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

количество твердого вещества, переносимого водой через живое

•сечение реки в единицу времени.

Расход наносов измеряется в кг/с, т/с или м3/с. Обозначим расход (воды Q м3/с, тогда расход взвешенных наносов выразится в кг/с

r= p Q

или в т/с

' = 100 0 ^

где р — мутность в кг/м3.

Если расход наносов требуется вычислить в м3/с, то вес нано­

Количество наносов в некоторых реках СССР. Наибольшая мут­

тундры и таежных районов Сибири с облесенными бассейнами.

J52

В большинстве случаев величиной М можно пренебречь, тогда

Количество наносов, поступающих с 1 км2 площади водосбора,, представляет собой модуль твердого стока, который измеряется в т/км2. Если твердый сток составляет S в тоннах, то модуль твер­ дого стока

Твердый сток можно представить как слой грунта, смываемого

Определение твердого стока рек при отсутствии и недостаточ­ ности данных наблюдений. При отсутствии наблюдений средний многолетний твердый сток рек приближенно определяют по кар­ там мутности.

Согласно исследованиям Г. В. Лопатина, коэффициент вариа­ ции твердого стока C'v связан с коэффициентом вариации стока воды Cv:

Зная средний многолетний сток наносов, коэффициент вариа­ ции C'v и приняв C's = 2C'v, можно построить кривую обеспечен­ ности твердого стока.

При наличии короткого ряда наблюдений за твердым стоком и продолжительных наблюдений за стоком воды средний много­ летний твердый сток приближенно принимают пропорциональным отношению среднего многолетнего и среднего стока воды за этотже период наблюдений

153-.

где 5 и q — средний многолетний сток наносов и воды; Si и qi — ■средний сток наносов и воды за короткий период наблюдений.

Из элементов твердого стока больше всего изучен сток взве­ шенных наносов и меньше — сток донных наносов. Для определе­ ния последнего предложено много способов. Так, Б. В. Поляков на основании наблюдений главным образом на Дону и Волге ■сделал вывод, что сток донных наносов составляет 3—5% общего стока взвешенных наносов. И. И. Леви, М. А. Великанов, Г. И. П1а- -мов и многие другие предложили формулы для расчета расхода этих наносов.

Твердый сток с малых водосборов изучен очень слабо. Между тем наблюдения на больших реках не могут быть механически пе­ ренесены на малые водосборы, где условия формирования твер­ дого стока носят индивидуальный характер.

Так, из двух рядом расположенных оврагов один усиленно размывается, а русло другого задерновано и устойчиво. На этих оврагах мутность воды и твердый сток будут совершенно раз-

.личными. В одном случае поверхность бассейна подвержена вод­ ной эрозии, во втором смыва может вообще не быть или величина ■его окажется ничтожной.

Пользуясь данными наблюдений по заилению малых водоемов в Центрально-Черноземных областях СССР, К. П. Воскресенский предложил принять мутность малых водотоков по мутности круп­

На основании исследований, выполненных в Поволжье, автор предложил рассчитывать твердый сток с водосборов, суходолов

.как сумму склоновой и русловой эрозии

!^ = ^с + Н-р. (ЮО)

где буквенные индексы соответственно означают склоновый и русловый слой эрозии в микронах (мк).

Склоновая эрозия зависит от почвенного покрова, прямо про­ порциональна уклону склона и величине стока воды. Поэтому, обо­ значив через цо эрозионный коэффициент или смыв в микронах при уклоне, равном 1 %о, и при величине стока воды, равной 1 мм,

где у — норма стока в миллиметрах; / — уклон в промилле (%о)- Значения цо в зависимости от характера почвы и состояния

почвенного покрова приведены в табл. 45.

454

Т а б л и ц а 45-

Значения |Хо для разных почв

Русловая эрозия цр, помимо уклона, зависит от характера

где /р — уклон русла в %о- Для заросших устойчивых русел 6 = 0; для русел с пологими

склонами и песчаным размываемым дном 6 = 0,03; для русел с крутыми обрывистыми песчаными берегами 6 = 0,08; для сильно, размываемых русел 6 = 0,15.

