Меню

Вода в реке движется относительно чего

Почему текут реки? Причины, фото и видео — «Как и Почему»

Содержание

  1. Факторы, влияющие на течение реки
  2. Работа, выполняемая реками
  3. Разрушение или эрозия
  4. Транспортная работа
  5. Творчество

По определению, река являются водным потоком, который течет в проработанном ею самой русле. Что заставляет реки постоянно двигаться? Все просто – сила земного притяжения или гравитация вынуждает массы воды перемещаться с точки с большей абсолютной высотой в места с более низким показателем высоты над уровнем моря.

А теперь представьте себе условную емкость, наполненную водой, в которой будет идеально ровное дно. В этом случае никакого движения водных масс в ней не будет. Жизненный пример – бассейны разной величины, в которых волны и течения создаются только искусственно. А вот по повсеместно волнистой поверхности суши, которая вызывает перепады уровня воды, жидкость просто обязана перемещаться – перетекать с места на место.

Итак, динамика водных масс, вызвана перепадами высот суши и «вытекающей» из этого разницей уровней жидкости. В результате подобных перемещений появляются те самые постоянные водотоки – реки. Кроме основного фактора, существует еще несколько, влияющих на скорость течения воды в конкретном водоеме.

Факторы, влияющие на течение реки

Поступление в реку дополнительных водных масс, например, в виде приток, увеличивает скорость и мощность основного потока. Наполненность реки водой прямо влияет на качество ее движения.

Ветер, особенно постоянный, в случае, если направление совпадает с направлением движения реки, может повысить скорость течения поверхностных слоев водной массы. Естественно, направленное движение воздушных масс в обратную сторону может немного замедлять ход поверхностных слоев воды в реке.

Разность в плотности водных массы, вызванная наличием в них взвешенных частиц, стимулирует наращивание скорости течения между разными потоками в пределах одного водоема.

Разница в температуре воды разных потоков в пределах одной реки стимулирует появление новых течений или повышение скорости уже существующих.

Отдельного внимания требует фактор – особенность рельефа местности, по которой протекает река. Ведь на глобальном уровне именно разница высот формирует поток. Равнинные реки двигаются намного медленнее горных. Узкая горная долина типа ущелье или каньона стимулирует наращивание скорости течения реки.

Работа, выполняемая реками

Все реки, двигаясь к минимуму – устью другой реки, «телу» озера, моря или океана, выполняют работу.

Разрушение или эрозия

Когда-то на Земле речных долин, вообще не существовало. Но выкристаллизация водных масс и их естественное движение сверху вниз стали причиной появления первых речных долин. Выражение – вода камень точит, имеет глубинный географический смысл. Во время своего движения реки начали разрушать горные породы, по которым текли – как вглубь, так и вширь. Следствием течения рек стали речные долины. Один из самых ярких примеров – каньон реки Колорадо, проработанный самой рекой в мягких горных породах плато Колорадо – известняках, сланцах и песчаниках, на глубину 1800 метров.

Транспортная работа

Вымытые горные породы реки транспортируют вниз по течению. Чем больше взвешенных частиц «волочет» за собой вода, тем ниже становиться скорость течения. Классика жанра – речка Хуанхэ, которая за год выносит в Желтое море 1,3 млрд тонн частиц, «намытых» ею на Лессовом плато.

Творчество

Кроме уже упомянутых горных долин, из разрушенных и взятых с собой взвешенных частиц реки формируют отмели и дельты. Самая известная – дельта Нила, которую создала река из вынесенных ею из сердца Африки частиц разрушенных горных пород.

Источник

§ 8. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ. Вопросы

1. В чем состоит относительность движения?

1. Относительность движения состоит в том, что при изучении движения в системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно принятой неподвижной системы отсчета, все расчеты можно проводить по тем же формулам и уравнениям, как если бы движение подвижной системы отсчета относительно неподвижной отсутствовало.

2. Как в примере с лодкой движутся вода и берег относительно лодки?

2. Представим, что наблюдатель расположился в лодке в точке О’. Проведем через эту точку систему координат X’O’Y’. Ось X’ направим вдоль берега, ось Y’ — перпендикулярно течению реки. Наблюдатель в лодке видит, что берег относительно его системы координат совершает перемещение

двигаясь в направлении противоположном положительному направлению оси

а вода движется относительно лодки совершая перемещение

3. Комбайн, убирающий в поле хлеб, движется относительно земли со скоростью 2,5 км/ч и, не останавливаясь, ссыпает зерно в автомашину. Относительно какого тела отсчета автомашина движется и относительно какого покоится?

3. Относительно комбайна автомашина покоится, а относительно земли движется со скоростью комбайна.

4. Буксир толкает по реке баржу. Относительно каких тел отсчета баржа движется? Относительно какого тела она покоится?

4. Относительно воды и берега баржа движется, а относительно буксира покоится.

ГДЗ по физике за 9 класс к учебнику Физика.9-й класс И.К.Кикоин, А.К.Кикоин Решебник по физике за 9 класс (И.К.Кикоин, А.К.Кикоин, 1999 год),
задача №8
к главе «ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИЖЕНИИ».

