Течения в речных руслах

Лекция 8. Течения

Течением называется перенос масс воды из одного места в другое. Масса сил в русловом потоке движется под действием ряда сил: тяжести, Кориолиса и ветра.

Влияние ветра проявляется периодически при определенных сочетаниях гидрометеорологических процессов и, как правило, в расчетах не учитывается.

Сила Кориолиса, обусловленная вращением Земли и действующая постоянно, отклоняет движущиеся тела (в том числе и водные массы) в северном полушарии вправо, а в южном влево и выражается соотношением:

,

где: V - скорость потока; - географическая широта; - угловая скорость вращения Земли за время Т.

Из формулы следует, что сила Кориолиса существенно возрастает в высоких широтах. Однако, даже в условиях глубоководной Невы, расположенной на 60-ой параллели, эта сила создает поперечную скорость не более 3 мм/сек, т.е. в десятки раз меньшую реальной скорости течения. В связи с этим в инженерных расчетах сила Кориолиса также не учитывается, хотя результатом её деятельности является отчетливо выраженная асимметрия речных долин. Как известно, в северном полушарии правые берега всех равнинных рек обрывистые, а левые - пологие.

В речных руслах основной силой обуславливающей движение воды является сила тяжести G. Горизонтальная составляющая силы тяжести направлена параллельно уклону водной поверхности ().

Таким образом скорость движения водных масс определяется, прежде всего, факторами движения и сопротивления движению, т.е. уклоном дна и шероховатостью русла.

На свободных реках скорость и направление течений действительно зависят от уклона реки, колебаний уровня, плановой формы русла и распределения глубин.

Уклон реки обуславливает возникновение прямоструйного течения. Кроме этого в меженный период на изогнутых плесовых лощинах под воздействием центробежных сил возникает циркуляционное течение. В результате суммарное, так называемое сбойное течение, приобретает винтообразный характер и создает серьёзные помехи для движения и швартовки судов. Скорости течения в меженный период на перекатах значительно выше, чем в плесовых лощинах (от 0.5 до 2.0 м/с).

С подъемом воды в половодье распределение направлений и скоростей течений в значительной степени изменяется. Уклоны водной поверхности, а соответственно и скорости течений на плесах и перекатах выравниваются. Направление верхнего потока соответствует плановому очертанию берегов речной долины, нижнего - меженного русла. Скорости течения по динамической оси потока могут повышаться до 3 - 3.5 м/с и создавать условия для переформирования русла.

Изменение гидрологического режима в результате строительства гидротехнических сооружений приводит, как правило, к нежелательным явлениям на прилегающих участках реки: размывам, переформированию русла и т.п. В связи с этим методология строительства русловых портов на свободных реках предусматривает исследование режима течений.

Распределение скоростей течения по живому сечению реки и вертикалям характеризуется значительной неравномерностью и зависит от шероховатости дна и берегов, их формы, наличия водной растительности.

Дата добавления: 2014-12-23