Лекції - Гідрологія

Тема 1 гідрологія ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ.doc (1 стор.)
Тема 3 гідрологія ОЗЕРА.doc (1 стор.)
Тема 4 гідрологія ВОДОХРАНІЛІЩА.doc (1 стор.)
Тема 5 гідрологія ЛЕДНІКІ.doc (1 стор.)
ТЕМА 6 гідрологія БОЛОТА.doc (1 стор.)
ТЕМА 7 гідрологія ПІДЗЕМНІ ВОДИ.doc (1 стор.)
ТЕМА 8 гідрологія РЕКІ.doc (1 стор.)
Тема 9 гідрологія ОКЕАНИ І МОРЯ.doc (1 стор.)
Оригінал


Тема 6. Гідрологія річок


Гідрографічна мережа. Річкові системи. Головні річки та їх притоки. Вода, що надходить на поверхню землі у вигляді опадів або виходять підземних потоків, збирається в зниженнях рельєфу і, стікаючи під дією сили тяжіння в напрямку зниження місцевості, утворює поверхневі водотоки.

Поверхневі водотоки в залежності від їх величини і фізико-географічних умов, в яких вони протікають, можуть бути постійно або періодично діючими. Система постійно і тимчасово діючих водотоків та озер утворює гідрографічну мережу поверхні суші. До гідрографічної мережі не відносяться численні невеликі струмки води, тимчасово утворюються в період танення снігу або випадання рідких опадів, а також тимчасові скупчення води, що виникають в невеликих численних зниженнях місцевості.

Коли розглядається система постійно і тимчасово діючих водотоків, застосовується термін руслова мережу. Частина руслової мережі, що включає досить великі, переважно постійні руслові потоки, об'єднується поняттям річкової мережі. У будові гідрографічної (руслової) мережі можна виділити наступні основні ланки, послідовно змінялися від верхів'їв вниз за течією: улоговини, балки, суходоли, річкові долини (Мал. 1).




Рис. 1. Схема основних ланок гідрографічної мережі.

I - основні ланки мережі; II - поперечні профілі.

Улоговина - верхнє (за течією) ланка гідрографічної мережі, являє собою слабовираженним, витягнуту западину водно-ерозійного походження з пологими, зазвичай задернованних схилами і рівним, увігнутим, похилим дном.

Лощина - Наступне за улоговиною ланка гідрографічної мережі, відмінне від улоговини більшою глибиною врізу, більшою висотою і крутизною схилів і появою форм донного і берегового розмиву або гіллястого русла.

Суходіл - Преддолінное нижня ланка гідрографічної мережі без постійного водотоку; характеризується асиметрією схилів і наявністю звивистого русла тимчасового потоку.

Долина - найбільш повно розроблене діяльністю води ланка гідрографічної мережі, що характеризується великою протяжністю і наявністю постійного потоку (річкові долини).

Річка - природний водний приплив, що протікає у витягнутих пониженнях земної поверхні і має відносно постійне і розроблене їм русло, по якому здійснюється стік води.

Річкова система - з овокупность річок, що впадають у розглянуту головну річку, разом з головною річкою.

Річкова система включає в себе одну головну річку, ряд приток головної річки, притоки цих приток і т. д. Річки, безпосередньо впадають в головну річку, називаються притоками першого порядку. Притоки другого порядку по відношенню до головної річки - річки, що впадають в притоки першого порядку, і т. д.

Останнім часом знаходить застосування інша класифікація притоків (по Хортону). У цій класифікації найменші, нерозгалужені притоки відносяться до першого порядку (класу); наступні, які приймають в себе притоки першого порядку, - до другого порядку; річки, що беруть притоки першого і другого порядку, відносяться до притокам третього порядку і т. д. аж до головної річки, яку відносять до самому вищому порядку, що характеризує одночасно порядок всієї системи (Мал. 2).




Рис. 2. Структура та морфологічні характеристики річкової мережі.

а - схема річкової системи; б - залежність відносної глибини (h / В) від порядку потоку (N) і середнього річного витрати (Q 0). I - VIII - порядки природних потоків.


Витік і гирло річки. Основні види гирл. Гирлові області. Місце початку річки називається витоком. Початок річка може отримати зі струмків і ключів, льодовика, озера або болота. Коли ріка утворюється від злиття двох річок, місце злиття є початком цієї річки, проте за витік її слід приймати місце початку довшою з двох злилися річок. У цьому випадку можна розрізняти гідрографічну довжину річки, тобто довжину від найбільш віддаленого витоку, і довжину річки даної назви.

При визначенні довжини річки по карті необхідно перш за все встановити ознаки виділення витоку і гирла.

У тому випадку, коли річка утворюється злиттям двох річок без назви, за витік річки приймається витік водотоку більшої довжини, а при однаковому їх протягом - витік лівої складової.

При утворенні річки в результаті злиття двох річок, що мають самостійні назви, за початок цієї річки приймається місце злиття утворили її річок. Однак за витік річок в таких випадках, як і у випадку злиття двох річок без назви, слід приймати витік водотоку більшої довжини.

Впадаючи в іншу річку, озеро чи море, річка утворює гирло. Якщо річка впадає в річку, озеро або море двома рукавами, за гирло приймається гирло більш великого рукава. При наявності дельти за гирло приймається гирло основного рукава. Якщо річка закінчується зрошувальним або іригаційним віялом, за гирло приймається місце розгалуження річки на зрошувальні канали.

Крім витоку і гирла, на порівняно великих річках виділяють ділянки верхнього, середнього і нижнього течії. Для зазначеного розмежування загального протягу річки на ділянки не існує твердо встановлених умов. Цей поділ провадиться з урахуванням зміни вниз за течією річки рельєфу місцевості, швидкостей течії, водності потоку та інших його характеристик.

