Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

распределение глубин в живом сечении: у берегов скорость меньше,

н е м. Знание положения стрежня имеет большое значение при ис­

делением площади эпюры скоростей на глубину вертикали или при наличии измеренных скоростей в характерных точках по глу-

Рис. 67. Изотахи в живом сечении речного потока.

бине (Упов, Уо,2, Уо.6, Уо,8, Удон) ПО одной из эмпирических формул, например

§ 118. Средняя скорость в живом сечении. Формула Шези

Для вычисления средней скорости потока при отсутствии непо­ средственных измерений широко применяется формула Шези.

Она зависит от глубины и шероховатости русла. Для определения

таблицам М. Ф. Срибного. Переменный показатель в формуле Павловского определяется зависимостью.

у = 2 ,5 1 /д + 0 ,1 3 -0 ,7 5 V R {Ѵп — 0,\).

Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличе­ нием гидравлического радиуса или средней глубины. Это происхо­ дит потому, что с увеличением глубины ослабевает влияние шеро­ ховатости дна на величину скорости в отдельных точках вертикали

итем самым уменьшается площадь на эпюре скоростей, занятая малыми скоростями. Увеличение гидравлического радиуса приводит

ик увеличению коэффициента С. Из формулы Шези следует, что скорость потока растет с увеличением уклона, но этот рост при тур­ булентном движении выражен в меньшей мере, чем при ламинар­ ном (см. формулу Дарси, § 92).

§ 119. Скорость течения горных и равнинных рек

Течение равнинных рек значительно более спокойное, чем гор­ ных. Водная поверхность равнинных рек сравнительно ровная. Пре­ пятствия обтекаются потоком спокойно, кривая подпора, возникаю­ щего перед препятствием, плавно сопрягается с водной поверхно­ стью вышерасположенного участка.

Горные реки отличаются крайней неровностью водной поверх­ ности (пенистые гребни, взбросы, провалы). Взбросы возникают перед препятствием (нагромождением валунов на дне русла) или при резком уменьшении уклона дна. Взброс воды в гидравлике но­ сит название г и д р а в л и ч е с к о г о (водного) п р ы ж к а . Его можно рассматривать как одиночную волну, появившуюся на вод­ ной поверхности перед препятствием. Скорость распространения

одиночной волны на поверхности, как известно (см. § 52), c = ~]/gH, где g — ускорение силы тяжести, Н — глубина.

Если средняя скорость течения цср потока оказывается равной скорости распространения волны или превышает ее (ѵср^ с ) , то образующаяся у препятствия волна не может распространиться вверх по течению и останавливается вблизи места ее возбуждения. Формируется остановившаяся волна перемещения.

Пусть Ѵср— с. Подставляя в это равенство значение из предыду­ щей формулы, получим УСр = У g H , или

Это число позволяет оценить условия существования бурного или спокойного режима течения: при F r e i — спокойный режим, при Fr > 1 — бурный режим.

Таким образом, между характером течения, глубиной, скоро­ стью, а следовательно, и уклоном существуют следующие соотно­ шения: с увеличением уклона и скорости и уменьшением глубины при данном расходе течение становится более бурным; с уменьше­ нием уклона и скорости и увеличением глубины при данном рас­ ходе течение приобретает более спокойный характер.

Горные реки характеризуются, как правило, бурным течением, равнинные реки имеют спокойный режим течения. Бурный режим течения может быть и на порожистых участках равнинных рек. Пе­ реход к бурному течению резко усиливает турбулентность потока.

§ 120. Поперечные циркуляции

Одной из особенностей движения воды в реках является непараллельноструйность течений. Она отчетливо проявляется на за­ круглениях и наблюдается на прямолинейных участках рек. На­ ряду с общим параллельным берегам движением потока в целом имеются внутренние течения в потоке, направленные под различ­ ными углами к оси движения потока и производящие перемещения водных масс в поперечном к потоку направлении. На это еще в конце прошлого столетия обратил внимание русский исследова­ тель Н. С. Лелявский. Он следующим образом объяснил структуру внутренних течений. На стрежне вследствие больших скоростей на поверхности воды происходит втягивание струй со стороны, в ре­ зультате в центре потока создается некоторое повышение уровня. Вследствие этого в плоскости, перпендикулярной направлению те­ чения, образуются два циркуляционых течения по замкнутым кон­ турам, расходящиеся у дна (рис. 69 а). В сочетании с поступатель­ ным движением эти поперечные циркуляционные течения приобре­ тают форму винтообразных движений. Поверхностное течение, направленное к стрежню, Лелявский назвал с б о й н ым, а донное расходящееся — в е е р о о б р а з н ы м .

На изогнутых участках русла струи воды, встречаясь с вогнутым берегом, отбрасываются от него. Массы воды, переносимые этими