Гідрологія річок

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Вступ

1. Річка та її басейн, їх морфологія та морфометрія

2. Фізико-географічні характеристики басейнів

3. Структура річкової мережі

4. Поперечний і повздовжній профілі річки

5. Рівень води в річках, швидкості течії, витрати води, методи їх визначення

Список використаної літератури.

річка басейн мережа структура



Вступ

Річка та її басейн, їх морфологія та морфометрія. Фізико-географічні характеристики басейнів. Структура річкової мережі. Повздовжній профіль річки. Рівень води в річках, швидкості течії, витрати води, методи їх визначення. Живлення річок, класифікація річок по джерелах живлення. Водний режим річок. Фази водного режиму. Класифікація річок по водному режиму. Гідрограф стоку. Річковий стік і його складові. Розрахунки норми стоку. Основні поняття й характеристики. Розрахунки при наявності тривалого ряду спостережень. Статистичний аналіз структури рядів стоку. Розрахунки норми стоку при різному об'ємі початкових гідрологічних даних. Метод гідрологічної аналогії. Визначення норми річкового стоку при відсутності гідрологічних даних. Застосування в розрахунках стоку рівняння водного балансу. Закономірність розподілу норми стоку по території Європи, України, Харківської області. Мінливість річкового стоку. Параметри кривих розподілу ймовірностей. Типи кривих розподілу (забезпечення). Визначення параметрів кривої забезпечення річкового стоку при наявності і при нестачі гідрологічних даних. Визначення параметрів при відсутності даних про річний стік. Розподіл стоку всередині року. Вплив фізико-географічних чинників на сезонний розподіл стоку. Розрахунок розподілу стоку всередині року при наявності гідрологічних даних. Визначення розподілу стоку всередині року при недостатніх або повністю відсутніх гідрологічних даних. Розрахунок добового розподілу стоку. Меженний і мінімальний стік. Принципи виділення періодів низького стоку і особливості його формування. Визначення термінів і тривалості меженних періодів. Методи розрахунків низького стоку при відсутності гідрологічних даних. Перемерзання та пересихання річок. Розрахунки максимального стоку. Визначення параметрів кривих забезпечення максимального стоку. Урахування видатних максимумів. Розрахунок максимального стоку при тривалих рядах спостережень. Використання методу гідрологічної аналогії. Розрахунок максимального стоку при відсутності гідрологічних спостережень. Генетична теорія формування максимального стоку. Редукція максимального стоку. Максимальний стік водопілля та паводків. Умови формування паводків. Розрахунки максимумів паводків при відсутності даних. Особливості формування паводків. Побудова гідрографів водопілля та паводків. Тепловий і льодовий режим річок. Річкові наноси та їх різновиди. Твердий стік і його розрахунки. Руслові процеси в річищах. Основні риси гідрохімічного режиму річок. Стік розчинених речовин. Народногосподарське значення річок, вплив господарської діяльності на річковий стік. Проблеми охорони річок.



1. Річка та її басейн, їх морфологія та морфометрія

Дощова та тала вода, стікаючи по схилах, попередньо утворює дрібні ерозійні борозенки, які, постійно збільшуючись і об'єднуючись, утворюють русла, або річища. Руслом називається випрацюване водотоком ложе, по якому постійно або періодично відбувається рух води.

Водотік, в руслі якого рух води відбувається на протязі всього року або більшої його частини, називається постійним водотоком. Вважається, що невеликі періоди пересихання русла не впливають на його положення. Водотоки, в руслах яких рух води відбувається на протязі меншої частини року, називають тимчасовими водотоками. У руслах таких водотоків можуть з'являтись постійний трав'яний покрив і навіть дрібні чагарники. В Австралії їх називають кріками, в Центральній Азії - узбоями, в Африці - ваді.

Сукупність русел всіх водотоків (постійних і тимчасових) у межах будь-якої території називається русловою мережею. Частина руслової мережі, що складається з чітко виражених русел постійних водотоків, називається річковою мережею.

Поняття “річкова система” інколи ототожнюється з поняттям “річкова мережа”. Однак річкова система ще характеризується чітко вираженим річковим басейном. Близько до поняття “річкова мережа” поняття “гідрографічна мережа”, що включає в себе не тільки річки, а й озера та болота. Якщо на даній території споруджені канали й водосховища, то вони відносяться до гідрографічної мережі.

Витягнуті понижені форми рельєфу з загальним нахилом тальвегу (лінії, що сполучає найнижчі точки дна річкової долини, яру, балки тощо) представляють долини. На схилах долин рідкі опади збираються в струмки і далі в більш крупні водотоки на дні долин.

У залежності від походження долин їх підрозділяють на тектонічні, вулканічні, льодовикові та ерозійні. По формі поперечного профілю розрізняють долини: каньйони, ущелини, трапецієподібні, коритоподібні . У долинах з широким дном можуть утворюватися річкові тераси: акумулятивні в результаті врізання річки у власні відклади та ерозійні в результаті дії потоку на корінні породи.

Надходження води у річки на протязі року вкрай нерівномірне і залежить від кліматичних умов. По визначенню О.І. Воєйкова, “річка є продукт клімату”. Основними фазами водного режиму річки є водопілля, паводок та межень.