У гирлах річок виникають своєрідні процеси, пов'язані з відкладенням виносяться річкою наносів і взаємодією вод впадає річки і водойми, їх приймаючого (річка, озеро, море).

При впадінні в море або озеро річка часто відкладає значна кількість наносів і в цьому випадку створює багаторукавну гирлі, зване дельтою. Чим менше несе річка наносів, тим слабкіше виражені дельтові форми. Припливи, відливи та морські течії утрудняють утворення дельт. У цих випадках річка часто вливається в море одним широким руслом, утворюючи губу, або естуарій.

Особливою формою естуаріїв є лимани, що представляють собою затоплену морем гирлову частину долини. Освіта лиманів відбувається при опусканнях берегової смуги. Лимани зберігають характерну звивистість річкової долини. На відміну від лиману, ділянка моря, примикає до морського берега і відділений від основного морського простору косою, називається лагуною.

Таким чином, лиман являє собою як би частина річки, лагуна ж є частиною моря, що прилягає до гирла річки.

Наноси, що виносяться ріками в море, відкладаючись за межами гирла, утворюють мілководне взморье - бар.

В кінці нижньої течії річки при впадінні її в море і в межах прибережної частини моря утворюється перехідна зона. Протягом цієї зони під впливом моря режим річки суттєво змінюється: швидкості течії зменшуються, в річку проникають приливо-відливних течії, відбувається змішання річковий і морський води, ширина річки різко зростає і утворюється дельта або естуарій.

У свою чергу прибережна частина моря, безпосередньо прилегла до гирла річки, відчуває вплив впадає річки. Це вплив позначається в зниженні солоності морської води, в розподілі глибин, течій і зміні інших характеристик гідрологічного режиму. Зазначена перехідна зона називається гирлової областю. В межах цієї області в свою чергу розрізняють предустьевих взморье і приморський ділянку річки (Мал. 3).



Рис. 3. Районування морського гирла річки.


^ Приморський ділянку річки ділиться на предустьевой і гирлової ділянки. предустьевих ділянку річки має річковий режим, тільки тимчасово порушується згінно-наганянь і приливо-відпливними явищами. Його верхній створ знаходиться на кордоні проникнення цих явищ, нижній-у місці поділу річки на рукави, а при однорукавне гирлах і естуаріях - в перерізі, де постійно спостерігається змішання річковий і морський води.

^ Гирл ділянку річки простягається від нижнього створу предустьевих ділянки до предустьевих узмор'я. По ширині гирлової ділянку обмежується корінними берегами долини, а якщо вони нечітко виражені, то лінією найбільшого розливу в повінь.

^ Предустьевих взморье займає простір від нижньої межі гирлової ділянки до зони, далі якої вплив річки на морський режим вже не простежується.

Виділяють такі типи гирлових областей (Рис. 4):



Однорукавне гирлі.




Естуарій.



Острівне гирлі.



Лопатеві гирлі.



Багаторукавну, ветвящееся гирлі.



Блоковане, лиманове гирлі.


^ Швидкості течії води і розподіл їх по живому перетину

Швидкості течії в ріках неоднакові в різних точках потоку: вони змінюються і по глибині і по ширині живого перерізу. На кожній окремо взятій вертикалі найменші швидкості спостерігаються у дна, що пов'язано з впливом шорсткості русла. Від дна до поверхні наростання швидкості спочатку відбувається швидко, а потім сповільнюється, і максимум у відкритих потоках досягається у поверхні або на відстані 0,2 H від поверхні.

Криві зміни швидкостей по вертикалі називаються годограф або епюрами швидкостей (рис. 5).



Рис. 5. Епюри швидкостей.

а - Відкрите русло, б - перед перешкодою, в - крижаний покрив,

г - скупчення шуги.


На розподіл швидкостей по вертикалі великий вплив мають:

- Нерівності в рельєфі дна,

- Крижаний покрив,

- Вітер,

- Водна рослинність.

По ширині потоку швидкості як поверхнева, так і середня на вертикалях змінюються досить плавно, в основному повторюючи розподіл глибин у живому перерізі: біля берегів швидкість менше, в центрі потоку вона найбільша.

Лінія, що з'єднує точки на поверхні річки з найбільшими швидкостями, називається стрижнем.

Наочне уявлення про розподіл швидкостей в живому перерізі можна отримати побудовою Ізотов - ліній, що сполучають в живому перерізі точки з однаковими швидкостями (мал. 6).

Область максимальних швидкостей розташована звичайно на деякій глибині від поверхні. Лінія, що з'єднує по довжині потоку точки окремих живих перетинів з найбільшими швидкостями, називається динамічною віссю потоку.

^ Середня швидкість на вертикалі обчислюється діленням площі епюри швидкостей на глибину вертикалі або при наявності виміряних швидкостей в характерних точках по глибині (v пов, v 0, 2, v 0, 6, v 0, 8, v дон) за однією з емпіричних формул , наприклад






Рис. 6. Ізотахі в живому перерізі річкового потоку.


Середня швидкість в живому перерізі. Формула Шезі

Для обчислення середньої швидкості потоку при відсутності безпосередніх вимірювань широко застосовується формула Шезі:



або



де ^ H ср - середня глибина, R - гідравлічний радіус, С - швидкісний коефіцієнт, що залежить від шорсткості русла і гідравлічного радіусу, i - ухил водної поверхні на ділянці річки.

