11. Поздовжній і поперечний профіль

Площею поперечного перерізу називається певна площа, обме­жена поверхнею води і дном річки (рис. 3.3, б).

У межах поперечного профілю розрізняють площі водного і живого перерізу та мертвої зони. Площа водного перерізу при незамерзлій рі­чці дорівнює площі поперечного перерізу. За наявності льодового по­криву площа водного перерізу дорівнює різниці площі поперечного перерізу і площі зануреного у воду льоду. 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. За відсутності льодового покриву і мертвої зони розміри площ поперечного, водного і живого перерізів однакові.

=

Живий переріз характеризується; шириною річки В, м; площею w, м²; змоченим периметром Р, м (лінія, яка проходить від урізу води од­ного берега до урізу води протилежного берега по дну річки), гідравлі­чним радіусом R =w/Р, м; середньою глибиною річки Н_сер = w/В, м.

Елементи живого перерізу русла не постійні і змінюються зі зміною рівнів води в річці: найчастіше при підвищенні рівнів вони збільшу­ються, при зниженні - зменшуються. Проте середня глибина, при ви­ході води на заплаву (при підвищенні рівнів) може зменшуватись, тому що значно збільшується ширина потоку при менш значному збільшен­ні площі поперечного перерізу.

Поздовжній профіль річки - це графік змін відміток дна і водної поверхні вздовж русла. На горизонтальній осі графіка відкладають відстань по довжині річки (d), на вертикальній - абсолютні або умовні відмітки дна (звичайно по лінії найбільших глибин) та рівні води. Різ­ниця висот ∆h двох будь-яких точок водної поверхні або дна річки по довжині річки називається падінням. Відношення величини падіння до довжини річки на ділянці називається похилом річки І, який дорі­внює І = ∆h/сі. Величина падіння обчислюється в метрах на 1 км (м/км) або сантиметрах на 1 км (см/км).

Для характеристики крутості поздовжнього профілю річок корис­туються поняттям похилу. Похил - величина безрозмірна і записуєть­ся в частках одиниці, %о. Лінія дна на поздовжньому профілі завжди нерівна внаслідок чергування глибоких та мілких місць у руслі річки [плес і перекатів). Лінія ж поздовжнього профілю водної поверхні має порівняно плавний характер.

Залежно від похилу дна долини і порід та ґрунтів, які складають русло, похили (як і падіння) окремих річок різні (табл. 3.1). У рівнин­них районах, де річки течуть у м'яких породах, поздовжній профіль має вигляд увігнутої кривої з підвищеними похилами у верхній течії і поступовим зменшенням їх у напрямку до гирла. Для гірських річок характерні неправильні східчасті обриси поздовжніх профілів: окремі ділянки з малими похилами чергуються з ділянками крутого падіння, на яких можуть бути пороги або водоспади.

Поздовжній профіль русла з часом змінюється мало, тимчасом як для поздовжнього профілю водної поверхні характерні значні зміни, пов'язані зі змінами водного режиму.

Серед великої різноманітності поздовжніх профілів виділяються: плавно-ввігнутий, на якому відзначається зменшення похилу від витоку до гирла; прямолінійний, коли похил має майже постійне зна­чення від витоку до гирла; опуклий, для якого характерне зниження похилів у верхів'ях потоку і збільшення - в пониззі; ступінчастий - з різкими змінами похилів по довжині річки (рис. 3.4).

Поздовжній профіль будь-якого водного потоку є результатом взає­модії вод річки, порід і ґрунтів, які складають русло. Водний потік на одних ділянках розмиває русло, на інших відкладає наноси, по всій річ­ці проносить якусь кількість їх у завислому стані або пересуває по дну. Формування поздовжнього профілю річки відбувається найінтенсивніше в початковій його стадії. З часом потік, поглиблюючи і розмиваючи русло, поступово вирівнює свій поздовжній профіль. Велике значення у формуванні профілю має висотне положення базису ерозії. При підви­щенні базису ерозії розмив зменшується, при зниженні - посилюється. При сталому положенні базису ерозії встановлюється рівновага між ро­змивом русла, відкладанням наносів та перенесенням їх. У результаті утворюється порівняно сталий поздовжній профіль, який має досить правильну ввігнуту форму, - профіль рівноваги.

1 - плавно увігнутий; 2- прямолінійний; 3 - опуклий;

4 - ступінчастий; 5 - дно річки; б - водна поверхня в межень;

7 - водна поверхня під час водопілля; ∆Нм - падіння між створами А і Б у межень; ∆Нп - те ж саме, під час повені;Пл - плесо; Пр - перекат

Поздовжній профіль водної поверхні потоку не залишається пос­тійним протягом року. При збільшенні стоку води похили на плесах збільшуються, на перекатах - знижуються, при зменшенні стоку - на­впаки. Це явище можна пояснити так. Припустимо, що в якийсь пе­ріод витрати води в річці такі малі, що вода заповнює лише глибокі місця (плеса). У цей час поздовжній профіль водної поверхні матиме східчастий характер. При збільшенні витрат води і підвищенні її рівнів вода в річці почне переливатися через перекати,похили на плесах будуть малими,а на перекатах – підвищеними. При подальшому збільшенні витрат води і підвищенні її рівнів різниця в похилах на плесах і перекатах зменшується і зовсім зникає.