4) Сопряжение реки и моря при отсутствии приливов и нагонов. Кривые спада и подъема в устьях рек

Сопряжение реки и приемного водоема – продольное изменение глубин (уровней) и скоростей течения, т.е. характер кривой свободной поверхности. Есть три типа: кривая гидравлического подпора (когда ближе к морю уровень к реке повышается), кривая гидравлического спада (уровень понижается), кривая равномерного течения. Рассмотрим установившееся равномерное движение в канализационном русле: h – глубина, В – ширина. Тогда v=c*√(h*I), домножим уравнение: v*B*h=B*h* c*√(h*I). Поскольку с=h^1/6/n (формула Маннинга), то Q=B*h^5/3*√(i₀)/n, i₀ – уклон дна. Из этого уравнения выражаем h (думаю, все справятся), и из полученного уравнения выходит, что глубина в таком случае зависит от расхода воды. Нормальная гидравлическая характеристика – которая регулируется самим потоком. В условиях неразмываемого русла (для устьев рек характерно образование всех трех типов кривой свободной поверхности): 1)кривая гидравлического подпора, если h устьевого участка>h реки, ∂h/∂x>0, ∂I/∂x<0, ∂v/∂x<0; 2)кривая равномерного течения, если h устьевого участка≈h реки; 3)кривая гидравлического спада, если h устьевого участка<h реки, ∂h/∂x<0, ∂I/∂x>0, ∂v/∂x>0. Рассмотрим ситуации: 1)уровень изменяется, Q=const, hустья=f(H): Нм – уровень, при котором кривая равномерного движения; если Н>Нм – кривая подпора, если Н<Нм – кривая спада; 2)уровень стабилен, Q≠const, hустья=f(Q): Q>>Qравномерное – кривая спада, Q<<Qравномерное – кривая подпора; 3)уровень меняется, Q≠const, hустья=f(Q,Н). В условиях размываемого русла: кривые спада практически не образуются. Образуются равномерные (редко), а, в основном, кривые подпора

5.Сопряжение реки и моря при приливах. Скоростная структура потока при приливах. Метод измерения расхода воды при приливах

Приливные колебания ПК – циклически повторяющиеся подъем и последующее падения уровня воды в устьевой области, возникающие в результате приливно-отливных явлений. ПК отситываются относительно (выше и ниже) уровенной поверхности, зависящей только от расхода реки Qр вне влияния водоема и фонового уровня приемного водоема Hм. ПК имеет форму синусоиды, в которой ПВ и МВ – полная и малая вода, участки над и под СУ – линией среднего уровня; В – величина (высота) прилива, А=В/2 – амплитуда; Tпр – период прилива = Тподъема+Топускания уровня. Есть различные причины формирования приливов. 1)Солнечые приливы – представим землю, лежащую на перпендикулярной солнцу оси. Тогда будет формироваться эллипсоид солнечного прилива – уровень будет примерно одинаково подниматься в результате сил притяжения на ближайшей к солнцу стороне, а на противоположной стороне - в результате компенсирующей центробежной силы. На «боковых» сторонах в данном случае будет наблюдаться отлив. Таким образом, полный период солнечного прилива – 12 часов. Однако это только для точки, на которой солнце в зените, в реальности же для любого другого места в силу наклона оси величина подъема может сильно отличаться от раза к разу. 2)Лунные приливы – накладываются на солнечные. Луна обращается вокруг Земли со скоростью около 1 км/с за ~28 суток. Центр тяжести системы Луна-Земля находится в 0,73R от центра планеты, следовательно, Земля также несильно вращается в этой системе, и возникает аналогичный эллипсоид лунного прилива. Так как он вращается вместе с Луной, ему приходится ее «догонять», изза этого период лунного прилива – 24ч 50мин (лунные сутки). Поэтому следующая последовательность: высокая ПВ- высокая МВ – низкая ПВ – низкая МВ. Fсп=0,46*Fлп. Складывание этих сил дает являния сизигии и квадратуры. Сизигия – когда линия ЗЛС, тогда возникает максимальный прилив (~1м) на солнечной стороне. Квадратура – прямой угол ЛЗС, тогда на четверти земли, попадающей в этот угол – минимальный прилив(~0,6м). Этот цикл идет 14 дней. Возраст прилива – время запаздывания сизигий и квадратур. Вблизи берегов и с увеличением глубины величина прилива возрастает. В устьях рек приливные колебания достигают максимальных значений на земле – 18 м в эстуарии-заливе Фанди, 6 м в дельте Ганга, однако могут и не сильно превышать стандартные значения. Во время приливной фазы колебания уровня проникают беспрепятственно, во время отливной оттоку воды препятствуют мелководные участки и устьевые бары. Дальность распространения приливов в реку рассчитывается как L=Анавзморье/I, и в приливных устьях крупных рек, где в межень уклоны очень малы, может быть очень большой (>1000 км в Амазонке). Величина прилива в устье В=Во*корень из (bo/b)*корень из (ho/h), где о – показатели для входного створа. На шельфах же величина прилива весьма мала.

Возьмем участок реки от устьевого створа (точка1) до места, где на уровень влияет только Q (точка 4). Полоса между геометрическими местами МВ и ПВ (линиями, соединяющими верхние и нижние точки кривой H(x,t)) будет постепенно сужаться. При этом графики колебания H(t) будут постепенно уменьшать B, сохраняя синусоидальную форму. Однако в реальности нижние части синусоид в точках 2 и 3 оказываются как бы обрезаны, так как, как описано выше, оттоку воды мешает устьевой бар. ΔHx=Am*(cosωt-φ)*exp(-kx),где ΔHx – отклонение уровня от среднего приливного на расстоянии х, Ам- амплитуда на устьевом створе, ω-частота, t-время, φ-начальная фаза, k – декремент затухания. Коэффициент прилива – Ах/Ам.

Обратные течения происходят от устья до места, где стоковый уровень воды начинает превышать ГММВ. Так как во время отливной фазы уклоны увеличиваются, отливные течения имеют большие скорости. На глубине z Vz=Vпов*(z/h)^m,m-около ¼ в устьях и 1/6 в реках. При отливном течении по всему сечению реки положительные скорости, движение в сторону моря и распределение скоростей, как в обычном потоке. При приливном течении поначалу все так же, однако, постепенно движение в сторону моря замедляется, повышаются уровни, у дна справа (для с.ш., по силе Кориолиса) возникает обратное течение, которое со временем разрастается и может заполнять весь створ, затягивая в себя морскую воду. Затем от поверхности начинается обратный процесс. Так называемая нулевая точка – постоянно перемещающаяся точка у дна, в которой течение отсутствует – выше течение направлено в сторону моря, ниже – в сторону реки.

Метод измерения расходов воды: по скоростным вертикалям, важны: одновременность, работоспособность прибора в соленой воде, закрепленная точка, минимум 50 измерений, периоды меньше 13 часов для захвата полусуточных приливов. Для каждой точки строится график изменеий скорости по времени, затем все они разбиваются на лунные часы (1ч2мин), для каждого часа снимается скорость и графоаналитическим методом определяется расход. Наконец, по лунным часам строится график расхода воды, по нему планиметрированием определяется + и – составляющая.