Водосток и его характеристики

Водосток  и его характеристики 

 Гидрология  изучает все воды земного шара (гидросферу), процессы, состав, свойства, перемещения, запасы, изменения.

 Объект изучения: водоемы, реки, озера, грунтовые воды, ледники, снежный покров, болота.

 Водоток- углубление в земле по которому течет вода в сторону уклона.

 Река- водоток, но имеющий размеры, ярко выраженное русло и свою водосборную площадь. Река имеет:

 Исток (начало реки)

 Устье (конец реки)

 Крупные реки имеют рукава на устье реки, которое  называется дельта реки.

 Излучены - повороты реки.

 Меандра - извилистая часть реки. Извилистость характеризуется коэффициентом извилистости (К).

 К=l/L

 l- длина реки с учетом излучин

 L- длина реки по прямой

 Пойма реки (пойменная терраса)- низкий пологий участок, который периодически заливается водой.

 Надпойменная  терраса - бывшая пойма реки, которая с углублением реки перестает заливаться водой.

 Живое сечение реки

      

 W-площадь поперечного сечения реки занятого водой (м²)

 χ-смоченный  периметр реки занятый водой (м²)

 гидравлический  радиус (R)- отношение живого сечения к смоченному периметру реки.

 R=W/χ , (м)

 Водосборная площадь реки

 F (км² или га)- поверхность земли по которой стекает вода в данный водоток. Границами водосборной площади является сама река и водораздел.

   
 
 
 

 Водосборную площадь можно определить следующими методами:

1. По топографическим картам, погрешность 5-10 %
2. По гидрографическим картам- нанесена только сеть рек без горизонталей высот. В этом случае водораздел проводят по середине, между реками, погрешность 15-20 %
3. По физическим картам, погрешность до 30 %
4. На физической карте нанесена гидрографическая карта, погрешность    до 20 %
5. Если не возможно определить, то по косвенным признакам, погрешность 50 и более  %

 Синонимом водосборной  площади является бассейн. Бассейн- это подземный водосбор

 В=F км²

       L км

 В- ширина бассейна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сток  и его характеристики. 

 Сток- движение воды по поверхности земли, а также  в толще почв и горных пород  в процессе круговорота ее в природе.

 Сток подразделяется на:

 Внутрипочвенный

 Поверхностный- происходящий по земной поверхности и делится на:                   речной, русловый(по старым руслам рек или искусственные каналы),                                                            склоновый(с большим уклоном);

 почвенный- в почвенной толще. 

Характеристики  стока 

  Объем стока(W_с, м³)- количество воды, стекающей со всей водосборной площади за определенное время. Объем стока определяется по ее расходу в водотоке за определенный период времени (сутки, месяц, год, период года и т. д.).

  W_с=Qt

  Q- средний расход воды, м³/с; л/с. Расход воды стекающий со всей водосборной площади в единицу времени определяется методом стоковых площадок.

  t- время расчетного периода 

  Модуль стока – объем воды, стекающий с единицы водосборной площади в единицу времени.

  q = Q/ F (л/с га; м³/c км²)  

  Слой  стока - величина, показывающая, какой слой воды будет, если сток равномерно распределить по площади водосбора.

  h_ст = 0.1W/F (мм) 

  Коэффициент стока – показывает какая часть осадков стекает. Может быть больше 1 только весной в период снеготаяния.

  δ = h_ст/h_ос 

  Объем весеннего снеготаяния 

  W = 10000FHδσ

  H – высота снежного покрова

  σ- плотность снега

     
 
 
 

  Режим уровней 

  Уровни  меняются в течении года, изменения протекают в одни и тоже сезоны года и называются фазами.

  Выделяют 4 фазы

1. Половодье- продолжительное стояние высоких уровней воды в реках
2. Паводок- высокое стояние уровней воды в реке, но не продолжительное
3. 4.Межень

                   - зимний

                   - летний

Совокупность  закономерно повторяющихся изменений  состояния водного объекта, которое  присуще только ему, отличает его от других водных объектов, называется гидрологическим режимом.

За гидрологическим  режимом рек ведут наблюдения на водомерных постах.

Водомерный  пост

1. Свайный – устраивается на реках с пологими берегами
2. Реечный – устраивается на реках с крутыми берегами (сантиметровая рейка)
3. Самописный – устанавливаются самописцы

 

Гидрологический пост – это водомерный пост, соединенный с метеопостом.

