книги из ГПНТБ / Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация

Значение коэффициента а для р. Вятки, расположенной в до­ статочно изученном в гидрологическом отношении районе, прини­ маем равным единице.

Значение Ер определено по рис.'59. При С„ = 0,26, Ер = 0,51. Подставляя в формулу (67) значения а = 1,0, п = 25, Qmaxo,oi % = 6384 м3/с, вычисляем гарантийную поправку для

максимального расхода

AQ = b0yHi6384 = 65i м3/с

+25

Сучетом гарантийной поправки расчетная величина макси­ мального расхода будет:

Qmax 0,01 % = 6384 + 651 = 7035 М»/С.

Упражнение 17. При отсутствии наблюдений вычислить значе­ ние максимального расхода талых вод 1 %-ной обеспеченности

лесостепной и степной зоны Европейской территории СССР и

= 30°!2' в. д. Максимальный расход талых вод 5%-ной обеспе­

ма весеннего стока у = 130 мм, коэффициент вариации весеннего

144

стока С„ = 0,35. Приняв Cs = 2С% по приложению 2 определяем модульный коэффициент 5%-ной обеспеченности k =1,64. Отсюда весенний сток 5%-ной обеспеченности

У5 %= 1,64-130 = 213 мм.

Подставив в формулу (78) полученные значения, находим иско­ мый расход р. Межи

(бассейн Черного моря). Наблюдения отсутствуют.

Д а н о : площадь водосбора F = 222 км2. Географические коор­

( 86).

В этой формуле максимальный модуль q* 00 определяется по

ным значением п (см. рис. 64). Эта величина составляет 0,45.

145

Упражнение 20. Рассчитать максимальный расход 1%-ной обес­ печенности ливневого паводка р. Сухой Маячки. Исходные дан­

по формуле (83) предельной интенсивности стока.

Так как озер в бассейне нет, то Si = 1,0. Суточный слой осад­ ков по карте изолиний (см. рис. 16) Н\% = 140 мм.

Коэффициент паводочного стока по табл. 36 для обыкновен­

модуль стока А\% определяем в зависимости от гидроморфомет­ рических характеристик русла Фр, склонов Фск, продолжитель­ ности добегания по склонам тСк и типа кривых редукции осадков.

Подставив в формулу (84) значения отдельных величин, со­ гласно заданию, получаем

принят по табл. 38. Продолжительность склонового добегания для водосборов площадью более 10 км2 для степной зоны тСк = 30 мин (см. стр. 134). По типу кривых редукции осадков, согласно рис. 19, бассейн относится к району 4а. Для Фр = 276, тСк = 30 мин и типа

ТЕМА 9. РАБОТА РЕК И НАНОСЫ40

40. Формирование речного русла

Извилистость русла, плес, перекат. Распределение скоростей в реке определяется формами русла, очертанием его в плане. Русло равнинной реки, протекающей в аллювиальных отложениях (на­ носах реки), как это было изложено в § 15, имеет извилистую

(меандрическую) форму.

Участки с большими глубинами, или плесы, расположены в изогнутых частях русла, а более мелкие места, или п е р е к а т ы — на переходах от одного закругления к другому. Самая возвышен-

146

ная часть дна, лежащая между плесами, называется в а л о м п е р е к а т а . Отмель, расположенная на выпуклом берегу, назы­ вается в е р х н и м п о б о ч н е м переката.

Линия, соединяющая места наибольших глубин в плане, на­ зывается ф а р в а т е р о м , динамической осью, или с т р е ж ­ нем реки. Если фарватер плавно переходит из одного плеса в дру­ гой, то глубины на участках большие. Речники называют такой перекат нормальным, хорошим. Если же фарватер представляет искривленную линию, глубина на таком участке небольшая, а пе­ рекат называют сдвинутым, «дурным» (см. рис. 38).

Продольный профиль реки. В начальной стадии формирования русла происходит интенсивный размыв его вследствие большого превышения верховьев русла на водоразделе над базисом эрозии

Рис. 67. Продольный профиль реки.

/ — профиль равновесия; 2 -- начальный профиль; 3 — сбросовый профиль.

