Файл: Земляновский, Д. К. Общая лоция внутренних водных путей учеб. пособие.pdf

Треугольники dob и dee подобны. Сторона се приближенно равна ширине русла, которую обозначим величиной В. На осно­ вании подобия треугольников можно написать

из-за чего поверхность ее становится выпуклой. Это объясняется тем, что вода встречает меньшее сопротивление на середине рус­ ла, чем у берегов.

При резкой убыли вода быстрее уходит из средней части рус­ ла, где также встречает меньшее сопротивление, чем у берегов, почему поверхность ее становится вогнутой.

Такие явления наблюдаются в начальный период резкого подъема или спада уровня. В дальнейшем подъем и спад проис­ ходят при относительно горизонтальном уровне.

У к л о н в с л е д с т в и е в р а щ е н и я З е м л и ( з а к о н Б э ­ р а 1). Каждая точка земной поверхности совершает за сутки один полный оборот, но круговой путь при этом проделывает разный. ■Следовательно, и скорость движения точек Земли неодинакова и зависит от географической широты места, т. е. от того, ближе или

проходит точка, расположенная к северу от экватора, например у Ленинграда (широта 60°), равен 20 000 км, а скорость ее —

231 м/сек.

Таким образом, реки северного полушария, текущие с юга на север, будут переходить из области больших скоростей в область

24

нии — отрицательным. При уменьшении или увеличении скоро­ сти движения возникает сила инерции, которая всегда будет на­ правлена в сторону, противоположную ускорению.

рону левого берега, а сила инерции fi — в сторону правого берега. В результате у правого берега уровень воды повышается, у лево­ го — понижается.

Река II (например, Обь) течет с юга на север. Частицы воды, перетекая из пункта 3 в пункт 4, будут переходить из области больших скоростей v3 кругового вращения Земли в область мень­ ших скоростей v4. Следовательно, ускорение будет направлено в

от правого берега к левому.

Если продолжить рассуждения, то можно показать, что у рек южного полушария, независимо от направления течения, в связи с вращением Земли, создается поперечный уклон поверхности во­ ды от левого берега к правому.

Обычно поперечный уклон, вызываемый вращением Земли, в средних широтах весьма незначителен, в несколько раз меньше продольного. Но действуя многие тысячелетия, он оказывал боль­

полушария правый берег высокий (горный), а левый отлогий (лу­ говой). К числу таких рек относятся Днепр, Дон, Волга, Обь, Ир­ тыш, Лена и др. Отсутствие у некоторых рек ярко выраженного

2S

правого горного и левого отлогого берегов объясняется тем, что роль сил инерции в формировании русла значительно слабее, чем роль таких факторов, как ветер, геологическое строение Зем­ ли, уклон местности и т. д.

Поперечные уклоны могут возникать возле неровностей бере­ га, на участках разделения русла, а также в периоды сильных ветров и при изменении ширины русла. При двустороннем сужении русла наблюдается поднятие уровня у берегов. При расширении

ся параллельно друг другу, не смешиваясь между собой. Скоро­ сти отдельных частичек воды постоянны по величине и направ­ лению. У стенок скорости равны нулю, затем они постепенно уве­ личиваются, достигая наибольшего значения в середине потока.

1 м при песчаном русле и температуре 20° С будет иметь ламинар­

лентным. При турбулентном движении частички воды перемеща­ ются беспорядочно, постоянно перемешиваясь и образуя в от­ дельных случаях вихри. Скорость их непрерывно и мгновенно изменяется по величине и направлению (т. е. происходит пульса­ ция скорости).

Скорость перехода одного движения в другое при данной глу­ бине потока называется к р и т и ч е с к о й . При увеличении глу­ бины критическая скорость уменьшается. По данным М. А. Вели­ канова, переход ламинарного движения потока в турбулентное и обратно при глубинах 10, 100, 200 см происходит с критически­ ми скоростями, равными соответственно 0,4; 0,04; 0,02 см/сек.

В реках движение воды всегда турбулентное.