На протязі порівняно короткого весняного періоду об'єм стікаючої води може в декілька разів перевищувати об'єм води за більш тривалу іншу частину року. Ефект впливу потоку на різні ділянки дна і схилів долини теж не однаковий. Під впливом тривалого ерозійного впливу потоку з відносно невеликими коливаннями рівня та витрат води (в літній та осінній період) формується основне ложе річки. Частина дна долини річки періодично затоплюється під час інтенсивного надходження води в річкову систему. Під час водопілля та паводків річка транспортує велику кількість наносів, які при певних умовах (наприклад, при розширенні долини) можуть відкладатись на дні долини. Таким чином виникають умови, коли русло формується на дні долини, складеної річковими наносами. Випрацюване річковим потоком ложе, по якому відбувається стік до виходу на заплаву, називається річковим руслом, або річищем, а частина дна річкової долини, складена наносами і яка періодично затоплюється у водопілля і паводки, називається заплавою

Основна різниця між річищем і заплавою в тому, що межі річища чітко визначаються берегами та прирусловими валами (бровками). Заплава не має таких чітких меж на схилах долини, тому що висота водопілля й паводки щоразу інша. Дно річища по складу породи більш-менш однорідне і плавне, ніж заплава. Рельєф заплави має більш різко окреслені контури. Крім того, для заплави характерні трав'яний покрив, чагарники, а часто й ліс. Тому заплавне русло чинить істотно більший опір руху води, ніж річище. Русловий і заплавний потік знаходяться в складній взаємодії.

Відношення ширини заплави до ширині річища зменшується з ростом розмірів річки, а значить, і її водності.

У морфології гирла річки, що впадає в іншу річку, в порівнянні з гирлом річки, що впадає в море, існує велика різниця. У першому випадку відбувається злиття двох водотоків, в другому - впадіння водотоку в практично необмежений водний простір, для якого характерні берегові течії, вітрове хвилювання, переформування берегів та інші процеси.

Гирлова область річки - перехідна зона, протягом якої гідрологічний режим, властивий річці, поступово переходить у морський. У межах гирлової області річки виділяють пригирлове узмор'я і приморську ділянку річки.

Приморська ділянка річки ділиться на пригирлову і гирлову. Пригирлова ділянка річки має річковий режим, який тільки що часом порушується згінно-нагінними і припливно-відпливними явищами. Її верхній ствір знаходиться на межі проникнення цих явищ, нижній - у місці поділу річки на рукави, а при однорукавних устях і естуаріях - у перетині, де постійно спостерігається змішування річкової та морської води.

Гирлова ділянка річки поширюється від нижнього створу пригирлової ділянки до пригирлового узмор'я. Пригирлове узмор'я займає простір від нижньої межі гирлової ділянки до зони, далі якої вплив річки на морський режим уже не простежується.

У залежності від характеру процесів, що відбуваються, і типових обрисів у плані гирлова область досить великих річок може бути наступного типу

I) однорукавна, (Ріоні, Амур і притоки великих річок, що утворюють самостійне устя);

II) лійкоподібна (естуарій) (Об, Єнісей, Хатанга, Мезень, Південний Буг, Дніпро);

III) острівна (Дон, Печора, Північна Двіна, Індигірка, Яна, Колима, Нева);

IV) лопатева (Кура, Урал);

V) багаторукавна, розгалужена (Волга, Терек, Амудар'я, Лена);

VI) блокована, або лиманна (Кубань, Камчатка, Західна Двіна, Дністер).

Іноді для стислості гирлова область річки іменується устям річки, у цьому змісті приведена класифікація розглядається і як класифікація усть річок.

Розрізняють дві основні форми взаємодії річкових потоків з морем: дельти й естуарії. Річка, яка транспортує велику кількість наносів, відкладає їх при впадінні в море. Накопичення наносів сприяє розгалуженню русла, зменшенню його пропускної спроможності. Багаторукавне русло, що формується у власних відкладах при впадінні в море, називається дельтою Наноси річок утворюють за межами гирла мілководні узмор'я (надмор'я, надбережжя, узбережжя), а часто руслові форми у вигляді невеликих островів, що називаються барами та пересипами.

При малій наявності в річці наносів і припливних явищах умови для утворення дельти відсутні. Річка впадає в море одним розширеним, розмитим руслом, що називається естуарієм.

Тераси являються формами рельєфу долин часто у вигляді порівняно горизонтальних ділянок на схилах долини. Взагалі вони утворюються в результаті чергування ерозійних та акумулятивних процесів. Рахунок терас звичайно ведуть від русла річки. Дно заплави річки можна називати заплавною терасою.

До морфометричних характеристик басейнів відносяться параметри форм річкового водозбору.

Річковий басейн в плані має складну форму, що окреслюється вододільною лінією. Відношення довжини вододільної лінії Lв.л. до довжини кола, площа якого дорівнює площі річкового басейну, називається коефіцієнтом розвитку вододільної лінії. Позначивши його через Кв.л., отримаємо.

Коефіцієнт Кв.л. для басейнів річок на території Європи змінюється орієнтовно від 1,3 до 2,6. Для басейнів, близьких по формі до кола, з малим розвитком вододільної лінії Кв.л. » 1. Басейни річок мають, як правило, витягнуту грушоподібну форму, тобто розширену приблизно в середній частині. Це пояснюється особливостями будови річкової системи.

