Файл: Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация.pdf

нулем графика. Отсюда и термин «обеспеченность», т. е. в течение этого времени на реке были обеспечены уровни не ниже 750 см.

Кривая продолжительности применяется, например, при опре­ делении продолжительности затопления. Если данная точка берега затопляется при отметке 100 см, то при более высоких отметках уровня она, безусловно, будет затоплена. Таким образом, длитель­ ность затопления при отметке 100 см (см. рис. 43 и табл. 12) со­ ставляет 280 дней, или 76,7%.

Кривые продолжительности и повторяемости необходимы для расчета отметок водозабора при водоснабжении и орошении, для расчета уровней водоприемников три осушении болот и т. д.

20. Режим расходов воды в реке

Графики уровней и расходов обычно аналогичны по своим очер­ таниям; с повышением уровня увеличивается и расход. Однако ■иногда случаются несовпадения этих режимов.

Q m 3/c

времени.

На рис. 44 показан график колебания расходов воды р. Вы­ чегды у г. Сыктывкара. Расходы здесь колеблются от 10 до 3800 м3/с. Они резко повышаются в мае, в период весеннего поло­ водья, а затем несколько раз в течение лета во время летних дож­ девых паводков.

Так как расход представляет собой количество воды, протекаю­ щей в одну секунду, то, помножив средний расход QCp (м3/с) на время t "(секунды), получим объем воды, протекающей за это вре­ мя. Тот же результат можно получить путем определения площа­ ди, заключенной внутри гидрографа, выразив масштаб абсцисс в

•секундах, а ординат — в кубических метрах. Очертания гидрогра­ фа зависят от условий питания реки и размера водосборной пло­ щади. Для малого водосбора характерен многовершинный гидро­ граф весеннего половодья (см. рис. 61 а), так как сток возрастает

68

в часы наиболее интенсивного снеготаяния днем и снижается или полностью прекращается с понижением температуры воздуха ночью. Многовершинные гидрографы характерны и для больших рек ливневых районов Дальнего Востока и Черноморского побе­ режья Кавказа.

21. Фазы режима рек

Режим рек по отдельным периодам года изменяется в зависи­ мости от хода метеорологических элементов в бассейне реки. Зи­ мой осадки накапливаются в виде снега и льда. В этот период по­ верхностное питание прекращается, расходы воды в реках умень­ шаются. Весной во время снеготаяния в бассейнах равнинных рек, а летом во время таяния снегов и ледников в бассейнах горных рек происходит резкое увеличение расходов воды. Такие отдельные периоды в жизни рек со свойственными им своеобразными, типич­ ными из года в год режимами расходов и уровней воды называют ф а з а м и . Сроки .наступления и окончания фаз не постоянны, как не постоянны сроки смены времен года. Различны ежегодные зна­ чения расходов и высоты уровней .в каждой фазе. Для каждой из них устанавливаются средние даты наступления и окончания фаз, их продолжительность, характерные уровни и расходы воды.

Хозяйственная деятельность человека может изменять харак­ терные для каждой фазы значения расходов и уровней. Регули­ рование мелких рек иногда приводит к полной ликвидации фаз в их режиме. Регулирование крупных рек, не уничтожая отдельных фаз, резко изменяет характеристики, свойственные режиму рек. Например, постройка плотин на Волге привела к увеличению рас­ ходов и уровней летом за счет накопления в водохранилищах вод весеннего половодья. Поэтому расходы весеннего периода многих лет снижены.

Немалую роль в формировании режима реки в отдельные ее фазы играют и другие хозяйственные мероприятия, проводимые в бассейне: осушение болот, вырубка или насаждение лесов, распаш­ ка земель и т. д.

В режиме рек различают следующие фазы: половодье, паво­ док, летнюю и зимнюю межень.

Половодье является ежегодно повторяющейся в один и тот же

таянием снега на равнинах, б) летним таянием снегов и ледников

ввысокогорных районах (например, на Тереке, Сулаке, Амударье

идругих горных реках половодье проходит в июне, июле, первой

половине августа), в) длительным .выпадением обильных дождей в определенный сезон года, например во время летних муссонов.

