4.8 Механізм течії річок. Розподіл швидкості течії води в річках та її екологічна роль

Розподіл швидкостей течії води в річному потоці залежить від морфологічний особливостей та шорсткості русла, уклону водної поверхні потоку. Розглянемо розподіл швидкостей по глибині потоку. Графік розподілу швидкостей по глибині потоку (від поверхні води до дна) називається епюрою швидкостей або годографом (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 - Епюри швидкостей течії

При відкритому руслі найбільша швидкість спостерігається на поверхні потоку, а найменша – біля дна. Це зумовлюється тим, що сила тертя між шарами води та повітря значно менша, ніж сила тертя між шаром води та дном. Якщо виміряти площу епюри швидкостей і поділити її на глибину вертикалі, то одержимо середню швидкість на вертикалі (u_в). Середня швидкість на вертикалі виражається залежністю

u_в = (4.11)

Середня швидкість на вертикалі знаходиться близько 0,6h від поверхні води.

а) на вертикалі; б) на вертикалі біля перешкоди; в) на вертикалі при льодовому покриві (1) і при шузі (2); г) на вертикалі від плеса до перекату; д) поверхневих швидкостей по ширині річки

При наявності льодового покриву найбільша швидкість переважно буває на 0,3-0,4 глибини від поверхні води, а коли крім льоду є ще й шуга, то максимальна швидкість буде на (0,6÷0,7)h від поверхні води (рис. 4.17). Розподіл швидкостей (поверхневих або середніх на вертикалі) по ширині річки називають епюрою швидкостей по ширині річки. Розподіл швидкостей по живому перерізу річки можна зобразити у вигляді ізотах – лініях рівних швидкостей (рис. 4.12).

Рисунок 4.12 - Ізотахи у відкритому руслі (а) і під льодовим покривом (б)

При відкритому руслі ізотахи мають вигляд незамкнутих ліній. Найбільші швидкості мають місце на поверхні по середині потоку.

При наближенні до берегів та дна швидкості зменшуються. При наявності льодового покриву частина ізотах замкнена, а найбільша

швидкість знаходиться ближче до середини потоку.

4.9 Річковий стік та його складові

4.9.1 Поняття про стік води, наносів, розчинених речовин, тепла

Стік - це переміщення води по земній поверхні , а також у товщі ґрунту та гірських породах у процесі кругообігу її у природі.

Річковий стік включає стік води, стік наносів, стік розчинених речовин і стік теплоти.

Крива, яка характеризує закономірність зменшення величини стоку внаслідок виснаження запасів води в річковому басейні - крива виснаження стоку. Багаторічні циклічні коливання стоку - це зміни величини стоку, що характеризуються чергуванням маловодних і багатоводних років .

Стік води - це одночасно і процес стікання води в річкових системах і характеристика кількості води, що стікає. Стік води - один із найважливіших фізико-географічних і геологічних факторів; вивчення стоку види - головна задача гідрології суші.

Стік наносів - сумарна кількість принесених річкою мінеральних і органічних речовин за проміжок часу. Вимірюється в тоннах. Так, р. Хуанхе виносить у море в середньому близько 1300 млн т наносів у рік, Амазонка більш 1000 млн т/рік тощо.

Стік розчинених речовин - кількість розчинених речовин, яку проносить річка через будь-який живий переріз за певний проміжок часу (добу, місяць, рік):

W_p = T· Q · M, (4.12)

де: Т - 31,54·10⁶ - кількість секунд у році;

Q - середня річна витрата води, м/с;

М - середня річна мінералізація води, кг/м³.

Стік тепла - це процес перенесення тепла разом із річковими водами та його кількісна характеристика.