3.4. Механизм движения воды

Механизм движения жидкости - сложный процесс. Первоначально считалась, что движение жидкости прадстаўяле собой параллельное движение потоков всей массы жидкости. Каждая частичка жидкости двигается параллельно одна одной и обмен между ими не происходит. Однако исследования свидетельствуют о процесса движения вадкасцей как о сложном процессе, механизм которого зависит от шеренги факторов.

Худкасць жидкости на поверхности, по какой она двигается равно нолю, а наибольшая - на поверхности течения. При движении в капиллярах и трубах максимальная скорость наблюдается в центры течения. Такое движение называется ламінарным. При постоянном расходе воды скорость течения не изменяется па велічіні и с течением времени. В откровенных течениях скорость от дна к поверхности плаўна увеличивается к наибольшей величине в поверхности. Движение зависит от вязкости жидкости и сопротивление движения прма пропорционально скорости. Перемешивание жидкости уў течения происходит по законам диффузии. Ламінарны движение воды наблюдается обычно в подземных течениях в мелкозернистых грунтах.

Турбулентное движение практично не зависит от вязкости жидкости. Сопротивление движения в турбулентных течениях прямо пропорционально квадрату скорости.

Переход от ламінарнага к турбулентному движению и напротив происходит при определенных условиях и зависит от соотношений между скоростью (Vср.) и Глубиной (Нср.) течения и выражается безразмернай цифрой Рэйнольдса:

R = Vср Нср / ?,

где ? - показатель кинематической вязкости. Скорость, при которой ламінарны движение становится турбулуентным, называется критичной. Переход от ламінарнага движения к турбулентному происходит при малых значимостях скорости, потому в рэках и вторых водотоках наблюдается турбулентное движение воды.

По современному исследованиям "элементарные" объемы воды в течение некоторого отрезка времени сохраняют направление и объем. Движение этих объемов воды по криволинейному траекториям и хаотично из безперапыннай сменой направления и скорости приводить к узаімнага их торможения. Это объяснять вихревой пульсируя характер водного течения в реке и перемешивание водной массы. Інтенсіўнасць перемешивания усиливается из увеличением скорости течения. Эта явление в гидрологии моей большой значимость. Она способствует выравниванию температуры воды, концентрации завіслых и растворенных частичек по всему водному сечению водного течения.

Вода двигается по уклона под воздействием сил тяжести. Эту силу можно разделить на две састаўляючыя: параллельно дну русла и и нормальную дну. Сила, направленная параллельно дну русла, зависит от наклона и вызывае движение воды. Сила, направленная по нормали к дну, ураўнаважаецца сила, рэакціі из стороны дна русла. Сила. которая вызыве движение воды, действует постоянно и должна была вызвать ускорение движения. Однако это не происходит, потому что она уравновешивается силой сопротивления, которая возникает в итога трения частичками воды и трения движущей воды о дно и берега русла. Смены наклона, шероховатости русла, сужение или расширение русла вызываюць смены силы сопротивления и движущей, что приводить к смене скорости течения по длине и глубины русла.

В связи с этим выделяются следующие виды установленного движения воды: равномерный, неравномерный. При равномерном движении течения, живое сечение, расход воды, скорости течения одинаковый по всей длине течения и не изменяется в соответствующий отрезок времени. Такой характер движения наблюдается в каналах из прызнападобным сечением.

При неравномерном движении уклон, скорость, живое сечение не изменяется в соответствующий отрезок времени, но изменяется по длине течения. Эту вид движение валы наблюдается в рэках в межанны период при устойчивых расходах воды в их. В особенности характерное неравномерное движение в условиях течения после построения плотин.

Неравномерное движение может быть запаволені и ускоренный. При неравномерном замедленном движении вниз по реке хромая водной поверхности принимает вид хромой подпора. Уклон поверхности воды меньший уклоно дна русла. При этом глубина в русла увеличивается вниз по цячэнню в направления движения воды. При неравномерном ускоренном движении вадыц хромая поверхности воды называется хромой спадо. Глубина русла при этом снижается, а наклон русла и скорость течения, напротив, увеличивается.

Неусталяваны движение воды наблюдается на конкретном отрезке реки, на каком все гидрологические характеристики движения (уклон, скорость, площадь живого сечения изменяются по всей длине течения и с течением времени. Это обычно происходит во время весеннего полноводья и наводнений.

4. ГИДРОЛОГИЯ РЕК

4.1. Басэйн раки и гідраграфічная сеть

4.1.1. Гідраграфічная сеть. Водосбор. Типы рек.