На равнинных реках при отсутствии грунтового и дождевого питания режим реки фактически ограничен одной фазой весен­ него половодья. Годовой сток формируется только за счет весен­

69

него стока на большинстве рек Нижнего Заволжья и на всей тер­ ритории между нижним течением Днепра и Азовским морем.

Для всех равнинных рек СССР (Днепра, Дона, Волги и др.) характерны весенние половодья.

В отличие от половодья, паводок не повторяется периодически в определенный сезон года. Это быстрое, кратковременное подня­

пели), таяния ледников, сильных кратковременных дождей, от . сброса воды из водохранилища.

Ливневые паводки характерны для рек Крыма, Черноморского побережья и карпатских притоков Днестра.

М еж е.ны о называется фаза режима, в продолжение которой река питается в основном грунтовыми водами. В зависимости от времени года межень бывает летняя или зимняя. Наиболее четко границы зимней межени (по продолжительности ледостава) вы­ ражены на равнинных реках. Для межени характерно небольшое колебание расходов, тогда как расходы и уровни половодья и паводков меняются в широких пределах. Меженный сток боль­ шинства рек СССР невелик. На малых реках его иногда совсем не бывает. Многие крупные реки засушливых областей ЮгОг-Вос- тока СССР с площадями водосборов 10 000 ,км2 после прохожде­ ния весеннего половодья пересыхают.

В з и м н е м р е ж и м е рек различают следующие периоды: за­ мерзание, ледостав и вскрытие. Процесс замерзания реки проте­ кает следующим образом. При отрицательной температуре воз­ духа верхние слои воды охлаждаются. У берегов, где скорости те­

вается: верхние струи опускаются вниз, а нижние поднимаются вверх. Поэтому начавшееся охлаждение постепенно проникает че­ рез всю толщу воды. Температура воды по глубине выравни­ вается, опускается до нуля или ниже. Взвешенные в воде наносы являются «затравками», ядрами кристаллизации. Соприкасаясь с этими пылинками, переохлажденная вода превращается в крис­ таллы внутриводиого льда. Он образуется у дна реки, на плаваю­ щих в воде предметах и т. д. Особенно сильно внутриводный лед нарастает на незамерзающих быстротоках и порожистых участках рек, где он иногда загромождает русло, образуя з а ж о р ы , кото­ рые вызывают сильное повышение уровня воды в реке и даже на­ воднения. Впоследствии маоса внутриводиого льда ( шуга) всплы­ вает на поверхность реки. Здесь, соприкасаясь с холодным возду­ хом, шуга смерзается сильнее, превращаясь в льдины. На реке образуется о с е н н и й л е д о х о д .

Льдины постепенно увеличиваются и смерзаются в суженных и мелких участках русла, где раньше всего наступает с п л о ш н о й л е д о с т а в . При этом прекращается образование внутриводиого льда, так как ледяной покров является теплоизолятором, не до­ пускающим понижения температуры воды.

70

Некоторые участки реки — п о л ы н ь и — не замерзают почти всю зиму. На этих участках продолжает образовываться внутриводный лед.

Ледяной покров нарастает главным образом снизу. При снеж­ ном покрове толщиной 40 ом нарастание льда прекращается.

Толщина льда может быть определена по эмпирической фор­

(продолжительность ледохода, образования сплошного ледяного покрова, зимнего ледостава) зависит от метеорологических усло­ вий года в бассейне реки. Немалую роль играет водность (расход) реки. Равнинные малые реки замерзают раньше, чем большие. На крайнем Севере реки покрыты льдом в течение семи-восьми меся­ цев; на юге (Закавказье, Северный Кавказ) часть рек вообще не замерзает.

Весной во время снеготаяния уровень воды в реке поднимается, лед взламывается, после чего начинается ледоход. Зачастую в местах поворота русла лед скапливается, нагромождается и обра­ зует з а т о р ы . Во время заторов возможны значительные повы­ шения уровня в реке, являющиеся иногда причиной наводнений. Заторы особенно характерны для рек, которые текут с юга на се­ вер, потому что вскрываются они раньше в верховьях и плыву­ щий лед нагромождается ниже на невскрывшихся еще участках реки.