Влияние речных наносов на работу гидротехнических сооруже­ ний, турбин и насосов. Гидротехнические сооружения, создавая подпоры, уменьшают скорость движения воды, что способствуетотложению наносов. Наносы 'заполняют полезную емкость водо­ хранилища, заиляют водозаборные узлы, магистральные и дери­ вационные каналы, снижая их пропускную способность. Для улав­ ливания наносов устраивают специальные сооружения — отстой­ ники, которые периодически промывают.

Регулирование русел связано с производством землечерпа­ тельных работ и устройством выправительных сооружений для поддержания судоходных глубин. При проектировании таких ме­ роприятий чрезвычайно важно учесть режим наносов.

Данные наблюдений показывают, что в дельте Амударьи про­

пускной способности русла. Уровни во время паводков повышают­ ся, затапливая земельные угодья и населенные пункты. Обвало­ вание затапливаемых территорий не давало должного эффекта. Поэтому в низовьях горных рек (Терека, Амударьи и других) с наводнениями борются методом регулирования стока воды и на­ носов в верховьях бассейнов. Вследствие снижения скорости дви­ жения воды в верхнем бьефе водохранилищ наносы выпадают и откладываются на дне, что снижает заиление в низовьях.

155

Попадая на рабочие лопатки турбин, насосов и в насадки дож­ девальных машин, крупные наносы ускоряют их истирание. В связи с этим необходимо предусмотреть мероприятия по защите ■оборудования от вредного действия наносов.

Заиление каналов и водохранилищ. Каналы гидромелиоратив­ ных систем нужно рассчитывать и проектировать так, чтобы они

.не занлялись. Крупные наносы (диаметром более 0,10—0,15 мм) необходимо задерживать в головном участке. Взвешенные наносы небольшого диаметра могут поступать по каналам на орошаемые поля. Поэтому скорость движения в каналах должна быть такой, чтобы транспортирующая способность превышала заданную мут­ ность поступающей воды.

Объем и продолжительность заиления водохранилищ можно

Объемный вес отложений в прудах при естественном их уплот­ нении ориентировочно можно принять равным 0 , 8 т/м3.

Фактически не все наносы откладываются в водохранилище. В зависимости от скорости течения воды, фракционного состава наносов устанавливается то или иное соотношение между аккуму­ ляцией и транспортировкой наносов. Подробные расчеты заиле­ ния рассматриваются в курсах гидрологических расчетов.

42. Энергия рек

Вода при движении по земной поверхности совершает работу. Энергия потока равна произведению веса стекающей воды Q т/с и высоты падения Н. Энергия расходуется на трение между ча­ стицами воды, трение воды о дно русла, удержание наносов во взвешенном состоянии, перекатывание наносов по дну и истира­ ние грунта. В устье реки энергия сводится к минимуму.

Работа в единицу времени, т. е. мощность,

или полную всей реки), и удельную километровую.

Кадастровую мощность вычисляют по формуле (105), где Q и Н принимают для данного расчетного участка.

Полная мощность реки "LN складывается из мощностей основ­

156

В опросы д л я сам опроверки

1.Что такое подвалье п побочеиь переката?

2.Что такое стрежень, фарватер или динамическая ось потока?

3.Каковы типы перекатов с точки зрения судоходства?

4.Как изменяется продольный уклон по длине реки н во времени на от­ дельных ее участках?

5.Что такое поперечная циркуляция? В каких случаях она образуется?

6.Каковы составные части твердого стока реки? В чем причина взвешива­ ния наносов и влечения их по дну?

7.Что такое мутность и каковы единицы ее измерения?

8.Как выразить соотношения между мутностью, расходом и годовым стоком взвешенных наносов?

9.Как определить сток взвешенных наносов при отсутствии наблюдений и при наличии короткого ряда наблюдений?

10.Как рассчитать твердый сток с малых водосборов (суходолов)?

