Para cuantificar el jugo de los ríos se utilizan las siguientes características.
Volumen de drenaje W. m 3 o km 3 – la cantidad de agua que fluye en el lecho del río a través de un punto de salida determinado durante un período de tiempo T días, W = 86400 QT [m 3 ] = 8,64 * 10 -5 QT [km 3 ], donde Q es el caudal promedio en m 3 /s para el tiempo T días; 86.400 es el número de segundos que tiene un día.
Módulo de drenaje METRO l/(s*km 2) – la cantidad de agua que fluye desde una unidad de área por unidad de tiempo, M = 103 Q/F, donde F es el área de captación en km 2.
Capa de drenaje Y– capa de agua en milímetros, distribuida uniformemente sobre el área F y que fluye desde la zona de captación durante un cierto período de tiempo T días, Y = 86,4TQ / F. Capa de escorrentía por año en milímetros: Y = 31,54M.
Coeficiente de drenaje η – la relación entre la cantidad de capa de escorrentía de un área determinada durante un período de tiempo determinado y la cantidad de capa de precipitación atmosférica que cae sobre esta área durante el mismo período de tiempo, es decir η = Y / X, 0 ≤ η ≤ 1. El coeficiente de escorrentía es una cantidad adimensional.
Un rasgo característico en la distribución de la escorrentía promedio a largo plazo en el territorio de la URSS es su zonalidad latitudinal, más claramente expresada en las tierras bajas del país, y una tendencia a reducir la escorrentía en dirección de oeste a este bajo la influencia. del clima continental. En las zonas planas de nuestro país, el caudal disminuye de norte a sur. Al mismo tiempo, dentro de la llanura rusa existe una amplia franja de mayor caudal (> 300 mm), que cubre las cuencas de los ríos Vyga, Kem, Onega, Northern Dvina, Pechora, etc. Al sur y al norte de esta franja , el flujo disminuye. El caudal alcanza sus valores más bajos en el Mar Negro y especialmente en las tierras bajas del Caspio, 20 – 10 mm o menos. En el territorio de la llanura de Siberia Occidental, el caudal máximo se observa en la latitud 64-66° y es de 250 mm (cuenca del río Pur). En la costa del mar de Kara el caudal es menor, unos 200 mm hacia el sur disminuye y en la zona de la estepa es de unos 10 mm. El alivio también afecta la distribución de la escorrentía. Las perturbaciones menores en el relieve llano de la llanura rusa provocan un aumento de la escorrentía (regiones de Valdai, Volga y tierras altas de Rusia Central). Cordillera de los Urales: los valores de escorrentía más altos se encuentran en las laderas occidentales en comparación con las orientales. en la cuenca del río Shugor es el caudal máximo para Europa. partes de la URSS: unos 800 mm. La precipitación también afecta la escorrentía (la precipitación cae, la escorrentía). En las vertientes meridionales de la cordillera del Cáucaso principal el caudal es mayor que en las septentrionales. Casarse. módulo de drenaje para la URSS = 6,2 l/(s*km 2), es decir, respectivamente. la capa de escurrimiento es de aproximadamente 195 mm.
Factores que influyen en el caudal del río.
Clima, suelo, estructura geológica de la cuenca, vegetación, relieve, contenido del lago, economía. actividad.
Análisis de la ecuación del agua. El saldo Y = X – Z durante un período de largo plazo nos permite juzgar que clima Medio. afecta el escurrimiento. Por ejemplo: evaporación (la > t, cuanto más intenso es el uso), contenido de agua en el suelo (la > precipitación, la > agua). Para calcular el valor medio anual de evaporación se utilizan los métodos de M. I. Budyko y A. R. Konstantinov. El método Budyko se basa en el nivel de conexión entre el equilibrio térmico y hídrico del territorio. En general, esta ecuación es: Z/X = f(R/LX), donde L es el calor latente de evaporación, Z/X es el coeficiente. evaporación, R – rad. balance.
Influencia suelo sobre la escorrentía y sus componentes subterráneos y superficiales se realiza mediante los procesos de infiltración y evaporación.