Вода, которая попадает на поверхность земли в виде осадков или выходзячых подземных источников, собирается в понижениях рельефо, стекает под влиянием силы тяжести в направления понижения местности и образовывает поверхностные водотоки. Вода сначала собирается в небольшенькие ручайкі, речки. Последние постепенно сливаются и образовывают рэки. Рэки в свою очередь прыймаюць к себе притоки и постепенно вниз по цячэнню увеличиваются. Подчас рэки берут свій начало из озер. Потому такая река уже в начала может иметь довольно значительные размеры. Например, Нева, которая вытекает из Ладожского озера довольно крупным патокам и практично не изменяется к устью. Рако Нарочанка на Беларуси вытекает из озера Нарочь также довольно значительным водотокам.

В зависимости от физико-географических и климатических условий павер'хневыя водотоки действуют постоянно или периодическо. Система временно и постоянно дзейнічаючых водотоков іазёр образовывают гідраграфічную сеть поверхности суши. Сюда не включаются небольшенькие струйки воды в период таяння снегу, выпадения жидких ли атмосферных осадков. Характерным прызнакам рэчышчавай (речной) сети является наличие русла водотоко. Подчас в рэчышчавую сеть включаются водотоки, которые могут быть зафиксированный буйнамасштабных топографических картах.

За длинное время существования водотоков под воздействием эразіённых процессов в гідраграфічнай сети сформировались ее основные звення, какие последовательно изменяются вниз по реке: ложбина, лог, суходол и речная долина.

Черт. 7.2. Схема основных элементов гідраграфічнай сети 1 - аснаўныя элеіенты гідраграфічнай (рэчышчавай) сети; 11 - поперечные профили: (1 - поверхностный смыв; 2 - донны размыв; 3 -береговая абразия; 4 - рэчышчавы процесс)

Речная сеть - часть рэчышчавай сети, которая включает в себя русел постоянных вадатокаў. Рэчышчавая сеть образовывается совокупностью русел всех вадатокаў.

Речная сеть является не выпадквым сочетанием многочисленных путей стока поверхностных вод, а итогам или отображением сложного физического процессо, который протекает на соответствующем участке поверхности земли.

В строении гідраграфічнай сети выделяются основные ее элементы: ложбина, лог, суходол и речная долина (черт. 7.2).

Ложбина - самая верхняя часть гідраграфічнай сети моей неясна или слабо выраженную впадину водно-эразійнага происхождения. Она имеет палогія, почаще задзернаваныя склоны и равное, увогнутае дно. Ложбина образовывается чаще всего при площади водосбора к 10-15 га. На ее водосборы наблюдается преимущественно поверхностный смыв.

Лог - следующее за ложбиной звено гідраграфічнай сети. От ложбины он отличается большей глубиной урэза, большей высотой и круцізной склонов. Тут, как правило, наблюдается размыв дна и берегов. Лаги собирают воду уже из площади от 10-15 га к 10-15 км2.

Суходол находиться перед долиной, отличается асимметрией склонов, наличием русла временного вадатока. Площадь водосборо в суходолов складывает около 10-15 км2.

Долина наиболее полно выработана водой вадатокаў. Она характэрызуецца значительной продолжительностью и площадью водосборо и наличием постоянного вадатока.

Водно-эразійныя процессы и в особенности линейная эрозия, являются могучим рэльефаутвараючым факторам, который значительно влияет на развитие элементов рэчышчавай и гідраграфічнай сети. Сток из поверхности земли осуществляется як в виде пластавых течений, да и в виде потоков и ручаёў. Узнікаючыя потоки воды можно разделить на три группы по степени воздействия на поверхность земли, (табл. 7.1). Зазвіццё того или второго типо ручайковай сети определяет баланс продуктов размыва. Узнікаючыя прамоіны, переходят в овраги, балкі, в которых позже возникают временные, а после и возможно постоянные водотоки. Таким образом формируется хорошо выраженные в рельефе ярово-балкавыя системы, первые элементы рэчышчавай сети.

Водосборы ярово-балкавай сети довольно выразительно отображаются в рельефе. Их площадь складывает в среднем от 2-5 к 7 км2, пореже и больше. По конфигурации в плане (по форме) их водосборы можно разделить на три

Черт. 7.3. Характерные конфигурации водосборных бассейнов ярово-балкавых систем (по А.И. Паўлоўскаму, 1994): 1 - грушевидная, 2 - трывугольная, 3 - линейная из востравугольным замыканием верховья

основные типы: грушавідныя, трывугольныя, линейно вытянутые из остро- прямоугольным замыканием в ли верховьях (черт. 7.3). Рисунок водосборов тесно связанный со структурой ярово-балкавых систем.

