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

приводит к повышению уровня по сравнению с выпуклым бере­ гом. Кроме того, под действием силы Кориолиса движущаяся масса воды отклоняется в северном полушарии вправо, а в юж­ ном — влево, что также дает перекос поверхности воды в одну

•сторону.

Уровень может повышаться у одного берега и понижаться у другого, если ветер дует поперек русла или под некоторым уг­ лом к направлению потока. У наветренного берега уровень повы­ шается, а у противоположного понижается.

Д

заставляющей частицы воды перемещаться вниз по уклону мест­ ности, и 2) силы внутреннего трения. При движении потока про­ исходит трение между отдельными частицами воды, а также меж­ ду водой и стенками русла. Силы трения оказывают сопротивле­ ние потоку и уменьшают скорость движения воды.

Гидравлические элементы по­ тока. Скорость движения воды зависит от основных гидравличе­ ских элементов русла и от уклона поверхности воды. Поперечное се­ чение потока, проведенное нор­ мально к направлению движения, называется ж и в ы м с ече н и е м

Рис. 40. Поперечное сечение русла. потока. Площадь живого сечения (АВС на рис. 40) обозначается буквой со и выражается в м2. Длина линии АВС, по которой

вода соприкасается с твердыми стенками водного сечения русла,

сечения к смоченному периметру называется г и д р а в л и ч е с к и м р а д и у с о м .

60

С к о р о с т ь д в и ж е н и я в о д ы характеризуется длиной пути, проходимого водой в единицу времени. Единица измерения скоро­ сти— м/с.

Скорости отдельных струек в русле неодинаковы; они меня­ ются в зависимости от местоположения в живом сечении и по длине русла. Следует различать скорость в точке, среднюю ско­

через данное живое сечение в единицу времени. Расход воды обо­ значается буквой Q и выражается в кубических метрах или лит­

Равномерным называется такое установившееся движение воды, при котором живое сечение в потоке и средние -скорости постоян­

С — коэффициент Шези, или скоростной коэффициент. Коэффициент С зависит от шероховатости дна и стенок рус­

ла, размеров и геометрической формы поперечного сечения. Из многих эмпирических формул для определения коэффициента С наибольшее распространение получили формулы Н. Н. Пав­ ловского и И. И. Агроскина.

61

площадь постепенно нарастает по длине реки. Различают общий бассейн всей реки и частные бассейны отдельных ее притоков.

вают отдельные замкнутые понижения,, в которые поступает часть стока общего водосбора. Такое явление характерно для многих равнинных рек Нижнего Поволжья, Целинного Края и других районов.

Водоразделы проходят по хребтам и вершинам холмов и в зависимости от размеров водосборов выявляются на гипсометри­ ческих картах или планах в горизонталях. В равнинных и боло­ тистых районах рельеф не всегда ярко выражен. Так, в Пинских болотах берут начало реки бассейна Днепра и притоки Вислы. Здесь выявить положение водораздела очень трудно. Границы бассейнов искусственно перемещаются в результате соединения

62

рис. 41 поверхностный водораздел проходит через точку а. Водо­ раздел подземного питания проходит через точку в. Подземный водосбор реки 1, видимо, значительно больше поверхностного во­ досбора этой же реки. Однако выявить подземный водосбор очень трудно.

Геометрические характеристики бассейна. К геометрическим ха­ рактеристикам бассейна относятся: площадь, густота речной сети,

шероховатости, влияющих на скорость и продолжительность добегания воды по склонам бассейна и руслу (см. п. 37).

Для определения площади водосбора на карте с горизон­ талями проводят водораздельную линию. Оконтуренную пло­ щадь фигуры определяют с помощью планиметра или палетки. Если в состав бассейна входят целые трапеции, то их площади определяют по геодезическим таблицам.

Средний уклон бассейна определяют с помощью крупномасш­

63

ро-Западе Европейской территории СССР 0,1—0,2, на Северо-Во­ стоке Европейской территории СССР 0,03—0,04 км/км2.