(рис. 67). Так как базис эрозии более или менее постоянен, то вна­ чале происходит формирование русла в верховьях: углубление дна, образование перепадов и уступов. Смываемые в верховьях продукты разрушения откладываются в низовьях, на участке с меньшими уклонами. С течением времени по мере формирования русла уступы и перепады исчезают, русло врезается в долину, устанавливается профиль равновесия. Этот профиль более харак­ терен для равнинных рек. Малые реки чаще всего имеют прямо­ линейный продольный профиль русла.

Для рек Карельской АССР и Кольского полуострова, берущих начало из озер этого района, характерен сбросовый профиль — с малыми уклонами в верховьях и большими в устьевой части (рис. 67, кривая 3).

На сравнительно небольших участках реки уклоны воды ме­

уровнях на реках с постоянным течением вода переливается через гребни перекатов. Большие уклоны устанавливаются на перека­ тах и меньшие на плесах (линия бб). С увеличением расхода уклон постепенно уменьшается на перекате и увеличивается на плесе (линия ов). При высоком стоянии уровня (линия гг) уклоносредняется и выравнивается как на плесах, так и на перекатах.

147

Согласно формуле Шези (28), скорость движения воды повы­ шается с увеличением уклона. Но на перекатах наибольший уклон соответствует низким уровням; в это время здесь возрастают ско­ рости, вследствие чего дно на перекатах размывается, а на пле­ сах отметка дна повышается. При высоких же уровнях происхо­ дит размыв дна плесов и наращивание перекатов.

Рис. 68. Продольным профиль дна и по­ верхности воды в разные фазы режима реки.

Поперечная циркуляция. На изгибах реки у вогнутого берега струя 1 (на рис. 69 а) отклоняется от своего .начального направ­ ления. Соседняя струя, не успевшая еще отклониться от своего основного направления, столкнувшись с прибрежной, отражается к противоположному берегу. Отраженная струя имеет меньшую

Рис. 69. Образование поперечной циркуляции.

скорость течения. Она не может противостоять напору соседних струй и опускается вниз. Так образуется придонное течение, на­

Поперечная циркуляция имеет тенденцию к винтообразному

Н. С. Лелявский, изучавший распределение струй на разных участках рек, назвал характер направления струй у вогнутого берега сходящимся, с бойным.

На перекатах характер движения струй совершенно мной. Здесь нет кривизны русла и струи разбрасываются по всему по-

148

перечному сечению потока. Такое расположение струй на перекате Н. С. Лелявский назвал в е е р о о б р а з н ы м .

В соответствии с описанной схемой движения струй происхо­ дит следующее распределение глубин в реке:

1 ) наибольшие глубины бывают у вогнутых, а отмели — у вы­ пуклых берегов;

2 ) чем круче закругление реки, тем больше глубины и резче выражены мели;

3) наибольшая глубина и наибольший выступ отмели распо­ ложены ниже (по течению) вершины кривой закругления.

Лабораторными и полевыми исследованиями М. В. Потапов показал возможность управления поперечной циркуляцией для

щитками, удается уменьшить скорости и прекратить размыв. Помимо перечисленного, на движущиеся струи воды действует

сила вращения земли вокруг своей оси. Скорость вращения всякой точки на земной поверхности равна нулю у полюсов и возрастает от полюса к экватору. Поэтому струи воды в реках, текущих в се­ верном полушарии с юга на север, смещаются из области боль­ ших скоростей в области с меньшими скоростями. Направление развивающихся при. этом сил инерции совпадает с направлением вращения земли; они толкают частицу на восток или в сторону правого берега. В реках же, текущих с севера на юц, частицы воды перемещаются в области с большими скоростями. Ускорение на­ правлено с запада на восток, а силы инерции — в противополож­ ную сторону (с востока на запад) или тоже в сторону правого берега. Этим и объясняется, что у рек, текущих в северном полу­ шарии, правый берег высокий, подмытый.

Деформация русла. Русла рек непрерывно изменяются, дефор­ мируются. Интенсивность деформации зависит от геологического строения русла и режима скоростей. Если русло сложено скаль­ ными, тр\дно размываемыми породами, то деформации практи­ чески нет. Наиболее подвижны дно и русла рек, сложенные пес­ ками.

Возможность деформаций в продольном направлении реки ограничена двумя неизменными отметками дна русла — отметкой водораздела и отметкой в месте впадения реки в озеро или в море.

