7.6. Речной сток и его составляющие

Сток в широком смысле – это главный элемент материкового звена глобального круговорота вещества и энергии. Сток включает поверхностную и подземную части. Поверхностный сток, в свою очередь, состоит из речного стока и стока льда покровных лед­ников.

Речной сток включает сток воды, сток наносов, сток растворен­ных веществ и сток теплоты.

Сток воды (водный сток) – это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды. Сток воды – один из важнейших физико-геогра­фических и геологических факторов; изучение стока воды – глав­ная задача гидрологии суши. Называть сток воды "жидким стоком" не рекомендуется.

Сток наносов – это процесс перемещения наносов в реч­ных системах и характеристика количества перемещающихся в реках наносов. Сток наносов состоит из стока взвешенных наносов (на­носов, переносимых в толще речного потока во взвешенном состо­янии) и стока влекомых наносов (наносов, переносимых потоком по речному дну во влекомом состоянии). Сток наносов называть "твердым стоком" не рекомендуется.

Сток теплоты (тепловой сток) – это процесс переноса вместе с речными водами теплоты и его количественная характе­ристика.

Очевидно, что из перечисленных четырех составляющих речно­го стока главнейшая – сток воды, без которого невозможны и другие виды стока. Сток воды – процесс, определяющий все другие виды перемещения вещества и энергии в речных системах, их движущая сила.

7.7. Движение воды в реках. Распределение скоростей течения в речном потоке

Для рек характерен турбулентный режим движения воды, и скорость течения в любой точке речного потока подвержена тур­булентным пульсациям, причем тем большим, чем больше скорость течения. Поэтому в каждой точке речного потока и в каждый момент времени местная мгновенная скорость течения – это вектор, который можно разложить на три составляющие (и_х, и_у и u_z) вдоль продольной, поперечной и вертикальной осей координат. Боль­шинство гидрометрических приборов фиксируют продольную составляющую скоро­сти (обозначим ее через и_х или просто через и).

Эти местные осредненные во времени скорости течения распре­делены в речном потоке неравномерно: наибольшие скорости на­блюдаются на поверхности потока над наиболее глубокой частью русла, наименьшие – у дна и берегов. Линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями течения, называются изотахами. Про­дольная (вдоль русла) линия наибольших скоростей течения на поверхности потока называется динамической осью потока, или стрежнем.

При наиболее закономерном распределении скоростей течения по глубине речного потока эпюра вертикального распределения скоростей имеет максимум (u_mах) на поверхности, скорость, близ­кую к средней на вертикали, – на глубине 0,6h от поверхности (h – полная глубина) и минимум (u_min), не равный нулю, – у дна (рис. 21, а).

Однако под влиянием ледяного покрова, ветра, растительности, неровностей рельефа дна и берегов это распределение скоростей нарушается (рис. 21, б–е).

Среднюю скорость течения в поперечном сечении V рассчиты­вают по известным расходу воды и площади поперечного сечения по формуле: v = Q/ω.

Рис. 21. Вертикальное распределение скоростей течения в речном потоке:

а — типичное; б — под ледяным покровом: в — под слоем внутриводного льда (шуги); г — при попутном и встречном ветре; д — при влиянии растительности; е — при влиянии неровностей дна; 1 — ледяной покров; 2 — слой шуги; W —направление ветра; u_mах — максимальная скорость течения; и — обратное течение