Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 19 )

;        ;        .                (7.7)

Рис. 7.1. Извилистость и разветвленность рек:

а – к определению  коэффициента  извилистости реки;

б – многорукавное русло реки

Средневзвешенное значение коэффициента извилистости реки между точками 1 и 4 можно найти по формуле

.                        (7.8)

Речные русла разветвляются на рукава (рис. 7.1, б). Измерение длины реки в этом случае следует вести по главному руслу, за которое принимается наиболее полноводный рукав.

Степень разветвленности реки характеризуется отношением суммарной длины всех рукавов, включая главное русло, к длине последнего. Это отношение называется к о э ф ф и ц и е н т о м  р а з в е т в л е н-н о с т и.

Падение и уклон реки. Падением реки называется разность отметок уровней воды в ее истоке и устье, а уклоном – отношение падения к длине реки. Таким же образом определяют падения и уклоны для отдельных участков реки. Уклоны рек выражаются в виде десятичных дробей или в промилях (тысячных долях). Например, средний уклон Северной Двины i = 0,00007 = 0,07 ‰.

Иногда для характеристики уклона реки пользуются понятием «километрическое падение» (падение уровня воды в сантиметрах на 1 км длины реки).

Уклоны рек зависят прежде всего от рельефа местности, по которой они протекают. В равнинных районах уклоны рек очень малы (несколько десятичных), а в горной местности достигают нескольких сотых. Крупные водотоки имеют, как правило, меньшие уклоны, чем малые реки, протекающие в одних и тех же географических районах.

Уклон реки изменяется вдоль течения, уменьшаясь чаще всего от истока к устью. Уклоны отдельных участков реки зависят от рельефа дна и планового очертания русла. Уклон реки изменяется во времени с изменением уровня воды.

Речные системы. Речной системой называется совокупность водных потоков, впадающих в одну главную реку, несущую свои воды в океан, море или озеро. Реки, впадающие непосредственно в главную реку, называются притоками первого порядка. В притоки первого порядка впадают реки, которые являются по отношению к главной реке притоками второго порядка. В последние впадают притоки третьего порядка и т. д. Например, по отношению к р. Волге р. Кама является притоком первого порядка, а впадающая в нее р. Вятка – притоком второго порядка.

Под термином «главная река» на практике часто понимают любую рассматриваемую реку, имеющую разветвленную сеть притоков.

Речную систему можно наглядно представить в виде гидрографической схемы (рис. 7.2, а), на которой все реки изображаются прямыми линиями в одинаковом масштабе. В каждую реку стекает вода с определенной территории, называемой речным б а с с е й н о м, или в о д о-с б о р о м.

Общий бассейн главной реки (рис. 7.2, б) состоит из частных бассейнов всех ее притоков и территорий, с которых вода стекает в главную реку (межприточные территории).

а
б

Рис. 7.2. Речная система:

а – гидрографическая схема реки; б – бассейн реки

Бассейны речных систем и отдельных рек ограничиваются замкнутыми линиями, называемыми в о д о р а з д е л а м и. Водоразделы проходят по наиболее возвышенным точкам местности между соседними реками. Их положение устанавливают по топографическим картам крупного масштаба (1 : 100000 или 1 : 50000). Если на карте не имеется горизонталей, водораздельная линия проводится приблизительно по середине территорий между соседними реками.

Основной характеристикой речного бассейна является величина его площади, которая измеряется по карте при помощи планиметра путем 2–3-кратной обводки водораздела до получения близко совпадающих результатов.

Площадь водосборного бассейна F (км2) находится в определенной зависимости от длины L(км) главного водотока:

F = к Lm.                                (7.9)

По статистическим исследованиям авторов данного пособия для бассейнов рек Беларуси показатель степени  m = 1,68, а коэффициент к изменяется в пределах 0,32 – 1,34, при этом среднестатистическое значение его равно 0,64, малые величины соответствуют бассейнам с равнинным рельефом (притоки Припяти, Днепра при L > 150 км, Немана), большие – бассейнам с грядово-холмистым рельефом (Западная Двина, притоки Припяти при L < 30 км).

7.3. Питание и режим рек

Виды питания рек. Характер питания рек водой обусловлен комплексом природных условий. Различают следующие виды питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и грунтовое.