Среднюю длину склонов бассейна I (в километрах) можно определить по формуле

Физико-географические характеристики бассейна. Географиче­ ское положение определяется географическими координатами (широтой и долготой), между которыми располагается бассейн.

Основным фактором формирования гидрологического режима района является климат. По выражению А. И. Воейкова: «Ре­ ки — продукт климата». К климатическим показателям гидроло­ гического режима рек относятся: осадки, температура, влажность

воздуха и т. д.

Гидрологический режим рек во многом зависит от почвен­ ного покрова бассейна. Механический состав и агрегатное строе­ ние почвы оказывают влияние на динамику п интенсивность про­

подземного питания рек, химический состав воды в маловодные периоды года.

Характер растительного покрова в бассейне и его густота воз­ действуют на структурный состав почвы и ее скважность, а так­ же на шероховатость поверхности. В связи с этим создаются различные условия стока и эрозии. Поэтому изысканиями долж­ ны быть установлены площади лесов, их положение на плане, на­ личие залежных земель, севообороты на пахотных площадях и т. д.

Озера и болота аккумулируют часть стока, поэтому необхо­ димо выявлять озерность и заболоченность водосборов. Озерность и заболоченность выражаются соответствующим коэффи­ циентом, представляющим отношение площадей озер и болот к

64

питания снижается и повышается роль дождевого стока, а в вы­ сокогорных районах — ледникового. Сток талых вод р. Кубани у г. Краснодара составляет 12%, дождевой 24%. ледниковый 32% и

подземный 32 %.

Впервые классификацию рек земного шара по условиям их питания дал А. И. Воейков. Впоследствии М. И. Львович ввел количественную характеристику основных видов питания (табл. 11). Он же составил карту распространения типов рек по .источникам их питания.

19. Уровенный режим рек

Высота стояния уровня воды в реке зависит от характера и интенсивности питания. Уровень воды повышается во время сне­ готаяния или после обильных ливней и понижается, когда река

воды всегда были выше него, т. е. чтобы отсчеты от него были по­ ложительными. По графику может быть установлена высота уров­ ня воды за любой день года, наивьтсшее и наинизшее значение, а следовательно, и амплитуда колебания.

Например, максимальный уровень р. Волги у с. Тетюши в 1928 г. составил 18,00 м, а минимальный 1,85 м. Амшлитуда вы-

сражается величиной 18,00— 1,85 = 16,15 м. Зная абсолютную или условную отметку нуля графика, можно вычислить и соответст­

вующие отметки уровней воды.

Повторяемость и продолжительность стояния уровней. Режим уровней характеризуется повторяемостью (частотой) и продолжи­ тельностью (обеспеченностью) стояния. Повторяемость уровней представляет собой количество дней стояния того или иного уров­ ня за какой-либо определенный период времени (за год, половодье и т. д.). Продолжительность, или обеспеченность, представляет собой количество дней (или соответственно процентное выраже­ ние), в течение которых уровень воды был не ниже заданного. Обе

66

характеристики уровней изображаются графически в виде кривых. Для построения кривой частоты всю амплитуду колебания уров­ ней делят на равные интервалы (например, 10, 20 или 50 см). Раз­ мер интервала устанавливают в зависимости от амплитуды и за­ данной подробности разработки. Чем больше амплитуда, тем боль­

динат откладывают в середине интервала для кривой повторяе­ мости и в .конце интервала для кривой продолжительности.

Судя по этим данным, уровень 750 см над нулем графика имеет продолжительность 6 дней, или 1,65%. Иначе говоря, в течение

нулем графика. Отсюда и термин «обеспеченность», т. е. в течение этого времени на реке были обеспечены уровни не ниже 750 см.

Кривая продолжительности применяется, например, при опре­ делении продолжительности затопления. Если данная точка берега затопляется при отметке 100 см, то при более высоких отметках уровня она, безусловно, будет затоплена. Таким образом, длитель­ ность затопления при отметке 100 см (см. рис. 43 и табл. 12) со­ ставляет 280 дней, или 76,7%.

