От чего зависит скорость течения реки. Скорость и направление течения(водный режим рек)

Движение воды в реках происходит под действием силы тяжести, поэтому скорость течения в речном потоке зависит главным образом от продольного уклона реки, расхода воды и шероховатости русла.

Расходом называется количество воды, протекающей через поперечное сечение русла, ограниченное его контуром и поверхностью воды, в одну секунду. Расход воды выражается в кубических метрах и может быть определен по формуле:

Где w - площадь поперечного (живого) сечения русла, м2; vт - средняя скорость потока в данном сечении, м/с.

С увеличением расхода воды и уклона реки скорость течения увеличивается, а с увеличением шероховатости русла - уменьшается.

В руслах рек, кроме основного продольного поступательного движения воды, существуют внутренние циркуляционные течения, вызванные вращением Земли, центробежной силой инерции водного потока на изгибах русла, сопротивлением руслового рельефа и т. п. Схема внутренних течений на изгибе русла показана на рис. 57.

Рис. 57. Внутренние течения на изгибе русла:
а-поперечный разрез; б-план; 1-вогнутый подмываемый берег; 2-направление течения на поверхности; 3- выпуклый берег; 4-направление течения у дна

Определение скоростей и направлений течения производится с помощью гидрометрических вертушек и поплавков.

В поперечном сечении русла наибольшие скорости течения соответствуют наибольшей глубине, по высоте они наблюдаются примерно на 0,2 глубины от поверхности воды. Главная струя потока, направленная по его динамической оси и совпадающая с наибольшими глубинами, называется стрежнем. К берегам и дну реки скорости течения уменьшаются.

Направление течения на реках определяется по отношению к оси судового хода. На направление течения оказывает влияние очертание рельефа русла, а

Также колебание уровня воды. В половодье струи потока на отдельных участках реки могут изменять направление по отношению струй меженного потока в значительных пределах (до 90° и более).

С подъемом уровня воды наблюдается растекание струй воды от стрежня к берегам, так как в области стрежня уровень воды в тот момент выше, чем у берегов, и наоборот, при спаде воды на стрежне уровень становится ниже, чем у берегов, и струи воды стекаются от берегов к стрежню.

На некоторых участках рек в силу местных причин в потоке образуются неправильные и затрудняющие судоходство течения. К ним относятся прижимные, затяжные и свальные течения, а также суводи и майданы.

Прижимным называется течение, под действием которого движущиеся суда сносятся (прижимаются) к берегу или какому-либо объекту. Оно обычно возникает на изгибах русла и действует в сторону вогнутого берега. Такие течения опасны для одиночных судов и особенно для составов, следующих по течению, так как на изгибе русла у судов (составов) возникает еще и центробежная сила, стремящаяся прижать их к вогнутому берегу.

Затяжными называются течения, направленные из основного русла в прораны, протоки, воложки. Большие скорости у затяжных течений наблюдаются в половодье и в паводки. Судам и составам при следовании в местах действия таких течений рекомендуется держаться по возможности дальше от прорана, протоки или воложки.

Свальными называются течения, пересекающие ось судового хода под некоторым углом. Они вызываются поперечным уклоном водной поверхности и почти всегда проходят через мелководье. Движущиеся суда и составы смещаются свальным течением с оси судового хода и могут быть посажены на мели.

Суводью называется горизонтальное вращательное движение воды за выступами, вдающимися в русло. У суводей правого берега вращение воды происходит по часовой стрелке, левого- против. На крупных реках часто наблюдаются суводи, имеющие в диаметре несколько десятков метров и скорость вращательного движения воды до нескольких метров в секунду. При следовании через суводь наблюдается рыскливость судов.

Майданом называется вращательное движение воды за подводным препятствием, а также при слиянии двух потоков с большими скоростями.

Есть несколько способов измерения скорости реки. Можно это сделать при решении математических задач, когда есть какие-то данные, а можно это сделать, применив практические действия.

Скорость течения реки

Скорость течения зависит впрямую от уклона русла. Уклон русла это отношение разности высот двух участков, пунктов к длине участка. Чем больше уклон, тем скорость течения реки больше.

Чему равна скорость течения реки, можно узнать, пройдя на лодке по течению реки вверх, а затем вниз по течению. Скорость лодки по течению - V1, скорость лодки против течения - V2. Чтобы рассчитать скорость течения реки нужно (V1 - V2): 2.

