Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы гидрологии. Учебное пособие для СПО
.pdf
r
x
Δ
N
в объем пространства, ограниченного некоторой произвольной поверхностью, за вычетом воды, вышедшей наружу, должно равняться
увеличению (или уменьшению) количества воды внутри данного объема. На основе метода водного баланса можно установить возможные
ошибки измерений и путем анализа их устранить, оценить точность
наших выводов [4]. Этот метод позволяет косвенным путем определить по
разности между изученными величинами один из компонентов баланса (сток, осадки, испарение). Метод получил весьма широкое распространение в гидрологии и обеспечил решение многих
теоретических и практических задач.
Бассейн реки – это часть земной поверхности, включая толщу
почвогрунтов, из которой река или речная система получает питание.
Для примера возьмем возможный бассейн
реки (рис. 2), а также
разрез данного бассейна (рис. 3) и рассмотрим приходную и расходную части водного баланса для замыкающего створа.
В соответствии с принятыми обозначениями уравнение водного
баланса данного речного бассейна для произвольного промежутка
времени (сезона, года) будет следующим:
zyqc
±++=++
,u
(4)
где uΔ – накопление или расходование влаги на водосборе.
В годы с избытком осадков величина
uΔ положительная, в засуш-
ливые годы – отрицательная.
Левая часть уравнения (4) характеризует приходную часть водного баланса, правая – расходную. При изучении водного баланса за
значительное число лет N, куда входят и годы с избытком влаги, и за-
сушливые годы, можно считать, что в пределе величина
uΔ будет
стремиться к нулю:
N
Δ
u
1
=Δ
u
→
.
0
11
x
z
g
r
r
x
Рис. 2. План бассейна реки (поверхностный и подземный водосборы
не совпадают)
Рис. 3. Разрез бассейна реки:
– осадки; c – конденсация водяных паров на поверхности водосбора;
– испарение с поверхности бассейна; y – речной сток;
– приток подземных вод из соседнего бассейна;
– подземный отток воды
Следует отметить, что из семи членов уравнения (4) только два
могут быть измерены непосредственно – осадки х и сток у, а остальные, как правило, определяются приближенно. Если учесть, что величины
c , q и
невелики по сравнению с
, y и r, то, пренебрегая по-
грешностями, связанными с недоучетом этих величин, уравнение
водного баланса примет вид:
.
zyx +=
NNN
(5)
Индекс N обозначает среднюю многолетнюю величину за длительный период наблюдений или норму:
12
N
N
N
N
x
1
=
x
N
=
y
N
N
1
=
z
N
– норма осадков;
N
y
1
– норма стока;
z
– норма испарения.
В качестве примера можно привести водный баланс бассейна р.
Волги в створе у г. Самары за многолетний период: осадки –
3
836 км
ние – 593 км
/год (685 мм/год); сток рек – 243 км3/год (199 мм/год); испаре-
3
/год (486 мм/год).
Применительно к бессточному бассейну уравнение водного баланса за многолетний период примет следующий простой вид:
..
zx =
NN
Для бессточного бассейна осадки за многолетний период равны
испарению.
(6)
13
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕКАХ
В Российской Федерации насчитывается более 2,5 млн рек длиной
более одного километра (с учетом временных водотоков и ручьев).
Река – это естественный водный поток, текущий на поверхности
суши в русле, разработанном этим потоком, и питающийся атмосферными осадками со своего водосбора.
Река, впадающая непосредственно в море или бессточное озеро,
называется главной. Реки, впадающие
в главную реку, называются
притоками первого порядка. Затем следуют притоки второго, третьего и т. д. порядка [2, 4, 11, 12].
Совокупность всех рек, впадающих в главную реку, называется
речной системой (речная система р. Волги состоит из 151 000 рек
и ручьев, общей протяженностью 574 000 км).
Место начала реки называется истоком. Истоком реки могут быть:
родник, озеро (
р. Волхов вытекает из оз. Ильмень, р. Свирь – из
Онежского озера и т. д.), слияние двух рек (слияние р. Вычегды и р.
Сухоны дает начало р. Северной Двине), болото, ледник.
Устьем реки называется место впадения реки в море, озеро или
реку высшего порядка. Если река вливается в море несколькими рукавами, то устьевая часть ее называется дельтой
Δ ). Таково устье р. Волги, в дельте которой насчитывается до 280 ру-
(от греческой буквы
кавов, «ериков», проток общей протяженностью 4830 км.