11. Как определить мощность реки (кадастровую, полную и километро­ вую) ?

Лабораторно-практические занятия

Упражнение 21. Вычислить средние многолетние характери­ стики твердого стока р. Северского Донца у г. Лисичанска: 1) рас­

делить средний многолетний расход воды Q, который вычисляем по формуле (3S):

2,2-52 400

^ — 115 м3/с.

1000

Тогда

2. Средний многолетний годовой сток взвешенных наносов R_ вычисляем по формуле (92). Подставив в эту формулу значения г и Т, получим

R = 10,7 ■365 • 86,4 = 337 435 т.

3. Средний многолетний модуль твердого стока определяем по формуле (96):

157

При объемном весе -у =1,1 т/м3, согласно формуле (97), слой смываемого грунта

шенных наносов р. Сишохи у с. Сишохина Брода при наличии короткого ряда наблюдений.

Р е ш е н и е. При наличии короткого ряда наблюдений за твер­ дым стоком средний многолетний расход взвешенных наносов г

Для этого отложим на оси абсцисс средний многолетний расход воды 41,8 м3/с. Отсюда восстановим перпендикуляр к оси х до точ­ ки пересечения с прямой. Из последней точки опустим перпенди­ куляр на ось ординат. Полученная точка на оси ординат и опре­

деляет средний многолетний расход наносов: г =14,0 кг/с.

•158

Упражнение 23. Определить средний многолетний твердый сток р. Супой у с. Песчаного при отсутствии наблюдений.

Да но : площадь бассейна F = 1900 км2, координаты центра бассейна ср = 50°13/ с. ш., Я = ЗГ40' в. д.

По карте (см. рис. 71) определяем среднюю мутность р для бассейна р. Супой. Центр бассейна на карте находится в четвер­ той зоне, для которой средняя мутность колеблется в пределах 100—250 г/м3. Учитывая близость расположения до центра бас­ сейна границы третьей зоны, для которой средняя мутность со­ ставляет 50—100 г/м3, а также невозможность резкого перехода мутности от одной зоны к другой, в качестве расчетной прини­ маем

р= 150 г/м3 = 0,15 кг/м3.

Средний многолетний годовой jttok наносов в тоннах вычис­ ляем по формуле (92). Величину г определяем по формуле (90).

русло оврага сложено песком с галькой; бассейн распахан на 75%,. гидрометрические наблюдения отсутствуют.

Р е ше н и е . Задача решается двумя способами:

1 ) путем определения средней мутности по карте с внесением поправочного коэффициента (для малого водосбора);

2 ) с учетом природных особенностей водосбора.

Применяем второй способ. В этом случае твердый сток вы­ числяем по формуле (100). Необходимые значения цс и цр нахо­ дим по формулам (101) и (102). По карте изолиний (рис. 55) для

центра водосбора определяем норму весеннего стока у = 80 мм. Вводим коэффициент снижения стока на распаханных водосбо­

159

ТЕМА 10. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОР­ МАЦИИ И ПРОГНОЗЫ

43. Служба информации и прогноза

Цель и содержание гидрологических информаций и прогнозов. Отдельные отрасли народного хозяйства нуждаются в системати­ ческой или периодической информации о состоянии различных гидрологических явлений. Так, в районах орошения для водополь­ зования необходимы сведения о расходах источников орошения. Сведения об уровнях воды, о сроках прохождения максимумов па­ водков необходимы транспортным и водохозяйственным учрежде­ ниям при организации охраны мостов, гидротехнических сооруже­ ний и их эксплуатации.

Многие явления следует предвидеть заблаговременно. Макси­ мальный уровень прогнозируется для организации мер борьбы с наводнениями, нанннзшие уровни — для организации судоходства, водоснабжения, использования гидроэнергии и т. д.

Гидрологическую информацию подают наблюдательные пункты (водомерные посты, станции), которые входят в так называемую информационную сеть УГМС (Управление гидрометеорологической службы).