Для измерения скорости течения воды используют специальный прибор лаг, вертушка, состоящая из лопасти, корпуса, хвостовой части, ротор.

Есть еще один простейший способ, как найти скорость течения реки. Отмерить вверх по течению 10 метров, можно шагами. Своим ростом будет точнее. Затем сделать отметку на берегу камнем или веткой, бросить щепку в реку выше отметки. После того, как щепка поравняется с отметкой на берегу, нужно начать отсчитать секунды. Затем отмеренное расстояние в 10 метров разделить на количество секунд за это расстояние. Например, 10 метров щепка проплыла за 8,5 секунд. Скорость течения реки будет 1,18 метров в секунду.


Скорости течения в реках неодинаковы в различных точках потока: они изменяются и по глубине, и по ширине живого сечения. Наименьшие скорости наблюдаются у дна, что связано с влиянием шероховатости русла. От дна к поверхности нарастание скорости сначала происходит быстро, а затем замедляется, и максимум в открытых потоках достигается у поверхности или на расстоянии 0,2H от поверхности. Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами илиэпюрами скоростей . На распределение скоростей по вертикали большое влияние оказывают неровности в рельефе дна, ледяной покров, ветер и водная растительность. При наличии на дне неровностей (возвышения, валуны) скорости в потоке перед препятствием резко уменьшаются ко дну. Уменьшаются скорости в придонном слое при развитии водной растительности, значительно повышающей шероховатость дна русла. Зимой подо льдом под влиянием добавочного трения о шероховатую поверхность льда скорости малы. Максимум скорости смещается к середине глубины и иногда ко дну. При ветре против течения скорости у поверхности уменьшаются, а положение максимума смещается на бОльшую глубину по сравнению с его положением в безветренную погоду.

У берегов скорость меньше, в центре потока больше. Линии, соединяющие точки на поверхности реки с наибольшими скоростями, называются стрежнем . Знание положения стрежня имеет большое значение при использовании рек для целей водного транспорта и лесосплава. Наглядное представление о распределении скоростей в живом сечении можно получить построением изотах – линий, соединяющих точки с одинаковыми скоростями.

Для вычисления средней скорости потока при отсутствии непосредственных измерений широко применяется формула Шези. Выделим в потоке объем воды, ограниченный двумя сечениями ω. Величина объема V = ωΔx, где Δx – расстояние между сечениями. Объем находится под влиянием равнодействующей силы гидродинамического давления P, действия силы тяжести F’ и силы сопротивления (трения) T. Сила гидродинамического давления P=0, так как силы давления P 1 и P 2 при равенстве сечений и постоянном уклоне уравновешиваются. Т.о., V ср = C , где H – средняя глубина, I – уклон. – Уравнение Шези. Формула Манинга: . Формула Н. Н. Павловского: , где n – коэффициент шероховаточти, находится по специальным таблицам М. Ф. Срибного.

Движения воды в реках. Виды движения.

Вода в реках движется под действием силы тяжести F’. Эту силу можно разложить на две составляющие: параллельную дну F’ x и нормальную ко дну F’ y . Сила F’ y уравновешивается силой реакции со стороны дна. Сила F’ x , зависящая от уклона, вызывает движение воды в потоке. Эта сила, действуя постоянно, должна бы вызывать ускорение движения. Этого не происходит, так как она уравновешивается силой сопротивления, возникающей в потоке в результате внутреннего трения между частицами воды и трения движущейся массы воды о дно и берега. Изменение уклона, шероховатости дна, сужения и расширения русла вызывают изменения соотношения движущей силы и силы сопротивления, что приводит к изменению скоростей течения по длине реки и в живом сечении.

Виды движения в потоках :

1) равномерное ,

2) неравномерное ,

3) неустановившееся .

При равномерном движении скорости течения, живое сечение, расход волны постоянны по длине потока и не меняются во времени. Такого рода движение можно наблюдать в каналах с призматическим сечением. При неравномерном уклон, скорости, живое сечение не изменяются в данном сечении во времени, но изменяются по длине потока. Этот вид движения наблюдается в реках в период межени при устойчивых расходах воды в них, а также в условиях подпора, образованного плотиной. Неустановившееся движение – это такое, при котором все гидравлические элементы потока (уклоны, скорости, площадь живого сечения) на рассматриваемом участке изменяются и во времени, и по длине. Неустановившееся движение характерно для рек во время прохождения половодий и паводков.