Величина коефіцієнта С не є величиною постійною. Для її визначення існує декілька емпіричних формул. Наведемо дві з них:

формула Манінга



формула Базена:



формула Павловського



де п - коефіцієнт шорсткості, знаходиться за спеціальними таблицями. Змінний показник у формулі Павловського визначається залежністю:



Його ще можна обчислити за такими спрощеними формулами:

при R <1 м

при R> 1 м


З формули Шезі видно, що швидкість потоку зростає із збільшенням гідравлічного радіусу або середньої глибини. Це відбувається тому, що із збільшенням глибини слабшає вплив шорсткості дна на величину швидкості в окремих точках вертикалі і тим самим зменшується площа на епюрі швидкостей, зайнята малими швидкостями. Збільшення гідравлічного радіусу призводить і до збільшення коефіцієнта С. З формули Шезі випливає, що швидкість потоку зростає із збільшенням ухилу, але цей ріст при турбулентному русі виражений в меншій мірі, ніж при ламінарному.


^ Поперечні циркуляції

Однією з особливостей руху води в річках є непараллельноструйность течій. Вона чітко проявляється на закругленнях і спостерігається на прямолінійних ділянках річок. Поряд із загальним паралельним берегів рухом потоку в цілому є внутрішні течії в потоці, спрямовані під різними кутами до осі руху потоку і виробляють переміщення водних мас в поперечному до потоку напрямку.

На стрижні внаслідок великих швидкостей на поверхні води відбувається втягування струменів з боку, в результаті в центрі потоку створюється деяке підвищення рівня. Внаслідок цього в площині, перпендикулярній до напрямку течії, утворюються два циркуляційних течії по замкнутих контурах, що розходяться у дна (рис. 7а). У поєднанні з поступальним рухом ці поперечні циркуляційні течії набувають форму гвинтоподібних рухів. Поверхневе протягом, спрямоване до стрижню - збійні, а донне розходиться - веерообразное.




Рис. 7. Циркуляційні течії на прямолінійній (а) і на вигнутому (б) ділянці русла (по Н. С. Лелявський).

^ 1 - план поверхневих і донних струменів, 2 - циркуляційні течії у вертикальній площині, 3 - гвинтоподібні течії.


На вигнутих ділянках русла струменя води, зустрічаючись з увігнутим берегом, відкидаються від нього. Маси води, що переносяться цими відображеними струменями, що володіють меншими швидкостями, накладаючись на маси води, що переносяться набігають на них наступними струменями, підвищують рівень водної поверхні біля увігнутого берега. Внаслідок цього виникає перекіс водної поверхні, і струмені води, що знаходяться у увігнутого берега, опускаються по укосу його і направляються в придонних шарах до протилежного опуклого берега. Виникає циркуляційне протягом на зігнутих ділянках річок (рис. 7б).

Поява поперечних течій на закругленнях русла пояснюється розвивається тут відцентровою силою інерції і пов'язаним з нею поперечним ухилом водної поверхні. Відцентрова сила інерції, що виникає на закругленнях, неоднакова на різних глибинах.




Рис. 8. Схема додавання сил, що викликають циркуляцію.

а - зміна по вертикалі відцентрової сили P 1, б - надлишковий тиск, в - результуюча епюра діючих на вертикалі сил відцентрової і надлишкового тиску, г - поперечна циркуляція.


У поверхні вона більше, у дна менше внаслідок зменшення з глибиною поздовжньої швидкості (рис. 8а). При перекосі водної поверхні виникає надлишковий тиск i поп . де  - вага одиниці об'єму води; i поп - поперечний ухил. Воно однаково для кожної точки вертикалі і направлено в протилежну сторону по відношенню до відцентровій силі інерції (рис. 8б, в). Внаслідок неврівноваженості цих сил в окремих точках по вертикалі і виникає в потоці поперечна циркуляція (рис. 8г).

В залежності від напрямку закруту відхиляюча сила Коріоліса або підсилює, або послаблює поперечні течії на закругленні. Ця ж сила збуджує поперечні течії на прямолінійних ділянках.

При низьких рівнях на закругленні циркуляційні течії майже не виражені. З підвищенням рівнів, збільшенням швидкості і відцентрової сили циркуляційні течії стають виразними. Швидкість поперечних течій зазвичай мала - в десятки разів менше поздовжньої складової швидкості. Описаний характер циркуляційних течій спостерігається до виходу води на заплаву. З моменту виходу води на заплаву в річці створюються як би два потоки - верхній, долинного напрямки, і нижній, в корінному руслі. Взаємодія цих потоків складно і ще мало вивчено.


^ Вихрові рухи

Крім поперечних циркуляції, в потоці спостерігаються вихрові рухи з вертикальною віссю обертання (рис. 9). Одні з них рухливі й нестійкі, інші стаціонарні і відрізняються великими поперечними розмірами. Найчастіше вони виникають у місцях злиття потоків, за крутими виступами берегів, при обтіканні деяких підводних перешкод і т. д. Умови формування стаціонарних вихорів поки не досліджені. Ймовірно, утворенню стійкого локалізованого вихору сприяє значна глибина потоку і існування висхідного потоку води. Ці вихори в потоці, відомі під назвою вирів, нагадують повітряні вихори - смерчі.




Рис. 9 Схема вихорів з вертикальними осями (по К. В. Гришанина).


Поперечні циркуляції, вихрові рухи відіграють велику роль у транспортуванні наносів і формуванні річкових русел.


