Географический портал Гидросфера Воды суши Движение воды в реке. Работа рек

Движение воды в реке. Работа рек

Река – турбулентный поток, скорость которого непрерывно изменяется по величине и направлению, что приводит к горизонтальному и вертикальному перемешиванию воды. Скорость течения реки определяется поплавками и специальными приборами – гидрометрическими вертушками и выражается в метрах и секунду (v, м/с). При отсутствии непосредственных измерений для вычисления средней скорости потока применяется уравнение Шези: Vср=C√R*i, где V – скорость в м/с. С – коэффициент, зависящий от шероховатости русла и глубины потока (коэффициент Шези). R – гидравлический радиус. i – уклон русла. Коэффициент Шези определяется по формуле Маннинга; С=1/n*h1/6, где h – глубина потока, n – коэффициент шероховатости русел, определяемый по таблицам М. Ф. Срибного. В руслах равнинных рек, ширина которых на несколько порядков превышает их глубину, величина R мало отличается от глубины реки h, и  поэтому формула Шези может быть записана в виде V=C√h*i. Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличением уклона и глубины (и соответственно гидравлического радиуса), так как при этом ослабевает влияние шероховатости.

При открытой водной поверхности в штилевую погоду наименьшие скорости наблюдаются у дна, что обусловлено трением, и нарастают к поверхности реки. При попутном ветре максимальная скорость бывает на поверхности, при встречном ветре и зимой при наличии ледяного покрова, она опускается на некоторую глубину. При наличии механических препятствий на дне или донной водной растительности скорости внизу потока существенно уменьшаются. Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами или эпюрами скоростей. Скорости течения по ширине реки, как поверхностная, так и на всех других уровнях, меняются довольно плавно и закономерно, повторяя распределение глубин в живом сечении, но у берегов всегда меньше из-за трения. Линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями в живом сечении реки, называются изотахами. Стрежень реки – линия вдоль реки, соединяющая точки наибольших поверхностных скоростей течения. Динамическая ось потока – линия вдоль реки, соединяющая точки наибольших скоростей в поперечном сечении потока.

Знания о распределении скоростей в реке, положении стрежня и динамической оси потока имеют большое значение для водного транспорта и лесосплава.

Движущаяся вода обладает энергией и способна производить работу. Энергия реки прямо пропорциональна массе воды и скорости. В естественных условиях работа реки слагается из процессов эрозии (размыва), переноса и аккумуляции (отложения) наносов. Твердые минеральные частицы, переносимые рекой и отлагаемые в русле и на пойме, называются аллювием. Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке условно подразделяются на взвешенные и влекомые (донные). Для характеристики речных наносов применяется ряд показателей: мутность (ρ) – количество взвешенных наносов, содержащихся в 1м3 воды (г/м3) или литре воды (г/л); расход наносов (R) – количество наносов, проносимое рекой через живое сечение в одну секунду: R= ρ*Q (кг/с). Различают расход взвешенных и расход влекомых наносов. Максимально возможный при данных гидравлических характеристиках потока расход наносов называется транспортирующей способностью реки. Сток наносов – суммарное количество наносов в тоннах, проносимое рекой через живое сечение за длительный промежуток времени (сутки, месяц, год). В настоящее время сток наносов всех рек оценивается в 21,3 млрд. т в год, что составляет около 36% от всего осадочного материала, поступающего в Мировой океан.

 

№ п/п

Типы осадков

млрд. т в год

%

1

Сток наносов

+21,3

35,7

2

Размыв берегов

+16,7

27,9

3

Эоловые процессы

+11,6

18,4

4

Растворенные вещества

+3,5

5,8

5

Вулканогенная седиментация

+2,5

4,2

6

Вынос ледниками твердых веществ

+2,5

4,2

7

Биогенная седиментация

+1,8

3,0

8

Количество всего поступающего материала

+59,5

100

 

Первое место в мире по объему стока наносов занимает Хуанхе – Желтая река, название которой связано с обилием наносов (лёсса), придающих воде желтый оттенок. Суммарный годовой сток наносов Хуанхэ составляет 1504,8 млн. т, из них 1500 млн. т – взвешенные наносы, средняя мутность – 30180 кг/м3 (но Р. С. Чалову и Лю Шугану). Такая вода, как говорят китайцы, чересчур густа, чтобы ее пить, но слишком жидка, чтобы ее пахать. Русло Хуанхэ быстро заиливается. Наносы способствовали повышению русла в нижнем течении на 5-10 м выше прилегающих равнин. Для зашиты от наводнений Хуанхэ и ее притоки ограждены дамбами. Прорывы дамбы неоднократно приводили к катастрофическим наводнениям и перемещению русла в стороны на большие расстояния (вплоть до 800 км). Большой мутностью обладает и река Янцзы (суммарный годовой сток наносов 525 млн. т), которая тоже обнесена дамбами на 1800 км вверх от устья. Большой мутности рек Китая и других районов способствуют слабая устойчивость пород к размыву (лёсс и др.), возвышенный и горный рельеф, интенсивные дожди, вырубка лесов и распашка земель. Небольшой мутностью обладают северные реки Евразии и Канады, где на них нередко «нанизаны» озера – отстойники, сохранилась естественная растительность, грунты скованы многолетней мерзлотой, преобладают низменные прибрежные равнины. Например, у Северной Двины годовой сток наносов составляет 2,03 млн. т.

Соотношение стока взвешенных и влекомых наносов на равнинных реках зависит от мутности рек: при высокой мутности (200-500 г/м3) преобладает сток взвешенных наносов, который составляет 94-97% от стока всех минеральных наносов. Например, на сверхмутной Хуанхэ (ρ=30180 г/м3) доля взвешенных наносов составляет 99,7% от общего их стока. При малой мутности эта величина снижается в пользу стока влекомых наносов: на реках Северной Двине (ρ=46 г/м3). Лене (ρ =40 г/м3) и им подобных на долю влекомых наносов приходится уже 35-40% от общего их стока. На горных реках преобладают влекомые наносы.

За мутностью воды рек и стоком наносов ведутся постоянные наблюдения. Результаты измерений особенно важно учитывать при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружении.

 

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

 

Рельефообразующая деятельность рек

Другие воды суши.

 
 
Баннер