При равномерном движении уклон поверхности потока I равен уклону дна i и водная поерхность параллельна выровненной поверхности дна. Неравномерное движение может быть замедленным и ускоренным. При замедляющемся течении вниз по реке кривая свободной водной поверхности принимает форму кривой подпора. Поверхностный уклон становится меньше уклона дна (I), и глубина возрастает в направлении течения. При ускоряющемся течении кривая свободной поверхности потока называется кривой спада; глубина убывает вдоль потока, скорость и уклон возрастают (I>i ).

Рейнольдса число, один из подобия критериев для течений вязких жидкостей и газов, характеризующий соотношение между инерционными силами и силами вязкости: Re =rvl /m, где r - плотность, m - динамический коэффициент вязкости жидкости или газа, v - характерная скорость потока, l - характерный линейный размер. Так, при течении в круглых цилиндрических трубах обычно принимают l = d , где d - диаметр трубы, а v = v cp , где v cp - средняя скорость течения; при обтекании тел / - длина или поперечный размер тела, а v = v ¥ , где v ¥ - скорость невозмущённого потока, набегающего на тело. Назван по имени О. Рейнольдса.

От Р. ч. зависит также режим течения жидкости, характеризуемый критическим Р. ч. Re kр . При R <Re kр возможно лишь ламинарное течение жидкости, а при Re > Re kр течение может стать турбулентным. Значение Re kр зависит от вида течения. Например, для течения вязкой жидкости в круглой цилиндрической трубке Re kр = 2300.

Распределение скоростей течения в речном потоке.

Одной из особенностей движения частиц воды в реках являются нерегулярные случайные изменения скоростей. Непрерывные изменения направления и величины скоростей в каждой точке турбулентного потока называются пульсацией. Чем больше скорость, тем больше турбулентная пульсация. Тогда в каждой точке потока и в каждый момент времени мгновенная скорость течения – это вектор. Его можно разложить на составляющие в прямоугольной системе координат (υ x , υ y , υ z,), они тоже будут пульсирующими. Большинством гидрометрических приборов измеряется продольная составляющая скорости (υ x), осредненная за некоторый интервал времени (на практике 1-1,5 минуты).

Скорости меняются по глубине и ширине живого сечения реки. На каждой отдельно взятой вертикали наименьшая скорость отмечается у дна, что зависит от шероховатости русла. К поверхности скорость растет до величины средней по вертикали на глубине 0,6h, а максимум отмечается на поверхности или на расстоянии 0,2h от поверхности, в открытом русле. График изменения скорости по глубине называется годографом (эпюрой скоростей).

Распределение скорости по глубине зависит от рельефа дна, наличия ледяного покрова, ветра и водной растительности. Наличие валунов, больших камней и водной растительности у дна приводит к резкому уменьшению скорости в придонном слое. Ледяной покров и шуга также уменьшают скорость, но в слое воды подо льдом. Средняя скорость на вертикали определяется делением площади эпюры на глубину вертикали.

По ширине потока скорость повторяет в основном изменение глубины – от берегов скорость увеличивается к средине. Линия, соединяющая точки с наибольшими скоростями по длине реки, называется стрежень (линия наибольших глубин).

Распределение скоростей в плане можно отразить изотахами – линиями, соединяющими точки с равными скоростями в живом сечении.

Линия, соединяющая вдоль реки точки отдельных живых сечений с максимальными скоростями, называется динамической осью потока.



Для определения расхода воды в реке нужно еще определить среднюю скорость течения реки . Это можно сделать различными способами:

  1. поверхностными поплавками;
  2. по максимальной скорости;
  3. при помощи гидрометрических шестов или вех;
  4. при помощи глубинных поплавков;
  5. гидрометрическими вертушками.

Определение скорости течения реки поверхностными поплавками.

Выбрав прямолинейный участок реки,

  • устанавливаем на обоих берегах по 8 реек (вех) попарно, одну позади другой;
  • каждая пара реек должна быть поставлена перпендикулярно к направлению течения реки;
  • расстояние между рейками, составляющими пару, должно быть у всех пар одинаковое (например, по 5 м).