Действие поверхностного и внутриводного льда на гидротехни­ ческие сооружения заключается в следующем. Внутриводный лед нарастает на сороудерживающих решетках водоприемных устройств. Вследствие этого уменьшается доступ воды к турби­ нам. Резко снижается выработка электроэнергии. Зачастую внутри­ водный лед вызывает аварии водоприемников водоснабжения. Для борьбы с внутрвводным льдом на гидростанциях применяют обо­ гревание решеток, подводных частей сооружений, где он чаще всего скапливается.

Значительные аварии гидротехнических сооружений возможны во время ледохода. Весной ударами льда разрушаются незащи­ щенные участки плотин. Лед часто забивает входные отверстия, снижая пропускную способность водоспусков и водосбросных ка­ налов. Иногда переполняются водохранилища, вода переливается через гребни плотин, что приводит к разрушению сооружений.

На водохранилищах строят специальные ледоудерживающие сооружения; применяют также измельчение льда при помощи взры­ вов. Лед особенно опасен в неотепленных трубопроводах, напри­ мер на ирригационных насосных станциях. Поэтому воду из них удаляют до наступления низких температур.

71

Характерные уровни и расходы. Каждой фазе режима рек свой­ ственны типичные или характерные расходы и соответствующие уровни воды в реке. Звание характерных уровней и расходов воды необходимо для проектирования, а также при эксплуатации гидро­ технических сооружений.

Наивысшие уровни и расходы воды необходимо знать для про­ ведения мероприятий по борьбе с затоплением населенных пунк­ тов, сельскохозяйственных угодий и т. д. Без этих данных невоз­ можно проектировать сооружения для сброса максимальных рас­ ходов (водоспусков, водосливных плотин, водосбросных каналов). Минимальные' расходы учитывают при проектировании гидро­ станции, орошения и водоснабжения. Наинизшие уровни необхо­ димы для определения возможностей судоходства.

Зная средние даты наступления и окончания отдельных фаз режима реки, средние многолетние значения характерных уров­ ней, перечисленных выше, можно построить т и п о в о й г р а ф и к уровней и расходов воды. Типовой график расходов отражает об­ щие характерные черты гидрографов в среднем за ряд лет и сво­ боден от случайных метеорологических особенностей каждого года.

В опросы д л я сам опроверки

1.Каковы гидравлические элементы потока? Что такое живое сечение, смо­ ченный периметр, гидравлический радиус, уклон, скорость течения воды и расход потока?

2.Каково соотношение между расходом, площадью живого сечения и сред­ ней скоростью?

3.Какова зависимость между средней скоростью и гидравлическими эле­

ментами потока при равномерном движении? Напишите формулу Шези.

4.Что называется истоком и устьем реки?

5.Что такое дельта?

6.Что такое речная долина и русло реки? Есть ли между ними разница?

7.Назовите составные части долины.

8.Из каких частей состоит русло реки?

9.Как образуются излучины?

10.Как вычислить уклон участка реки? Как вычислить средний уклон бас­

сейна?

11.Как перейти от дробных величин уклона к процентам и промилле?

12.Почему реки имеют поперечный уклон?

13.Что такое водосбор, водораздел?

14.Всегда ли совпадают поверхностные и подземные водоразделы?

15.Перечислите основные геометрические характеристики водосбора и объяс­

ните, как они определяются?

16. Назовите основные физико-географические характеристики бассейна.

17.По каким признакам классифицируются реки земного шара?

18.Как классифицируются реки по источникам питания?

19.От чего зависит высота стояния уровней воды в реке?

20.Что такое «нуль графика»?

21.Как составляется график колебания уровней?

22.Что такое повторяемость и продолжительность стояния уровней?

23.Как вычислить повторяемость и продолжительность уровней и как соста­

вить график повторяемости и обеспеченности?

24.Какие основные фазы режима реки?

25.Как образуется донный лед?

26.Как образуется ледяной покров?

72