Гидрологические информации делятся на три группы: текущие, эпизодические и экстренные. Текущие информации и оповещения выпускаются в строго установленные сроки — ежедневно, ежеде­ кадно и т. д. Эпизодические информации подаются при наступле­ нии особых явлений в режиме реки — при ледоставе, вскрытпп рек п других, экстренные же информации — в исключительных слу­ чаях: при внезапном паводке, больших заторах льда н т. п.

Гидрологические информации выпускаются в виде ежедневных радносводок, бюллетеней, месячных, сезонных и годовых обзоров. В горных районах выпускаются декадные обзоры.

Краткосрочные и долгосрочные прогнозы. Прогнозы, или пред­ сказания того или иного режима реки, бывают краткосрочные и долгосрочные. Краткосрочные прогнозы дают за несколько дней (не более 1 0 ) до наступления какого-либо явления (например, ожи­ даемого максимального уровня); долгосрочные прогнозы — задол­ го до наступления того или иного явления. Последние делятся на предварительные (ориентировочные), качественные и количествен­ ные.

В предварительных прогнозах дают приблизительную характе­ ристику, без цифровых данных. Например, «ожидается высокое половодье» или «ожидается очень высокий максимальный уровень» и т. д. В качественных прогнозах ожидаемое явление оценивается по трехбалльной системе, причем тремя баллами оценивается очень высокое стояние уровня или большой расход реки. В состав коли­ чественных прогнозов входит числовая оценка сроков наступаю­ щего явления, его размеров и ожидаемой точности.

160

Вдореволюционные годы круг вопросов, освещаемых гидроло­ гическими прогнозами, был очень узок. Составлялись лишь прог­ нозы максимальных уровней крупных рек по кривым связи уров­ ней между водопостами. Так, например, уровни Волги в низовьях заблаговременно прогнозировались по уровню в устье Камы.

Всвязи с большим строительством в СССР возросло значение прогнозов. Больше изучен режим рек. Возросла и точность прогно­ зов, несмотря на большое разнообразие условий формирования режима разных рек на огромной территории СССР.

Для примера рассмотрим условия прогнозирования весеннего половодья рек степной и лесостепной зон. Основные факторы фор­ мирования весеннего половодья: осеннее увлажнение (играющее первостепенную роль), запасы воды в снежном покрове, сумма осадков периода снеготаяния и, наконец, состояние погоды и ин­ тенсивность снеготаяния. Уже в конце осени по сумме осенних осадков дается предварительный прогноз. После очень сухой осени вероятность формирования большого половодья мала, и на­ оборот, после многоводной осени (особенно после поздних осадков) нельзя ожидать низкого половодья. По условиям осеннего увлаж­ нения, глубине промерзания и ожидаемому термическому режиму рано весной можно дать более точный прогноз размеров стока, максимальных расходов и т. д.

Методическое и научное руководство гидропрогнозами нахо­

дится в ведении Гидрометцентра СССР, который выпускает фоно­ вые прогнозы для больших территорий. На основе фоновых прог­ нозов управления на местах составляют местные прогнозы.

ТЕМА 11. ОЗЕРА, ВОДОХРАНИЛИЩА (ПРУДЫ) И БОЛОТА

44. Классификация озер и их морфометриче­ ские элементы

Замкнутое понижение (котловина и впадина), заполненное во­ дой, поступающей в него подземным или поверхностным путем, называется о з е р о м . К озерам относятся и такие большие водо­ емы, как Каспийское и Аральское моря.

В зависимости от того, имеет ли вода связь с Мировым океа­ ном, озера бывают бессточные (Эльтон, Баскунчак, Балхаш) и сточные (Байкал, Ладожское). Из сточных озер вытекают реки: Ангара из Байкала, Нева из Ладожского озера.

По условиям питания озера бывают бесприточные, приточные и приточно-сточные. Бесприточные озера не имеют притоков, они наполняются водами паводков и пересыхают в засушливое время года. Приточные озера питаются водами впадающих в них рек;