Гідроморфологічні характеристики річок Типи річкових русел Поздовжній профіль

Гідроморфологічні характеристики річок Типи річкових русел Поздовжній профіль і поперечний профіль русла Механізм течії води в руслі Розподіл швидкостей в руслі Рівні води і їх вимірювання

Русло річки Русло - частина долини, по якій здійснюється стік води Б А - частина русла, по якій здійснюється стік води в маловодний (меженний) період, називається корінним, або меженним руслом. Б А Б - частина долини річки, яка заливається річковою водою періодично лише в періоди інтенсивного надходження води, називається заплавним руслом (заплавою річки).

Поздовжній профіль річки це графік змін відміток дна і водної поверхні вздовж русла Різниця висот двох будь-яких точок водної поверхні або дна річки по довжині річки називається падінням Величина падіння обчислюється в метрах на 1 км (м/км) або сантиметрах на 1 км (см/км). Відношення величини падіння до довжини річки на ділянці називається похилом річки І, який дорівнює І = / L. Похил може виражатися або у вигляді десяткових дробів, або в промілле (о/оо), що показує падіння в м на 1 км довжини річки

Типи поздовжніх профілів 1) пологоввігнутий, або профіль рівноваги, найбільш поширений для великих рівнинних річок; 2) прямолінійний - характерний в основному для малих річок; 3) скидовий або опуклий, що має малий похил в верхів’ї і більший в нижній течії, зустрічається рідко; 4) східчастий, утворюється за наявністю ряду проміжних базисів ерозії у вигляді озер, водосховищ тощо.

Поперечний профіль русла • Ширина русла - це віддаль між урізами води лівого та правого берегів при даному рівні води. • Поперечний профіль (переріз) русла вертикальна площина, перпендикулярна до напрямку течії. • Площа поперечного перерізу - певна площа, обмежена поверхнею води і дном річки. • Площею живого перерізу називається та частина водного перерізу, де спостерігається течія води. Площею мертвої зони називається та частина площі водного перерізу, де немає течії води. • Живий переріз характеризується: шириною річки В, м; площею о, м 2; змоченим периметром Р, м (лінія, яка проходить від урізу води одного берега до урізу води протилежного берега по дну річки), гідравлі чним радіусом К = со/Р, м; середньою глибиною річки Ноер = со/Д м.

Форми поперечних профілів а – гірських русел б – рівнинних г - заболочених Русло, яке має в поперечному перерізі два заглиблення називають подвійним

Плановий характер русла Т – тальвег (фарватер) лінія, що з’єднує точки з найбільшими глибинами вздовж річки Прямолінійне Р –плесо глибока ділянока русла R -перекат - мілка ділянка русла Звивисте

Характер розподілу глибин в руслі закономірності Фарга • • • 1. Лінія найбільших глибин за течією прагне притиснутися до вигнутого берега; пісок відкладається на протилежному березі у вигляді пляжів. 2. Найглибша частина плесу і наймілкіша частина перекату зсунуті по відношенню до точок найбільшої кривизни вниз за течією приблизно на чверть довжини плесо плюс перекат. 3. Плавній зміні кривизни відповідає плавна зміна глибин; всяка різка зміна кривизни супроводжується різкою зміною глибин. 4. Чим кривизна більша, тим більша глибина плесу. 5. Із збільшенням довжини кривої при даній її кривизні глибина спочатку зростає, а потім зменшується. Для кожної ділянки існує деяке середнє найбільш сприятливе глибинам значення довжини кривої.

Сили, які впливають на рух води у руслі Центробіжна сила Сила ваги і сила опору дна і берегів G – вага об’єму води АБВГ α - кут нахилу дна P 1 = G*cosα P 2 = G*sinα Сила Кореоліса У північній півкулі – вправо від напрямку руху; у південній – вліво. Викликає похил водної поверхні і змінює силу ваги. C=mv 2/R де: m – маса; m –швидкість; R - радіус заокруглення Виникає на звивинах русла. Призводить до криволінійного профілю поверхні русла

Рух води на плесах і перекатах

Швидкість течії річок Швидкість течії залежить від співвідношення між величиною складової сили ваги і сили опору, який виникає в потоці в результаті тертя води, що рухається, об дно і береги річки. Величина сили ваги залежить від похилу русла, сила опору - від ступеня шорсткості русла.

Класифікація течії в руслах СТІЙКА і НЕСТІЙКА (часовий критерій) Стійка: швидкість у визначеному пункті не змінюється за проміжок часу. ОДНОРІДНА, ПОСТУПОВО ЗМІННА, НЕОДНОРІДНА (просторовий критерій) Однорідна: швидкість за певний час на визначеному відрізку русла не змінюється. Поступово змінна: швидкість змінюється поступово з відстанню. ЛАМІНАРНА і ТУРБУЛЕНТНА Ламінарна: вода не перемішується, швидкість біля дна дорівнює нулю, а максимальна швидкість має місце на поверхні. Середня швидкість дорівнює половині максимальної. Турбулентна: При цьомурусі швидкості в кожній точці потоку мають пульсуючий характер, безперервно змінюючись і за величиною, і за напрямком.

Росподіл швидкостей в руслі по вертикалі Швидкості збільшуються вгору від дна спочатку дуже швидко і на деякому віддаленні від нього досягають величини, близької до середньої швидкості потоку. Далі вгору до поверхні потоку швидкість наростає повільніше і максимальне її значення знаходиться біля поверхні потоку. Крива розподілу швидкості течії по вертикалі називається годографом або епюрою швидкостей.