На горных реках резко выражена разница уклонов на отдель­ ных участках реки. В верховьях, где скорости течения воды осо­ бенно велики, русло разрабатывается вглубь. На устьевом участке, где скорости малы, систематически откладываются наносы.

Отложение наносов на низовом участке реки в месте впадения в озеро или в мелководные участки моря приводит к образованию д е л ь т ы, т. . е. обширного пространства, занятого рукавами к островами (таковы дельты рек Волги, Дуная и др.).

149

Классификация рек по степени устойчивости русел. В зависи­ мости от степени устойчивости русла или характера происходя­ щих в нем деформаций реки делятся на пять типов.

1 . Русло сложено очень подвижными грунтами. Скорости в ре­ ке большие. Во время паводка изменяется не только глубина, но

иочертание русла в плане (например, Амударья, низовье Терека).

2.Русло сложено подвижными грунтами. Размыв и отложение наносов изменяют только глубину, но не изменяют очертание русла в плане. Положение плесов и перекатов меняется ежегодно.

3.Равнинные реки, на которых положение плесов и перека­ тов, равно как и очертание русла в плане, постоянмы. Наращи­ вание переката в паводок приблизительно равно размыву его в ме­ жень.

4.Русло реки сложено плохо размываемым крупным галечни­ ком. Так, русла Томи, Енисея и других рек изменяются незначи­

тельно.

5. Русло проходит в скальных, не поддающихся размыву поро­ дах. Деформаций в русле нет.

41. Речные наносы

Образование речных наносов и их классификация. Вода, стекая с поверхности бассейна, захватывает при своем движении части­ цы почвы или грунта. Явление смыва почвенных частиц стекаю­

и т. д. Особенно подвержены смыву малоплодородные серые лес­ ные почвы; в меньшей степени:—мощные черноземы. Смыв ослаб­ ляется, если почва защищена густым травянистым покровом и лесом, но возрастает с увеличением уклонов. Поэтому сильно раз­ мыты речные бассейны рек Северного Кавказа. Сулак, Терек и другие реки несут огромное количество наносов. Горы Черномор­

или селевыми потоками. Поверхностному смыву здесь способствует обломочный материал — продукт выветривания горных пород. Значительное количество наносов перемещается ледниками.

Продукты поверхностного смыва, попадая в реку, смешиваются ■с продуктами размыва дна и берегов русла, образуя н а н о с ы реки. Вода перемещает наносы во взвешенном состоянии или влечет их по дну. Влекомые наносы называются также дон- :н ы м и.

Удельный вес твердых частиц больше, чем удельный вес воды. Почему же тяжелые частицы могут оставаться во взвешенном со­ стоянии и не оседают на дно? Явление взвешивания твердых ча­ стиц объясняется следующим.

450

В турбулентном потоке скорость воды в каждой точке по­ стоянно меняет величину и направление. Пусть в потоке движетсятвердая частица А (рис. 70 а). Она будет поддерживаться вовзвешенном состоянии лишь в том случае, если равнодействующаявсех приложенных к ней сил направлена под некоторым углом вверх 1-гдостаточна, чтобы поддержать эту частичку. Таким обра­ зом, должна существовать подъемная сила, которая больше силы

нии. На частицу А действуют силы тяжести Р и скорости v. Под. влиянием этих двух сил частица движется в направлении равно­ действующей. Разложим равнодействующую R (рис. 70 6 ) на го­ ризонтальную Nx и вертикальную Му составляющие. Вертикальная сила Ny и поддерживает частицу А во взвешенном состоянии.

вое давление, частицы движутся по дну. при некоторой на­ чальной скорости частица, лежащая на дне, начинает вибриро­ вать и, срываясь с места, перекатывается на некоторое расстоя­ ние. Скорость, при которой начинается перемещение частиц, назы­ вается р а з м ы в а ю щ е й скоростью. Дальнейшее возрастаниескоростей приводит к массовому влечению наносов в нижнем слоепотока. Поэтому больше всего наносов в реке у дна или в при­ донном слое.

Помимо взвешенных и влекомых наносов, речная вода содер­ жит некоторое количество растворенных в ней веществ.

Мутность воды и расход наносов. Количество взвешенных нано­

151»