Режим уровней воды в водотоках. Кривые связи расходов и уровней.
Уровень воды – относительное или абсолютное (в высотных отметках БС) положение поверхности воды в водном объекте. Режим уровня воды в водотоках обусловлен в основном колебаниями расходов воды, протекающих через данное сечение русла, т.е. стока воды, о котором мы говорили выше.
В гидрологических расчетах используются следующие характеристики уровня воды:
Наивысшие уровни воды за год, половодье и паводок.
Наивысшие за весенний и осенний ледоходы (опоры мостов, водозаборы и пр.)
Наинизшие за летнюю и зимнюю межень (судоходство, энергетика, водозаборы).
Связь между уровнями и расходами воды в реках характеризуют т.н. кривыми расходами воды Q(H).
Построение кривых расходов воды необходимо для определения:
- ежесуточных расходов воды по посту по небольшому числу данных наблюдений за расходами (обычно не более 20…30).
- максимальных и минимальных характеристик расходов или уровней воды.
Ледовый режим рек.
Значительное влияние на работу ГТС на территории России оказывает ледовый режим водного объекта. Поэтому его необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации. К негативным ледовым явлениям относят внутриводный лед, шугоход и ледоход.
Переохлаждение воды создает благоприятные условия для образования внутри потока кристаллов льда, которые затем объединяются в глыбы губчатой структуры. Эти образования носят название внутриводного льда.
По мере развития процесса льдообразования массы рыхлого губчатого льда, образовавшегося внутри потока, всплывают на поверхность. Всплываюший внутриводный лед образуют большие скопления льда, называемые шугой. При движении шуги по поверхности водного потока (шугоход) скопления ее, соприкасаясь с холодным воздухом, смерзаются в льдины или ледяные поля, и шугоход переходит в осенний ледоход.
Осенний ледоход иногда сопровождается зажорами — скоплением в живом сечении реки масс внутриводного льда с включением мелкобитого кристаллического льда. Зажоры преграждают путь движущейся воде, вызывая подъем уровня и затопление территории.
Большие массы льда, нагромождаясь в сужениях русла, образуют заторы.
К основным характеристикам ледового режима рек относят:
- толщину льда,
- уровни воды во время ледостав и ледоходов,
- размеры льдин при ледоходах,
- места образования полыней, заторов, зажоров, наледей.
Закономерности движения воды в реках (распределение скоростей, виды движения).
Вода двигается под действие силы тяжести. Скорость течения зависит, во-первых, от величины составляющей силы тяжести, параллельной уклону водной поверхности, и, во-вторых от величины сил сопротивления в результате внутреннего трения, трения о дно и берега.
В реках всегда имеет место развитое турбулентное движение воды.
В каждой точке потока наблюдается пульсация скоростей течения. В связи с этим скорость течения представляют в виде суммы осредненной за расчетное время скорости и пульсационной добавки. В инженерных расчетах оперируют осредненной скоростью воды. Пульсационная добавка играет роль в рассеивании примесей и транспортировки наносов.
Распределение осредненной скорости потока по вертикали (эпюры) скоростей: для свободной поверхности, ледостава, при заросшем русле. Максимальные и минимальные значения. Пограничный слой
Распределение скоростей по ширине потока. План реки в изотахах – линиях равных скоростей. Максимальная скорость наблюдается там, где отмечается минимальное тормозящее воздействие берегов и дна. Это динамическая ось потока.
Различают несколько видов движения воды в реках и каналах: установившееся, равномерное, неравномерное установившееся и неравномерное неустановившееся. С ними вы подробно ознакомитесь в курсе Гидравлики.
Установившееся – это такое движение воды, при котором в любом створе участка гидравлические параметры потока (площадь живого сечения, скорость и уклон) не изменяются во времени. Такой вид характерен для меженного периода.
Равномерное – это такое установившееся движение потока, при котором его гидравлические параметры сохраняют постоянное значение в пределах участка (ограниченный участок русла в период межени, прямолинейный). Гидрометрический створ.
Неравномерное установившееся – параметры потока неизменны во времени, но изменяются от створа к створу (русла переменной формы, участки в подпоре).
Неравномерное неустановившееся – параметры потока изменяются во времени и от створа к створу (период половодья, паводков, движение паводочной волны).