Сток наносов и солевой сток

Водный режим и питание рек. Энергия и работа рек

Гидрологические характеристики

Расход воды - количество воды, протекающее за единицу времени через данное живое сечение, является важнейшей характеристикой водности потока и входит справочники Водного кадастра. Кроме него сток характеризуется годовым объемом стока, модулем стока, слоем стока, коэффициентом стока. Расход воды и уровень воды в живом сечении связаны, что позволяет при ограниченных исходных данных без дополнительных измерений определять расход по уровню воды.

Расчетные формулы:

Q=V_ср х w,

W=Q х T,

q=Q х 10³\F _В/С ,

Y=W х 10^-3\F _В/С ,

h= (Y\X) х 100%,

где Q - секундный расход реки, потока, м³/с,

w - площадь живого сечения реки, потока, м²,

W - годовой объем стока, м³/ год,

T = 31 536 000 секунд, продолжительность года в секундах,

q - годовой модуль стока, л/(с * км²),

F _В/С - площадь водосбора реки, км²,

Y - годовой слой стока, мм/год,

h - годовой коэффициент стока, %,

Х - годовая сумма атмосферных осадков, мм/год.

Сток воды в реке меняется год от года. В этих колебаниях нет строгой закономерности, но колебание стока идет около некоторой средней величины (нормы стока) с некоторой амплитудой. Ряд величин стока можно рассматривать как ряд случайных величин или вариационный ряд. Он характеризуется нормой стока - средней арифметической величиной за достаточно длинный период наблюдений, включающий не менее двух циклов водности реки, и коэффициентом вариации (изменчивости). Эти параметры стока могут меняться под влиянием хозяйственной деятельности, иметь неслучайную направленность (тренд). В этом случае говорят об изменении стока. В случае повторяющихся циклических процессов говорят о колебании стока.

Реки - это продукт климата. Зная средние суточные расходы или средние расходы за декады, месяцы, можно построить календарный график колебаний расходов, называемый гидрографом. Он характеризует питание реки, то есть поступление воды из разных источников, а также показывает фазы водного режима. Промежутки времени с низкими уровнями и расходами называются меженью. Межень бывает зимняя и летняя. Период с высокими расходами называют половодьем или паводком. Характер гидрографа зависит от климатических условий региона, от геологического строения бассейна, рельефа и размеров бассейна, типа почвы, растительности, озерности, заболоченности, лесистости и распаханности бассейна, наличия водохранилищ и характера регулирования стока реки.

Источниками питания рек являются:

o атмосферные осадки (образуют паводки)

o таяние снега весной (образует половодье)

o таяние ледников в горах (образует паводки)

o сток грунтовых вод (образует базисный речной сток).

Чаще всего реки имеют смешанное питание. В различных физико-географических условиях доля отдельных источников питания реки неодинакова.

На территории России основная масса рек получает смешанное питание с преобладанием снегового. С севера на юг доля снегового питания в общем питании рек возрастает из-за сокращения грунтового питания и поверхностного стока с водосбора. В условиях вечной мерзлоты доля грунтового питания резко уменьшается, и основными источниками водного питания выступают дождевые и снеговые воды. Фаза весеннего половодья постепенно переходит в летний дождевой паводок

Для рек экваториального пояса характерна постоянная полноводность за счет равномерного дождевого увлажнения и значительного грунтового питания. В горных районах питание рек очень разнообразно в зависимости от высоты водосбора и климатических условий. По мере увеличения высоты возрастает роль снегового и ледникового питания, которое увеличивается в теплое время года. Зимой сток на таких реках обеспечивается за счет грунтовой составляющей.

Определение доли различных составляющих в питании реки обычно производят путем расчленения гидрографа, который заключается в том, что на гидрографе прямыми или плавными линиями соединяют точки минимальных расходов предвесеннего периода и все частные минимумы теплого периода года в промежутках между паводками. Ниже этой линии - подземная составляющая речного стока или базисный сток. Расчленение гидрографа дает возможность вычислить долю поверхностного и подземного стока для решения народно-хозяйственных задач. Классификацией рек по типам водного питания и фазам водного режима занимались Львович М.И., Воейков А.И. и др.