Исток и устье реки при измерении ее длины определяются по карте. Если река образуется слиянием двух рек без названия, то за исток
принимается исток реки большей длины [2, 3]. Если сливаются две
реки с самостоятельными
названиями, то за исток образовавшейся
реки принимается место слияния этих рек. Если река впадает в море
или озеро двумя рукавами, то за ее устье принимается устье более
крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. В среднеазиатских республиках зачастую реки окан-
14
м
L
L
м
чиваются оросительным веером каналов. В этом случае за устье принимается место разветвления реки на каналы.
В каждой реке различают верхнее (верховье), среднее и нижнее
течения (низовье). Это деление в значительной мере условное, основанное на учете морфометрических признаков (ширина, глубина), или
учете уклона водной поверхности, скорости течения, расходов воды и
других характеристик потока. Например, р. Волгу обычно делят так:
Верхняя Волга – от истока до впадения р. Оки, Средняя Волга – от
впадения р. Оки до устья р. Камы, Нижняя Волга – от впадения
р. Камы до устья.
Длину реки можно измерить циркулем или курвиметром по карте
масштаба 1:50000 или 1:100000. При измерении циркулем длина
реки
определяется по формуле:
,aк
где
⋅⋅=
– вычисленная длина в км;
среднее из двух измерений количество отложений раствора
–
(7)
циркуля;
к
поправочный коэффициент на извилистость, определяемый по
–
специальной таблице, составленной на основании разработанных Государственным гидрологическим институтом образцов извилистости
рек;
раствор циркуля, зависящий от масштаба карты (при масшта-
a
–
бе 1:50000 и 1:100000 при растворе циркуля 2 мм величина обычно
принимается соответственно 0,1 и 0,2 км).
2.1. Бассейн реки
Как упоминалось во второй главе, бассейном реки называется территория земной поверхности, включающая толщи почвогрунтов, откуда данная система (или река) получает водное питание. Бассейн
каждой реки включает поверхностный и подземный водосборы [3, 4].
Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, ограниченный линией водораздела (линией, соединяющей
15
повышенные места земной поверхности, разграничивающие сток соседних водосборов), с которой вода поступает в данную речную систему или реку. Подземный водосбор – это часть толщи почвогрунтов,
из которых вода поступает в речную сеть. Поверхностный водосбор
зачастую не совпадает с подземным.
К основным характеристикам каждого речного бассейна относятся
геометрические и физико-географические
его характеристики.
К геометрическим характеристикам относятся площадь, форма,
высота и уклон водосбора.
2.2. Площадь водосбора и способы ее определения
Площадь водосбора оказывает значительное влияние на формирование стока и в основном определяет водность реки. Поэтому величина площади водосбора входит во многие расчетные формулы стока
рек [4].
Площадь водосбора определяется планиметрированием по крупномасштабным картам (1:50000 и 1:100000) с изображением рельефа
горизонталями, на основании которых устанавливается
водораздель-
ная линия.
Форму водосбора определяет характер нарастания площади бассейна. Площадь каждой реки нарастает по мере продвижения вниз по
течению и по мере впадения в нее притоков [11, 12, 16]. Представление о характере изменения площади водосбора от истока к устью дает
график нарастания площади бассейна (рис. 4).
Для построения графика предварительно составляется гидрогра
-
фическая схема реки, представляющая собой схематическое изображение речной системы, путем вычерчивания в произвольном масштабе прямой, равной длине главной реки, от которой откладываются
длины притоков в точках их впадения в главную реку.
График нарастания площади бассейна строится отдельно для правого и левого берегов реки. По горизонтальной оси графика
откладывается длина главной реки в выбранном масштабе, по вертикальной
оси – площади водосбора главной реки между притоками и площади
16
L
F
L
бассейнов притоков в соответствии с составленной географической
схемой. Суммарный график нарастания площади легко может быть
получен графически или по данным измерения путем суммирования
площадей левого и правого берега. По нему можно определить площадь водосбора для любого заданного пункта на реке.
Рис. 4. График нарастания площади бассейна
Средняя ширина бассейна определяется по формуле:
F
B =
,
где B – средняя ширина бассейна, км;
– площадь водосбора, км2;
– длина реки.