Geológico estructura La cuenca hidrográfica determina las condiciones de acumulación y consumo de las aguas subterráneas que alimentan los ríos. De gran importancia es el escurrimiento de las rocas kársticas que forman las cuencas fluviales. Intensidad Esta influencia también depende de la edad del karst. En las zonas kársticas no suele haber escorrentía superficial; las precipitaciones son absorbidas por sumideros y campos, se filtran a través de grietas y reponen las reservas de agua subterránea.
La influencia de la vegetación es pequeña. Consiste en aumentar la rugosidad de la tierra. superficie, como resultado de lo cual el flujo de agua sobre la superficie de la tierra se ralentiza y aumenta la posibilidad de infiltración de humedad en el suelo. La influencia del bosque sobre los elementos individuales del balance hídrico es grande (filtración, evaporación y, en parte, precipitación).
Pendientes La influencia sobre el caudal de los ríos es relativamente pequeña, debido a que el papel de la capacidad de infiltración del suelo anula el aumento o disminución del caudal de agua sobre la superficie terrestre, que depende de este factor. bol. El relieve tiene un impacto en los elementos individuales del agua. equilibrio: precipitación, infiltración de humedad en los suelos y evaporación. Esta influencia se manifiesta dependiendo del tamaño de las formas en relieve.
con cambio lago las proporciones entre áreas cubiertas por agua y ocupadas por tierra cambian.
Hidrograma: un gráfico de los cambios en el tiempo del flujo de agua en un río u otro curso de agua durante un año, varios años o parte de un año (estación, crecida o inundación).
El hidrograma se construye a partir de datos sobre los caudales de agua diarios en el lugar donde se observa el caudal del río. La cantidad de consumo de agua se representa en el eje de ordenadas y los intervalos de tiempo en el eje de abscisas.
El hidrograma refleja la naturaleza de la distribución del flujo de agua a lo largo del año, estación, inundación (inundación) y estiaje. El hidrograma se utiliza para calcular el diagrama de flujos de agua que forman canales.
Unidad Hidrograma: hidrograma que muestra cambios en el flujo de agua durante una sola inundación.
Típico Hidrograma: un hidrograma que refleja las características generales de la distribución intraanual del flujo de agua en el río.
Hidrograma de inundaciones a largo plazo- onda de inundación calculada en una determinada sección de un curso de agua, caracterizada por un determinado caudal a largo plazo, un hidrograma típico y el volumen correspondiente.
El objetivo del hidrograma es determinar el caudal por época del año y el tipo de alimentación del río.
La evaluación cuantitativa de la proporción de diferentes tipos de nutrientes en la formación de escorrentía generalmente se lleva a cabo mediante un desglose gráfico del hidrograma por tipo de nutrientes. En este caso, la proporción de uno u otro tipo de alimento (por ejemplo, nieve, lluvia, subsuelo) se determina en proporción a las áreas correspondientes en el hidrograma.
Las mayores dificultades surgen a la hora de aislar la recarga subterránea durante períodos de crecida o grandes inundaciones. Dependiendo de la naturaleza de la interacción entre las aguas superficiales y subterráneas, B.V. Polyakov, B.I Kudelin, K.V Voskresensky, M.I Lvovich, O.V. Popov y otros investigadores propusieron varios esquemas de división del hidrograma. Los patrones más generales son los siguientes. En ausencia de una conexión hidráulica entre el río y el agua subterránea, que suele ser característica de los ríos de montaña, la recarga subterránea durante el período de crecida o crecida generalmente repite el curso del hidrograma, pero de forma más suave y con cierto retraso en el máximo. recarga subterránea en comparación con el caudal máximo de agua. En presencia de una conexión hidráulica permanente o temporal entre el río y el agua subterránea durante el aumento de la inundación, como resultado del respaldo del agua subterránea por el río, la recarga subterránea disminuye y alcanza un mínimo en el nivel más alto del agua del río. Cuando los niveles altos se mantienen durante mucho tiempo, lo que es más propio de los grandes ríos, las aguas de los ríos se filtran al suelo (“recarga subterránea negativa”), y al final de la crecida o al inicio del estiaje, estas aguas regresan. al río (regulación costera del caudal del río).
