Тема 2. Гидрология рек

Река и речной бассейн.

Рекой называется естественный водоток, собирающий воду с части земной суши и переносящий её по своему руслу под действием силы тяжести. Всякий водоток имеет своё начало – исток и свой конец – устье, т.е. место впадения её в другую реку, озеро или море. Река может рождаться от выхода грунтовых вод (родников) или тающего ледника, вытекать из болота или озера. Положения истока и устья рек определяются географическими координатами (широтой и долготой).

В практических инженерных гидрологических расчетах используются эмперические формулы с расчетными параметрами гидрографических(1) и морфометрических(2) показателей реки, речного бассейна.

1. Длина реки – L – расстояние от истока до её устья. Длина рек определяется по крупномасштабным картам циркулем или курвиметром в прямом и обратном направлении и вычисляется по формуле:

L = а_к ± (а¹ ·), где

а_к - средний отчет по шкале курвиметра, см.; а¹ – раствор циркуля в масштабе карты, мм;

- поправка на одно деление шкалы, которая прилагается в свидетельстве к прибору.

- Коэффициент извилистости реки – представляет собой отношение фактической длины реки L к длине по прямой, соединяющей исток и устье. Выделено 13 видов образцов извилистости рек.

Густота речной сети () – это длина речной сети, приходящаяся на квадратный километр:

;

Густота речной сети является показателем развития поверхностного стока территории.

2. Морфометрические характеристики.

Площадь водосбора F (км²) – часть земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда вода поступает к водному объекту. Измерение площадей водосборов выполняют по топографическим картам планиметром или наметкой, предварительно проводится линия водоразделов. Бассейн реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы. Водораздельная линия проходит по наиболее высоким точкам и отделяет склоны, с которых вода скатывается в соседние реки.

Формы речных бассейнов многообразны, но чаще имеют грушевидную форму.

Длина бассейнаL(км) – расстояние по прямой от устья (замыкающего створа реки) до наиболее удаленной точки водораздельной линии.

Средняя ширина бассейна Bср.(км) =;

Средняя высота речного бассейна Hср. вычисляется по формулам:

, где

f_n - частные площади водосбора, заключенные между горизонталями;

h_n - средние высоты между горизонталями;

F – общая площадь водосбора.

Среднюю высоту бассейна можно определить по гипсографической кривой, которая характеризует нарастание площади водосбора по высотным зонам.

или

Уклон реки – i = , отношения падения уровней воды на расстояние между переломными точками, или разница между отметками высот истока и устья реки.

Коэффициент озерности: ;

Коэффициент заболоченности: ;

Коэффициент залесенности: = .

Речная долина ложбинообразное углубление в земной коре, состоящее из склонов, бровки, дна, русла, поймы.

Живое сечение русла реки + площадь мертвого пространства дает полную площадь водного сечения реки. Живое сечение реки характеризуется его площадью, шириной, средней глубиной, смоченным периметром и гидравлическим радиусом:

площадь живого сечения реки вычисляется при данном уровне воды, как сумма площадей трапеций и треугольников (у урезов) по формуле:

См.рис.№9 стр.26(Лебедев)

Ширина сечения В определяется расстоянием между урезами воды по поперечному профилю русла.

Ср. глубина потока равна частному от деления площади главного сечения на ширину:

Смоченный периметр P – длина линии дна между урезами берегов по профилю:

P=

Гидравлический радиус – частное отделение площади водного сечения w на смоченный периметр P.

Он близок к средней глубине потока.

3. Геологические характеристики водосборного бассейна – т.е. состав горных пород, формы залегания, наличие карстов и т.д., оказывают существенное влияние на режим речного стока.

Климатические характеристики речного бассейна.

К ним в первую очередь относится географическое положение (см. приложение № 13) бассейна (Заполярье или тропики), гидрографическое положение (горы, степь…) вертикальная зональность, экспозиция склонов и положение бассейна к основному фронту движения воздушных масс. От выше перечисленных факторов зависит количественное значение метеорологических элементов:

- температура и влажность воздуха;

- атмосферные осадки, испарения с водной поверхности, испарения с суши, трансформация растительности, характер подстилающей поверхности.

Способы расчета основных метеорологических элементов: X, E, t⁰C:

1. Средний слой осадков на водосборе

среднеарифметический (мм);

2. Способ изочист – строятся линии равных количеств осадков:

(мм)

х_1, х₂, x_n – полусуммы количества осадков соседних изогиет;

f₁, f_n – частные площади, заключенные между изогиетами.

3. Испарения с поверхности речного бассейна состоит из испарения с водной поверхности, испарения с суши и транспирации. Расчеты выполняются по нормативным документам.

4. Испарения с водоемов выполняются (при наличии наблюдений) по формуле:

E₀=0,14_n(e₀ – e₂₀₀)(1+0,72И₂₀₀) мбар.

e₀ – среднее значение упругости водяного пара, вычисленное по температуре поверхности водоема;

e₂₀₀ – средняя упругость водяного пара (абсолютная влажность воздуха) на высоте 200 см. над поверхностью водоема;

И₂₀₀ – средняя скорость ветра на высоте 200 см над водоемом;

n – число суток в расчетном интервале времени.

5. Средняя температура воздуха и т.д.

В «Рекомендациях по расчету испарения с поверхности суши» 1976г. подробно излагаются методики расчетов, приведены графики расчета испарения от средней температуры воздуха и по различным периодам года.

Количественными характеристиками стока являются:

1. Расход Q м³/сек; сток в ед. времени – сток в секунду; сток средний за сутки, декаду, месяц, год, и за несколько лет.

2. Норма стока м³/сек

– средняя арифметическая величина стока из средних годовых расходов на ряд лет(n) – называется нормой стока.

3. Модуль стока М есть частное от деления расхода воды Q м³/сек. за какой либо период наблюдений на площадь бассейна F км²

л/сек с 1 км²

1000 вводится для перевода м³ в литры. Модуль стока дает представление о водности данной реки в сравнении с водностью других рек.

4. Объем стока W м³ или км³. Объем среднего многолетнего стока вычисляется по формуле:

а) через расход W₀=Q₀ 31,536 10⁶ м³/год

где 31,536 10⁶ = число секунд в году (86400 365)

б) через модуль =M₀F 31,536 10³ м³/год

в) через слой стока W₀ = h₀F 10³ м³/год

5. Слой стока - высота слоя воды в мм, которая получится при распределении среднего многолетнего объема стока по площади бассейна:

мм/год

через модуль стока мм

6. Модульный коэффициент K – отвлеченное число, представляющее собой отношение значения стока за какой либо период времени к норме стока:

7. Коэффициент стока h представляет собой отвлеченную величину, выражающую отношение слоя стока h к слою осадков Х за этот же период, т.е.

h - показывает какая доля осадков стекает с бассейна.

Дата добавления: 2014-01-14