- •190000, Санкт-Петербург, б. Морская ул., 67
- •6. Метеорология и климатология
- •6.1. Содержание метеорологии и климатологии
- •6.1.1. Погода и климат
- •6.1.2. Атмосфера и Солнце. Климатообразующие процессы
- •6.1.3. Метеорологические наблюдения, метеорологическая сеть и метеорологическая служба
- •6.2. Солнечная радиация в атмосфере
- •6.2.1. Радиация вообще
- •6.2.2. Лучистое и тепловое равновесие Земли
- •6.2.3. Спектральный состав солнечной радиации
- •6.2.4. Прямая солнечная радиация
- •6.2.5. Солнечная постоянная и общий приток солнечной радиации к Земле
- •6.2.6. Изменения солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.1. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.2. Поглощение солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.3. Суммарная радиация
- •6.2.7. Отражение солнечной радиации. Поглощенная радиация. Альбедо Земли
- •6.2.7.1. Излучение земной поверхности
- •6.2.7.2. Встречное излучение
- •6.2.7.3. Эффективное излучение
- •6.2.7.4. Радиационный баланс земной поверхности
- •6.2.7.5. Тепловой баланс земной поверхности
- •6.3. Свойства воздуха
- •6.3.1. Водяной пар в воздухе
- •6.3.2. Уравнение состояния газа
- •6.3.3. Температура воздуха
- •6.3.4. Плотность воздуха
- •6.3.5. Атмосферное давление
- •6.5. Облака
- •6.5.1. Адиабатические изменения состояния в атмосфере
- •6.5.2. Конденсация в атмосфере
- •6.5.3. Классификация облаков
- •6.5.4. Наблюдения за облаками
- •6.4. Географическое распределение основных характеристик атмосферы
- •6.4.1. Географическое распределение температуры воздуха
- •6.4.2. Географическое распределение приземного атмосферного давления
- •6.4.3. Географическое распределение испарения и влажности
- •6.4.4. Географическое распределение облачности
- •6.6. Барическое поле. Атмосферные фронты. Ветер.
- •6.6.1. Барическое поле. Карты барической топографии
- •6.6.2. Воздушные массы и атмосферные фронты
- •6.6.3. Циклоны и антициклоны
- •6.6.4. Ветер
- •6.6.4.1. Ускорение воздуха под действием барического градиента
- •6.6.4.2. Геострофический ветер
- •6.6.4.3. Градиентный ветер в циклоне и антициклоне
- •6.6.4.4. Сила трения и ветер
- •6.6.4.5. Скорость и направление приземного ветра
- •6.6.4.6. Струйное течение
- •1) Изолинии скорости, м/с; 2) тропопауза в теплом (слева) и холодном (справа) воздухе; 3) фронтальная зона
- •6.6.5. Общая циркуляция атмосферы
- •6.6.5.1. Зональные и меридиональные составляющие общей циркуляции атмосферы
- •6.7. Прогноз погоды
- •6.8. Изменения климата
- •6.9. Микроклимат
- •6.9.1. Методы исследования микроклимата
- •6.9.2. Микроклиматы характерных типов ландшафтов
- •7. Гидрогеология
- •7.1. Происхождение и состав подземных вод
- •7.2. Залегание подземных вод и их классификация.
- •7.3. Взаимодействие подземных и поверхностных вод
- •7.4. Пополнение подземных вод
- •5. Гидрология суши
- •5.1. Содержание гидрологии суши
- •5.2. Круговорот воды на земном шаре
- •5.2.1. Запасы воды на Земле и водообмен
- •5.2.2. Общий круговорот воды
- •5.2.3. Внутриматериковый влагооборот
- •5.2.4. Речная фаза влагооборота
- •5.3. Морфология речных бассейнов
- •5.3.1. Водосборы и водоразделы
- •5.3.2. Морфология речных бассейнов
- •5.3.3. Речная сеть
- •5.3.4. Долина реки
- •5.3.5. Русло реки
- •5.3.6. Продольный профиль реки. Средний уклон русла.