Вода, стекающая по поверхности земли и переносимая реками, обладает энергией, то есть способностью производить работу. Потенциальная энергия реки на участке L (км) имеет падение уровня воды Δh (м) и при среднем расходе воды на данном участке Q (м³/с) равна Е= 9,81·Q·Δh. В естественных условиях энергия воды затрачивается на преодоление сил трения, перенос наносов, растворенных веществ и истирание частиц. В результате этой работы происходят процессы эрозии и аккумуляции минеральных наносов, изменение форм земной поверхности, очертаний и глубин, речных русел.

Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке разделяют на взвешенные и влекомые по дну. Это подразделение условно и зависит от скорости потока и крупности частиц, которые могут переходить из взвешенного состояния во влекомое и наоборот. Кроме того, наносы делят на руслоформирующие и транзитные. Большая часть взвешенных наносов является транзитной, а большая часть влекомых - руслоформирующей. Сток наносов называется твердым стоком. Оценить его величину приближенно можно по мутности воды r (г/м³). Количество наносов, проносимое рекой через поперечное сечение за единицу времени, называется расходом наносов R (кг/с) = Q · r.

Перемещение донных влекомых наносов обусловлено донными скоростями и размерами частиц. Вес переносимых частиц пропорционален величине скорости в шестой степени. То есть если скорость потока увеличивается в 2 раза, то вес переносимых потоком частиц возрастает в 64 раза. Этим объясняется процесс формирования селевых потоков при резком увеличении стока на горных реках после обильных осадков.

Речные наносы образуются в результате выветривания (денудации). Формой выветривания является эрозия склоновая и русловая. Русловая эрозия может быть боковая и донная. Преобладание того или иного вида эрозии зависит от базиса эрозии. Интенсивность эрозии зависит от энергии текучих вод и сопротивляемости горных пород размыву, уклоны поверхности и режима стока, наличия и характера растительного покрова. Уничтожение растительного покрова может привести к усилению эрозии, местному смыву почв, возникновению овражной эрозии и увеличению мутности воды в реке. Наиболее интенсивно материал смыва поступает в реку в начале половодья или паводка. Самая малая мутность воды бывает в период питания реки преимущественно грунтовыми водами. Реки транспортируют в Мировой океан миллиарды т/год твердых наносов.

Непрерывное изменение морфологического строения речного русла под действием текущей воды называется русловым процессом. Он приводит к формированию извилистого русла. Очертание долины показывает орографическую извилистость, а очертание извилин русла - гидрографическую извилистость. Извилистость гидрографическая значительно больше, чем орографическая. Петлеобразные изгибы русла (излучины) называются меандрами, а процесс их образования и смещения вдоль русла реки называется меандрированием. Меандрирование бывает ограниченное склонами долины и неограниченное, свободное завершенное и незавершенное.

Сток растворенных веществ называется солевым стоком. В речном стоке преобладают карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. По степени минерализации пресная речная вода бывает слабо минерализованной (М менее 500мг/л), повышенной минерализации (М = 500-1000мг/л) и высокой минерализации (М более 1000г/л). Химический состав речных вод зависит от притока грунтовых вод, содержащих растворенные соли. Солевой сток возрастает в маловодные периоды с преобладанием грунтового питания реки. Солевой сток можно оценить, зная величину минерализации воды. Расход солей через данное поперечное сечение S = Q воды · М (кг/с). За год река проносит миллионы тонн солей в Мировой океан.

Температурный режим рек зависит от климатических условий. Реки бывают замерзающие и незамерзающие. Замерзающие реки имеют ледовый режим, который характеризуется:

o датой начала осеннего ледохода;

o датой окончания осеннего ледохода и началом ледоставного периода;

o продолжительностью в сутках ледоставного периода;

o датой начала весеннего ледохода;

o датой окончания весеннего ледохода.

Ледовый режим реки зависит от климата, направления течения реки, наличия проточных озер и ох расположения по длине, характера хозяйственной деятельности (сброс стоков, ГЭС и др.). В зависимости от температуры воды в реке и направления ее течения говорят о тепловом стоке в Мировой океан.

Дата добавления: 2015-04-30