У якості морфометричного параметра може бути використано відношення довжини басейну до його середньої ширини (відношення площі басейну до його довжини). Більш зручним параметром є безрозмірне відношення.

У середньому для великих річок Кбс » 0,35. Для порівняно невеликих річок (при F < 250 км2) Кбс може зростати до 0,6 і більше. Максимальне теоретичне значення Кбс = 1,0. Близьке до одиниці значення Кбс можна отримати штучним шляхом, уявивши басейн у лабораторних умовах у вигляді квадрата, а русло прямолінійним в напрямку нахилу басейну. А так як прямолінійне русло в алювії не може бути, то параметр Кбс в природі завжди менше одиниці.

2. Фізико-географічні характеристики басейнів

До фізико-географічної характеристики басейну відноситься: географічне положення (географічні координати, близькість до морів, пустель, гірських хребтів); кліматичні умови (атмосферні опади, температура, дефіцит вологості повітря); геологічна будова та ґрунтовий покрив (тріщинуватість гірських порід, карстові явища, механічний склад ґрунтів, водопроникність ґрунтів тощо); рельєф водозбору (похил поверхні землі, що впливає на швидкість стікання води); рослинний покрив (види рослинності); промерзання землі (географічне поширення мерзлоти, шар сезонного промерзання, товщина вічної мерзлоти); ступінь лісопокриття; озерності басейну, площі дзеркал озер; заболоченості басейну.



3. Структура річкової мережі

Річкова система складається з головної річки та приток, які, в свою чергу, також мають притоки. Річки, що впадають у головну річку, називаються притоками першого порядку. Притоки притоків відповідно називають притоками другого, третього порядку і т.д. Найвищий порядок мають дуже малі річки, які вже не мають власних приток і виглядають як нерозгалужені водотоки. Можлива і зворотна класифікація приток.

До кількісної характеристики річкової мережі відноситься коефіцієнт її густоти (Кг). Густотою річкової мережі називається її загальна довжина, що припадає на одиницю площі будь-якої території.

Кг = a L / F,

де a L - довжина всіх водотоків (км) на площі F (км2).

Густота річкової мережі збільшується з ростом атмосферних опадів і зменшується із збільшенням водопроникнення ґрунтів, заболоченості і лісистості території. Коренева система рослин сприяє водопроникненню ґрунтів.

У рівнинних умовах русла практично всіх річок (окрім окремих великих) в плані звивисті. Ступінь звивистості русла характеризується коефіцієнтом звивистості русла:

Kзв = L / Lзв,

де L - довжина річки на ділянці вивчення;

Lзв - довжина прямої від початку до кінця ділянки.

Довжина річки звичайно відраховується від витоку вниз по течії по лінії найбільших глибин. Положення цієї лінії визначає фарватер, по якому здійснюється судноплавство.

Фарватер, що проходить по головних рукавах річки, називають головним фарватером. Лінію з найбільш низькими відмітками дна річища називають тальвегом річки.

Лінія, що сполучає точки з найбільшою поверхневою швидкістю течії в живих перетинах потоку, називається стрижнем потоку.

Закономірні планові (бокові) деформації русел, що виникають у результаті взаємодії водного потоку з руслом, називаються меандруванням русла.

Меандрування - найбільше поширена форма планових переформувань закрутів рік, що мають заплаву.

Розрізняють обмежене, вільне меандрування, незавершене меандрування (рис. 8).

Обмежене меандрування розвивається на річках із вузькою заплавою. У цьому випадку річище в плані має слабо звивисту форму, близьку до синусоїдальної, із відносно стійкою для даної річки відстанню між вершинами суміжних закрутів. Основні планові деформації полягають у сповзанні закрутів за течією ріки без істотної зміни їхніх планових обрисів і розмірів.

У процесі вільного меандрування, що розвивається на річках із широкою заплавою, закрути річища проходять послідовні стадії розвитку, від слабо зігнутих до петлеподібних. Цикл розвитку закруту завершується проривом або частіше промивом її перешийка, що веде до відчленування вигину річища й утворенню стариці. Після цього цикл розвитку повторюється.

При незавершеному меандруванні промив перешийка закруту відбувається до досягнення ним петлеподібного обрису шляхом утворення протоки, що поступово спрямляє русло, у яку потім переходить головний потік, а колишнє головне річище відмирає.



4. Поперечний і повздовжній профілі річки

Форма поперечних профілів річок відрізняється великою різноманітністю. Так, на плесових ділянках профіль дна річки асиметричний. Вертикаль з найбільшою глибиною зміщена ближче до увігнутого берега.

При гідрологічних дослідженнях стараються вибрати призматичні ділянки русла з приблизно симетричним розподілом глибин в поперечному перетині. На таких ділянках річок розміщують гідрометричні створи, в яких вимірюються витрати води.

Повздовжній профіль річки характеризує зміни по довжині потоку відміток дна і вільної поверхні води. Звичайно повздовжні профілі будують по лінії найбільших глибин. При побудові повздовжнього профілю поверхні води за основу приймаються меженні рівні, або миттєве положення вільної поверхні водного потоку.

