МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Главное управление образования, науки и кадров
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
М. А. Жарский Г. Н. Рудковская
ГИДРАВЛИКА И ГИДРОЛОГИЯ
Часть 2. Гидрология
Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области сельского хозяйства в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 1-74 03 03 «Промышленное рыбоводство»
Горки 2007
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Главное управление образования, науки и кадров
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
М. А. Жарский Г. Н. Рудковская
ГИДРАВЛИКА И ГИДРОЛОГИЯ
Часть 2. Гидрология
Рекомендовано учебно-методическим объединением высших
учебных заведений Республики Беларусь по образованию
в области сельского хозяйства в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по специальности 1-74 03 03 «Промышленное рыбоводство»
Горки 2007
УДК 532.5 + 556.5 (075.8)
ББК 30.123 я7
Ж 34
Ж 34. Жарский М. А. Гидравлика и гидрология: учебное пособие / М. А. Жарский, Г. Н. Рудковская – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2007. 124 с.
Изложены закономерности формирования гидрологических явлений и процессов, методы расчета основных характеристик режима рек и водоемов. Описаны физические методы измерения элементов потока.
Для студентов специальности 1-74 03 03 – промышленное рыбоводство.
Рисунков 25. Таблиц 12. Библиогр. 5.
Рецензенты: А.И. КОЗЛОВ, доктор с.-х. наук, зав. кафедрой ихтиологии и рыбоводства; В.Т. ПАРАХНЕВИЧ, канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Автомобильные дороги» Белорусско-Российского государственного университета; А.И. СМОЛЯКОВ, канд. с.-х. наук, начальник агрометеостанции г. Горки ГУ «Могилевский областной центр им. О.Ю. Шмидта по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды»
УДК 532.5 + 556.5 (075.8)
ББК 30.123 я7
|
© М.А. Жарский, Г.Н. Рудковская, 2007 © Учреждение образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», 2007 |
Введение
Гидрология – это наука, изучающая гидросферу, ее свойства и протекающие в ней процессы и явления.
Гидрология тесно связана с метеорологией – наукой об атмосфере и происходящих в ней процессах, и в первую очередь с той ее частью, которая исследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы с литосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земной поверхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земной поверхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков. Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией – наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности.
Воды Земли с содержащимися в них твердыми, жидкими и газообразными веществами называются природными. Огромную часть их составляют воды океанов, меньшая часть приходится на водные объекты суши, представляющие сосредоточение природных вод на поверхности суши или в горных породах. Водные объекты суши образуются в результате выпадения атмосферных осадков, значительная часть которых формируется при испарении воды океанов и морей. Воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов, называются поверхностными. Раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды, называется гидрологией суши или континентальной гидрологией. Раздел гидрологии по изучению воды океанов и морей называют гидрологией океанов и морей или океанологией.
Гидрология грунтовых (подземных) вод называется гидрогеологией. В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействие поверхностных и подземных вод, питание рек грунтовыми водами и др. Разделы гидрогеологии, изучающие способы поиска и добычи грунтовых вод, их взаимодействие с горными породами, относят к геологии.
Основное понятие в гидрологии суши – это водный объект. Водные объекты подразделяются на водотоки и водоемы.
Водный объект, в котором вода движется в направлении уклона в углублении земной поверхности, называется водотоком. Различают постоянные (вода находится в движении в течение всего года или большей его части) и временные (движение воды происходит меньшую часть года) водотоки.
Водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием, называется водоемом. Различают естественные (природные скопления воды во впадинах) и искусственные (специально созданные скопления воды в искусственных или естественных углублениях земной поверхности) водоемы.
С понятием «водный объект» тесно связано понятие «водосбор», то есть часть земной поверхности и толща почв и горных пород, с которых вода поступает в водный объект.
Наиболее типичная форма водотоков на земле – река. Она представляет водоток значительных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло.
Естественный водоем с замедленным водообменом называется озером. Искусственный водоем, образованный водоподпорным сооружением на водотоке с целью хранения и регулирования стока воды, называется водохранилищем. Речные водохранилища сохраняют типичные черты и водотока, и водоема. Отличают их значительно меньшие скорости течения воды, чем в реках в естественном состоянии.
Различают гидрологию рек (речная гидрология, или потамология), озер (лимнология), болот (тельматология), водохранилищ, ледников (гляциология). Речная гидрология и речная гидравлика, изучающие движение воды в речных руслах и их формирование, дополняют друг друга. Речную гидравлику можно рассматривать как раздел гидрологии суши и как раздел гидравлики.
Гидрология, занимающаяся решением различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железных дорог и т. д.), называется инженерной.
Гидрометрия – это наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение и состояние жидкости, и режим водных объектов. В задачу гидрометрии входят определения: уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; скоростей и направлений течения жидкости, параметров волн; гидравлических уклонов; расходов жидкости; мутности потока; расходов наносов и пульпы; элементов термического и ледового режимов потоков. Наибольшее развитие в связи с гидротехническим строительством получила речная гидрометрия. Эффективное использование водных ресурсов и рациональная эксплуатация гидромелиоративных систем, гидротехнических сооружений и ГЭС, мостов, автомобильных и железных дорог обусловили формирование и развитие эксплуатационной гидрометрии, особенно ирригационной.
Получила развитие инженерная гидрометрия. Ее задачи: гидрометрические работы в период строительства и ввода в эксплуатацию гидротехнических сооружений и мостов; наблюдения за влиянием возводимых сооружений на гидравлические элементы потока и воздействием потока на сооружения (их состояние и сохранность подводных частей); наблюдения за деформациями естественного русла, в особенности вблизи сооружений, пропуском паводка и воздействием ледохода на сооружения; гидрометрические исследования при перекрытии русл рек и переводе потока на водосбросные сооружения. Развивается гидрометрия двухфазных потоков (пульпы, аэрированных, нестационарных потоков и др.).
Гидрометрия совершенствуется на основе гидромеханики и достижений физики. Одно из современных направлений гидрометрии – дистанционная регистрация элементов потока без нарушения его структуры.
Гидрометрические работы дают тот или иной объем характеристик потока, их особенности и степень изменчивости. Последующие гидрологические расчеты позволяют на их основе установить расчетные расходы, уровни, характеристики зимнего режима и другие элементы потока для проектируемого сооружения.