Таким образом, мы устанавливаем четыре створа: I-пусковой, II - верхний, III - главный, IV - нижний по течению, реки.

Эти створы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, величина которого зависит от размеров реки, например на расстоянии 15 м друг от друга.

Прежде чем забрасывать поплавки, нужно записать время начала работы, а после окончания - время конца работы; затем отметить обстановку работы:

  1. состояние реки на гидрометрическом створе (чистая, местами покрыта растительностью);
  2. состояние погоды (ясно, пасмурно, туман, дождь);
  3. характеристику ветра (штиль, слабый, средний, сильный; по течению, против течения; от левого или правого берега);
  4. характеристику поверхности потока (спокойная, покрыта рябью, волнение).

Особенно большое влияние на скорость течения реки оказывает ветер: увеличивает (попутный ветер) или уменьшает (встречный ветер) скорость потока, поэтому для большей точности определения скорости течения делают поправки. Для введения поправок имеются специальные таблицы.

Далее, расставив наблюдателей по створам, можно приступить к забрасыванию поплавков. Поплавки обычно применяют в виде кружков, отпиливаемых от сухих бревен диаметром 10-25 см и толщиной 5-6 см. Чтобы поплавок был лучше виден на реке, его окрашивают белой краской, а иногда ярко-красной. Если река небольшая, то можно ограничиться тремя-пятью поплавками.

На пусковом створе поплавки забрасываются последовательно: сначала ближе к правому берегу, потом на середину реки, затем ближе к левому берегу.

На верхнем створе подается сигнал. Когда поплавок окажется в створе, наблюдатель, стоящий у главного створа, засекает время, т. е. пускает секундомер или просто замечает время по часам с секундной стрелкой. Наблюдатель, стоящий у нижнего створа, при прохождении поплавка через створ, подает сигнал наблюдателю у главного створа, а он останавливает секундомер или замечает время по часам. Для определения скорости движения поплавков удобнее вести наблюдения по нижеследующей таблице.

Если расстояние между створами 15 м, то расстояние между верхним и нижним створами будет равно 30 м. Бросаем с пускового створа в разных местах реки четыре поплавка поочередно (т. е. сначала первый поплавок; когда он пройдет весь свой путь, тогда забрасываем второй и т. д.) и получаем данные, которые записаны в нижеприведенной таблице.

№ поплавка

Путь поплавка (м)

Продолжительность хода поплавка (сек)

Скорость течения (м/сек)

Средняя поверхностная скорость течения (м/сек)

Путь поплавка делим на время его движения и узнаем скорость поплавка, а для определения средней скорости течения складываем скорости всех поплавков и делим на их количество.

Определение средней скорости для небольших рек по максимальной поверхностной скорости.

Наибольшую скорость Vмакс умножаем на поправочный коэффициент К, который зависит от степени шероховатости русла. В результате получаем среднюю скорость реки. Для горных рек с валунным дном К = 0,55, для рек с гравелистым дном К = 0,65, для рек с неровным песчаным и глинистым ложем К = 0,85. Например, если К = 0,75, тогда средняя скорость в нашем примере

Vср = 0,75-0,65 - 0,49 м/сек.

Определение средней скорости потока при помощи гидрометрических шестов или вех.

Для этого берут гидрометрический шест длиной меньше минимальной глубины на данном отрезке реки, иначе шест застрянет у мелководья. К шесту привязывают камень такой величины, чтобы гидрометрический шест немного выступал над водой, и определяют его скорость в разных точках реки так же, как это делают с поверхностными поплавками; узнают среднюю скорость. В данном случае средняя скорость будет не поверхностная, а по живому сечению, но для большей точности следует ввести поправку по формуле:

где Н - средняя глубина реки от поверхности воды до дна, h - глубина погружения гидрометрического шеста, v - определенная скорость.

Определение средней скорости при помощи глубинных поплавков.

Для определения скорости этим способом нужно взять две бутылки. Бутылки привязывают друг к другу шнурком, длина которого будет зависеть от глубины исследуемой реки. Одну бутылку (нижнюю) наполняют водой и закупоривают пробкой, во вторую бутылку (верхнюю) насыпают песок в таком количестве, чтобы только часть ее горлышка находилась над водой, и тоже закупоривают.

