим максимумам і мінімумам на графіку коливання рівнів води на верхніх постах відповідають максимуми і мінімуми на нижніх постах, але з деяким запізненням. Проміжок часу запізнення цих характерних точок на графіках називається часом добіган­ня.

 

4.8. Річковий стік 4.8.1. Складові річкового стоку

Ст ік- це переміщення води по земній поверхні , а також у товщі ґрунту та гірських породах у процесі кругообігу її у природі.

Річковий стік включає стік води, стік наносів, стік розчинених речовин і стік теплоти.

Крива, яка характеризує закономірність зменшення величини стоку вна­слідок виснаження запасів води в річковому басейні - крива виснаження сто­ку .

Багаторічні циклічні коливання стоку - це зміни величини стоку, що характеризуються чергуванням маловодних і багатоводних років .

Стік води - це одночасно і процес стікання води в річкових системах і характеристика кількості води, що стікає. Стік води - один із найважливіших фізико-географічних і геологічних факторів; вивчення стоку види - головна за­дача гідрології суші.

Стік наносів - сумарна кількість принесених річкою мінеральних і ор­ганічних речовин за проміжок часу. Вимірюється в тоннах. Так, р. Хуанхе ви­носить у море в середньому близько 1300 млн т наносів у рік, Амазонка більш 1000 млн т/рік тощо.

Стік розчинених речовин - кількість розчинених речовин, яку проно­сить річка через будь-який живий переріз за певний проміжок часу (добу, мі­сяць, рік):

Wp = T- Q M,

де :Т - 31,54-10   - кількість секунд у році; Q - середня річна витрата

3 3

води, м/с; М - середня річна мінералізація води, кг/м .

Стік тепла - це процес перенесення тепла разом із річковими водами та його кількісна характеристика.

 

4.8.2. Основні характеристики стоку

 

Характеристика річкового стоку - це кількісна оцінка величин річко­вого стоку. Кількісними оцінками величин річкового стоку є витрата води, об'єм, модуль, шар стоку.Витрат а води - це кількість води, що протікає через живий переріз за одиницю часу і може бути визначена за формулою:

Q = Усер/ СО, м3/с,

де Усер - середня швидкість течії для всього живого перерізу, м/с;

С - площа живого перерізу в м3, яка визначається промірами глибин рус­ла по поперечному створу.

Об'єм ст оку - це об'єм води, що стікає з водозбору за певний проміжок часу (рік, місяць, добу); м :

W = Q T,

де Т - кількість секунд за добу 86400, за рік 31,54 х 106 с. Модуль ст оку - це кількість води, що стікає з одиниці площі водозбору (1км2) за одиницю часу (1 с) і визначається за такою формулою:

М = Q 103 / F, л /с км2, де F - площа басейну, км2;

Q - середня витрата води, м /с;

33

10 - перевід м/с у літри. Шар ст оку - це кількість води, що стікає з водозбору за певний промі­жок часу, подана у вигляді товщини шару, рівномірно розподіленого по площі цього водозбору. Визначається за такою формулою:

у = W 103 / F 106 , мм, де 103 - перевід м у мм; 106 - перевід км2 у м2.

Коефіцієнт ст оку( п ) - це відношення величин стоку (у) до кількості опадів (х), що випали на площу водозбору та спричиняють виникнення стоку:

П = у/х.

Це безрозмірна величина і дорівнює нулю або більша за нього, але менша одиниці.

Річний стік протягом року розподіляється нерівномірно. Коливання вели­чин стоку в часі - мінливість стоку. Це залежить від ряду фізико-географічних факторів, котрі можуть змінюватися протягом року або протягом багатьох років залишатися незмінними.

Розподілення величин стоку за календарними періодами чи сезонами ро­ку - внутрішньорічний розподіл стоку.

 

4.9. Рух води в річках

 

Вода в річках рухається (тече) під дією сили ваги. У природі існує два ви­ди руху води - ламінарний і турбулентний.

Ламінарнийрух - це паралельноструменний рух. Швидкість біля дна до­рівнює нулю, а максимальна швидкість - на поверхні води. Ламінарний рух властивий переважно підземним водам.

Турбулент ний рух - це рух, у якому частки рідини, здійснюючи перемі­щення в напрямку течії всього потоку, одночасно здійснюють відхилення від нього за складними скривленими траєкторіями. У природних потоках спостері­гається майже завжди турбулентний рух. При цьому русі швидкість збільшу­ється вгору від дна спочатку дуже швидко, а далі наростає повільніше. Найбі­льша швидкість спостерігається на поверхні потоку над найбільш глибокою частиною русла, а найменша - біля берегів і дна. Лінії однакових швидкостей течії - ізот ахи (рис. 10). Поздовжня лінія (уздовж русла) найбільших швидкос­тей течії на поверхні потоку називається динамічною віссю пот оку або сст риж нем.


Крива розподілу швидкості течії по вертикалі називається годографом або епюрою швидкост ей. На розподіл швидкості по вертикалі великий вплив чинять нерівності в рельєфі дна льодовий покрив, вітер і водна рослинність.

При найбільш закономірному розподілі швидкості течії по вертикалі річ­кового потоку епюра вертикального розподілу швидкостей має максимум на поверхні, швидкість, наближену до середньої по вертикалі, - на глибині 0.6 h від поверхні і мінімум - біля дна (рис. 11).

 

 

 

 

 

Рис. 11. Вертикальний розподіл швидкості течії у річковому потоці: а - типовий, б - під льодовим покривом, в - під шаром внутріводного льоду (шуги), г - при погожому і зустрічному вітрі, д - під впливом рослинності, е -   під впливом нерівності дна; 1 - льодовий покрив, 2 - шар шуги, W - напрямок вітру, u макс - максимальна швидкість те­чії, u - зворотна течія.Середня швидкість течії у поперечному перерізі Усер (м/с) визначається за
формулою:                                       Усер
= Q/co,

де Q - витрати води, м3/с;

со - площа перерізу (м2). За відсутністю безпосередніх вимірів для обчислення середньої швидкос­ті потоку використовують формулу Шезі

Усер = С V RI або Усер = С • VHI, де R - гідравлічний радіус; Н - середня глибина потоку; І - похил водної поверхні на ділянці;

С - коефіцієнт, який залежить від шорсткості русла й величини гід­равлічного радіуса. Для його визначення можна користуватися формулою Пав­ловского:

С = RVn,

де n - коефіцієнт шорсткості;

у - показник, який залежить від R і n. Показники визначаються за таб­лицями.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 


Похожие статьи

В Г Клименко - Загальна гідрологія

В Г Клименко - Формування v студентів знань і вмінь про хімічний склад та оцінку якості поверхневих вод