Повторяемость (частота) уровней – это количество дней, когда уровень наблюдается  в пределах того или иного интервала.

Обеспеченность- это количество дней, когда уровень  воды в реке был не ниже заданного. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Водосливы 

Водосливы –  это гидротехнические сооружения на водомерных постах. Могут использоваться как шлюзорегуляторы.

Водосливы устраивают поперек реки, и через которые переливается вода. 

Водосливы

- сплошные  

- с вырезом 

  
 
 

Водослив имеет  порог – участок водослива  через который переливается вода. Порог имеет ширину(b), у треугольного водослива b = 0. имеет толщину порога (C).

Напор – превышение уровня воды над порогом водослива (H).  

Зависимость от отношения напора и толщины водосливы делятся на:

1. Если H > C  в 2-3 раза и более, то водослив с тонкой стенкой. Используется на  небольших водотоках для определения расхода.
2. Если Н в 2-3 раза меньше С – водослив с широким порогом. Используется как шлюзы регуляторы, как водосборное сооружение при плотинах.

 

Для определения  напора измеряются уровни воды до после  водослива, на расстоянии равном 3-5 кратной  величине напора.

Бьеф – расстояние на котором измеряются уровни.

Н = УВБ – УНБ

Напор – это  разность между уровнем верхнего бьефа и уровнем нижнего бьефа.

Водосливы делятся  в зависимости от уровня нижнего  бьефа на:

- затопляемые

- незатопляемые 
 
 
 

УНБ ниже порога водослива. Незатопляемые не влияют на расход       
 

                                                   

 УНБ выше порога водослива. Затопляемые снижает расход воды  
 

Тарировка водослива  – построение графика зависимости  расхода воды  от напора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определение расходов на больших  водотоках 

Q = υ ω (м³/с)

Площадь живого сечения (площадь, занятая водой).

Гидрометрическая  вертушка определяет скорость.

Обеспеченность  уровней – количество дней, когда  уровень воды был не выше заданного.

 На больших  водотоках при регулярных наблюдениях за гидрологическим режимом используются гидрологические посты. Уровни воды в реках измеряют на водомерных постах, скорости определяют гидрометрическими вертушками. По скоростям и уровням рассчитывают расходы воды. Известно, что расходы в разные годы могут значительно различаться. Для получения достоверных расчетных характеристик необходимо иметь длительный ряд наблюдений. При наличии небольшого ряда фактических наблюдений производится специальная обработка таких наблюдений с построением теоретической кривой обеспеченности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Режим расходов на небольших водотоках 

Небольшие водотоки имеют небольшую водосборную  площадь.

Q = V W м²/с

υ – определяется с помощью поплавков

           Поплавок – это кружок из легкой древесины. Для определения скорости выбирают прямолинейный незаросший участок реки без подпора воды. На выбранном участке разбивают три створа. Расстояние между крайними створами принимается приблизительно равным трех-четырехкратной ширине реки. Для измерения скорости в воду, несколько выше верхнего створа, на середине реки бросают 10 поплавков. Поплавки должны проходить расстояние от верхнего до нижнего створа не менее, чем за 25 с.

  Для вычисления расходов на створах промеряют  поперечные сечения и определяют смоченный периметр. Площадь поперечного сечения (живое сечение) определяют как сумму элементарных геометрических фигур, а смоченный периметр — как  сумму  гипотенуз  элементарных  треугольников.

  V_MAX = L/t_CP 

     V = V_MAX * K      

     K = C / 14+C    К – переходной коэффициент 

     C = 87 / 1+ γ/ √R      С – скоростной коэффициент 

     R = W / X                  R – гидравлический радиус     

     W = 0.5*ab                W – живое сечение 

     W_cp = W_B + 2W_CP + W_H

                                        4

     X = L₁ * L₂                        Х – смоченный периметр 

     X_CP =X_B +2X_CP + X_H

                         4       
 
 
 
 
 
 
 

Движение  грунтовых вод 

Вода, заполняющая  поры почвы и передвигающаяся  под действием силы тяжести называется гравитационной водой. Перемещаясь  в почве, вода образует поток и движет его в пористой среде – фильтрация.

Фильтр –  количество воды, протекающее в единицу  времени через единичную площадь, выделенную пористой среде.

Закон движения грунтового потока подчиняется Закону Дарси 

V = K*I

        V – скорость фильтрации

        K – коэффициент фильтрации