^ Основні закономірності структури гідрографічної мережі. Густота річкової мережі. Залежно від характеру грунтів басейну, рельєфу місцевості, рослинного покриву і кількості випадаючих опадів руслова мережу зазвичай має різну розгалуженість. В умовах легко проникних грунтів велика частина опадів, що випадають досягає річкового русла підземним стоком, внаслідок чого в цьому випадку руслова мережу менш розвинена. У гірських районах, де опадів звичайно більше, ніж на рівнині, а грунти менш проникні, густота руслової мережі більше, ніж у рівнинних.

У лісових районах внаслідок більш сприятливих умов для фільтрації води спостерігається дещо менша густота руслової мережі, ніж в безлісних.

Слід враховувати, що в ізольованому вигляді важко встановити вплив якогось одного із зазначених факторів; у більшості випадків вони спільно визначають умови розвитку руслової мережі, хоча нерідко небудь з них має найбільший вплив. Це іноді призводить до суперечливих оцінками ролі окремих факторів у формуванні річкової мережі.

Так, наприклад, в гідрологічної літературі зустрічаються твердження, що підвищений розвиток річкової мережі спостерігається на заболочених територіях, в озерних улоговинах і в інших місцях, де грунтові води знаходяться близько до земної поверхні, в той же час відзначається, що рельєф місцевості порівняно мало впливає на щільність руслової мережі.

^ Густота руслової мережі зазвичай визначається як відношення довжини всіх видатків даній площі, вираженої в кілометрах, до величини цієї площі, вираженої в квадратних кілометрах, тобто



З визначення поняття густоти руслової мережі ясно, що числові значення густоти руслової мережі будуть порівнянні між собою для окремих районів, якщо вони отримані за даними карт одних і тих же масштабів і зйомок однієї і тієї ж ступеня повноти. Дійсно, на картах дрібних масштабів дуже малі водотоки не можуть бути показані і, отже, загальна довжина водотоків виявиться менше, ніж у тому випадку, коли визначення довжин вироблялося по картах більших масштабів.

Чим крупніше масштаб, тим точніше визначається густота руслової мережі.

Найбільш часто визначення густоти руслової мережі проводиться таким чином: розглянута територія розбивається на мережу рівновеликих квадратів і вимірюється сумарна довжина водотоків, що знаходяться в межах кожного квадрата.

Розділивши знайдене значення на площу квадрата, отримаємо густоту річкової мережі в межах цього квадрата.

Іноді ступінь розвиненості руслової мережі характеризують розчленованістю рельєфу, визначаючи величину площ, обмежених двома сусідніми річками і лінією, проведеної між їх витоками.

Густота руслової мережі характеризує і середні відстані між суміжними водотоками. Справедливість цього випливає з наступних міркувань.

Уявімо собі, що якась частина території рівномірно покрита водотоками (в тому числі і пересихаючих), причому на всій площі F число таких видатків п і довжина кожного L. Тоді можна вважати, що до кожного водотоку довжиною L буде примикати майданчик f = F / n.

Для густоти руслової мережі d маємо



а звідси



Але відношення площі примикає до водотоку ділянки до довжини ділянки дорівнює ширині ділянки, тобто відстані від даного водотоку до найближчого.

Для випадку нерівномірного розподілу руслової мережі величина l / d, очевидно, є середня відстань між водотоками, а величина l / 2 d характеризує середню ширину схилів, з яких вода надходить у водотоки.

Враховуючи, що тальвег водотоку зазвичай починається не від вододілу, а лише на деякій відстані від нього, середню ширину схилу іноді рекомендують обчислювати за співвідношенням b = l / 2,25 d


Схилових ерозія. Крім основної гідрографічної мережі, утвореної системою улоговин, ярів, суходолов, малих річок, струмків і річками середніх і великих розмірів, на поверхні землі мається численна мережа найдрібніших борозен, вимоїн та ложбінок, розподілених відповідно до мікрорельєфом місцевості. Тому поверхневий стік дощових, зливових і талих вод відбувається зазвичай не суцільним шаром, а струменями різної величини. Зазначене струйчатую будова схилового стоку обумовлює змивання верхнього шару грунту. Цей процес змивання грунтів поверхневим стоком носить назву площинної ерозії.

При великих ухилах поверхні і на довгих схилах найдрібніші цівки зливаються в більші струмочки, які створюють більш великі струйчатую, або ручейковий, розмиви-вибоїни, або улоговини. Якщо глибина цих улоговин не перешкоджає звичайній обробці грунту і улоговини можуть бути згладжені при черговій оранці, то ця стадія розвитку називається струменистий підтипом площинної ерозії. У тих випадках, коли улоговини і розмиви, створені концентрованими потоками талих і зливових вод, не можуть бути згладжені звичайної обробкою грунту, виникає новий тип водної ерозії - яружна ерозія. Яружна ерозія є наступним етапом розвитку струйчатую ерозії.

^

Річковий басейн


Поверхневий і підземний водозбори. Вододіли. Розподіл і змішання вод. Після з'ясування вихідних понять, що відносяться до характеристики гідрографічної мережі взагалі та руслової зокрема, розглянемо більш докладно структуру річкових басейнів. Територія земної поверхні, включаючи товщу грунтів, звідки дана річкова система або окрема річка отримує водне харчування, називається басейном річкової системи або річки. Басейн кожної річки включає в себе поверхневий і підземний водозбори.

Поверхневий водозбір являє собою площу земної поверхні, з якої води надходять в дану річкову систему або окрему річку.

^ Підземний водозбір утворюють товщі грунтів, з яких вода надходить у річкову мережу.