Розподіл швидкостей під льодом

Розподіл швидкостей у руслі На поверхні води швидкість найбільша в середній частині потоку і найменша біля берегів і дна. Картину розподілу швидкостей по живому перерізу дають ізотахи - лінії однакових швидкостей течії Із глибиною швидкість зменшується приблизно на 0, 4

Ізотахи річкового потоку: а - у відкритому руслі, б - під льодом

Плавна лінія, яка з'єднує точки на поверхні річки з найбільшою швидкістю, називається стрижнем потоку Якщо по довжині потоку з'єднати всі точки окремих живих перерізів із максимальними швидкостями плавною лінією, отримаємо динамічну вісь потоку.

Гідравлічний радіус Площа живого перерізу ω Змочений периметер Р 2/15/2000 Channel Flow. ppt 19

Рівняння Шезі (1768) У 1768 р. французький інженер Антуан Шезі за результатами досліджень руху води у каналах Парижу встановив залежність середньої швидкості води в руслі від гідравлічного радіусу, похилу водної поверхні і шорсткості русла. Коефіцієнт Шезі визначають за емпіричними формулами: Формула М. М. Павловського: де n – коефіцієнт шорсткості, який визначають за таблицею М. Ф. Срібного залежно від характеристики русла та заплави; R – гідравлічний радіус; y – показник степеня, який визначають за формулою:

Рівняння Маннінга • У 1889 р. ірландський інженер Роберт Маннінг запропонував формулу: ü V – середня швидкість течії ü n – визначений Маннінгом коефіцієнт шорcткості русла üR – гідравлічний радіус

Коефіцієнт шорсткості русла Маннінга для малих річок (ширина русла менше 30 м) Тип русла і його опис Значення n Мін. Середнє Макс. Чисті, прямі, без перекатів, порогів або глибоких плесів 0. 025 0. 033 Чисті, звивисті, з окремими плесами і відмілинами 0. 033 0. 045 0. 05 Таке ж, але з окремим камінням і водною рослинністтю. 0. 045 0. 06 Повільна течія, глибокі плеса, зарослі ділянки 0. 05 0. 07 Дуже зарослі з глибокими плесами 0. 075 0. 15 Русла з густим деревостаном і рослинністтю 0. 075 0. 15 Рівнинні річки Гірські річки, вільні від рослинності, із стрімкими берегами, прибережна рослинність затоплюється при високих рівнях води Ложе: гравій, крупна галька, невеликі валуни 0. 03 0. 04 0. 05 Ложе: галька з великими валунами 0. 04 0. 05 0. 07

Гідрометричними полавками Гідрометричним млинком поверхневими глибинними ґрунтується на реєстрації числа обертів лопатевого гвинта Гідрометричними трубками ґрунтується на реєстрації відстані, яку проходить тіло разом з водою за якийсь проміжок часу ґрунтується на реєстрації величини швидкісного напору

Рівень води в руслі Рівень води це висота поверхні води, яка відраховується відносно певної умовної постійної площини, що називається нулем графіка. 1 – рівень води; 2 – мінімальний рівень води; 3 – нуль графіка водопоста; В –ширина потоку

Водомірні пости Постійні - для вивчення режиму водного об’єкта протягом тривалого часу. Тимчасові – для проведення спеціальних спостережень на відносно короткий строк. За способом влаштування: прості, передавальні, самописні, дистанційні. Прості водомірні пости: рейкові, пальові, мішані. рейкові З похилою рейкою з вертикальною рейкою

Пальовий водомірний пост 1 – репер; 2 – рівень високих вод; 3 – рівень низьких вод

Передавальний пост: 1 – рівень високих вод; 2 – рівень низьких вод; 3 – рейка; 4 – трос із важком; 5 –барабан; 6 – схема електроконтакту

Самописні водомірні пости Схеми розташування установок самописця рівнів води: а) на річці з обривистими скельними берегами і великою амплітудою коливанння рівнів води; б) острівного типу; в) комбінована установка на річці з широким руслом і великою амплітудою коливання рівнів води; г) на притоці; д) берегового типу з підведенням води трубою; е) берегового типу з підведенням води відкритим каналом

Автоматизовані вимірювальні станції АВТОМАТИЗОВАНА ІНФОРМАЦІЙНОВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА

ВИТРАТИ ВОДИ це кількість води, що протікає через поперечний переріз потоку за одиницю часу де V сер - середня швидкість течії у потоці (м/с), ω - площа поперечного перерізу (м 2) Виміряні витрати води визначають лише середню витрату в даному гідрометричному створі за час вимірювання, яку вважають миттєвим об'ємом води через поперечний переріз у даний час. В основному в гідрології користуються середньою добовою витратою води і широко використовують поняття середньої витрати води за будь який інтервал часу (декаду, місяць, сезон, фазу гідрологічного режиму, рік, ряд років). Такі витрати води розраховують за формулою загального виду: де Q - середні добові витрати води, n - кількість діб в інтервалі часу

Методи визначення витрат води Гідрометричним створом називається поперечник через річку, на якому вимірюють витрати води і наносів.

Водний режим річок Закономірні зміни в часі стоку, швидкостей течії, рівнів води та похилів водної поверхні називаються водним режимом річки. Витрати, рівні, швидкості, похили - це елементи водного режиму.

Darcy-Weisbach equation (1840) f = Darcy-Weisbach friction factor For rock-bedded streams where d 84 = rock size larger than 84% of the rocks in a random sample

Steady-Uniform Flow: Force Balance to. P D x Сила тертя =____ Енергетична пряма P Змочений периметер = __ Сила гравітації Гідравлічна пряма b = g. A Dx sin ____ c Dx a d W cos Сила тертя W Гідравлічний радіус W sin Відношення тертя до швидкості? Турбулентність _______