На основі узагальнення топографічних і гідрометричних даних по багатьох річках встановлені наступні головні типи повздовжніх профілів дна річок.

1. Увігнутий із зменшенням похилу дна від витоку до гирла. Цей профіль зустрічається частіше всього і носить назву профілю рівноваги.

2. Прямолінійний, спостерігається частіше всього у малих річок.

3. Випуклий при збільшенні похилу дна від витоків до гирла річки. Такий тип профілю зустрічається порівняно рідко.

На формування повздовжнього профілю річки впливають топографія водозбору (амплітуда висот), літологічний склад порід у руслі та на водозборі, гідрологічний режим стоку вод і наносів, положення русла в плані та інші фактори. По мірі заглиблення русла (врізання) ширина дна долини має тенденцію до зменшення.



5. Рівень води в річках, швидкості течії, витрати води, методи їх визначення

При виконанні будь-яких видів гідрометричних робіт повинні обов'язково вимірюватись рівні води. У протилежному випадку навіть дуже складні та детальні вимірювання можуть бути обезцінені.

Рівнем води називається висота поверхні води у водному об'єкті над умовною, незмінною по висоті, горизонтальною площиною порівняння. Над рівнем потрібні будуть тривалі спостереження, тому цю умовну поверхню розміщують приблизно на 0,5 м нижче найнижчого рівня води Hmin, що фактично спостерігався будь-коли. Це дає можливість уникнути вживання від'ємних значень H. Якщо ж водні об'єкти замерзають, то рівні води фіксують по поверхні води в ополонках.

Пристрій для вимірювання рівня води у водному об'єкті називається водомірним постом.

Висотне положення вимірювальних пристроїв водомірних постів необхідно систематично перевіряти, тому їх обладнують реперами - основними та контрольними. Останні передбачені для систематичного контролю за висотним положенням водомірних пристроїв. Їх споруджують у створі поста якомога ближче до нього, але поза зоною затоплення високими водами паводку або ж водопілля.

Водомірні пости входять до складу устаткування та обладнання гідрологічних постів - пунктів на водному об'єкті, обладнаних пристроями та приладами для проведення систематичних спостережень.

Умовна горизонтальна площина порівняння, що приймається за нуль відрахунку при вимірюванні рівня води, називається нулем графіка гідрологічного (водомірного) поста.

За основні терміни спостережень на постах прийнято 8 та 20 година за місцевим часом.

Водомірні пости в залежності від терміну дії бувають:

- постійні, призначені для тривалих (стаціонарних) спостережень за рівнями води;

- тимчасові, створювані лише на період пошукувань та будівництва.

По конструкції водомірні пости можна поділити на такі типи:

- непередавальні, на яких рівень води відраховують безпосередньо по позначках рейки, що змочується водою; до них відносяться рейкові, пальні (рос. - свайные) та рейково-пальні пости;

- передавальні, або дистанційні, де рівень фіксується на деякій відстані від вільної поверхні води, тобто положення рівня передається на реєструвальну частину приладу за допомогою датчиків.

Окрім реперів, водомірні пости облаштовують допоміжними інструментами: рейками для реєстрації граничних значень рівнів води, переносними рейками для вимірювання рівнів і товщини криги тощо.

На рейкових постах встановлюють вертикальну або похилу рейку з позначками, що дозволяють вимірювати рівень води з точністю до 1 см.

Вертикальні рейки прикріпляють до стінки набережної, шлюзу, греблі, опори мосту по можливості на одному рівні з поверхнею. Довжина рейки повинна перевищувати амплітуду коливань рівнів приблизно на 0,5-1,0 м. Перевагу мають металеві рейки (емальовані, яскравих кольорів). При відсутності інженерних споруд вертикальні рейки можна ставити на річках з прямовисними скельними берегами. Для запобігання рейки від пошкоджень предметами, що пливуть (крига, уламки дерев тощо), застосовують огорожу.

Рейковий пост в залежності від місцевих умов може складатись із декількох рейок. Необхідно тільки, щоб нульові позначки суміжних рейок були зміщені по висоті на ціле число метрів. Нуль рейки являється нулем водомірних спостережень, відмітка якого відома, тому що всі пристрої водомірного посту нівелюються.

Похилі рейки встановлюються на відкосах берега на кам'яних, бетонних або ж дерев'яних стовпах. Позначки (поділки) похилої рейки повинні бути рівні 1 см / sin a, де a - кут нахилу рейки до горизонту.

На невеликих річках з відлогими берегами влаштовують пальні пости, що складаються з групи паль. Ці палі розміщують в одному створі, перпендикулярному до середнього напрямку течії води, і нумерують по порядку, починаючи з верхньої.

Рівні відраховують по переносній рейці (довжиною біля 1,5 м, з поділками через 1 см), яку ставлять вертикально на найближчу до берега палю, що знаходиться під водою. В цьому випадку відмітка головки палі буде нулем водомірних спостережень. Одночасно з записом відрахунку по рейці треба записати номер палі.

Різниця між відміткою нуль водомірних спостережень і відміткою нуль графіку водомірного посту називається приводкою до нуля графіка поста.

Рівень над нулем графіка дорівнює рівню над нулем спостережень плюс приводка.