Los ríos grandes y medianos se controlan constantemente en diferentes puntos, ya que los ríos son muy cambiantes. El nivel y caudal de agua en ellos depende de: la cantidad de lluvia y el deshielo. Para protegerse contra las inundaciones, es necesario estudiar el comportamiento. Para ello se ha creado en todo el mundo una enorme red de estaciones que monitorean continuamente los cambios en el nivel del agua, su flujo, calidad, temperatura y fenómenos del hielo. Actualmente existen 60.000 estaciones de este tipo. Además, en las cuencas hidrográficas se han instalado 150.000 pluviómetros y 10.000 estaciones para medir la evaporación. La información de todas las estaciones ingresa a los centros de procesamiento, donde, con la ayuda de computadoras, se obtienen los datos que caracterizan el comportamiento del río y se publican en "Anuarios hidrológicos" especiales, y sobre esta base se crea un "catastro hidrológico", es decir, un resumen completo. de datos sobre los ríos durante todo el período de observación.
La enorme red existente de estaciones hidrológicas cubre menos del 1% de todos los ríos del mundo con una longitud de 10 km. A partir de la información que recopilan, los hidrólogos han desarrollado métodos fiables para determinar el comportamiento de ríos no estudiados. Esto permitió determinar todos los ríos del mundo, lo que equivale a casi 42 mil km3 por año. Si a esto le sumamos la escorrentía anual de hielo de las capas de hielo (3 mil km3) y la escorrentía subterránea (2,2 mil km3) hacia el océano, entonces un total de 46 mil km3 de agua fluyen anualmente desde la tierra hacia el océano. Pero 1.000 km3 de caudal de los ríos no llegan, ya que van a los lagos y se pierden en las arenas, en las llamadas zonas sin drenaje que existen en todos los continentes, un ejemplo de lo cual es la cuenca marina, que incluye.
Junto con el agua, los ríos transportan sustancias disueltas al océano, que contienen una media de unos 90 mg por litro. Durante el año, los ríos transportan 3.570 millones de toneladas de sustancias disueltas. El agua del río también contiene partículas sólidas: sedimentos. Pueden mezclarse mientras están suspendidos en el agua (sedimento suspendido) y rodar y “saltar” por el fondo (sedimento del fondo o arrastrado). Su masa total es de 17 mil millones de toneladas por año. Las sustancias disueltas y los sedimentos son el resultado de la actividad del agua, que se erosiona y provoca el descenso del nivel del suelo. Este proceso se llama. En 1.000 años, el agua disuelve y arrastra una capa de unos 5 cm de espesor. En consecuencia, con una altura media de la tierra moderna sobre el nivel del mar de 700 m, se necesitarían sólo 14 millones de años para arrastrarla al océano. Pero esto no sucede, porque la tierra está en constante crecimiento. El río vuelve a depositar sedimentos en canales, estuarios, lagos y mares en forma de sedimentos del fondo de diversas formas. Así, los ríos resultan ser destructores y escultores, procesando la superficie de la tierra, cuyo relieve se forma con la participación obligatoria del agua.
La elaboración de un pronóstico fiable de la inundación máxima posible durante el período estimado de funcionamiento del puente se realiza sobre la base de observaciones a largo plazo de los niveles de agua en los ríos. Estas observaciones se realizan en puestos permanentes de medición del agua (Fig. 3.1). Los datos sobre los regímenes hídricos de los ríos obtenidos se publican en Anuarios hidrológicos desde 1936.
De acuerdo con las opiniones modernas, es posible realizar un pronóstico confiable basándose en materiales de observaciones estacionarias del régimen hídrico del río durante un período de al menos 20 años [ MANUAL PARA CORTAR 2.05.03-84]. Este período se debe al hecho de que las observaciones deben incluir tanto los años de bajamar como los de altamar. Sólo en este caso se puede establecer la variabilidad real de las alturas de inundación características de un curso de agua determinado.
