3. Гідрологічні та морфометричні характеристики водотоків

Під час інженерно-гідрологічних вишукуваннях вивчають гідрологічні та морфометричні характеристики ріки і руслового процесу.

До гідрологічних параметрів ріки і руслових процесів належать: рівень води, ухил, падіння, швидкість течії, витрати води, норми стоку води і наносів.

Рівнем (горизонтом) води Н називають висоту поверхні води, що відраховується від деякої умовної поверхні - так званого нуля графіка.

Рух води у водотоках відбувається нерівномірно. Він залежить від різних чинників і має турбулентний характер, внаслідок чого швидкість течії в різних точках живого перерізу неоднакова. Величина та напрямок вектора швидкості у кожній точці потоку безперервно змінюються. Вони залежать від зміни глибини вздовж русла, ступеня шорсткості дна і берегів, наявності рослинності, льодового покриву тощо, що призводить до так званої пульсації вектора швидкості. Внаслідок пульсації вектора швидкості в кожній точці потоку можна спостерігати миттєву і усереднену (місцеву) швидкість.

Миттєвою є швидкість у даний момент часу в даній точці потоку. Величина і напрям цієї швидкості безперервно змінюються. Миттєва швидкість течії в певній точці потоку, усереднена за якийсь відрізок часу, називається місцевою швидкістю. Величина цієї швидкості, порівняно з миттєвою, стійкіша, тому в гідрометричних вишукуваннях вимірюють саме її.

При всій складності зміни швидкостей течії, можна спостерігати певні закономірності при врахуванні їх розподілу за глибиною і шириною потоку. Для цього складають графік залежності швидкості від глибини, який називається епюрою швидкостей або годографом. Розподіл швидкостей у живому перерізі русла представляють побудовою плану ліній однакових швидкостей - ізотах.

Морфометричними характеристиками ріки і річкового водозбору є: її довжина, ширина і площа поперечного перерізу, змочений периметр, середня глибина, площа водозбору.

Довжина ріки відраховується від витоку до гирла вздовж лінії найбільших глибин. Ширина ріки - відстань між берегами на рівні урізу води в напрямку перпендикулярному до осі потоку. Поперечний переріз русла - це площина перпендикулярна до осі потоку й обмежена знизу та з боків дном і відкосами русла, а зверху - лінією горизонту води. Розрізняють площу живого перерізу і площу мертвих просторів, які складають сумарний поперечний переріз.

Площею живого перерізу називається частина поперечного перерізу водного потоку, де наявна течія.

4. Характеристики річкового стоку

Основним джерелом живлення рік є атмосферні опади. Залежно від виду атмосферних опадів розрізняють типи живлення рік: снігові, дощові, льодовикові. Живлення рік може здійснюватись також підземними водами. Більшість рік мають змішаний тип живлення.

В режимі стоку річок виділяють ряд характерних фаз (періодів): повінь, паводок, межень. При проектуванні інженерних споруд і їх експлуатації важливими є дані про рівні і витрати води, характерні для певних періодів стоку. До них відносяться: найвищий річний рівень, найвищий рівень весняного льодоходу, найвищі рівні літніх і осінніх повеней, найнижчі рівні літньої і зимової межені. Гідротехнічні та дорожні інженерні споруди розраховують на високі горизонти і максимальні витрати води.

Повінь - фаза найбільшої водності з тривалим періодом високих рівнів, шо повторюється щорічно і викликається розтаванням снігів або літніми дощами.

Паводок - короткочасна фаза високої водності річки і великих витрат води, яка може багаторазово повторюватись в різні сезони і спричинена випаданням дощів чи таненням снігів. Максимальні витрати паводків нерідко перевищують найбільші витрати повеней.

Межень - тривала маловодна фаза (сезон) стояння низьких (меженних) рівнів та витрат води в річці внаслідок зменшення або припинення поверхневого стоку.

Основними параметрами стоку є витрати води, об'єм стоку, модуль, шар і коефіцієнт стоку.

Витрати води, звичайно, отримують на основі вимірювань. Позаяк рівні води неперервно змінюються, то для підрахунку параметрів стоку за певний період (доба, місяць, рік) користуються середніми значеннями витрат за певний час. Найповніше уявлення про розподіл стоку за рік дає графік залежності Q=Q(t), який називається гідрографом. Гідрограф - це графік зміни витрат води в часі (за рік, за сезон). Аналіз форми залежності Q = Q(t) дає можливість кількісно оцінити характер стоку в різні періоди року і форми живлення. Типовим або нормальним вважають гідрограф, що відображає загальні риси розподілу стоку за ряд років, який розраховують шляхом усереднення їх конкретних даних за даний період.

Об'єм стоку - кількість води, що протікає через даний переріз за деякий проміжок часу (рік, сезон, місяць, декаду і т.п.)

Витрати та об'єми стоку у різних річок різні, що залежить від площі їх водозборів. Для характеристики річкового стоку з певної площі водозбору вираховують модуль стоку М, який показує кількість води, що стікає з одиниці площі водозбору за одиницю часу (в л/с, м3/с з 1 км2).