На ділянках річок з різкими переломами поперечного профілю влаштовують рейково-пальні пости, що мають постійну рейку (на березі з урвищем) і палі (у пологій частині), розташовані в одному створі.

Самописці рівнів води

Одна з головних деталей самописця - поплавець. Він піднімається або ж опускається разом з рівнем води. Цей рух поплавка передається на передаточний і годинниковий механізм самописця, за допомогою яких на розлінованому папері (стрічці) записується графік зміни рівня води в часі.

Годинниковий механізм приладу закріплений у вологонепроникному кожусі, а кожух самописця захищає пишучий механізм від ушкодження, пилу і вологи. Кришка з заскленим вікном утримується у відкритому положенні спеціальною засувкою. Дно корпуса має отвори для болтів.

Графік зміни рівня води викреслюється так, що вісь часу розташовується паралельно осі барабана, а вісь рівня - перпендикулярно. Конструкція приладу допускає записувати рівень при багатократних обертах поплавкового колеса.

Установки самописців рівня води включають:

1) власне самописець, встановлюваний горизонтально на міцному столику 5 або кронштейнах з урахуванням можливої амплітуди коливань рівня води;

2) колодязь 3 для гасіння хвилювання і створення умов, що виключають обмерзання поплавця. Відмітка дна колодязя повинна бути нижче самого низького рівня води в річці. Перетин труби 2, що з'єднує водойму з колодязем, приймають рівним 0,01-0,05 від площі перетину колодязя. Для контролю вільного сполучення водойми з колодязем усередині останнього встановлюють рейку 4, відліки по який порівнюють із показаннями рейкового (пальового) поста;

3) будку для захисту самописа рівня від зовнішніх впливів, так називану лімнографну будку.

В основне опрацювання рівнів води входять:

- приведення виміряних рівнів води до нуля графіку;

- розрахунки середньодобових рівнів;

- складання таблиці щоденних рівнів (по роках);

побудова графіків їх коливань .

H, см Річка ... 200... р. Станція ...

Рівні води над нулем графіка виражаються у сантиметрах. Зручні такі масштаби графіка: часу - в 1 мм 1 доба, рівнів - від 1 : 10 до 1 : 200, у залежності від амплітуди їх коливань. Подальше опрацювання заключається у визначенні характеристик рівнів та дат їх настання.

Вимірювання температури води

Від температури води залежать біологічні та хімічні процеси, а також якість води. При від'ємних температурах повітря наступають різні фази льодових явищ у водоймах.

Місце для вимірювання температури води визначають у створі водомірного посту або близько від нього у прибережній частині річки чи каналу, де є течія води. Глибина повинна бути не менше 0,3 - 0,5 м. До визначеного місця не повинні притікати скиди промислових вод і джерельні води, щоб не спотворювалась притаманна даній річці температура.

Для вимірювання температури на великих глибинах (до 50 м) використовують дистанційний електротермометр з точністю ± 0,1 °С. Відповідність між приладом і температурою води настає через 4 - 6 с (інерційність датчика). Після вимірювання температури у різних точках водного перетину, проводять лінії однакових температур води, що називаються термоізоплетами.

Вимірювання прозорості води

Прозорість води обумовлюється вмістом у воді завислих, органічних і мінеральних речовин, розчинених гумусових речовин, планктону. Прозорість води оцінюється по глибині занурення білого диску Секкі діаметром 0,30 м. Його повільно опускають у горизонтальному положенні на розміченому лині з тіньової сторони судна або ж містка. Коли він становиться невидимим, то записують глибину. Потім, опустивши диск ще глибше, через 1-2 хв. повільно його піднімають. Як тільки диск стане видимим, записують глибину. Середнє арифметичне із цих глибин занурення диску і приймається за величину прозорості води, умовно виражену в метрах.

На малій глибині диск може залишитись видимим, про що слід зробити відповідний запис.

Найпрозорішу воду серед оточуючих материки вод було зареєстровано в Саргасовому морі - 66,5 м, що пояснюється відсутністю в ньому вертикального перемішування вод і малою потужністю планктону. Інші акваторії з чистою та прозорою водою знаходяться також у тропіках і субтропіках: у Середземному морі - 60 м, у Тихому океані - 59 м, в Індійському - 50 м. У морях, де кількість завислих часток збільшується, прозорість зменшується. У Чорному морі вона дорівнює 28 м у центральній частині, в Північному морі - 23 м, у Балтійському - 13 м, у Білому - 9 м, в Азовському - 3 м.

У дистильованій воді, згідно з розрахунками, диск Секкі повинен залишатись видимим до глибини близько 80 м.

Вимірювання кольору води

Для визначення кольору води диск опускають на половину глибини прозорості і порівнюють колір води на фоні диску зі стандартною шкалою кольорів (набір кольорових рідин у трубочках, яких всього 21).