Форму водосбора реки можно характеризовать коэффициентом
асимметрии и коэффициентом развития водораздельной линии.
Коэффициент асимметрии, выражающий степень асимметрич-
ности бассейна, определяется по формуле:
FF
−
ПЛ
а
=
+
,
FF
ПЛ
(8)
(9)
где
F
,
F
Л
П
водосбора, км
– площадь левобережной и правобережной частей
2
.
17
F
Коэффициент развития водоразделительной линии т пред-
ставляет собой отношение длины водораздельной линии S к длине
окружности круга s, площадь которого равна площади водосбора F:
S
m = .
s
Средняя высота бассейна определяется по крупномасштабным картам в
горизонталях и вычисляется по формуле:
+++
H
ср
f
1
=
f
h
1
h
2
2
f
h
n
n
F
f
h
i
i
=
,
F
(10)
(11)
где
h
i
– площадь между горизонталями, м2;
f
2
– средняя высота площадки между горизонталями, м;
– площадь водосбора, м2.
Средний уклон поверхности бассейна
вычисляется по форму-
I
ср
ле:
+
h
=
I
ср
ll
П
0
+++
2
F
ll
П
+11
,
где h – сечение рельефа на рабочей карте (разность отметок со-
седних горизонталей), м;
lll , ,
– длина горизонталей в пределах водосбора, км.
П
1
2.3. Физико-географические характеристики бассейна
(12)
К ним относятся: географическое положение бассейна, климат,
геологическое строение, почвы, рельеф, растительный покров, озерность, заболоченность, оказывающие существенное влияние на процессы стока [11, 12].
Географическое положение бассейна определяется координата-
ми центра водосбора (широта, долгота) и дает общее представление о
его местоположении по отношению к другим бассейнам, горным
хребтам и т. д.
Климатические условия являются в большинстве случаев ре-
шающими факторами, определяющими гидрологический режим реки.
18
F
Главнейшие из них – осадки, характер их выпадения, температура
воздуха и дефицит влажности.
Геологическое строение и почвы определяют особенности под-
земного питания рек, величину потерь осадков на просачивание.
Рельеф оказывает влияние на распределение осадков по террито-
рии бассейна, условия поверхностного стекания воды и водность рек.
Растительный покров существенно влияет на процессы стока
поэтому при расчетах стока учитываются виды растительности, расположение лесных массивов по территории водосбора и их размеры,
степень распаханности. Количественной оценкой степени залесенности бассейна является коэффициент лесистости – отношение площади
лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Он
выражается в процентах или в долях от единицы и может быть
вычислен как для всего водосбора, так и для отдельных створов. Таким
же образом определяются коэффициенты озёрности и заболоченности. Площади озер, болот и ледников должны учитываться на основании специальных исследований.
Густота речной сети – суммарная длина рек, приходящаяся на
единицу площади водосбора:
,
l
D
=
l
где
– площадь водосбора, км2.
Установлено, что имеется связь между густотой речной сети и модулями
годового стока (л/сек с 1 км
сток.
– длина, км;
2
). Чем больше густота речной сети, тем больше
,
F
(13)
2.4. Речные долины
Долинами называются неширокие, обычно извилистые углубле-
ния в земной поверхности с общим уклоном ложа, по которым протекает река. По поперечному профилю различают долины V-образные,
корытообразные, трапецеидальные, неясно выраженные. Разновидно-
19
стью V-образных долин являются: каньон, щель, ущелье в горных
районах [4, 5].
Элементы долины показаны на рис. 5.
Рис. 5. Схема поперечного профиля долины:
СD – склон долины; D-D – дно долины; h – высота склона; с – бровка склона;
D – подошва склона; АВ – русло реки; УВВ – уровень высоких вод;
УНВ – меженный уровень
Дно, или ложе долины – самая низкая часть долины. Линия, соединяющая самые глубокие точки дна долины, называется тальвегом.
Склонами долины называются участки суши, ограничивающие
ложе.
Подошва склона – линия сопряжения склона с дном долины в месте перелома профиля.
Бровка долины – линия сопряжения склона с прилегающей местностью.
Пойма – часть дна долины
, заливаемая в период половодья или
паводков.
Обычно в долинах с широким дном в результате воздействия речного потока образуются речные террасы. В равнинных районах долины рек обычно неглубокие – от нескольких десятков до 200÷300 м,
в горах глубина может достигать 2÷4 км.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]