Грушавідная форма водосборо характерна ярово-балкавым комплексам из симметрично зыходзячыміся боковыми балкамі (притоками), которые в свою очередь прыймаюць овраги второго порядка из разной степенью активности. Структура водосборов трывугольнай формы более простая и включает в себя основной балкі или оврага, которая прыймае притоки в нижней части системы. Линейно вытянутые водосборы по величине занимают промежуточное положение. Структура эразійннай сети предоставлена основной балкай часто со слабо активным донным яром, какой равномерно прыймае овраги в основном первого порядка.

Площади ярово-балкавых систем павялічаюцца по мере усложнения эразійннай сети. Из ростом площади увеличивается длина временных водотоков и уменьшаются уклоны тальвегов.

Для большинства форм линейной эрозии характерна асимметрия. Главной причиной асіметрым являются климатический и гидрологический факторы.

Совокупность рек, которые впадают в разглядаемую раку вместе из главной рекой называют речной системой. Речная система включает главную реку, непосредственно упадаючыя уяе притоки первого порядка, второго порядка (притоки, которые впадают в пртокі первого порядка) и т.д. Такая классификация притоков пришла в гидрологию из физической гидрографии и теперь широко употребляется в гидрологии. Однако такая типизация мои некоторые и отрицательные признаки. В один и тот же класс относятся как притоки главной реки, да и большие водные артерии. Тому па предложению Р.Е Хортана была принята друга типизация, по какой самые маленькие притоки относятся к первому порядку. Следующие притоки, которые прыймаюць к себе притоки первого порядка относятся к второму, а рэки, которые прыймаюць притоки первого и второго порядка относят к пртокаў третьего и т.д. Таким образом главная река будет относиться к самому высокому порядку. По этой типизации р. Дняпро повыше устья р. Дняпрэц мои трети порядок, пониже устья р. Немощеная - четвертая, около г. Дарагобужа - пяты, пониже устья р. Вопь - шестой, пониже Сажа - седьмой, а пониже устья Припяти - восьмой.

Каждый водный объект на поверхности земли моей свою область питания, которая представляет собой часть земной поверхности из толщей почвы и горных пород, откуда вода поступает в водный объект. Такая область мои свои соответствующие границы, которые проходят па вадападзелу. Линия, которая проходить по вадападзелу между двюмя смежными вабласцямі питания водоема назваецца вадападзельнай линией. Территория, или область питания водоема, ограниченная вадападзельнай линией называют водосборам. Отличают поверхностный водосбор и подземный водосбор. Поверхностный водосбор подчас не совпадает из границами поверхностного, в особенности в малых водосборах. Так как подземный водосбор определить тяжело в связи из нгедастатковымі данными , какие необходимый для его выделения, то в гидрологических расчетах их площади прыймаюць равными. Однако в таких случаях могут быть ошибки при расчетах некоторых гидрологических характарыстык. Подчас не вся площадь водосборо дает сток в водный объект. Это происходит в тех случаях, когда на поверхности водосборо есть замкнутые понижения (котловины, впадины, бязсцёкавыя озера), которые акумулюць сцякаючыя воды, а затем большую часть их утрачивают на испарение из водной поверхности. Бязсцёкавыя области обычно характерный для засушливых районов, например, Северного Казахстана. Такие бязсцёкавыя области должны выключаться из площади водосбора. А территорию поверхности земли ограниченную вадападзельнай линией называют просто бассейнам водного объекта (раки, озеро).

Водотоки, которые образовываются сцякаючымі по склонам дождевыми и талымі водами, в зависимости от продолжительности движения воды могут быть постоянными и временными. Постоянным водотокам называют такой водоток, движение воды в котором наблюдается круглый год. Временный водоток - движение воды в котором происходит в меньшую часть года. Малые водотоки - это ручьи , а водотоки значительных размеров, которые живятся атмосферными осадками из своего водосбора и имеют свое выразительно очерченное на поверхности земли русла, называют рэками.

Место, откуда наблюдается постоянное цячэнне воды в русла, называется истоком. Подчас истокам реки является источник, болото или ледник. Когда река образовывается путем зліяння двух речек, то место их зліяння является началом этой реки, однако за ее исток прыймаецца исток более долгой из их. В данном случае длина реки носит название гідраграфічнай длины. Однако в некоторых из рек местонахождение истока может время от времени изменяется в связи зваганнямі погоды и изменением климата по временам года. Потому длина реки, расстояние давусця притоков, водомерных постов дается не по расстоянию от истока реки, а по расстоянию от устья. Это зависит от места впадения реки во вторую реку, озеро, море, какое практично не меняет своего местонахождения в течение длинного времени.