Поверхневий водозбір кожної річки відділяється від водозбору сусідньої річки вододілом, який проходить по найбільш високим точкам земної поверхні, розташованим між водозборами сусідніх річок. У загальному випадку поверхневий і підземний водозбори річок не збігаються. Однак в силу великих труднощів у визначенні межі підземного водозбору часто у всіх розрахунках та при аналізі явища стоку за величину басейну беруть тільки поверхневий водозбір і внаслідок цього не роблять відмінності між термінами «річковий басейн» і «річковий водозбір». Помилки, що виникають в результаті умовного ототожнення розмірів басейну і поверхневого водозбору, можуть виявитися істотними тільки для малих річок і для річок, що протікають в геологічних умовах, що забезпечують хороший водообмін між басейнами сусідніх річок (райони поширення карсту). Для малих басейнів помилки можуть виявитися великі тому, що ті додаткові площі, які в зв'язку з розбіжністю поверхневого і підземного вододілів потрібно додати або відняти від загальної площі басейну, в процентному відношенні будуть більш значними, ніж для великих басейнів.

У межах басейнів, розташованих на плоских рівнинних просторах посушливих районів, можуть розташовуватися області значних розмірів, що не мають стоку в основну ріку, повністю расходующие надходить у вигляді опадів воду на випаровування та живлення підземних вод, що йдуть за межі річкового басейну. Такі безстічні області не повинні включатися в величину водозбірної площі річки.

Розміри безстічних областей можуть змінюватися в залежності від водності року: у багатоводні роки вони скорочуються, в маловодні збільшуються.

Процес ерозії, триваючий безперервно протягом досить тривалого періоду, може закінчитися проривом вододільній лінії двох сусідніх річок. Таке явище називається перехопленням, або змішанням (з'єднанням), вод (рис. 10).





Рис. 10. Схема підготовлюваного річкового перехоплення.


Іноді змішання вод може здійснитися в результаті біфуркації, або процесу дроблення річки на рукави, зазвичай у нижній течії. Відходять у результаті біфуркації від основного русла рукава можуть нижче за течією знову влитися в основне русло або прокласти собі шлях у напрямку до сусіднього водозбору. Рукава, що відділяються від основного русла, можуть і не з'єднуватися з ним нижче за течією, а мати самостійне гирлі.

В умовах рівнинного рельєфу іноді зустрічаються випадки з'єднання у верхів'ях річок, що течуть в різних напрямках. Що відбувається розподіл поверхневого стоку у верхів'ях різних річкових систем називають поділом вод. Випадки ділення вод особливо широко поширені серед річок, що протікають по плоским, заболочених територіях.

Зазначені умови зміни меж басейнів потрібно особливо мати на увазі при дослідженні питань стоку з малих низовинно-болотистих басейнів без яскраво вираженої вододільній лінії, так як іноді це може зробити істотний вплив на величину площі басейну.

Керуючись положенням витоків сусідніх річок і погодившись з рельєфом місцевості, можна на карті провести лінію вододілу і тим самим виділити водозбірну площу річки.

Стосовно до різних завдань доводиться брати до уваги водозбірну площу або всієї річки, або окремих її частин.


^ Морфометричні характеристики річкового басейну. Особливості геометричної будови річкових водозборів зазвичай характеризують деякими кількісними показниками - морфометричні характеристики. Серед цих характеристик основними вихідними є довжина річки і площа водозбору.

^ Довжиною річки називається відстань від витоку до гирла в кілометрах; рахунок кілометрів прийнято вести від гирла як від більш певної точки, ніж витік. Слід при цьому мати на увазі, що при складному будові гирлової області вибір початкового створу відліку є умовним. Однак при значній довжині річки ця обставина не має суттєвого значення, тим більше, що гирлової створ приймається постійним при всіх наступних вимірах. Значно більший вплив на вимірювану довжину надає звивистість річки і масштаб топографічної карти. Чим крупніше масштаб карти, тим точніше можна визначити довжину річки. Вплив звивистості на довжину річки, виміряну по карті, враховується введенням поправок, встановлених для різних категорій звивистості (рис. 11).


Р ис. 11. Зразки звивистості річок.


Вимірявши довжину річок, що утворюють дану річкову систему, можна побудувати так звану гідрографічну схему, яка дає наочне уявлення про те, куди яка річка і після якої впадає, яка її довжина в порівнянні з довжинами інших річок басейну. При побудові гідрографічної схеми по горизонтальній лінії відкладають в масштабі довжину головної річки. Притоки викреслюються в тому ж масштабі у вигляді прямих ліній, що відходять від місця впадання під деяким (довільним) кутом до цієї горизонтальної лінії.

^ Площа водозбору річок, розташованих в однакових фізико-географічних умовах, безпосередньо визначає водність річки: чим більше ріка, тим вона повноводнішим. Для визначення площі водозбору на карті встановлюють вододіл і вимірюють обмежену їм площу. Вимірювання площі водозбору по картах проводиться планіметрії. Зробивши визначення водозбірної площі головної річки та її приток, можна отримані дані узагальнити у вигляді графіків, що дають наочне уявлення про розподіл всієї площі між окремими притоками і про збільшення площі басейну в залежності від збільшення довжини річки. Для цієї мети зручно попередньо висловити площі окремих приватних басейнів у відсотках від усієї площі. Одним із способів графічного зображення розподілу загальної площі водозбору річки між її притоками є так званий кругової графік водозбору (Рис. 12).





Рис. 12. Кругової графік басейну р.. Оки.


На цьому графіку загальна площа водозбору зображується у вигляді кола, а площі окремих приток у відповідному масштабі у вигляді секторів. Наростання площі водозбору за довжиною річки можна представити у формі графіка, показаного на рис. 13.



Рис. 13. Графік наростання площі водозбору р. Оки.


