10427

20

Гидрологический год

Гидрологический год – период накопления и расходования влаги в рассматриваемом речном бассейне. Для различных районов гидрологический год различен и определяется изменением питания рек. Гидрологический год начинается с окончания поверхностного питания рек и перехода их на питание грунтовое (подземное). Для нашей страны это примерно с конца октября. Для Нижнего Новгорода несколько позже из-за тепла, которое несёт Нижегородское водохранилище, ледостав начинается с ноября. С 1400 г.

существует календарный год. С 1437 года в России существовал Новый год с 1 сентября (рождение Богородицы, ныне 8 сентября)

Горные и равнинные реки

Мы2 можем измерить скорость υ и глубину Н, посчитать скоростной напорЕ 22 . Величина Н определяет удельную энергию потенциальногоЕ потока

( П), 2 определяет удельную энергию кинетического2 потока ( К).

Река считается равнинной если Н > 2 (большие глубины, малые

скорости течения);

Река считается горной, если 2vg2 > H (малые глубины, но большие

скорости). По дну течение несёт камни, а в дождливую погоду валуны в несколько десятком и даже сотен килограммов.

Уровни воды в реках. Питание рек. Методы измерения и обработки

Водоносность реки определяется её питанием, которое в зависимости от физико-географических условий может быть дождевым, снеговым, ледниковым, подземным, озёрным и болотным. Чаще всего питание носит

21

смешанный характер с преобладанием одного из видов (в основном это зависит от климатических условий). В зависимости от питания объём воды в реке изменяется, что проявляется в колебаниях уровня. На равнинных реках, питающихся в основном талыми водами, наивысшие уровни наблюдаются весной; на реках дальнего востока – летом и осенью в период выпада тропических циклонов.

Уровень воды – высота поверхности воды от заданной точки отсчёта, определяется по рейке водомерного поста. У нас за точку отсчёта принята Балтийская система высот, внедренная еще Петром I, когда за абсолютный «0» принят верх дубовой сваи, забитый в Финском заливе у острова Котлин, в абсолютно безветренную погоду заподлицо с поверхности воды.

Через 100 лет примерно в 1820 г. при Николае I поставили чугунную сваю, а дубовую оставили как реликвию, она сохранилась и по сей день.

Этот так называемый Кронштадский футшток с абсолютным «0», и явился той точкой отсчета в высотной системе опорной сети страны, которая совершенствуется и по сей день.

Если нам говорят по радио или по телевизору, что сегодня уровень воды в Волге у Н. Новгорода составил 63,5 м. то это означает, что этот уровень выше уровня воды у Кронштадта на 63,5 м. Если в Астрахани обычные летние уровни близки к отметке (-25,0 м), то это означает, что Астрахань находится ниже уровня Финского залива, а следовательно и мирового океана на 25 м. Если говорят, что высота горной вершины, например, пик Коммунизма 7495 м, то это высота не от подножья. А от «0» графика Кронштадского футштока. И это есть абсолютные отметки.

Изменение во времени уровней и расходов воды в реках представляет собой водный режим. Графическое изображение этого изменения называют гидрографом.

- Уровни воды бывают: рабочие – уровни на момент отсчёта; проектные – уровни, от которых ведётся работы; проектные уровни – уровни от которых ведутся работы, например, строятся причалы; уровни высоких вод – уровни, от которых определяются высотные габариты мостов и т.п., чтобы их не затопляло в половодье или чтобы под ними проходили суда, рассчитываются так же верхние отметками плотин, набережных и т.д..

Водомерный пост (ВП) измеряет уровни воды в реках.

Каждый ВП имеет плоскость «0» графика, отметка которой известна. От плоскости «0» ведут все замеры, которые проводят в 8 и 20 часов:

Н= Н8 +2Н20 - среднесуточная отметка.

По результатам замеров строится график колебаний уровней воды за год – гидрограф уровней.

23

Опорная сеть гидрологических станций и водомерных постов покрывает всю страну и призвана обеспечить своими данными все отрасли народного хозяйства страны.

Для примера, только на участке р. Волги от Городца до Н. Новгорода существует 6 водомерных постов: Верхний бьеф (ВБ) Нижегородской ГЭС, НБ ННГЭС, Городец, Балахна, Сормово, Н. Новгород (в районе Чкаловской лестницы).

Наблюдения за колебаниями уровней воды производят круглый год не реже 2-х раз в сутки (в 8 и 20 ч), в период половодья чаще – до 8 раз в сутки, в исключительных случаях – постоянно. Кроме того, производятся также измерения температур воды и воздуха, толщины льда и снега на нем, фиксируют силу ветра, волнения, количество осадков, даты вскрытия и замерзания реки, продолжительность ледохода.

Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя).

Половодье – фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон, относительно длительное, значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах. Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. На юге Европы оно проходит, в среднем, а марте - апреле; на севере в апреле - июне. Продолжительность половодья для средней полосы – 2-3 месяца.

Паводок – фаза водного режима, при котором наблюдается относительно кратковременный и не регулярный подъём уровня воды, вызванный в основном дождями или кратковременным и быстрым таянием снега при оттепели. Завершается столь же быстрым спадом уровней.

Межень – фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью, а значит низкими уровнями. Меженный сток зависит от климатических условий (осадки, испарения) и главным образом от количества и характера грунтового питания.

По характеру водного режима по классификации профессора Б.Д. Зайкова реки делятся на 3 группы: 1) с весенним половодьем; 2) с половодьем в тёплую часть года; 3) с паводочным режимом.

Наиболее распространены у нас реки с весенним половодьем, для которых являются характерными следующие основные фазы водного режима: весеннее половодье, летняя межень, период небольшого осеннего подъема воды, когда идут дожди, и зимняя межень.

Реки с половодьем в теплую часть года характеризуются мощным подъемом уровня в середине лета, когда происходит интенсивное таяние снегов и ледников в горах. Например, на р. Янцзы, берущей начало на высокогорном Тибетском плато уровни в верхней части поднимаются более чем на 20 м. Картины этих наводнений частенько показывают по телевидению.

24

Реки с паводочным режимом в основном расположены на юге Европы: в Молдавии, Румынии. Италии, Франции, Испании, Португалии. Паводки обусловлены дождями, их последствия мы тоже часто видим по телевидению.

Для проведения наблюдений выбирают гидрометрический створ – створ через водоток, перпендикулярный к среднему направлению течения реки. В нём измеряются расходы реки, расходы твёрдого стока и т.д. Гидрометрический створ может быть не перпендикулярен руслу, но обязательно перпендикулярен средним скоростям. По замерам скоростей строят годографы – эпюры скоростей по глубине и в плане. По замерам местных скоростей и глубинам потока строят гидрограф стока. Гидрограф имеет свойство – площадь гидрографа определяет объем стока за год. Площадки зон 1+2 должны = 3.

Гидрограф имеет свойство: площадь гидрографа определяет объём стока за год.

Зоны питания реки:

1 – снеговое; 2 – дождевое; 3 – грунтовое.

В зависимости от питания реки существует классификация гидрографов стока по Зайкову, см. рисунки внизу:

1. Казахстанский тип гидрографа (Нижняя Волга, Астрахань; Урал, Оренбург)

K= QQmax ≥100 - высокое половодье, сухое лето, мало дождей.

2.Гидрограф Европейской реки

(Ока, Верхняя и Средняя Волга, Москва) К=20 - снеготаяние весной + дожди летом. 3. Гидрограф Западно-Сибирский (Обь, Иртыш, Урал)

К=10 - реки полноводны, половодье растянуто, таяние снегов достаточно медленное.

25

4. Гидрограф Кавказский или пилообразный (Терек)

К>1000 дождь прошел – река вздулась, несет камни, деревья; через 2 суток – река – ручей; следующий ливень и картина повторяется.

4. Последний гидрограф для нашей страны - Дальневосточный (Амур)

К=7÷8 - зимой в основном ветра дуют с материка, вода в реке невысокая, а вот летом – с моря, на материк обрушиваются тайфуны с ливнями, пик паводка выше зимнего половодья.

Рисунок - гидрографы стока по Зайкову

Зависимость Q = f(H)

Есть гидрограф стока, есть гидрограф уровня, графики похожи. Если таких зависимостей взять много, то связать их можно в графике кривой расхода. Таким образом, померив уровень воды в реке, можно определить расход в любой момент времени. Кривая расхода строится по наблюдениям.

Гидросооружения строятся на расход, превышающий максимальный, с тем, чтобы гарантировать безопасность жизни населения.

26

Для любой глубины Н можно определить Q (даже на дне реки проходит расход Q, поэтому кривая строится из нуля. Для этой кривой можно отметить Нмин (межень) и Нмах (половодье) и соответственно определить Qмин и Qмах. Но эта кривая справедлива только для летнего (открытого) русла. Зимняя кривая строится следующим образом: вводят коэффициент Кзим. Кзим = 1, если нет ледостава, Кзим = 0, если река полностью промёрзла, Кзим = 0,8 для нашей области. Зимой живое сечение меньше, но смоченный периметр больше, значит трение больше, значит, расход падает, значит, скорость снижается, поэтому зимняя кривая короткая.