Общее течение потока. При наличии продольного уклона дви­ жение частиц воды в реках происходит под действием силы тя­ жести G (рис. 11). Силу G можно разложить на две составляю­ щие: / 3= Gsi na и Q= G cos а. Сила Р, направленная параллель­ но линии продольного уклона, вызывает движение частицы воды. Сила Q перпендикулярна поверхности дна реки и вызывает со­ противление трения движению воды о дно и берега потока. С уве­ личением уклона реки сила Р, а следовательно, и скорость тече­ ния будут возрастать, сила Q и трение — уменьшаться. Энергия

26

потока расходуется на внутреннее трение воды и на преодоление трения ее о дно и берега. Поэтому ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается.

Степень турбулентности, или интенсивность перемешивания масс воды речного потока, зависит от шероховатости русла и скорости течения. При неровном русле и большой скорости тече­ ния степень турбулентности выше, при от­ носительно ровном русле и небольшой ско­ рости течения — ниже.

Общее течение речного потока при сво­ ем движении видоизменяется, в нем созда­ ются внутренние неправильные течения.

В н у т р е н н и е т е ч е н и я в п о т о ­ ках. Внутренние течения имеют решающее значение во всех русловых процессах, по­ этому их изучению уделяется большое вни­ мание.

Наиболее вероятными причинами воз­ никновения внутренних течений являются изгибы русла, вращение

Земли, подъем и спад уровней, наличие в потоке слоев воды с разной температурой, выход воды из русла и разлив по пойме, воз­ действие перекатов и рельефа дна, ветер, искусственные сооруже­ ния, изменение ширины и разделение русла.

верхностное течение, направленное от выпуклого берега к вогну­ тому. В результате этого у вогнутого берега течение воды направ­

придает потоку винтовой характер. Так как речное русло состоит из извилин, переходящих одна в другую, направление поперечного течения постоянно меняется.

Т е ч е н и я , в ы з ы в а е м ы е в р а щ е н и е м З е мл и . В ре­ зультате вращения Земли в речных руслах северного полушария, согласно закону Бэра, возникает сила инерции, направленная к правому берегу. Под действием этой силы создается постоянное

27

поперечное течение, направленное в поверхностном слое к право­ му берегу, а в придонном — к левому. Для реки с глубиной 5 м и скоростью течения 1 м/сек поперечные скорости у поверхности составляют около 0,25 и у дна 0,23 см/сек. Взаимодействие про­ дольного течения воды с поперечным также придает потоку вин­ товой характер, но очень слабый. Если направление поперечного течения на изгибах русла совпадает с направлением поперечного течения от вращения Земли, то внутреннее винтовое течение уси­

мах воды возникают два винтовых течения, идущие от середины вверх, у поверхности — к берегам и по дну — к середине (рис. 12,6). При спаде воды наблюдаются обратные циркуляци­ онные течения (см. рис. 12,6, пунктир).

В действительности движение воды в речном потоке имеет более сложные формы; внутренние течения постоянно видоизме­ няются, переходя из одного вида в другой.

Распределение скоростей течения в потоке. При турбулентном характере движения речного потока скорость каждой частички воды непрерывно меняется. Если ее в какой-либо точке потока измерять достаточно долго, то можно получить осредненную ско­

до поверхности, затем измеренные скорости в этих точках отло­ жить в соответствующем масштабе на чертеже в виде горизон­

Средняя скорость по вертикали обычно находится на расстоя­ нии 0,6 глубины от. поверхности. Наибольшая скорость по верти­ кали располагается обычно несколько ниже поверхности, так как на скорость у поверхности влияют сила трения о воздух и по­ верхностное натяжение воды. Наименьшая скорость течения — у дна.

Такое распределение скоростей течения по вертикали подвер­ гается значительным изменениям под действием ряда факторов. При ветре, направление которого совпадает с направлением те­ чения, поверхностная скорость увеличивается, и наоборот.

Неровности дна и водная растительность также вызывают пе­ рераспределение скоростей в потоке. В местах сжатия потока, например между устоями моста, скорости течения увеличивают­ ся, особенно в придонной части. В зимний период скорость тече­ ния вблизи ледяного покрова бывает такая же, как у дна, или меньше, а наибольшая скорость находится на расстоянии 0,Зч-0,4 глубины русла (рис. 13,6). Скорость течения на фарватере в слое воды, равном глубине осадки судна, называется э к с п л у а ­ т а ц и о н н о й с к о р о с т ь ю т е ч е н и я .

28