Вимірювання товщини криги

Самий простий і разом з тим самий зручний для вимірювання товщини криги інструмент - це кригоснігомірна рейка. Вона складається з рейки 1 довжиною 2 м і опорної планки - підкосу 3, скріпленої з кінцем бруска під кутом 60°. Кінці рейки знаходяться в металевій оправі 4. На лицевій стороні цієї рейки нанесено поділки через 1 см. Нуль рейки і верхній кінець підкосу знаходяться в одній горизонтальній площині. Поділки рейки позначені вгору від нуля до 180 см і вниз - на 20 см. Останні призначаються для вимірювання відстані від поверхні води до нижньої поверхні криги, якщо вона нависає над водою. Разом з рейкою використовується планка 5 з прямокутним отвором, що дозволяє тримати рейку вертикально. На протилежній стороні рейки нанесені поділки через 1 см, але нульова поділка розташована на верхньому зрізі рейки. Вона використовується для вимірювання висоти снігового покриву при верхньому положенні підкосу, завдяки чому і отримала свою назву кригоснігомірної.

Вимірювання глибини потоку води

Відстань по вертикалі від вільної поверхні потоку води до дна або відстань в площині живого перетину від вільної поверхні потоку до дна називається глибиною потоку.

Глибини вимірюються гідрометричною штангою, лотом і гідрометричними профілографами.

Гідрометрична штанга, лот і профілограф

Гідрометрична штанга - це кругла дерев'яна жердина довжиною до 7 м і діаметром 5-6 см з 10-сантиметровими позначками (поділками). Її можна використовувати тільки при порівняно невеликих глибинах (5-6 м) і невеликих швидкостях води. Штанга закінчується залізною п'ятою масою 0,5 - 1 кг. При мулистому дні для запобігання занурення у мул штанги п'ята замінюється на піддон у вигляді диску діаметром 15-30 см. Нижня поверхня п'яти або ж піддону повинна співпадати з нульовою позначкою штанги. В момент вимірів жердину треба тримати вертикально. При хвилюванні береться середній із відліків по гребню та западині хвиль, що проходять через штангу. Точність вимірювання глибини за допомогою штанги приблизно 2%.

Ручні або механічні лоти застосовуються при глибинах h > 6 м. Ручний лот (голл. lood - прилад для вимірювання глибини моря, озера, річки тощо) - це важок масою 5-6 кг конічної або пірамідальної форми, до якого закріплений розмічений шнур (лотлінь) (рис. 18). (Лінь (голл. lijn) - тонкий канат (трос), сплетений з конопляних волокон вищої якості. Товщина ліня не більша за 25 мм). Для вимірювання глибин лот закидають вперед по течії води і вибирають лотлінь так, щоб у момент відліку глибини він знаходився у вертикальному положенні. При значних швидкостях потоку треба враховувати відхилення лотліня від вертикалі.

Гідрометричні профілографи - це прилади для автоматичної реєстрації профілю водного перетину. По принципу дії їх підрозділяють на механічні, гідростатичні та акустичні. Результати вимірювання автоматично записуються у вигляді безперервної лінії на рухомій стрічці з електротермічного паперу або іншій.

Методика вимірювання глибини потоку

До складу робіт по вимірюванню глибин входить і визначення в плані положення вертикалей для вимірювання цих глибин. Цим обумовлено спільне використання приладів і методів гідрометрії та геодезії.

Вертикалі для вимірювання глибин у річках, водосховищах та інших водоймах називають глибинними або промірними вертикалями. Визначення в плані координат глибинних вертикалей називають координуванням глибин.

Розрізняють вимірювання та координування глибин по поперечниках, повздовжніх та косих галсах (голл. hals - курс судна відносно основного напрямку).

Водні перетини, в яких розміщуються глибинні (промірні) вертикалі, називають промірними перетинами або промірними профілями.

При вимірюванні глибин на ходу судна гідрометричний важок не витягають з води, а тільки трохи підіймають.

Акустичними профілографами (ультразвуковими ехолотами) глибини вимірюють на ходу судна. Ними можна вимірювати глибини навіть через кригу .

Вимірювання глибин по поперечниках ведуть з містків, гідрометричних переправ, човнів, катерів і вертольотів; по косих галсах - з човнів та катерів.

При ширині річки В ? 300 м і швидкості течії на поверхні води u ? 1,5 м/с положення глибинних вертикалей визначають по туго натягнутому через річку розміченому стальному тросу діаметром біля 3 мм.

На широких річках (В > 300 м) глибини координують геодезичними способами. Ці ж способи застосовують і при В < 300 м, коли використання троса робиться малоефективним, наприклад, при інтенсивному судноплавстві.

На річках з великими швидкостями течії води (u > 1,5 м/с) глибини краще вимірювати з судна, що вільно пливе по течії або по косих галсах під кутом 30 - 45 ° до лінії фарватеру річки. Координування глибин при цьому ведуть з берега двома теодолітами або мензулами з кіпрегелями, встановленими на магістралі (базисі).

Чим складніше рельєф дна, тим більша ступінь згущення промірювальних перетинів і глибинних вертикалей необхідна для його вивчення.

Опрацювання даних вимірювання глибин води

У гідрометрії підводний рельєф зображують (як і в геодезії) за допомогою горизонталей. Складання планів широко використовується для проектування та будівництва гідротехнічних споруд і мостів.

Просторовий розподіл глибин характеризується лініями однакових (рівних) глибин, що називаються ізобатами (ізо - від грец. isoV - рівний, однаковий; бата - від грец. baJoV - глибина). Плани річок в ізобатах використовують в транспортних цілях - для складання судноплавних карт, при днопоглиблювальних роботах тощо.