Normalmente, los puestos permanentes de medición de agua se combinan con estaciones hidrometeorológicas. Si hay estructuras hidráulicas en el río, entonces la ubicación del puesto de agua se elige fuera de su zona de influencia.
En el lugar del puesto de agua se traza una alineación geodésica. La ubicación del objetivo debe cumplir los siguientes requisitos:
De ser posible, el canal debe ser recto, sin cambios bruscos de profundidad, sin islas ni bajíos;
Si es posible, las pendientes de los bancos deben tener pendientes de 1:5 – 1:2;
el sitio debe estar ubicado fuera de arroyos y corrientes inversas;
La llanura aluvial debe, si es posible, tener la menor anchura, sin canales ni lagos, con la menor cantidad de vegetación;
el canal y las llanuras aluviales en el área objetivo no deberían estar sujetos a erosión;
Las pendientes de los bancos no deberían estar sujetas a los impactos de témpanos de hielo y troncos.
En el terreno, la alineación se traza con un teodolito y se asegura con hitos permanentes, dos en cada orilla. A lo largo del trazado se fijan marcas geodésicas en el suelo. La distancia entre ellas puede ser diferente, pero el exceso de una marca sobre otra no debe ser superior a 0,5 m. La marca más alta debe ubicarse a 0,5 m por encima del nivel de inundación más alto y la más baja a 0,5 m por debajo del nivel más bajo de agua. Dado que las marcas están ubicadas en el área afectada por las inundaciones, sus marcas son monitoreadas constantemente. La marca sobre las marcas geodésicas se transfiere desde un punto de referencia especial ubicado fuera de la zona de inundación. Los niveles de agua se miden con una precisión de 1 cm instalando una varilla geodésica en la marca correspondiente. Número de mediciones de 2 a 24 mediciones por día. El plano de comparación horizontal convencional, que se toma como cero de referencia al medir los niveles de agua, se denomina cero del gráfico del medidor de agua. La marca correspondiente es la marca cero del gráfico de la estación de medición de agua.
Las marcas geodésicas se fijan a postes de agua permanentes mediante pilotes que se hincan o atornillan por debajo de la profundidad de congelación. Los pilotes no deben elevarse más de 25 cm por encima de la superficie del suelo.
A partir de los resultados de las observaciones en los puestos de medición del agua, se construyen gráficos de medición del agua (Fig. 3.2), que se publican en los Anuarios hidrológicos.
Los caudales durante las inundaciones de primavera o las inundaciones que pasan por el sitio del puesto de agua se calculan utilizando la conocida fórmula:
,
Dónde V– velocidad del flujo de agua;
– área de la sección transversal del flujo en el nivel más alto del agua.
En este caso se determinan tanto el caudal total en toda el área objetivo como los caudales en secciones individuales del objetivo. La división en áreas puede ocurrir dependiendo de las condiciones del flujo de agua, por ejemplo áreas con diferentes coeficientes de rugosidad; zonas con grandes diferencias de profundidad, etc. (Fig. 3.3). Para cálculos aproximados, en cualquier caso, es necesario dividir en al menos tres secciones: la llanura aluvial izquierda, el canal y la llanura aluvial derecha.
Fig.3.3. Un ejemplo de cómo dividir un sitio en secciones para calcular los caudales.
La velocidad del flujo de agua en una sección particular de la alineación se puede calcular usando la fórmula,
Dónde h– profundidad media del agua en la zona;
i– pendiente longitudinal de la superficie de agua libre en RUVV;
a– ángulo entre la dirección del flujo y la perpendicular
al eje de la solución morfológica;
metro– coeficiente de rugosidad;
b* – parámetro de forma de sección en vivo.
El parámetro de forma de la sección viva de canales naturales se toma dependiendo del coeficiente de forma de la sección del canal.
,
Dónde h– profundidad media de la zona;
h máximo– profundidad máxima en la zona.
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a F | ||||||
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b * |