На цьому графіку по горизонтальній осі відкладається довжина головної річки в прийнятому масштабі, по вертикальній - площі водозбору головної річки між притоками і площі басейнів приток. Поступове наростання площі басейну головної річки в місцях впадіння приток змінюється різким збільшенням водозбору, що на графіку відзначається відрізком вертикальної лінії в прийнятому масштабі, відповідним величині водозбору припливу.

Між площею водозбору F і довжиною річки L існує кореляційна залежність.

Форма річкових водозборів зазвичай характеризується розширенням у середній частині і звуженням до гирла і витоків річки.

Поряд з цією найбільш часто зустрічається формою маються водозбори з мало що змінюється по довжині шириною (рівномірно розвинені водозбори) і більш розширеною частиною у верхів'ях або, навпаки, в нижній течії і, нарешті, водозбори, що характеризуються зменшенням ширини в середній частині.

При географічних узагальненнях деяких характеристик, наприклад стоку, буває доцільно відносити їх до центру басейну. При цьому зазвичай за таку точку беруть геометричний центр фігури басейну, хоча це і не можна визнати цілком правильним, особливо в тих випадках, коли в межах річкового басейну стік розподіляється нерівномірно. Більш правильним було б віднесення даних по стоку не до геометричного центру басейну, а до центру харчування, т. тобто до точки, відповідної середньому зваженому стоку цього водозбору. Однак визначити центр харчування можливо лише в тих випадках, коли є достатньо докладні дані, що висвітлюють територію річкової системи.
^

Таблиця 1

Відношення середньої ширини водозбору до довжини річки



Характеристика форми водозбору

Площа водозбору, км 2

100


2000


5000


10000

Широкий (округлий)

Звичайний (грушоподібний)

Вузький (витягнутий)

0,85

0,40

0,20

0,65

0,30

0,15

0,55

0,26

0,13

0,50

0,24

0,12


Ширина водозбірної площі річки не залишається постійною, вона змінюється по довжині річки. Зміна ширини водозбору позначається на кількості притікає води до русла річки на різних ділянках, якщо на водозбір рівномірно по його площі надходить вода, наприклад від сніготанення або дощу. Зміна ширини водозбору по довжині річки може бути представлено у формі графіка (ідограмми). При побудові цього графіка (рис. 14) суміщають по осі абсцис довжини всіх приток з довжиною основного водотоку і відкладають послідовно на осі ординат середні ширини приватних площ водозбору.

Вихідні дані для побудови графіка отримують наступним чином. На плані водозбору (рис. 14а) виділяють басейни більш-менш великих приток і ділянки, де стік безпосередньо надходить в основну ріку, і для кожного з них за даними про довжині і площі визначають середні ширини.

Потім по осі абсцис відкладають в масштабі гідрографічну довжину річки. Уздовж цієї лінії, як показано на рис. 14б, спочатку відкладають приватні ширини так званих беспріточних ділянок основного водотоку 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, а потім ширини водозборів приток А, В, С; приватна ширина першого припливу А відкладена вправо на протязі 45 км від точки , що знаходиться на відстані 15 км по осі абсцис від гирла; ця приватна ширина у відповідності з довжиною припливу А розташувалася над шириною ділянок 3-4, 2-3, 1-2. Приватна ширина другого припливу У відкладена від точки, що знаходиться на відстані 32 км по осі абсцис; ця ширина відкладена над сумарною шириною ділянок 2-3 і над шириною ділянки 1-2 і т. д. В результаті отримуємо графік, що дозволяє судити про зміну ширини басейну по довжині річки. Це побудова іноді називають графіком одиничних ширин.





Рис. 14. Схема побудови графіка зміни ширини водозбору по

довжині річки (ідограмма).


^ Фізико-географічні характеристики басейну (географічне положення, клімат, геологічна будова, грунт, рослинність і рельєф) справляють істотний вплив на процеси стоку. Тому при дослідженні річки і режиму її стоку необхідно детальне їх вивчення.

У цьому розділі наводиться коротке пояснення застосовуються понять і в окремих випадках розглядається вплив їх на режим річок.

Більш докладний виклад взаємозв'язку режиму вод суші з фізико-географічними факторами дається в подальшому при розгляді різних елементів режиму.

^ Географічне положення басейну визначається географічними координатами (широта і довгота), між якими він знаходиться. Загальне, але достатньо ясне уявлення про географічне положення басейну дає вказівку про його розташування по відношенню до басейнів інших річок, гірських хребтів і т. д.

^ Кліматичні (метеорологічні) умови є в більшості випадків вирішальними чинниками, що визначають водний режим водойми. З метеорологічних факторів найголовнішими в сенсі впливу їх на стік є кількість опадів, характер їх випадання, температура повітря і дефіцит вологості повітря.

^ Геологічна будова і грунту басейну визначають характер і розмір підземного живлення річок, втрати опадів на просочування, поява заболочених просторів і пр. При дослідженні малих басейнів бажано геологічна будова і грунту охарактеризувати на підставі спеціальних досліджень.

Рельєф, впливаючи на кількість, характер випадання і розподіл опадів по території басейну, температуру повітря і умови протікання води по земній поверхні, є істотним чинником, що визначає водність річок і характер їх режиму. Тому дані про рельєф мають дуже важливе значення у з'ясуванні загальних умов стоку.