Рівень води Н під час вимірювання глибин та інші характеристики водного потоку змінюються, тому, щоб можна було співставити глибини h, виміряні в різний час, необхідно попередньо привести до одного моменту часу.

Миттєвий рівень води може бути встановлений нівелюванням урізних кілків, забитих врівень з поверхнею води, в один момент часу, або по спостереженнях на водомірних постах.

Умовний миттєвий рівень води, частіше всього близький до нижчого, до якого приводяться вимірювані глибини, називають зрізочним рівнем води.

Рівень води під час вимірювання глибин та інших характеристик потоку називається робочим рівнем. Різниця між робочим та миттєвим (зрізочним) рівнями води називають зрізкою рівнів.

По глибинах або по відмітках дна складають поперечні профілі водотоку і визначають їх морфометричні характеристики:

- площу поперечного перетину w (за допомогою планіметра або шляхом поділу водного перетину на найпростіші фігури - трапеції та трикутники);

- середню глибину hср;

- довжину змоченого (підводного) периметра c;

- гідравлічний радіус R.

Для широких водотоків (частіше річок) R » hср.

Різниця між відміткою поверхні води та глибиною h дає відмітку дна водотоку (водойми). По відмітках дна складають план у горизонталях, на який наносять урізи води (лінії перетину поверхні землі з водою) при зрізочному рівні. Урізи води річок та каналів можуть перетинатись з горизонталями.

Для складання плану водотоку в ізобатах позначають на плані глибинні ізобати та виписують глибини, приведені до миттєвого рівня води.

Перетин ізобат hіз беруть в залежності від складності підводного рельєфу, амплітуди глибин та масштабу плану від 0,2 до 2,0 м. Лінії урізу води - ізобати з нульовими глибинами.

Очки на плані, що відповідають найбільшим глибинам на профілях (галсах), сполучені плавною кривою, утворюють лінію найбільших глибин.

По лінії найбільших глибин складають повздовжній профіль річки, на якому зображують рельєф дна та форму вільної поверхні потоку при різних рівнях води.

Швидкості течії води та їх розподіл у потоці

Вимірювання швидкостей течії в потоці частіше всього пов'язано з потребою визначення витрат води, але може мати й самостійне значення при спорудженні та розкритті перемичок, перекритті русел річок, будівництві споруд на річках, забезпеченні безпечного плавання суден тощо.

Швидкість ut у даній точці потоку в даний момент часу називається місцевою миттєвою швидкістю. Коливання місцевої швидкості в часі, по величині та напрямку називають пульсацією швидкості.

Прилади для вимірювання швидкостей течії води

Основними приладами для вимірювання швидкостей течії води в річках та каналах, тобто в натурних умовах, являються гідрометричні поплавки та гідрометричні вертушки, а в лабораторних умовах - гідрометричні мікровертушки, гідрометричні трубки , термогідрометри, лазери тощо.

Гідрометричні поплавці. В залежності від швидкості, що вимірюється, гідрометричні поплавці підрозділяють на точкові та інтеграційні .

Точковими поплавцями вимірюють швидкість потоку з усередненням по довжині траєкторії руху поплавця, інтеграційними - швидкість з усередненням по глибині, довжині і всьому перетину потоку. Точкові поплавці ділять на поверхневі та глибинні.

В якості поверхневих поплавців у залежності від ширини річки (тобто від відстані спостереження) можна використовувати бруски деревини, відпиляні від колоди циліндричні кільця висотою 3-7 см, сполучені хрестом дві дошки або колоди, напівзанурені скляні або пластикові пляшки тощо. Для кращої видимості з берега поплавці забезпечують яскравими прапорцями. Швидкість руху поплавця визначають по довжині траєкторії його руху за відповідний відрізок часу. Під час льодоходу на річках у якості поплавців можна використовувати крижини, що пливуть.

На рисунку 22 відтворена картина А. Фразера, на якій зображений Леонардо да Вінчі (1452-1519), що вивчає розподіл швидкостей течії в річці. Дерев'яний поплавець, що пливе у воді, художник змалював із рукопису Леонардо, що зберігається в Інституті Франції. Такий же поплавець зображений в одній із записних книжок Леонардо.

Леонардо тримається врівень із поплавцем, що пливе посередині річки вниз за течією. Одночасно він вимірює пройдену відстань за допомогою одометра - приладу для вимірювання пройденого шляху.

Для виміру часу, за який поплавець покриває цю відстань, він розспівує музичні гами. На протилежному березі річки сидить його помічник із заготовленими поплавцями. За Леонардо - ватерпас, за допомогою якого він визначав похил річки, і глечик із водою для «заправки» ватерпаса. Всі ці предмети відтворені художником із справжніх рукописів Леонардо. Це, мабуть, була перша серйозна спроба визначення швидкості води за допомогою поплавців.

Одним з перших гідрометричних приладів для вимірювання швидкості течії води, мабуть були хитромудрі пристосування італійського лікаря Санторіо (1591-1630). Його наштовхнули на це досить курйозні обставини. Він вирішив виміряти, при яких швидкостях вода створює той легкий шум, при якому засинають його пацієнти, і при якому - навпаки, шумить так, що не дає заснути.

Використовуючи той же самий принцип, Санторіо сконструював прилад для вимірювання силу вітру, який своїм шумом аналогічним чином впливає на його пацієнтів.