Кривые продолжительности и повторяемости необходимы для расчета отметок водозабора при водоснабжении и орошении, для расчета уровней водоприемников три осушении болот и т. д.

20. Режим расходов воды в реке

Графики уровней и расходов обычно аналогичны по своим очер­ таниям; с повышением уровня увеличивается и расход. Однако ■иногда случаются несовпадения этих режимов.

Q m 3/c

времени.

На рис. 44 показан график колебания расходов воды р. Вы­ чегды у г. Сыктывкара. Расходы здесь колеблются от 10 до 3800 м3/с. Они резко повышаются в мае, в период весеннего поло­ водья, а затем несколько раз в течение лета во время летних дож­ девых паводков.

Так как расход представляет собой количество воды, протекаю­ щей в одну секунду, то, помножив средний расход QCp (м3/с) на время t "(секунды), получим объем воды, протекающей за это вре­ мя. Тот же результат можно получить путем определения площа­ ди, заключенной внутри гидрографа, выразив масштаб абсцисс в

•секундах, а ординат — в кубических метрах. Очертания гидрогра­ фа зависят от условий питания реки и размера водосборной пло­ щади. Для малого водосбора характерен многовершинный гидро­ граф весеннего половодья (см. рис. 61 а), так как сток возрастает

68

в часы наиболее интенсивного снеготаяния днем и снижается или полностью прекращается с понижением температуры воздуха ночью. Многовершинные гидрографы характерны и для больших рек ливневых районов Дальнего Востока и Черноморского побе­ режья Кавказа.

21. Фазы режима рек

Режим рек по отдельным периодам года изменяется в зависи­ мости от хода метеорологических элементов в бассейне реки. Зи­ мой осадки накапливаются в виде снега и льда. В этот период по­ верхностное питание прекращается, расходы воды в реках умень­ шаются. Весной во время снеготаяния в бассейнах равнинных рек, а летом во время таяния снегов и ледников в бассейнах горных рек происходит резкое увеличение расходов воды. Такие отдельные периоды в жизни рек со свойственными им своеобразными, типич­ ными из года в год режимами расходов и уровней воды называют ф а з а м и . Сроки .наступления и окончания фаз не постоянны, как не постоянны сроки смены времен года. Различны ежегодные зна­ чения расходов и высоты уровней .в каждой фазе. Для каждой из них устанавливаются средние даты наступления и окончания фаз, их продолжительность, характерные уровни и расходы воды.

Хозяйственная деятельность человека может изменять харак­ терные для каждой фазы значения расходов и уровней. Регули­ рование мелких рек иногда приводит к полной ликвидации фаз в их режиме. Регулирование крупных рек, не уничтожая отдельных фаз, резко изменяет характеристики, свойственные режиму рек. Например, постройка плотин на Волге привела к увеличению рас­ ходов и уровней летом за счет накопления в водохранилищах вод весеннего половодья. Поэтому расходы весеннего периода многих лет снижены.

Немалую роль в формировании режима реки в отдельные ее фазы играют и другие хозяйственные мероприятия, проводимые в бассейне: осушение болот, вырубка или насаждение лесов, распаш­ ка земель и т. д.

В режиме рек различают следующие фазы: половодье, паво­ док, летнюю и зимнюю межень.

Половодье является ежегодно повторяющейся в один и тот же

таянием снега на равнинах, б) летним таянием снегов и ледников

ввысокогорных районах (например, на Тереке, Сулаке, Амударье

идругих горных реках половодье проходит в июне, июле, первой

половине августа), в) длительным .выпадением обильных дождей в определенный сезон года, например во время летних муссонов.

На равнинных реках при отсутствии грунтового и дождевого питания режим реки фактически ограничен одной фазой весен­ него половодья. Годовой сток формируется только за счет весен­

69