^ Рослинний покрив басейну зазвичай характеризується відомостями про основні види рослинності, поширеної в межах водозбору із зазначенням розмірів займаних ними площ. Важливо знати, де розташовані лісові масиви (у верхній, середній або нижній частинах водозбору, на вододілах або в долині річки), мати характеристику сільськогосподарського освоєння території водозбору (розміри орних угідь) і т. д. Кількісною характеристикою ступеня залісненій річкових басейнів є коефіцієнт лісистості , представляє собою відношення площі лісів, розташованих в басейні, до загальної площі басейну. Зазначений коефіцієнт може обчислюватися як для водозбору в цілому, так і для окремих створів, наприклад, по яких є дані про стік річки. Коефіцієнт лісистості виражається або в процентах, або в частках одиниці.

^ Озерна, заболоченість, розподіл вічної мерзлоти і наявність льодовиків повинні бути враховані досить повно за наявними матеріалами або на підставі спеціальних досліджень.

Зокрема, важливо встановити так звані коефіцієнти озерності і заболоченості, що представляють собою відповідно відношення площі, зайнятої озерами або болотами, до загальної площі річкового басейну.

В умовах гірських водозборів водність річки істотно змінюється по висоті. Це зміна водності можна характеризувати гідрографічної кривої басейну. Вона аналогічна гипсографической кривої, що характеризує наростання по висоті площі басейну. Гідрографічна крива, крива зв'язку стоку з висотою і гипсографическая крива є основними характеристиками, наочно ілюструють розподіл середнього стоку по площі і висотним зонам басейну.

^

Річкові долини


Елементи долини і заплави. Долинами називаються відносно вузькі і витягнуті в довжину, здебільшого звивисті знижені форми рельєфу, що характеризуються загальним нахилом свого ложа до гирла. Долини, зустрічаючись між собою, ніколи не перетинаються, а зливаються разом в одне загальне пониження. Розміри долин, так само як і їхні обриси, а почасти й походження, можуть бути вельми різні, але зазначені особливості властиві всім долинах.

У долині розрізняють наступні складові частини:

1. Найнижча частина долини - дно, або ложе. Лінія, що з'єднує найглибші точки долинного ложа, називається тальвегом. Тальвегу в загальному збігається з напрямком лінії найбільших поверхневих швидкостей течії річкового потоку. Частина ложа долини, зайнята водами річки, називається руслом. В долинах, по яких стік має місце в окремих випадках, найбільш глибоко врізану частина їх називають сухим руслом.

2. Підвищені ділянки суші, що обмежують з боків ложе долини, називаються схилами долини.

3. Місця сполучення дна долини зі схилами відмічаються часто більш або менш помітним зламом в поперечному профілі і називаються підошвою схилів.

4. Зона сполучення схилів долини з прилеглою місцевістю називається брівкою долини.

5. Щодо горизонтальні майданчики, розташовані уступами по висоті в межах дна і схилів долини, називаються терасами.

Тераса, розташована в межах дна долини і заливається річковими водами під час повені, носить назву заплави. Тераса, залягає безпосередньо над дном долини (заплавою), вважається першою терасою, наступна за нею, розташована вище - другий і т. д.

У поперечному розрізі заплави розрізняються наступні її частини:

а) найбільш піднесена смуга, безпосередньо прилегла до русла річки, звана прируслової заплавою;

б) середня частина заплави, зазвичай більш низька і рівна, звана центральної заплавою;

в) найбільш знижена частина, що має іноді вигляд заболоченій улоговини, прилегла до корінного берега долини, називається притерасній заплавою. Заплава може бути відсутнім, наприклад, у гірських річок, які не мають розвиненої долини і протікають у глибоких і вузьких ущелинах гір.

6. Сама верхня (за течією) частина долини, де тальвег зникає, а схили втрачають свої виразні контури, називається в залежності від своєї форми початком долини, або Долина замиканням. В рівнинних і горбистих країнах долини у верхів'ях часто непомітно переходять у широкі, розпливчасті, без ясно виражених схилів балки, які служать шляхами для стоку атмосферних вод і тому називаються балками стоку.

Долина, службовка вмістилищем водотоку, називається річковою долиною.

Долинне ложе зазвичай буває звивистим в плані і мінливим по ширині: розширення чергуються з більш або менш різкими і раптовими звуженнями. Це найчастіше спостерігається в долинах, що перетинають на своєму шляху різні гірські пасма, розділені зниженнями, або ж смуги порід різного складу і різної опірності вивітрюванню і розмиву. Звуження долин можуть нерідко обумовлюватися й іншими причинами, наприклад виносами продуктів розмиву з бічних долин в головну (конуси виносу), обвалами, осипами і пр.


^ Перекати, перевали і їх елементи. Нормальний і зрушений перекати. Еволюція перекатів в межах перекатні ділянок. Закономірно пов'язане з обрисом русла рівнинних річок в плані розподіл глибин. Зробивши проміри глибин, можна на плані зобразити русло в Ізобати (лініях рівних глибин). Розташування изобат показує, що рівнинні річки являють собою чергування плес (глибоких ділянок) і перекатів (дрібних частин).

Перекатом називається більш-менш стійке освіту в руслі, зазвичай у вигляді косого поперечного валу з наносів, що перетинає русло. Перекати мають такі основні елементи (рис. 15):



Рис. 15. Загальна схема перекату.

а - план, б - поздовжній профіль по фарватеру;

1 - верхня коса (піски), 2 - нижня коса (піски), 3 - верхня плесових лощина, 4 - нижня плесових лощина, 5 - сідловина, 6 - корито, 7 - напірний скат, 8 - підвали, 9 - гребінь (вал ), 10 - фарватер, 11 - ізобати, 12-Затонського частину нижньої плесових лощини.

1) верхня коса, або верхні піски, розташована вище (вважаючи за течією) корита перекату;

2) нижня коса, або нижні піски, розташована нижче корита перекату.

