Za količinsko opredelitev rečnega soka se uporabljajo naslednje značilnosti.
Volumen odtoka W m 3 ali km 3 – količina vode, ki teče v rečni strugi skozi dano iztočno točko v časovnem obdobju T dni, W = 86400 QT [m 3 ] = 8,64 * 10 -5 QT [km 3 ], kjer je Q povprečni pretok v m 3 /s za čas T dni; 86.400 je število sekund v dnevu.
Odtočni modul M l/(s*km 2) – količina vode, ki odteče z enote površine na enoto časa, M = 103 Q/F, kjer je F prispevna površina v km 2.
Odtočni sloj Y– plast vode v milimetrih, enakomerno porazdeljena po površini F in odteka iz povodja v določenem časovnem obdobju T dni, Y = 86,4TQ / F. Odtočna plast na leto v milimetrih: Y = 31,54M.
Koeficient odtoka η – razmerje med velikostjo odtočne plasti z določenega območja v določenem časovnem obdobju in velikostjo plasti atmosferskih padavin, ki pade na to območje v istem časovnem obdobju, tj. η = Y / X, 0 ≤ η ≤ 1. Odtočni koeficient je brezdimenzijska količina.
Značilnost porazdelitve povprečnega dolgoletnega odtoka na ozemlju ZSSR je njegova širinska cona, najbolj jasno izražena v nižinskih predelih države, in težnja po zmanjšanju odtoka v smeri od zahoda proti vzhodu pod vplivom celinskega podnebja. V ravninskih delih naše države pretok pada od severa proti jugu. Hkrati je znotraj Ruske nižine širok pas povečanega pretoka (> 300 mm), ki pokriva porečja rek Vyga, Kem, Onega, Severna Dvina, Pechora itd. Južno in severno od tega pasu , se pretok zmanjša. Stopnja pretoka doseže najnižje vrednosti v Črnem morju in zlasti v kaspijski nižini, 20 - 10 mm ali manj. Na ozemlju Zahodno-sibirske nižine je največji pretok opazen na zemljepisni širini 64–66 ° in znaša 250 mm (porečje reke Pur). Na obali Karskega morja je pretok manjši, približno 200 mm, na jugu pa se zmanjša, v stepskem pasu pa približno 10 mm. Relief vpliva tudi na razporeditev odtoka. Manjše motnje v ravnem reliefu Ruske nižine povzročajo povečanje odtoka (regije Valdajskega, Volškega in Srednjeruskega gorja). Uralski greben - največje vrednosti odtoka so na zahodnih pobočjih v primerjavi z vzhodnimi. v porečju Shugor je največji pretok za Evropo. deli ZSSR - približno 800 mm. Padavine vplivajo tudi na odtok (pad padavin, odtok). Na južnih pobočjih Glavnega Kavkaza je pretok večji kot na severnih. Sre odtočni modul za ZSSR = 6,2 l/(s*km 2), kar je oz. odtočna plast je približno 195 mm.
Dejavniki, ki vplivajo na rečni tok
Podnebje, prst, geološka zgradba porečja, vegetacija, relief, jezeričnost, ekonomika. dejavnost.
Analiza vodne enačbe. ravnovesje Y = X – Z za dolgoročno obdobje nam omogoča, da presodimo, da podnebje Pomeni. vpliva na odtok. Na primer: izhlapevanje (> t, intenzivnejša je uporaba), vsebnost vode v tleh (> padavine, > voda). Za izračun povprečne letne vrednosti izhlapevanja se uporabljajo metode M. I. Budyko in A. R. Konstantinov. Metoda Budyko temelji na stopnji povezave med toplotno in vodno bilanco ozemlja. Na splošno je ta enačba: Z/X = f(R/LX), kjer je L latentna toplota izhlapevanja, Z/X je koeficient. izhlapevanje, R – rad. ravnovesje.
Vpliv prst na odtok ter njegove podzemne in površinske komponente poteka s procesi infiltracije in izhlapevanja.
Geološki struktura porečje določa pogoje za akumulacijo in porabo podzemne vode, ki napaja reke. Velik pomen ima pretok kraških kamnin, ki sestavljajo porečja. Intenzivnost Ta vpliv je odvisen tudi od starosti krasa. Na kraških območjih površinskega odtoka običajno ni, padavine vsrkavajo vrtače, polja, pronicajo skozi razpoke in obnavljajo zaloge podzemne vode.
Vpliv vegetacije je majhen. Sestoji iz povečanja hrapavosti zemlje. površine, zaradi česar se upočasni pretok vode po površini zemlje in poveča možnost pronicanja vlage v tla. Vpliv gozda na posamezne elemente vodne bilance je velik (pronicanje, izhlapevanje in deloma padavine).
pobočja vpliv na rečni tok je razmeroma majhen zaradi dejstva, da vloga infiltracijske zmogljivosti tal prevlada nad povečanjem ali zmanjšanjem hitrosti pretoka vode čez zemeljsko površino, ki je odvisna od tega dejavnika. Bol. relief vpliva na posamezne vodne elemente. ravnotežje: padavine, prodiranje vlage v tla in izhlapevanje. Ta vpliv se kaže glede na velikost reliefnih oblik.
S spremembo jezerstvo spreminjajo se razmerja med površinami, ki jih pokriva voda, in površinami, ki jih zaseda kopno.
Hidrograf - graf časovnih sprememb pretoka vode v reki ali drugem vodotoku za eno leto, več let ali del leta (sezona, visoka voda ali poplava).
Hidrogram je sestavljen na podlagi podatkov o dnevnih pretokih vode na mestu opazovanja rečnega toka. Na ordinatni osi je narisana količina porabe vode, na abscisni osi pa časovni intervali.
Hidrograf odraža naravo porazdelitve vodnega toka skozi vse leto, sezono, poplavo (poplavo) in nizko vodo. Hidrograf se uporablja za izračun diagrama vodnih tokov, ki tvorijo kanale.
Enota hidrogram - hidrogram, ki prikazuje spremembe pretoka vode med posamezno poplavo.
Tipično hidrogram - hidrogram, ki odraža splošne značilnosti znotrajletne porazdelitve pretoka vode v reki.
Dolgoročni hidrogram poplav- izračunani poplavni val na določenem odseku vodotoka, za katerega so značilni določeni dolgoročni pretok, tipični hidrogram in pripadajoča prostornina.
Namen hidrograma je določiti pretok po letnem času in načinu napajanja reke.
Kvantitativno oceno deleža različnih vrst prehrane pri oblikovanju odtoka običajno izvedemo z grafično razčlenitvijo hidrograma po vrstah prehrane. V tem primeru se delež ene ali druge vrste prehrane (na primer sneg, dež, podzemlje) določi sorazmerno z ustreznimi površinami na hidrografu.
Največje težave nastanejo pri izolaciji podzemnega napajanja v obdobjih visokih voda ali večjih poplav. Glede na naravo interakcije med površinskimi in podzemnimi vodami, B.V. Najbolj splošni vzorci so naslednji. V odsotnosti hidravlične povezave med reko in podzemno vodo, ki je običajno značilna za gorske reke, podzemno napajanje v obdobju visokih voda ali poplav na splošno ponovi potek hidrograma, vendar v bolj gladki obliki in z nekaj zamikom v maksimumu. podzemno polnjenje v primerjavi z največjim pretokom vode. Ob prisotnosti stalne ali začasne hidravlične povezave med reko in podzemno vodo med naraščanjem poplav, zaradi podzemne vode, ki jo podpira reka, se podzemno napajanje zmanjša in doseže minimum pri najvišji gladini vode v reki. Pri daljšem vztrajanju visokih vodostajev, kar je bolj značilno za velike reke, se rečne vode filtrirajo v tla (»negativno podzemno napajanje«) in ob koncu poplave ali na začetku nizke vode se te vode vrnejo do reke (obalna regulacija rečnega toka).
Velike in srednje velike reke se stalno spremljajo na različnih točkah, saj so reke zelo spremenljive. Nivo in pretok vode v njih sta odvisna od: količine dežja in taljenja. Za zaščito pred poplavami je treba proučiti vedenje. V ta namen je bila vzpostavljena ogromna mreža postaj po vsem svetu, ki nenehno spremljajo spremembe gladine vode, njen pretok, kakovost, temperaturo in ledene pojave. Takšnih postaj je zdaj 60.000. Poleg tega je na porečjih nameščenih 150.000 padavinskih merilnikov in 10.000 merilnih postaj za izhlapevanje. Informacije z vseh postaj gredo v centre za obdelavo, kjer se s pomočjo računalnikov pridobijo podatki o obnašanju reke in se objavijo v posebnih »Hidroloških letopisih«, na podlagi tega pa se ustvari »hidrološki kataster«, tj. povzetek podatkov o rekah za celotno obdobje opazovanja.
Obstoječa ogromna mreža hidroloških postaj pokriva manj kot 1% vseh rek na svetu z dolžino 10 km. Na podlagi informacij, ki jih zbirajo, so hidrologi razvili zanesljive metode za določanje obnašanja neraziskanih rek. To je omogočilo določitev vseh rek sveta, kar znaša skoraj 42 tisoč km3 na leto. Če k temu prištejemo še letni odtok ledu z ledenih plošč (3 tisoč km3) in podzemni odtok (2,2 tisoč km3) v ocean, potem s kopnega v ocean skupno odteče 46 tisoč km3 vode letno. Toda 1 tisoč km3 rečnega toka ne doseže, saj gre v jezera in se izgubi v peskih, v tako imenovanih brezvodnih območjih, ki obstajajo na vseh celinah, primer tega je morski bazen, ki vključuje.
Reke skupaj z vodo odnašajo v ocean raztopljene snovi, ki jih je v povprečju okoli 90 mg na liter. Med letom reke odnesejo 3570 milijonov ton raztopljenih snovi. Rečna voda vsebuje tudi trdne delce – sediment. Lahko se mešajo, medtem ko visijo v vodi (suspendirani sediment) in se kotalijo in »skačejo« po dnu (spodnji ali vlečeni sediment). Njihova skupna masa je 17 milijard ton na leto. Raztopljene snovi in usedline so posledica delovanja vode, ki erodira in povzroča padec gladine kopnega. Ta proces se imenuje. V 1000 letih se voda raztopi in odplavi približno 5 cm debelo plast. Posledično bi pri povprečni nadmorski višini sodobnega kopnega 700 m trajalo le 14 milijonov let, da bi jo odplaknilo v ocean. A to se ne zgodi, ker zemlja nenehno raste. Reka ponovno odlaga usedline v kanalih, estuarijih, jezerih in morjih v obliki talnih usedlin različnih oblik. Tako se reke izkažejo za uničevalce in kiparje, ki obdelujejo površino zemlje, katere relief se oblikuje z obvezno udeležbo vode.
Izdelava zanesljive napovedi največje možne poplave v predvidenem obdobju obratovanja mostnega prehoda se izvaja na podlagi dolgotrajnih opazovanj vodostajev na rekah. Takšna opazovanja se izvajajo na stalnih vodomernih mestih (slika 3.1). Podatki o pridobljenih vodnih režimih rek so bili od leta 1936 objavljeni v hidroloških letopisih.
V skladu s sodobnimi pogledi je možna zanesljiva napoved na podlagi materialov stacionarnih opazovanj vodnega režima reke za obdobje najmanj 20 let [ PRIROČNIK SNiP 2.05.03-84]. To obdobje je posledica dejstva, da morajo opazovanja vključevati tako nizkovodna kot visokovodna leta. Samo v tem primeru je mogoče ugotoviti dejansko variabilnost poplavnih višin, značilnih za določen vodotok.
Običajno so stalne vodomerne postaje kombinirane s hidrometeorološkimi postajami. Če so na reki hidravlične konstrukcije, je lokacija za vodno postajo izbrana zunaj območja njihovega vpliva.
Na lokaciji vodne postojanke se izvede geodetska trasa. Lokacija tarče mora izpolnjevati naslednje zahteve:
Če je mogoče, naj bo struga ravna, brez nenadnih sprememb globine, brez otokov ali plitvin;
Če je mogoče, naj imajo brežine naklone 1:5 – 1:2;
mesto mora biti zunaj potokov in povratnih tokov;
Poplavna ravnica naj bo po možnosti čim manjša, brez kanalov in jezer, z najmanjšo količino vegetacije;
kanal in poplavne ravnice na ciljnem območju ne smejo biti podvržene eroziji;
Pobočja brežin ne smejo biti izpostavljena udarcem ledenih plošč in hlodov.
Na terenu se trasa začrta s teodolitom in zavaruje s trajnimi mejniki, po dvema na brežini. Vzdolž poteka trase so na terenu pritrjene geodetske oznake. Razdalja med njimi je lahko različna, vendar presežek ene oznake nad drugo ne sme biti večji od 0,5 m. Najvišja oznaka naj bo 0,5 m nad najvišjo gladino poplave, najnižja 0,5 m pod najnižjo gladino nizke vode. Ker se oznake nahajajo na območju, ki ga je prizadela poplava, se njihove oznake stalno spremljajo. Oznaka na geodetskih oznakah se prenese s posebnega merila, ki se nahaja zunaj poplavnega območja. Vodostaj se meri z natančnostjo 1 cm z namestitvijo geodetske palice na ustrezno oznako. Število meritev od 2 do 24 meritev na dan. Konvencionalna horizontalna primerjalna ravnina, ki se pri merjenju nivoja vode vzame kot referenčna ničla, se imenuje ničelna točka vodnega grafa. Ustrezna oznaka je ničelna oznaka grafa vodomerne postaje.
Geodetske oznake so pritrjene na trajne vodne stebre s piloti, ki so zabiti ali privijačeni pod globino zmrzovanja. Piloti se ne smejo dvigniti nad površino tal več kot 25 cm.
Na podlagi rezultatov opazovanj na vodomernih mestih so izdelani vodomerni grafi (slika 3.2), ki so objavljeni v hidroloških letopisih.
Pretok med spomladanskimi poplavami ali poplavami, ki potekajo skozi vodno postajo, se izračuna po znani formuli:
,
Kje V– hitrost vodnega toka;
– površina preseka toka pri najvišjem vodostaju.
V tem primeru se določi tako skupni pretok na celotnem ciljnem območju kot pretok v posameznih odsekih cilja. Razdelitev na območja se lahko pojavi glede na pogoje pretoka vode, na primer območja z različnimi koeficienti hrapavosti; območja z velikimi razlikami v globini itd. (slika 3.3). Za približne izračune je v vsakem primeru potrebno razdeliti na vsaj tri odseke: levo poplavno ravnico, kanal in desno poplavno ravnico.
Slika 3.3. Primer razdelitve mesta na odseke za izračun stopenj pretoka
Hitrost vodnega toka na posameznem odseku trase lahko izračunamo po formuli,
Kje H– povprečna globina vode na lokaciji;
jaz– vzdolžni nagib proste vodne površine na RUVV;
a– kot med smerjo toka in navpičnico
do osi morfološke rešitve;
m– koeficient hrapavosti;
b* – parameter oblike živega odseka.
Parameter oblike živega prereza naravnih kanalov se vzame glede na koeficient oblike kanala.
,
Kje H– povprečna globina na območju;
h maks– največja globina v območju.
|
a f | ||||||
|
b * |
· Izračun letne stopnje odtoka z nepopolno razpoložljivostjo opazovalnih podatkov.
Povprečno vrednost letnega odtoka v daljšem obdobju ob stalnih fizičnogeografskih razmerah, ki vključuje vsaj dva enakomerno sklenjena cikla nihanja vodnatosti, imenujemo letni pretok. Letni pretok je zelo pomemben pri izračunu pretoka in izvajanju različnih vodnogospodarskih dejavnosti na rekah, saj označuje potencialne vodne vire določene regije. Velik pomen pretoka kot izračunane karakteristike je določen z njegovo nespremenljivostjo, ker določa ga razmerje med padavinami in izhlapevanjem. Zato se lahko pretok, določen na podlagi opazovanj v preteklem časovnem obdobju, razširi na prihodnje časovno obdobje. Pri izračunu pretoka obstajajo 3 računski primeri: 1) obstaja dolgo obdobje hidrometričnih opazovanj; 2) obdobje opazovanja ni dovolj za določitev značilnosti odtoka; 3) pomanjkanje podatkov o hidrometričnih opazovanjih.
V primeru nezadostnosti. V tem primeru je glavna metoda izračuna uporaba metode hidrološke analogije, tj. za določitev pretoka projektirane reke se izbere analogna reka z dolgim obdobjem opazovanja in pretok se določi na naslednji način: 1) z uporabo redukcijskih formul, ko se pretok določi z imperialnimi formulami ob upoštevanju nekaterih parametrov projektni rek in analogni rek; 2) pretok je določen z letno obnovljenimi letnimi pretoki reke, tj. obstaja razširitev serije izračuna reke. Uporabljata se 2 metodi: 1) grafični; 2) analitično. Grafična metoda. Za skupno obdobje opazovanj izračunane reke in analogne reke se izdela komunikacijski graf. Z uporabo diagrama poteka analognega reka se serija izračunanega reka razširi. Analitična metoda. Z uporabo enačbe regresijske krivulje izberemo parametre enačbe in obnovimo niz izračunane reke z uporabo enačbe
· Izbira analognega reka
Analogna reka se razume kot reka, ki je opremljena s podatki hidroloških opazovanj in je v podobnih razmerah oblikovanja odtoka kot reka, za katero se izvaja izračun.
Pri izbiri analogne reke se oceni in primerja:
· prostorsko strukturo nihanja obravnavane hidrološke značilnosti, ki odraža naravo prostorske povezanosti obravnavane hidrološke značilnosti,
· podobnost toka analognih rek in proučevane reke;
· geografska bližina porečij;
· izenačenost pogojev za nastanek odtoka, podobnost podnebnih razmer, izenačenost prsti (prsti) in hidrogeoloških razmer, ojezerjenost, gozdnatost, zamočvirjenost in razoranost porečij;
· povprečne višine razvodnic, izpostavljenost pobočij in hipsometrija;
· dejavniki, ki bistveno izkrivljajo naravni rečni tok (regulacije rečnega toka, izpusti vode, odvzem pretoka za namakanje in druge potrebe).
24.Prečni profil reke. Pretok. Metode za njegovo določanje.
· Prečni profil reke
V prečnem profilu reke ločimo dva dela: prečni profil rečne doline in prečni profil reke same. Da bi dobili predstavo o profilu same reke ali, natančneje, strugi, je potrebno izmeriti globine reke.
Meritve se izvajajo ročno ali strojno.
Za ročne meritve se uporablja oznaka ali ročni lot. Podstavek je palica iz prožnega in trpežnega lesa okroglega prereza s premerom 4-5 cm in dolžine 4 do 7 m.
Spodnji konec podstavka je zaključen z železom. Podloga je pobarvana z belo barvo in označena v desetinkah metra. Ničelni razdelek ustreza spodnjemu koncu prevleke. Kljub preprostosti naprave basting daje natančne rezultate.
Za risanje rečnega profila se nariše vodoravna črta, na kateri so v merilu narisane merilne točke. Od vsakega estrusa je navzdol potegnjena pravokotna črta, na kateri so v merilu narisane tudi globine, dobljene z meritvami. S povezovanjem spodnjih koncev navpičnic dobimo profil. Ker je globina rek v primerjavi s širino zelo majhna, je pri risanju profila navpično merilo večje od vodoravnega. Zato je profil popačen, vendar bolj vizualen.
Širina reke je preprosto določena z dolžino zgornje vodoravne črte, ki predstavlja površino reke.
Omočeni obod je dolžina rečne dna na profilu od enega do drugega roba rečnega brega. Izračunamo jo tako, da seštejemo dolžine vseh segmentov spodnje črte na risbi živega prereza reke.
Hidravlični radij je količnik površine bivalnega preseka deljen z dolžino mokrega oboda (R=F/Р m).
Povprečna globina je količnik površine odprtega prečnega prereza reke, deljen s širino reke (hav =F/Bm).
Za nižinske reke je vrednost hidravličnega radija običajno zelo blizu vrednosti povprečne globine (R≈hcp).
Največja globina je rekonstruirana iz podatkov sondiranja.
· Pretok.
Stopnja pretoka tekočine je količina tekočine, ki teče na časovno enoto skozi prečni prerez toka.
Obstajajo volumetrične, masne in utežne stopnje pretoka tekočine.
Volumetrični pretok tekočine je prostornina tekočine, ki teče na časovno enoto skozi prečni prerez toka. Volumetrični pretok tekočine se običajno meri v m3/s, dm3/s ali l/s. Izračuna se po formuli
kjer je Q volumetrični pretok tekočine,
W je prostornina tekočine, ki teče skozi prečni prerez toka,
t je čas pretoka tekočine.
Masni pretok tekočine je masa tekočine, ki teče na časovno enoto skozi prečni prerez toka. Masni pretok se običajno meri v kg/s, g/s ali t/s in se določi po formuli
kjer je QM masni pretok tekočine,
M je masa tekočine, ki teče skozi prečni prerez toka,
t je čas pretoka tekočine.
· Metode za njegovo določanje
Pretok vode v odprtih potokih (Q) se običajno izračuna preko odprtega prečnega prereza (W) in povprečne hitrosti toka (V) po formuli: Q = W V
Prav tako se poraba vode določi z uporabo snovi z znanimi fizikalnimi ali kemijskimi lastnostmi. Snov znane koncentracije, ki prepotuje določeno razdaljo s tokom, bo zaradi mešanja znižala svojo začetno koncentracijo. Stopnja zmanjšanja koncentracije je odvisna od pretoka vode, zato je znižanje koncentracije snovi merilo pretoka vodotoka.