Наблюдая за верхней бутылкой, определяют среднюю скорость обеих бутылок. При помощи двух бутылок можно также определить скорость на определенной глубине, равной глубине нижней бутылки. Например, мы хотим определить скорость на определенной глубине реки на данном отрезке. Тогда, привязав нижнюю бутылку на глубину 0,2 h (где h - глубина реки), определяем сначала среднюю скорость двух бутылок - верхней и нижней, т.е. vcp, а при помощи поверхностных поплав­ков определяем среднюю поверхностную скорость Vср.пов

и находим искомую скорость по формуле:

V 0.2 h = 2 Vср - Vср.пов

Этим способом можно определить скорость и на глубинах: 0,4 h; 0,6 h; 0,8 h; таким образом, мы можем узнать среднюю скорость по живому сечению. Для этого нужно сложить все пять скоростей, и разделить на 5:

Наблюдения показывают, что скорости течения распределяются по поперечному сечению рек неравномерно. Они достигают максимальной величины или на самой свободной поверхности, или на незначительной глубине от нее. По мере приближения ко дну скорость уменьшается. Картину распределения скоростей можно изобразить на графике. Для этого глубина каждой точки откладывается по вертикали (сверху вниз), а скорости течения по горизонтали (слева направо). Соединяя концы горизонтальных линий, изображающих скорости потока, получаем кривую, называемую годографом скоростей.

Зная среднюю скорость течения и площадь живого сечения, можно определить расход воды в реке по формуле :

Например, выше мы определили, что F = 7,08 м2, а средняя скорость Vср = 0,27 м/сек; следовательно Q = 7,08-0,27 = 1,91 м3/сек. Округленно можно считать Q==2 м3/сек.

Теперь определяем расход воды во втором нашем примере по формуле: Q= F- Vср, где F = 7,4 м2, а Vср = 0.4 м/сек; Q - 7,4 * 0,4 = 2,96 м3/сек, Округленно можно считать Q = 3 м3/сек.

Определение колебания уровня воды в реке.

Если есть возможность, то следует при помощи водомерной рейки проследить за колебанием уровня воды в реке в течение нескольких суток. Обычно уровень воды измеряют один раз в сутки, в 8 часов утра; если это трудно, то можно проводить наблюдения один раз в 10 дней, а ежесуточные проводить только во время половодья или паводков. Разность между высоким уровнем воды (h макс) и низким (h мин) называется амплитудой колебания (А) уровня воды.

Величина амплитуды имеет большое значение при проектировании различных гидротехнических сооружений.

Для наблюдения за колебанием уровня воды в реке можно принять условный уровень воды на глубине сваи, никогда не выходящей из воды в течение года. От этого условного уровня, называемого нулем графика, вычерчивают график колебания воды в реке.

Вообще за нуль графика берут горизонт воды глубже минимального уровня воды, который можно узнать на ближайшем гидропосту. При построении графика на оси абсцисс откладывают время определения глубины, а на оси ординат - возвышения над нулем графика или отметку уровня воды для каждого дня.

1. Из предложенного списка выделите холодное течение:
А) Гольфстрим
В) Куросио
С) Перуанское
D) Гвинейское

2. Назовите «лишние» горы по их местонахождению:
А) Гималаи
В) Анды
С) Тибет
D) Альпы

3. Какой климатический пояс Евразии занимает наибольшую территорию?
А) субарктический
В) субтропический
С) субэкваториальный
D) умеренный

4. Какие из перечисленных гор являются самыми низкими?
А) Гималаи
В) Кордильеры
С) Уральские
D) Анды

5. Материк, который не принадлежит ни одному государству:
А) Антарктида
В) Африка
С) Евразия
D) Австралия

6. К бассейну Северного-Ледовитого океана не относится море:
А) Чукотское
В) Баренцево
С) Балтийское
D) Лаптевых

7. Самый солёный океан:
А) Тихий
В) Северный Ледовитый
С) Атлантический
D) Индийский

8. На метеорологических станциях атмосферное давление определяют с помощью:
А) термометра
В) барометра
С) флюгера
D) осадкомера

9. Какие ветры имеют сезонный характер?
А) пассаты
В) западные ветры
С) муссоны
D) бризы