- •5.3.7. Дельты и эстуарии
- •5.4. Источники питания рек. Формирование поверхностных вод суши
- •5.4.1. Атмосферные осадки
- •5.4.2. Снежный покров
- •5.4.3. Ледники
- •5.4.4. Подземные воды
- •5.5. Расходование воды в бассейне рек
- •5.5.1. Испарение
- •5.5.2. Инфильтрация атмосферных осадков
- •5.5.3. Подземные воды
- •5.6. Режим рек
- •5.6.1. Главнейшие характеристики речного стока
- •5.6.2. Основные фазы водного режима рек
- •5.6.3. Наблюдения за режимом рек и использование их на практике
- •5.7. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим
- •5.7.1. Орошение
- •5.7.2. Осушение
- •5.7.3. Регулирование стока водохранилищами
- •5.8. Сток речных наносов
- •5.8.1. Взвешенные и влекомые наносы
- •5.8.2. Сток растворенных веществ и химический состав речных вод
- •5.9. Водоемы
- •5.9.1. Озерные котловины и системы. Формирование котловин.
- •5.9.2. Строение озерных систем
- •5.9.3. Водный баланс водоемов
- •5.9.4. Внешний водообмен водоемов
- •5.9.5. Химический состав вод озер и водохранилищ
- •5.9.6. Трофический статус водоемов
- •5.9.7. Донные отложения и заиление водоемов
5.3.5. Русло реки
Как водосборы (речные бассейны) и речные долины, так и русла имеют свои морфометрические характеристики. Характеристики русла важны для определения расхода воды, количества наносов и растворенных веществ и ряда других гидрологических величин. Эти характеристики находятся по поперечным профилям и плану участка русла в изобатах и горизонталях.
Изобатами называются линии равных глубин, отсчитываемых от поверхности воды. План в изобатах легко перестроить в план в горизонталях, если известны отметки уровня воды во время производства промеров.
Водным сечением реки называется сечение потока в плоскости, перпендикулярной его оси. При наличии ледяного покрова площадь водного сечения определяется за вычетом площади погруженного льда. В водном сечении, особенно у берегов, могут быть участки, где течения воды нет. Такие участки называются мертвыми пространствами. При определении расхода воды они исключаются из общей площади водного сечения. Оставшаяся часть называется живым сечением русла.
Живое сечение характеризуется рядом морфометрических элементов. Ширина живого сечения В - расстояние по прямой между урезами воды левого и правого берегов в случае совпадения площадей водного и живого сечений; при наличии мертвых пространств - расстояние между границами мертвых пространств по поверхности воды. Ширина живого сечения изменяется с наполнением русла. Площадь живого сечения ω - площадь водного сечения за вычетом суммарной площади мертвых пространств. Она также зависит от уровня воды. Средняя глубина живого сечения hср - частное от деления площади живого сечения ω на его ширину В. Смоченный периметр χ - длина линии, по которой вода соприкасается с неподвижными твердыми границами потока. С возрастанием χ увеличивается сопротивление, оказываемое руслом потоку.
Для равнинных рек ширина русла и смоченный периметр обычно мало отличаются друг от друга. Поэтому в расчетах средней скорости течения воды вместо гидравлического радиуса R часто используют среднюю глубину hср. Для горных рек этого делать нельзя, так как русла их нешироки и смоченный периметр существенно превышает ширину русла.
5.3.6. Продольный профиль реки. Средний уклон русла.
Продольным профилем реки называется график, характеризующий изменение отметок дна русла и водной поверхности по длине реки. На горизонтальной его оси откладывают расстояния по длине реки, а по вертикальной - абсолютные или условные отметки дна или уровня воды. Отсчет расстояния ведется от устья как наиболее стабильной точки. Продольный профиль, таким образом, характеризует изменение падения и уклона по длине реки.
Падением называется разность высот двух каких-либо точек дна или водной поверхности (Н1—Н2). Частное от деления величины падения на расстояние между точками l называется продольным геометрическим уклоном:
I = (H1 – H2) / l (5.19)
Высоты и расстояния берутся в одних и тех же линейных единицах, например в метрах. Следовательно, уклон является безразмерной величиной. Обычно он выражается десятичной дробью или в промилле (в тысячных долях). Иногда падение выражается в метрах на километр длины. Например, при падении 0.1 м на 1 км уклон равен 0.0001, или 0.1‰.
Рис.5.10. Определение уклона реки
В формуле (5.19) величина l представляет собой проекцию длины на горизонтальную плоскость; следовательно, уклон i в данном случае равен тангенсу угла tgα (рис.5.10). Строго говоря, вместо катета треугольника (l) следует брать гипотенузу (l1), и тогда уклон равен синусу α. Но для малых углов синус и тангенс близки друг к другу, и такая замена считается допустимой.
Реки в результате многовековой эрозионной деятельности постепенно изменяют свой профиль, стремясь придать ему такие очертания, при которых сопротивление движению воды становится наименьшим. При этом большую роль играет базис эрозии. Различают общий (главный) базис эрозии и местные базисы эрозии. Общим базисом эрозии является уровень моря или озера, куда впадает главная река системы. Местным базисом эрозии для данной реки служит уровень воды той реки, куда она впадает, либо выход на поверхность трудно размываемых горных пород, образующих пороги и водопады.
Порогом называется короткий участок реки с относительно большим падением уровня воды и повышенной скоростью течения. Пороги могут образоваться не только в местах выхода скальных пород, но и в результате скопления в русле крупного валунного материала. Много порогов на горных реках.
Места, где вода низвергается с вертикального уступа дна, называются водопадами. Высота водопадов иногда достигает сотни и более метров. Водопад Виктория на р. Замбези в Африке имеет высоту 119 м; Ниагарский - 50 м. Ниже водопадов под действием падающей воды образуются углубления. Уступы, с которых падает вода, постепенно смещаются вверх по реке. Так, Ниагарский водопад ежегодно в среднем отступает к озеру Эри на 1.5 м.
Невыработанные ступенчатые профили характерны для сравнительно молодых рек. Реки в более зрелом возрасте имеют более плавные очертания профиля, хотя и на них встречаются пороги и стремнины.
Типы продольных профилей. Среди большого разнообразия продольных профилей можно выделить несколько характерных типов продольных профилей (рис. 5.11):
1) плавновогнутый, характеризующийся уменьшением уклона от верховья к устью;
2) прямолинейный, отличающийся одинаковыми уклонами на всем протяжении реки;
3) выпуклый, для которого характерны пониженные уклоны в верховье и повышенные в нижнем течении;
4) ступенчатый - с резкими изменениями уклонов под лине реки.
Расстояния от устья в % от полной длины реки
Рис.5.11. Типы продольных профилей рек: а – плавновогнутый,
б – прямолинейный, в – выпуклый, г – ступенчатый.
Профили, приближающиеся к плавновогнутому, в природе встречаются чаще всего, особенно в равнинных районах с однородными, легко размываемыми грунтами. Выпуклый и ступенчатый типы профиля чаще встречаются в горных странах, например, в Средней Азии, в Закавказье.
Продольные профили большинства рек непрерывно изменяются под влиянием многих факторов. Общая тенденция изменения выражается в том, что русло реки с течением времени стремится занять более низкое положение, а уклоны по длине реки распределиться так, чтобы не происходило намыва или размыва дна и материал, приносимый притоками, выносился вниз по течению. Такому состоянию соответствует плавновогнутый профиль, называемый профилем равновесия.
Медленные вековые изменения происходят под влиянием колебаний земной коры или изменения уровня моря, вследствие чего повышается или понижается базис эрозии.