Местонахождение устья реки, когда она мои несколько рукавов, определяется по устью основного. В засушливых районах рэки могут утрачиваться в песках и не длайсці к озеру или море, второй реки. Она терять воду на испарение, а отрезок, где она утрачивается называют слепым устьем.

Вусцявая область реки является зоной нижнего цячэння раки, которое отличается специфичными чертами гидрологического режима. По сути дела эта зона перехода от речного режима к морскому. На рысунку приведена схема вусцявой области реки (черт. ). В границах вусцявой области реки выделяется три части: прывусцявая, вусцявая и вусцявое взморье.

Прывусцявая часть реки преимущественно речной режим. Верхней границей его является место нижнего цячэння раки, куда практично не проникают нагонныя и приливные волны моря. Нижней границей является место деления реки на рукава. В случаях аднарукаўнасці раки и эстуарий - зона, где происходит смешивание воды реки и море, или верховье подводной дельты.

Вусцявая часть реки начинается в нижней границы прывусцявой части и продолжается к морской стороне дельты, или островных образований эстуария. Морская сторона - эта условная линия, которая очерчивает из стороны моря острова надводной , или подводной дельты.

Вусцявое взморье занимает часть вусцявой области реки пониже по цячэнню от вусцявой части (дельты) раки к зоне, где влияние речных вод на режим моря не наблюдается, или незначительно. Тут наблюдается резкое повышение саленасці воды. Граница взморья динамично и совпадает с звалам глубин (крутой склон дна взморья).

Отличают два типы взморья: прыглубае и адмелае. На прыглубым взморья глубина моря достаточно значительная, а адмелае узіор'е отличается широким мелкаводдзем незначительным уклонам дна.

Вусцявыя области больших рек разделяются на следующие типы:

" Аднарукаўныя, характерные для рек, которые образовывают только одно русло в вусцявой области (Амур, Рыоні и др.);

" Воронкообразные, характерные для рек Обей, Енисея, Южного Буга;

" Островная, характерная для рек Днепра, Дона, Пещеры, Северной Двины;

" Лапасная, характерная для Урала, Куры;

" Блокированная, или ліманная, характерная для рек Кубани, Камчатки, Камчатки, Западной Двины.

Рэки, которые впадают в моря в моря, озеро, или во вторую реку образовывают дельту, эстуарий ли. Образование дельты адбваецца путям отложения завіслых и донных наносов реки при значительном снижении скорости реки. На ее формирование влияют морские волны и цячэнні на взморья, глубина моря, тектоническая подъемка и опускание прибрежья в места впадения реки.

Систематические отложения наносов способствуют повышению дна береговой части моря, появлению кос, островов. Это приводить к расчленению русла на многочисленные рукава и формирования шматрукаўнага устья, дельты ли, которая напоминает греческую букву ? (дельта). Ее широкая часть примыкает дла море. Отложения дельты имеют слоистость, какие созданный главным образом ілам, глиной, песком из большим количеством останков растений. Толщина этих отложений может достигать несколько сотен метров. Гідраграфічная сеть дельты предоставлена обычно многочисленными притоками и старычнымі озерами.

По местонахождению дельты разделяются на дельты выпаўнення, выдвинутые, лапасцявыя, дзюбападобныя, сложные и бухтавыя.

Эстуарий представляет собой затапляемае устье реки. Яны образовываются в тех случаях, когда наносы реки не успевают осесть на дно, а захватываются приливными волнами и цячэннямі и выносятся в откровенное море, а также при опускании морского дна и затопления морской водой вусцявой части реки. Эстуарий довольно часто встречается там, где происходят приливно-адліўныя явления. Глубоко урезанные в сушу заливы на северных морах Северо-ледовитого океана, в которые впадают большие рэки, называют губамі (Обская, Печорская губа).

Вторым видам эстуария является лиман, который представляет собой заполненную морам значительную часть долины реки. Лиманы имеют небольшие, но крутые берега. Благодаря отложениям наносов образовываются косы, перасыпы, лиманы постепенно отделяются от моря и соединяются из ими только узким "гірлам". Лиманы образовываются в итога постепенного опускания прибрежной полосы суши (лиманы Черного моря, Сахалина).

Множество рек имеют да называемые прывусцявыя бары. В его образования прймаюць участие речные наносы, а также наносы, которые поступают из стороны моря. Бар представляет собой подводный прибрежный вал, который отгораживает устье реки от моря и образовывает мелкаводнае взморье.