Мощность рек

Поверхность речного потока непрерывно понижается даже на водохранилищах. Степень этого понижения характеризуется падением и уклоном.

Падение h – разность отметок уровней в двух точках (в начале и конце)

-обычные отметки уровней воды в меженный период у Городца 67,25 м, у Н. Новгорода 63,50 м

h=67,25-63,50=3,75 м. -у канала им. Москвы 101,0 м, у Астрахани (-25,05 м)

h=101,00-(-25,05)=126,05 м,

т.е. путешествуя по Волге на теплоходе от Н. Новгорода до Астрахани, мы, говоря по-простому, спускаемся с горы высотой 63,50-(-25,05)=88,55 м и наоборот.

27

Уклон i – отношение падения к длине участка.

Если падение и длина участка берутся в одной размерности, например

Мощность водного потока записывается

N = ρgQH = 9,81QH, кВт.

Рассмотрим рисунок и выпишем:

Q1, Q2, Q3, Q4

Каждый участок характеризуется своим уклоном:

Можем получить мощность:

N1, N2, N3, N4

Какую мощность с реки я могу взять?

N1, N1+N2, N1+N2+N3, N1+N2+N3+N4

Используя полученные значения, можно построить график – кадастровый график мощности реки N = f(h). График показывает самое выгодное место для создания ГЭС.

В устье и у истока нет ГЭС, а если и есть, то маломощные.

28

Долина и пойма реки

Морфометрические характеристики рек.

К морфометрическим характеристикам относятся: длина реки, коэффициент извилистости, густота речной сети.

Длина – расстояние по реке от устья до истока. На карте длину реки измеряют курвиметром.

Степень извилистости реки определяется коэффициентом извилистости

– отношение длины реки к длине прямой линии.

Густота речной сети определяет условия стока атмосферных осадков, питание грунтовыми водами и представляет собой длину речной сети, приходящуюся на 1 квадратный километр площади какой-либо территории. Для речных бассейнов густота речной сети определяется как отношение суммы длин всех водотоков к площади бассейна реки.

Долина реки – пониженная часть земной поверхности, где протекает

река.

Русло реки – выработанное потоком ложе, по которому течет река в межень.

Коренные берега – участки земной поверхности, ограничивающие долину с боков.

Террасы – относительно горизонтальные площадки на склонах долины. Например, летняя концертная площадка, на Откосе рядом с Чкаловской лестницей, расположена на террасе.

Пойма – часть речной долины, сложенная наносами и затопляемая в половодье. Кстати, г. Бор расположен в пойме, ширина которой в этом районе примерно 10 км. В Астрахани ширина поймы достигает 100 км. К слову сказать, поймы рек всегда славились обильными сенокосами,

29

ягодниками, озерами, полными рыбы. В плане русла имеют извилистую форму, эти извилины называют меандрами.

Фарватер – наиболее глубокая часть русла реки (не путать с судовым

ходом, это нечто другое: с/х – характеризуется габаритами: глубина×ширина, а ф. – линия наибольших глубин).

Урез – линия пересечения поверхности воды с берегом.

Заплесток – узкая полоса отлогого берега, смачиваемая при волнении.

Помните, у Репина в картине «Бурлаки на Волге» бурлацкая ватага, тяжело ступая по заплестку, тянет груженую баржу?

Перекат – затруднительный для судоходства участок реки с мелями и песками.

Плес – глубоководный участок реки.

Статические методы исследования и расчёта стока Речной сток

Сток – процесс стекания осадков рек по поверхности и из грунтов. Замыкающий створ - нижний створ на реке, ограничивающий

рассматриваемый бассейн. У замыкающего створа гидрометрическими методами определяется речной сток.

Речной сток – процесс протекания воды в реках, в том числе и количество воды, которое можно получить от реки за какой либо промежуток времени,обычно за год.

Основными компонентами водного баланса в речных бассейнах являются х, у, z (осадки, сток, испарения).

Характеристики речного стока

Сток в зависимости отрешаемой задачи может выражаться в виде:

•расхода воды Q (м3/с) – объем воды, протекающий через живое сечение потока за ед. времени Q= WT ;

•объема стока W (м3, км3) – объем воды, стекающей с водосбора за какойлибо интервал времени (больше секунды) W=Q·T, обязательно указывается за какой период (месяц, год);

•модуля стока М (с кмл 2 ) – количество воды, стекающей с единицы

площади водосбора в единицу времени. М=1000F Q , F – площадь водосбора. Эта характеристика широко используется в гидрологии и удобна для сравнения удельной водоносности водосборов рек. Напр., для

Москвы годовой модуль стока равен 6, Хабаровска – 8, Батуми – 50 л/(с км2);