Д о ж д е в о е  п и т а н и е  происходит или от периодических дождей в определенные сезоны года, или от краткосрочных ливневых дождей. Этот вид питания является преобладающим на реках юго-западной части Кавказа, Крыма, Карпат и некоторых других районов южной части европейской территории СНГ. Периодические летние дожди играют существенную роль в питании многих рек Восточной Сибири и Дальнего Востока (Амура, Зеи и др.).

Ливневые дожди наблюдаются летом и осенью в различных районах европейской части СНГ. Благодаря большой интенсивности они способны вызвать на реках малых бассейнов подъемы уровней воды, превышающие весенние.

С н е г о в о е  п и т а н и е  является преобладающим на большинстве рек. Бассейны этих рек занимают более ѕ территории СНГ. Несмотря на сравнительно небольшую продолжительность таяния снегов, реки со снеговым питанием получают в период весеннего половодья до 60–80% общего объема воды, стекающей по ним за год.

Л е д н и к о в о е  п и т а н и е  характерно для рек высокогорных районов Кавказа и Средней Азии. Оно происходит от таяния ледников и вечных снегов в горах. Реки с ледниковым питанием имеют летние паводки, часто с резко выраженными суточными колебаниями уровней, обусловленными изменениями температуры в течение суток.

Г р у н т о в о е  п и т а н и е  происходит или за счет неглубоко залегающих грунтовых вод, или за счет подземных вод, расположенных на значительных глубинах. В чистом виде грунтовое питание встречается очень редко. Как правило, грунтовые и подземные воды служат источником питания рек в периоды уменьшения или отсутствия поверхностного стока.

Многие равнинные реки питаются летом преимущественно грунтовыми водами, а в зимний период этот вид питания является для них единственным.

В формировании речного стока в разные периоды года участвуют различные виды питания. Например, р. Кубань имеет в весенний период снеговое питание за счет таяния снегов в правобережной равнинной части бассейна; в летние месяцы – ледниковое питание с Кавказских гор; осенью – дождевое питание от интенсивных ливней и зимой – грунтовое питание.

Режим уровней и расходов. У р о в н е м  в о д ы  в реке называется возвышение поверхности воды над некоторой условной горизонтальной плоскостью.

Уровни воды в реках постоянно изменяются. Основной причиной колебания уровней является разница в количестве воды, поступающей в реки в разные периоды года. Помимо величины расхода воды на высоту уровня могут оказывать влияние другие факторы: наличие ледяного покрова, размывы русла и отложение наносов, морские приливы и отливы на устьевых участках рек, естественный подпор от другой реки, искусственный подпор от гидротехнических сооружений и др.

Годовой график колебаний уровня воды в течение года составляется по данным фактических наблюдений (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Годовой график колебания уровня воды

Для анализа многолетних колебаний уровня на один график наносят несколько линий, характеризующих изменение уровня в разные годы. Характер колебания уровня зависит, прежде всего, от режима питания реки.

Равнинные реки с преимущественным снеговым питанием характеризуются большим подъемом уровней в весенний период от таяния снегов и сравнительно низкими горизонтами воды в остальную часть года. На многих из них наблюдаются подъемы уровней в осенний период за счет выпадающих дождей, а на малых реках этой группы – подъемы уровней, вызванные дождями, и в летние месяцы.

Крупные реки с преимущественным дождевым или ледниковым питанием характеризуются растянутым периодом стояния высоких уровней в летние и осенние месяцы. Малым горным рекам с дождевым или ледниковым питанием свойственны резкие краткосрочные подъемы уровней от ливней и таяния снегов в горах в разные периоды года. Нередко на этих реках наблюдаются интенсивные внутрисуточные колебания уровней.

Реки, вытекающие из озер или болот, имеют плавный ход уровней. Благодаря регулирующей роли озер и болот подъем уровней, вызванный весенним половодьем, растягивается на этих реках до середины лета.

Важнейшей характеристикой режима уровней реки является амплитуда колебаний, т. е. разность между наивысшими и наинизшими уровнями за определенный период времени. Различают амплитуды колебания годовых уровней, многолетнюю и отдельных периодов года. Амплитуда многолетних колебаний уровней на крупных реках достигает 15 – 20 м и более.

Колебания уровней воды в реке обусловлены изменениями расходов. График, изображающий связь между расходом и уровнем в определенном створе реки, называется к р и в о й  р а с х о д о в.