Прилади Санторіо вимірювали тільки тиск води або вітру на пластини, не перетворюючи отримані дані в показники швидкості води або вітру. Математичні методи для такого перетворення на той час ще не були розроблені.

У 18 столітті Паоло Фризі (1727-1784) писав про вимірювання швидкості течії води за допомогою гребного колеса, лопатки якого торкались поверхні води. Число обертів цього колеса за одиницю часу приймалось за показник швидкості течії води .

Тоді ж були сконструйовані численні "гідрометричні маятники", за допомогою яких швидкість вимірюється по куту нахилу маятника: чим більше кут його відхилення від вертикалі, тим вища швидкість потоку .

По аналогії з водомірами і вітромірами Санторіо, продовжувалось створення чисельних приладів для вимірювання швидкості потоку води, в яких використовувався принцип римських терезів (безмін) .

Найбільш цікавими і перспективними виявились методи вимірювання швидкостей водного потоку Леонардо да Вінчі, а також Санторіо та Фризі.

При сучасних вимірюваннях швидкості течії води на ділянці водотоку спочатку розбивають створи перпендикулярно до напрямку течії води і закріплюють їх віхами . Створи 2, 3 і 4 повинні бути прив'язані до магістралі 5. Відстань L між створами 2 і 4 приймають за довжину траєкторії руху поплавця. Тривалість ходу поплавків tп між створами 2 і 4 при вимірюванні найбільшої швидкості vmax повинна бути не менше 20 с.

У момент проходження поплавця через ствір 3 визначають відстань b. При В < 100 м b відраховують по натягнутому тросу, нульову позначку якого суміщають з магістраллю. На широких річках, де використовувати трос важко, координати перетину траєкторій поплавців з головним створом визначають способами геодезичних засічок. Як правило, в звичайних умовах по всій ширині річки рівномірно розподіляють від 15 до 25 поплавців, випускаючи їх по черзі. По umax = L / tп і b складають епюру розподілу поверхневих швидкостей по ширині потоку. Визначивши b в декількох створах, легко знайти і траєкторії руху поплавців.

Гідрометричні вертушки. Основні конструктивні елементи вертушки - робоче колесо з віссю обертання, корпус, рахунково-контактний механізм та хвостове опорядження. Датчиком швидкості гідрометричних вертушок послуговує робоче колесо (ротор). Чим більша швидкість течії рідини, тим швидше воно обертається.

По розташуванню осі ротора розрізняють вертушки з горизонтальною та вертикальною осями обертання.

По способу установки вертушки підрозділяють на штангові, тросові та універсальні. Штангові вертушки в свою чергу можуть застосовуватись як на опорній, так і на підвісній штанзі . Для зменшення кута знесення троса під вертушкою підвішують важок обтічної форми.

Визначення витрат води по місцевих швидкостях та глибинах потоку

Цей спосіб скорочено називають способом швидкості - площі. Він визначається співвідношенням:

Q = u w

де Q - витрати води,

u - швидкість водного потоку,

w - площа поперечного перерізу.

До складу робіт по визначенню витрат води в річках та каналах входить: опис стану водотоку, вимірювання рівнів, глибин у гідрометричному створі та швидкостей течії, визначення похилів поверхні води. Рівні води вимірюють до початку і після закінчення всіх вимірювань.

При виконанні робіт на річках та каналах необхідно дотримуватись правил безпеки поводження на воді.



Список використаної літерури і електроних джерел

1. Архангельский А.М. и др. Методика полевых физико-географических исследований: Учебное пособие для университетов и педвузов. - М.: Высш. шк., 1972. - 304 с.

2. Басманов Є.І. Друковані праці.

3. Басманов Є.І. Загальна гідрологія: Конспект лекцій. - Харків, 2004. - www.Basmanov.sky.net.ua.

4. Басманов Є. та ін. Географія України: Навч. посібник.-Харків,1993.-184 с.

5. Бисвас А.К. Человек и вода. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 288 с.

6. Богословский Б.Б. Озероведение. - М.: Изд-во МГУ, 1960. - 335 с.

7. Богословский Б.Б., Самохин А.А., Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 420 с.

8. Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия.-Л.:Гидрометеоиздат,1977.-477 с.

9. Важнов А.В. Гидрология рек. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - 338 с.

10. Великанов М.А. Гидрология суши. М.: Изд-во МВТУ, 1925. - 192 с.

11. ВладимировА.Гидрологические расчеты.-Л.:Гидрометеоиздат,1990.-365 с.

12. Гидрологические и водно-балансовые расчеты.-Киев:Вища шк1987.-274с.

13. Горошков И. Гидрологические расчеты.-Л.:Гидрометеоиздат,1979.-431 с.

14. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 460 с.

15. Евстегнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - 301 с.

16. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. - М.: Урожай, 1984. - 432.с.

17. Жуков В.А., Ефремов П.В., Жмаева З.И. Учебное пособие по гидрологической практике. - Изд-во Моск. ун-та, 1988.

18. Иванов К.Е. Гидрология болот. - Л.: Гидрометеоиздат, 1953. - 300 с.

19. Калесник Г.П. Очерки гляциологии. - М., 1963. - 561 с.

Размещено на Allbest.ru