10. Для какого типа воздушных масс характерна низкая влажность и высокая летняя температура?
А) тропического
В) умеренного
С) арктического
D) экваториального

11. Львы, бегемоты, жирафы, антилопы обитают в какой природной зоне?
А) экваториальные леса
В) пустыни
С) жестколистные леса
D) саванны

12. Окраинным является море:
А) Чёрное
В) Белое
С) Баренцево
D) Балтийское

13. От чего зависит сила ветра?
А) от скорости вращения Земли
В) от близости океанов
С) от разницы атмосферного давления
D) от времени года

14. Избыточно увлажнённый участок суши с влаголюбивой растительностью – это…
А) водохранилище
В) болото
С) река
D) озеро

15. Высота над уровнем моря называется?
А) относительная
В) горизонтальная
С) вертикальная
D) абсолютная

помогите с впросами 1.от чего зависит образование приливов и отливов в океанах и морях 2.какие условия влияют на перемешивание вод Океана 3.как можно

решить экологические проблемы океанов и морей подтвердите конкретнымы примерами 4.используя физическую карту,дайте описание (по выбору) одного из морей по следуюшеиу плану; а) к басеину какого окена относится море;б)внутренее или внешнее море;в) в каком направлении тянется;г) на каком растояние от вашей мместности оно расположено;замерзает ли водда?? ж)какие реки в него впадают. 5.каково значение озер в хозяйстве 6.как человек использует подземные воды 7.почему охрана подземных вод-одна из главных проблем современности. 8.чем отличаются покровные ледники от горных. 9.напишите географическое сочинение по теме"мой проект по охране океана(моря,озера,реки)" заранее спс огромное вам за то что помогли даю много пк спс

Где проходят границы между плитами литосферы?а) по оврагам; б) по равнинам и рекам; в) по срединно-океаническим хребтам и глубоководным желобам;г) по

береговой линии материков.Как называются древние устойчивые участки литосферных плит?а) складчатые области; б) платформы; в) равнины; г) ложе океана.Как называется многолетний режим погоды, повторяющийся в данной местности из года в год?а) климат; б) погода; в) изотерма; г) парниковый эффект.Чем ближе к экватору, тем:а) больше угол падения солнечных лучей и меньше нагревается земная поверхностьб) меньше угол падения солнечных лучей и выше температура воздуха в тропосферев) больше угол падения солнечных лучей и сильнее нагревается земная поверхность, а значит, выше температура воздуха в приземном слое атмосферыг) меньше угол падения солнечных лучей и меньше нагревается земная поверхность.Какие ветры преобладают в тропических широтах?а) пассаты; б) западные; в) северные; г) муссоны.Где на Земле находятся области низкого давления?а) близ экватора и в умеренных широтах; б) в умеренных и тропических широтахв) у полюсов; г) только над материками. В каких широтах наблюдается восходящее движение воздуха?а) в тропических; б) в экваториальных; в) в антарктических; г) в арктических.В каком климатическом поясе в течение года господствуют 2 воздушные массы: умеренная и тропическая?а) в умеренном; б) в тропическом; в) в субтропическом; г) в субэкваториальном.Для какого клим. пояса характерны господство западных ветров, ярко выраженные времена года?а) для тропического; б) для экваториального; в) для умеренного; г) для арктического.От чего зависит соленость океанических вод? а) от количества атмосферных осадков; б) от испарения; в) от притока речных вод; г) от всех перечисленных причин.Температура поверхностных океанических вод:а) одинакова везде; б) неодинакова и зависит от широты;в) изменяется только с глубиной; г) изменяется с глубиной и с широтой.Чем обусловлено чередование природных зон на суше?а) количеством влаги; б) количеством тепла; в) растительностью; г) соотношением тепла и влаги. Часть Б.Какие три слоя составляют материковую земную кору?В чем значение атмосферы для живых организмов? (не менее 3х факторов)Укажите, благодаря чему все компоненты географической оболочки связаны в единое целое?Дайте определение понятию раса, и укажите основные человеческие расы.Часть С.Какая сила движет плиты литосферы?Почему воздушные массы перемещаются в течение года то к северу, то к югу?Что такое высотная поясность? И ее основная закономерность.

Похожие публикации