Іноді верхню косу називають верхнім побічних, а нижню косу - нижнім побічні.

3) верхня плесових лощина, або улоговина, - глибока частина русла вище перекату;

4) нижня плесових лощина, або улоговина, - глибока частина русла нижче перекату;

5) сідловина, або гребінь, - найбільш підвищена частина валу з наносів, що з'єднує верхню і нижню коси перекату;

6) корито перекату - найбільш глибока частина сідловини, де зазвичай проходить фарватер;

7) напірний (верхній) скат - верхова частина сідловини перекату, звернена до верхньої плесових лощині, зазвичай більш полога, ніж низова частина (підвалів);

8) підвалів - низова частина, або тиловий скат, сідловини перекату, що лежить нижче валу перекату і звернена в бік нижньої плесових лощини, зазвичай більш крута, ніж напірний скат;

9) гребінь (вал),

10) фарватер - лінія, що з'єднує найглибші точки дна річки по її довжині,

11) ізобати,

12) Затонський частину нижньої плесових лощини.


Перераховані вище основні елементи перекату в кожному окремому випадку мають той чи інший вид у плані і в профілі і знаходяться в тому чи іншому положенні відносно один одного, в залежності від чого утворюються перекати різних типів. В окремих випадках у місцях перегину русла утворюються плоскі піднесення дна, мають меншу глибину, ніж прилеглі до них плесових лощини і опускаються полого, без резковираженной підвалі (рис. 16). Такі піднесення дна між плесових лощинами носять назву перевалів.

Глибокі ділянки русла річки відповідають зігнутим в плані частинах русла, а перекати - прямолінійним ділянкам, розташованим між закругленнями.





Рис. 16. Схема перекату та освіта перевалів

У розташуванні перекатів в основному можливі два випадки:

1) якщо фарватер плавно переходить з одного плеса в інший, а осі изобат плес знаходяться на продовженні одній лінії, перекат називається нормальним (Рис. 17).



Рис. 17. Схема нормального перекату.


2) якщо фарватер являє собою викривлену лінію, а осі изобат плес зрушені відносно один одного в поперечному напрямку, перекат називається зрушеним (Рис. 18).



Рис. 18. Схема зрушеного перекату.


Глибини на нормальному перекаті зазвичай бувають більше, ніж на зрушеному, тому з точки зору судноплавства перший називають хорошим перекатом, а другий - поганим.

З плином часу перекати і плеса можуть пересуватися за течією так само, як пересуваються звивини річки.

Перекатні ділянки, що включають в себе групи послідовно розташованих один за іншим перекатів, протягом тривалих періодів часу зберігають своє загальне місце розташування, в той час як кожен окремий перекат групи безперервно зміщується вниз за течією. При цьому у міру того як піщані скупчення (побічних) самого нижнього з групи перекату зносяться в межі нижерасположенного плеса і перекати як такої зникає, піщані відкладення, що утворюються по виході з вищерозташованих плеса, дають початок утворенню нового перекату у верхній частині ділянки.


^ Характерні річкові освіти

На річках, русла яких складені рухомими скупченнями наносів, формуються характерні форми рельєфу дна і планових обрисів (Мал. 19).




Рис. 19. Форми руслових утворень.


До характерних плановим контурах відносяться:

затока - глибоко вдаються в берег частина річки;

затон - частина річки, що відокремилася в процесі планових деформацій русла від проточної її частини і що має сліпий кінець, звернений вгору за течією;

протоки - відгалуження річки, нерідко відходить далеко від основного русла і відрізняється від нього меншими розмірами. Деякі протоки можуть мати великі ширини і глибини в порівнянні з руслом, але швидкості течії при низьких рівнях в них завжди значно менше;

староречье - ділянка старого русла річки (рис. у презентації)

острів - ділянка суші, обмежений рукавами або протоками ріки (рис. у презентації);

осередок - скупчення наносів в руслі річки (зазвичай в середній частині) при малій транспортує здатності потоку і великому вступі наносів (рис. у презентації);

останець обтікання - ділянка заплави (дна долини) між діючим руслом і покинутим річкою старим руслом (староречьем);

рукав - Частина русла річки, відокремлена островом;

мілина - Мілководне місце в руслі, при дуже низькій воді обсихає; мілина, покрита водою при більш високій воді, називається мілиною;

коса - довга, низька, вузька клиноподібна намивна смуга, що складається з річкових відкладень (рис. у презентації);

закосок - невелика підводна піщана коса, яка примикає до великої косі або березі;

пріплесок - вузька смуга (піщана, гальковий) по береговому схилу, що заливалася навіть при невеликих підйомах рівня води;

плесо - глибоководний ділянка русла річки, розташований між перекатами.

пляж - широка рівна берегова смуга, яка примикає до русла, складена річковими наносами (найчастіше піщаними) (рис. у презентації);

побочень - піщане скупчення у вигляді примикає до берега частині перекошеною в плані стрічкової гряди;

гряди - рухливі утворення, що представляють собою скупчення піщаних наносів на дні русла річки (рис. у презентації);

заструги - скупчення наносів в руслі річки в формі великих гряд, що примикають до піщаного берега. Гребені орієнтовані майже паралельно один одному і направлені під деяким кутом вниз за течією. Розростаючись, можуть утворювати піщані коси;

заманиха - піщана підводна заструги великих розмірів, виступаюча далеко в русло річки від ухвостья надводної коси;

Шалига - невеликий піщаний підводний бугор із наносів, що виник випадково, утворюється при появі місцевого зменшення швидкостей за перешкодою. При видаленні перешкоди Шалига зазвичай розмивається;





Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації