Основные характеристики поперечного профиля реки

Морфометрические характеристики реки

Река обычно характеризуется плановым очертанием, продольным и поперечным профилем (рис. 1.4.1.1).

Рис. 1.4.1.1. Морфометрические характеристики реки

Характеристики рек зависят от физико-географических факторов, главным образом, от географического положения, климатических условий, рельефа, геологического строения подстилающей поверхности. Так географическое положение определяет направление течения реки, ее расположение относительно других водных объектов. Климатические условия оказывают влияние на состояние рек. Характеристики горных рек существенно отличаются от равнинных рек. Геологическое строение определяет тип грунтов дна и берегов реки.

Сочетание этих факторов определяет морфологические и гидрологические характеристики рек.

К морфометрическим характеристикам относятся длина реки, коэффициент извилистости, густота речной сети. Длиной реки называется расстояние по реке от устья до истока. На карте длину реки измеряют обычно курвиметром или мокрой ниткой. Степень извилистости реки определяется коэффициентом извилистости — отношением длины реки к длине прямой линии, соединяющей исток и устье.

Густота речной сети определяет условия стока атмосферных осадков, питания грунтовыми водами и представляет собой длину речной сети, приходящуюся на 1 км 2 площади какой-либо территории. Для речных бассейнов густота речной сети определяется как отношение суммы длин всех водотоков к площади бассейна реки. Густота речной сети зависит от климата, геологического строения местности и рельефа. В пределах РФ густота речной сети распределена крайне неравномерно и изменяется от 0,1-,2 км/км 2 в низовьях Волги до 1,5-2,6 км/км 2 в горных районах Кавказа.

Морфометрические особенности речной сети существенно влияют на формирование стока, водность рек и их режим. Знание их необходимо для выполнения гидрологических расчетов при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений, проведении мелиоративных работ и т. д.

Реки текут в вытянутых, часто извилистых пониженных формах рельефа, называемых долинами. Долина с боков ограничивается склонами, на которых часто располагаются относительно горизонтальные площадки, называемые террасами. Нижняя терраса, периодически заливаемая весенними водами, является поймой реки (горные реки могут не иметь поймы). Часть дна долины, занятая водным потоком, образует русло реки.

Рис. 1.4.1.2. Русло реки

Рис. 1.4.1.3. Меандрирующее русло реки

Руслом реки называется выработанное речным потоком ложе, по которому осуществляется сток речных вод без затопления поймы.

Извилины (меандры) легко смещаются под воздействием размывающей деятельности потока в пределах дна долины; при этом происходит сближение центральных участков выше- и нижерасположенных излучин, которое завершается образованием узкого перешейка между ними и его прорывами. Образовавшаяся короткая спрямляющая протока с большим продольным уклоном быстро разрабатывается и обращается: основное русло, куда переходит весь сток реки, а отпавшая пучина превращается в староречье (старицу). В зависимости от извилистости русла закономерно изменяются и его глубины. Более глубокие места (плесы) расположены в петле излучины вогнутого участка берега, а более мелкие (перекаты) — на относительно прямолинейных участках русла между соседними плесами. Линия наибольших глубин (фарватер) в излучинах прижата к вогнутым подмываемым берегам, т. е. последовательно переходит от одного берега к другому.

Читайте также:  Багровые реки сюжет подробно разгадка

В поперечном сечении русла рек в излучинах диссиметричны: глубокие у вогнутых берегов, где река эродирует, и мелкие у выпуклых, где откладывается песок.

Форма и размеры поперечного сечения русла характеризуются площадью водного сечения, шириной реки, длиной смоченного периметра, средней и наибольшей глубинами, гидравлическим радиусом.

Площадь водного сечения (F, м 2 ) определяется в результате промеров глубины по всему поперечному сечению через определенные интервалы, принимаемые в зависимости от ширины. Аналитически общая площадь водного сечения получается как сумма частных площадей:

На гидрометрических створках, где измеряют расходы воды, помимо площади водного сечения, определяют площадь живого сечения, которая при наличии течения воды в пределах всего сечения будет равна ему, а при наличии в нем застойной зоны (мертвой) будет меньше площади водного сечения на величину площади мертвого пространства.

Смоченный периметр х- длина дна реки на профиле, заключенная между урезами воды.

Гидравлический радиус (R) — отношение площади поперечного сечения к смоченному периметру:

Гидравлический радиус характеризует форму русла в поперечном разрезе, так как зависит от соотношения его ширины и глубины. Для мелких и широких рек смоченный периметр почти равен ширине, в этом случае гидравлический радиус почти равен средней глубине..

Средняя глубина (hcp) поперечного сечения реки определяется делением его площади на ширину (В):

Ширину и максимальную глубину получают путем непосредственных измерений.

Все элементы поперечного сечения реки изменяются в зависимости от высоты уровня воды.

Одной из важнейших морфометрических характеристик русла является его продольный профиль.

Продольный профиль вырабатывается под влиянием большого числа факторов, главными из которых являются степень сопротивляемости пород и грунтов, слагающих русло реки, размыв, водоносность реки и уклон ее долины.

Продольный профиль представляет собой линию пересечения дна и водной поверхности вертикальной плоскостью, проходящей через фарватер. В первом случае он называется продольным профилем дна реки, во втором — водной поверхности.

Продольный профиль речного русла характеризуется падением и уклоном. Падение (Δh) — разность высот двух точек в начале и конце заданного участка реки. Отношение падения к длине участка называется уклоном:

Если падение и длина участка берутся в одной размерности (например в метрах), то уклон является безразмерной величиной. А если падение принимается в метрах, длина в километрах, то единицауклона будет промилле (0/00%).

Средние уклоны равнинных рек невелики и мало меняются по территории, Значительно большие уклоны имеют реки горных районов (см. табл. 1.4.1.1). Уклоны малых горных рек могут достигать десятков и сотен промилле.

Средние уклоны некоторых рек на территории РФ

Источник

Построение поперечного профиля реки.

Н а основании результатов промера глубин и учитывая положение последних вдоль створа, нетрудно построить поперечный профиль и рассчитать площадь живого сечения реки. Для этого необходимо на профиле указать название реки, место профиля, дату промеров, а также: номера промерных точек, расстояние от уреза воды, глубины. Для определения площади живого сечения реки () сначала вычисляют площадь между всеми смежными промерными вертикалями по формуле: г де hi+1 и hi — глубины на смежных вертикалях включая урезы берега, м; b – расстояние между промерными вертикалями, м;

Читайте также:  Какие могут быть типы питания у рек

Измерение скорости течения и расхода воды. Измерение скорости течения реки возможно осуществить двумя способами: гидрометрической вертушкой, поверхностными поплавками. Наиболее простейший и доступный для школьной экспедиции является второй способ, о котором и пойдет речь.

Измерение скорости поверхностными поплавками не требует никаких специальных приборов. В качестве поплавков на небольших реках чаще всего применяются деревянные кружки диаметром 10 –15 см. Недостатком измерения является то, что определяется только поверхностная скорость, а она обычно больше средней скорости, вследствие этого результаты измерений оказываются завышенными (так называемый фиктивный). При измерении скоростей поплавками на реке выбирается прямолинейный участок 10 –20 м, чтобы продолжительность хода поплавков была не менее 20 секунд. Вдоль реки устанавливаются четыре поперечных створа – пусковой, верхний, нижний, средний – с одинаковыми расстояниями между ними.

Поплавки пускают по одному от пускового створа по всей ширине реки. Общее число поплавков должно быть 15 – 20 штук. По секундомеру засекают время прохождения поплавков между верхним и нижним створом. Зная путь и время, находят скорость течения. При пересечении поплавком среднего створа по размеченному тросу определяют его расстояние от уреза воды или точки принятой за постоянное начало.

Измерение расхода воды поверхностными поплавками. Под расходом воды принято понимать количество воды проходящее через поперечное сечение реки в единицу времени. Измерение расхода воды поплавками распадается на два вида работ: измерение живого сечения реки (по среднему створу), измерение поверхностной скорости по всей ширине данного сечения.

Вычисление площади живого сечения

Расстояние от постоянного начала l, м

Источник

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЙ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ РЕК

Регулирование русел — Принципы формирования русел рек

При проектировании берегоукреплений на реках важно знать теоретические принципы формирования русел рек и законы их динамического изменения во времени.

1 ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ

Продольный профиль реки в общем случае представляет собой кривую, обращенную выпуклостью вниз. Плавность этой кривой нарушается периодическими перекатам, которые образуются из-за выходов на поверхность твердых неразмываемых пород. От истока реки к устью уклон дна постепенно уполаживается, и снижается скорость воды, но растет ее расход. В верховьях реки имеют место высокие скорости воды, которые приводят здесь к интенсивной эрозии — размыву русла и образованию массива наносов (взвешенных и влекомых). По длине реки скорости воды снижаются, что приводит к уменьшению частиц наносов, которые река еще может переносить вниз по течению. Таким образом, малые скорости воды в низовьях ведут к аккумуляции — осаждению наносов, размытых в верховьях. Весь этот процесс постепенно изменяет продольный профиль реки — в верховьях уклон дна ещё больше увеличивается, а в низовьях — еще больше уполаживается (рисунок 1).

Читайте также:  Крупные реки западно сибирской равнины являются

Рисунок 1 — Продольный профиль речного русла

Продольный профиль реки в крупном масштабе представляет собой чередование плёсов и перекатов. Плёс — длинный участок с большими глубинами и слабыми уклонами. Перекат — наоборот, короткий участок с малыми глубинами и крутыми уклонами. Таким образом геометрически продольный профиль реки напоминает лестничный марш.

В межень перекаты усиленно размываются. Это происходит из-за того, что из-за малых глубин здесь имеют место большие скорости потока. С наступлением половодья или паводка происходит принципиальное изменение процесса руслоформирования: плёсы ещё сильнее размываются, а смытые с них наносы намываются на перекатах.

2 ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ

Поперечный профиль реки, также, как и продольный профиль, зависит от конкретного участка реки (рисунок 2):

– в верховьях: ущелье;

– в среднем течении: пойма с одной или несколькими террасами

– в низовьях, ближе к устью: в древнем конусе выноса с несколькими протоками, часто с возвышением над окружающей долиной.

Рисунок 2 — Характерные поперечные профили русел рек

а — верховья, б — среднее течение, в — низовья

3 КРИВОЛИНЕЙНОСТЬ РУСЛА

На излучинах реки происходит изменение движения наносов — их поток переходит от выпуклого берега к вогнутому.

Происходящие в периоды половодий и паводков размывы плёсов имеют особенную интенсивность у вогнутых берегов. Это происходит из-за образования здесь повышенных скоростей, вызываемых так называемым свалом течения — с переката на плёс. При этом стрежень реки (линия вдоль реки с максимальной скоростью течения) меняет направление в сторону вогнутого берега (рисунок 3), дно которого и начинает интенсивно размываться. В результате дно у вогнутого берега углубляется, а у выпуклого — мелеет.

В целом весь этот процесс является следствием поперечной циркуляции потока, возникающей на поворотах реки: поверхностные слои воды движутся к вогнутому берегу, а донные — к выпуклому.

Одним из следствий описанной механики движения наносов и воды является тот важный факт, что криволинейные участки рек всегда более устойчивы, чем прямолинейные. С течением времени криволинейность русла на каждом конкретном участке все более увеличивается — вплоть до появления ярко выраженных S-образных кривых (петель). В конце концов края двух соседних S-образных участков касаются друг друга, они сливаются в новое русло с увеличившимся уклоном, после чего весь процесс начинается заново.

Рисунок 3 — Стрежень на излучине реки

4 НАНОСЫ

Если насыщенный наносами поток воды имеет мутность ρ (греческая буква «ро») больше некоторого предельного значения (ρ > ρпред), то происходит выпадение наносов на дно, его заиление и подъем. Если ρ

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24