• 1000 Мм (Тянь-Шань, Памир)

Лекция №8 (10.11)

Методы измерения уровня воды в водных объектах. Гидрологические посты и их типы. Методы измерения скоростей течения на реках. Гидрометрические вертушки. Методы измерения расхода воды на реках. Понятие о расчете ежегодных и характерных расходов. Распределение скоростей течения в речном потоке. Динамика водного потока. Формула Шези.

Методы измерения уровня воды в водных бассейнах. Гидрологические посты и их типы.

Уровень воды в реках измеряется над нулем поста и над уровнем моря (Балтийская система).

Существует три основных типа речных гидрологических постов:

• реечный пост: сроки наблюдения 02 ч, 08 ч, 14 ч, 20 ч.

• свайный пост: уровень воды измеряется по самой низкой свае, часть которой находится над водой.

• самопишущий пост: строится в местх, где быстро меняется уровень, часто используется в море.

Методы измерения скоростей течения на реках. Гидрометрические вертушки

Наиболее простое приспособление для измерения скорости течения реки – поплавок. Измеряется время, за которое поплавок проходит фиксированное расстояние между створами. С помощью поплавков можно измерять и скорости движения морской воды.

Наиболее распространенным прибором для измерения скоростей движения воды являятся гидрометрическая вертушка.

Методы измерения расхода воды на реках. Понятие о расчете ежегодных и характерных расходов

Этапы имерения расхода воды в реке:

1. Выбор места

2. Разбивка гидроствора

3. Промер русла, наметка

4. Расчет скорости течения

5. Расчет расхода воды через скорость и площадь сечения русла:

• расчет U_ср на вертикали

• расчет Q = w×v, где w – площадь сечения русла.

В настоящее время многие измерения в реке и море производятся с помощью эхолотов.

Горизонты измерения скорости:

• поверхностный (глубина 10 см)

• 0,2 h от поверхности

• 0,6 h от поверхности

• 0,8 h от поверхности

• дно

U_{ср. верт.} = ,

где h – число горизонтов.

В зависимости от числа горихонтов, на которых измерялись скорости, используют следующие формулы с специально расчитанными коэффициентами:

U_ср.в. = 1/10 (U_пов. + 3×U_0,2 + 3×U_0,6 + 2×U_0,8 + U_дно)

U_ср.в. = 1/4 (U_пов. + 2×U_0,6 + U_0,8)

U_ср.в. = 1/2 (U_0,2 + U_0,8)

U_ср.в. » U_0,6

,

где w_1-3 и U_{ср. I-IV} – площади сечения и скорости профилей, сделанных на одинаковых частях в русле.

Более простой и более грубый способ определения расхода воды связан с построением графиков зависимости расхода воды от уровня.

В гидрологии измеряют ежегодный, средний для любого периода и характерные (максимальный в половодье, минимальный в межень, расход ледоходы) расходы.

Распределение скоростей течения в речном потоке

Речной поток турбулентен. Поэтому в нем (в отличие от ламинарного) скорость течения у дна не равна нулю.

Для характеристики распределение скоростей течения по вертикали сторится график распределения (эппюра распределения, годограф) скорости течения по вертикали. Он представляет собой линию, несколько искривленную в нижней части водотока (у дна скорость меньше). Если дует попутный ветер, то верхняя (приповерхностная) часть эппюры сдвинута вправо, если встречный – влево. Также строятся схемы изотах (линии равных скоростей). Изотахи искривлены на стрежени, где скорость течения больше.

Поскольку из-за ветра направления движения воды у поверхности и в придонных слоях не всегда совпадают, общее движение воды в реке является винтрообразным. Ударяясь от берег в излучине, поток изменяет его. Скос одного берега относительно другого определяется формулой:

,

где r – радиус искривления русла.

Динамика водного потока. Формула Шези

Речной поток движется под уклоном, измеряемым углом a. Уклон I равен sin a.

F¢_g = m×g×sina = m×g×I

F_g = m×g

m = rV = rDxw

Коэффициент трения вычисляется по формуле:

t = rfv²

Средняя скорость течения в гидрологии вычисляется по формуле Шези:

v = C ,

где R – средняя глубина или гидравлический радиус, C – коэффициент Шези, который определяется эмипирической формулой Маннинга: С = h^1/6/n (n – коэффициент шероховатости речного русла).

Лекция №9 (17.11)

Характеристики речных наносов. Гидравлическая крупность наносов. Движение взвешенных и влекомых наносов. Русловые процессы на реках и их типы. Термический режим рек. Ледовые явления на реках. Толщина льда. Гидрохимический режим рек. Источники загрязнения рек и меры охраны вод. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек. Регулирование стока. Хозяйаственное значение рек. Озера и их типы. Морфология и морфометрия озер. Водный баланс сточных и бессточных озер.

Характеристики речных наносов. Гидравлическая крупность наносов. Движение взвешенных и влекомых наносов. (*)

Наносы – твердые частицы, переносимые потоками или течениями.

Характеристики речных наносов:

• плотность частиц (» 2600 кг/м³) и плотность отложений (»1600-1700 кг/м³)

• геометрическая крупность: D, мм – песок (0,1-1 мм), гравий (1-10 мм), галька (10-100 мм), валуны (> 100 мм), пыль (0,01-0,1 мм), ил (0,001-0,01 мм), глина (< 0,001 мм).

• мутность r = m/V, измеряется в кг/м³, г/м³; мутность Волги равна 100 г/м³, Хуанхэ – 200 кг/м³

• гидравлическая крупность (w, см/час, см/мин)

• расход R = sQ, где s – скорость, измеряется в м/с.

Мутность – количество взвешенных частиц в единице объема.

Гидравлическая крупность – скорость опускания частиц наносов в стоячей воде.

Типы опускания частиц:

а) ламинарный: w ~ gD²/n (D < 0,15 мм)

б) турбулентный: w ~ (D > 1,5 мм)

а) и б) вода стоячая, идет опускание частиц

Условие перемещения взвешенных наносов: u_z­ ³ w, где u_z­ - вертикальная составляющая вектора скорости, w – гидравлическая крупность частицы наносов. Условие перемещения влекомых наносов: u_дно > u_{дно 0}, где u_дно – фактическая придонная скорость течения, u_{дно 0} – “начальная скорость”, при которой частица на дне теряет свою устойчивость (u_дно = k , где k – некоторый коэффициент, зависящий от плотности частицы и воды, формы частицы, коэффициента трения и др.).

Зависимость между “начальной скоростью” и объемом или весом перемещающихся частиц выражается законом Эри:

u⁶_дно ~ D³ ~ V_ч ~ m_ч ~ P_ч

Русловые процессы на реках и их типы.

Русловые процессы – изменения строения русла и поймы под влиянием текущей воды.

Русловые процессы бывают обратимые (знакопеременные – происходят периодически) и необратимые (направляемые). Виды русловых процессов:

1.1 движение микроформ русла ( донных гряд)

1.2 движение перекатов (крупных русловых гряд)

1.3 меандрирование (часто с образованием стариц)

Деформации продольного профиля русла:

2.1 изменение главного базиса эрозии за счет занесения (крупными частицами) или заиления (мелкими частицами)

Ледовые явления на реках. Толщина льда.

Среднегодовая температура воды больше среднегодовой температуры воздуха, т.к. температура воды не опускается ниже 0°С. Для годового хода температуры воды также характерен сдвиг впарво относительно годового хода температуры воздуха.

Существует три периода ледового режима:

1. Период замерзания – начинается после перехода среднесуточной температуры через 0°С. Для периода замерзания характерны следующие ледовые образования:

• ледяные иглы

• сало

• забереги

• осенний ледоход

2. Ледостав. Толщина льда характеризуется формулами Быдина:

В этих формулах под корнем стоят модули сумм отрицательных средних температур воздуха, k_сн – коэффициент, связанный с толщиной снежного покрова. Поскольку снег является теплоизолятором, наличие снежного покрова на льду уменьшает толщину льда.

3. Период вскрытия (весенних ледовых явлений). В этот период сначала проихсодят подвижки льда (временное смещение ледового покрова), а потом – весенний ледоход.

Во время весенних и осенних ледоходов часто случаются заторы и зажоры.

Затор – явление закупорки русла движущимися льдинами.

Зажор – явление закупорки русла внутриводным льдом (шугой).

Гирохимический режим рек. Источники загрязения рек и меры по охране вод

Практически все речные воды являются пресными. Выделяют реки с малой (0-200 мг/л), средней (200-500 мг/л) и высокой (500-1000 мг/л минерализацией). Реки с минерализацией от 0 до 50 (100) мг/л называются ультрапресными. Минерализация больше 1 г/л считается очень высокой. В мелких ручьях минерализация больше, чем в реках, т.к. они дренируют более соленые подземные воды.

Расход растворенных веществ R измеряется обычно в ??? кг/c и вычисляется по формуле:

R = 10^-3 MQ

Источники загрязнения рек:

• промышленное производство

• речной транспорт

• животноводство

• городские территории

Одной из наиболее действенных мер по охране речных вод является перевод производства на замкнутый водооборот.

Влияние хозяйственной деятельности на режим рек. Регулирование стока. Хозяйственное значение рек.

Виды хозяйственного использования рек:

• гидроэнергетика

• водный транспорт

• водоснабжение городов

• с/х производство (ирригация и др.)

• рыболовство

• рекреация

Виды хозяйтсвенной деяетельности, влияющей на режим рек:

1. на поверхности бассейна – вырубка лесов, осушение болот

2. в русле – изъятие стока, переброска, регулирование

Вырубка лесов увеличивает сток, т.к. лес является крупным транспиратором ваги. Вырубка лесов увеличивает неравномероность стока.

Регулирование стока:

• многолетнее – постройка крупных водохранилищ

• сезонное – уменьшение уровня воды в половодье, увеличение – в межень

• недельное

• суточное

При создании водохранилища суммарный сток реки уменьшается из-за повышенного испарения с поверхности водохранилища. Особенно сильно среднегодовой расход воды уменьшается в засушливых районах.

ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕР

Озера и их типы. Морфология и морфометрия озер

Озеро – водоем с замедленным водообменом.

Озера обычно имеют выровненный под воздействием волнений поперечный профиль берега. Озера не имеют непосредственной связи с океаном.

Лагуна – прибрежный водоем, имеющий двустороннюю связь с океаном.

Типы озер по размеру:

• очень большие – F_оз (площадь) > 1000 км²

• большие – 100-1000

• средние – 10-100

• малые - <10

Типы озер по водному балансу:

• сточные

• бессточные

Типы озер по происхождению котловин:

• озера тектонического происхождения

• вулканические: а) в кратерах, б) запруживание водотоков лавой

• метеоритные

• ледниковые: а) троговые, б) моренные, в) приледниковые

• эоловые (между барханами и др.)

• карстовые

• термокарстовые

• пойменные (старичные и др.)

• органического происхождения

Элементы морфологии озер:

• плес

• залив

• береговая отмель (аналог океанического шельфа)

Морфологические характеристики озер:

• площадь F_оз

• длина L_оз (линия, соединяющая две наиболее удаленные точки береговой линии)

• ширина В_оз (любая линия, перпендикулярная длине)

• максимальная ширина В_{max оз}

• длина береговой линии L_{б. л.}

• объем озера V

• глубина озера h_оз = V_оз / F_оз

Зависимость площади и объема озера от глубины изображают с помощью кривой площадей (батиграфической кривой) и кривой объемов.

Водный баланс сточных и бессточных озер

Полное уравнение водного баланса озера в единицах объема (км³/год) выглядит так:

Полное уравнение водного баланса озера в единицах слоя (мм/год):

Переход от объемных к линейным единицам осуществляется по формуле х = X×a/F.

В уравнении водного баланса бессточного озера Y или y в правой (расходной) части уравнения равен нулю.

Составляющие w₁ и w₂ обычно малозначительны. Сравнительно большой подземный отток характерен для озера Иссык-Куль.

Лекция №10 (24.11)

Колебания уровня воды в озерах. Течения, волнение и перемешивание воды в озерах. Термический режим озер. Ледовые являения на озерах. Гидрохимические характеристки озер. Классификация озер по минерализации и солевому составу. Источники загрязенения озер и меры по охране их вод. Влияние озер на речной сток. Использование озер в народном хозяйстве. Назначение и типы водохранилищ. Основные характеристики водохранилищ. Водный режим водохранилищ. Влияние водохранилищ на речной сток и окружающую природную среду. Происхождение и типы болот. Гидрологический режим болот. Влияние болот и их осушения на речной сток. Хозяйственное значение болот.