Источник

Задачи на движение по воде

Данный материал представляет собой систему задач по теме “Движение”.

Цель: помочь учащимся более полно овладеть технологиями решения задач по данной теме.

Задачи на движение по воде.

Очень часто человеку приходится совершать движения по воде: реке, озеру, морю.

Сначала он это делал сам, потом появились плоты, лодки, парусные корабли. С развитием техники пароходы, теплоходы, атомоходы пришли на помощь человеку. И всегда его интересовали длина пути и время, затраченное на его преодоление.

Представим себе, что на улице весна. Солнце растопило снег. Появились лужицы и побежали ручьи. Сделаем два бумажных кораблика и пустим один из них в лужу, а второй — в ручей. Что же произойдет с каждым из корабликов?

В луже кораблик будет стоять на месте, а в ручейке — поплывет, так как вода в нем «бежит» к более низкому месту и несет его с собой. То же самое будет происходить с плотом или лодкой.

В озере они будут стоять на месте, а в реке – плыть.

Рассмотрим первый вариант: лужа и озеро. Вода в них не движется и называется стоячей.

Кораблик поплывет по луже только в том случае, если мы его подтолкнем или если подует ветер. А лодка начнет двигаться в озере при помощи весел или если она оснащена мотором, то есть за счет своей скорости. Такое движение называют движением в стоячей воде.

Отличается ли оно от движения по дороге? Ответ: нет. А это значит, что мы с вами знаем как действовать в этом случае.

Задача 1. Скорость катера по озеру равна 16 км/ч.

Какой путь пройдет катер за 3 часа?

Следует запомнить, что скорость катера в стоячей воде называют собственной скоростью.

Задача 2. Моторная лодка за 4 часа проплыла по озеру 60 км.

Найдите собственную скорость моторной лодки.

Задача 3. Сколько времени потребуется лодке, собственная скорость которой

равна 28 км/ч, чтобы проплыть по озеру 84 км?

Итак, чтобы найти длину пройденного пути, необходимо скорость умножить на время.

Чтобы найти скорость, необходимо длину пути разделить на время.

Чтобы найти время, необходимо длину пути разделить на скорость.

Чем же отличается движение по озеру от движения по реке?

Вспомним бумажный кораблик в ручье. Он плыл, потому что вода в нем движется.

Читайте также:  Самая длинная полноводная река в африке

Такое движение называют движением по течению. А в обратную сторону – движением против течения.

Итак, вода в реке движется, а значит имеет свою скорость. И называют ее скоростью течения реки. ( Как ее измерить?)

Задача 4. Скорость течения реки равна 2 км/ч. На сколько километров река относит

любой предмет (щепку, плот, лодку) за 1час, за 4 часа?

Ответ: 2 км/ч, 8 км/ч.

Каждый из вас плавал в реке и помнит, что по течению плыть гораздо легче, чем против течения. Почему? Потому, что в одну сторону река «помогает» плыть, а в другую — «мешает».

Те же, кто не умеет плавать, могут представить себе ситуацию, когда дует сильный ветер. Рассмотрим два случая:

1) ветер дует в спину,

2) ветер дует в лицо.

И в том и в другом случае идти сложно. Ветер в спину заставляет бежать, а значит, скорость нашего движения увеличивается. Ветер в лицо сбивает нас, притормаживает. Скорость при этом уменьшается.

Остановимся на движении по течению реки. Мы уже говорили о бумажном кораблике в весеннем ручье. Вода понесет его вместе с собой. И лодка, спущенная на воду, поплывет со скоростью течения. Но если у нее есть собственная скорость, то она поплывет еще быстрее.

Следовательно, чтобы найти скорость движения по течению реки, необходимо сложить собственную скорость лодки и скорость течения.

Задача 5. Собственная скорость катера равна 21 км/ч, а скорость течения реки 4 км/ч. Найдите скорость катера по течению реки.

Теперь представим себе, что лодка должна плыть против течения реки. Без мотора или хотя бы весел, течение отнесет ее в обратную сторону. Но, если придать лодке собственную скорость ( завести мотор или посадить гребца), течение будет продолжать отталкивать ее назад и мешать двигаться вперед со своей скоростью.

Поэтому , чтобы найти скорость лодки против течения, необходимо из собственной скорости вычесть скорость течения.

Задача 6. Скорость течения реки равна 3 км/ч, а собственная скорость катера 17 км/ч.

Найдите скорость катера против течения.

Задача 7. Собственная скорость теплохода равна 47,2 км/ч, а скорость течения реки 4,7 км/ч. Найдите скорость теплохода по течению и против течения.

Ответ: 51,9 км/ч; 42,5 км/ч.

Задача 8. Скорость моторной лодки по течению равна12,4 км/ч. Найдите собственную скорость лодки, если скорость течения реки 2,8 км/ч.

Задача 9. Скорость катера против течения равна 10,6 км/ч. Найдите собственную скорость катера и скорость по течению, если скорость течения реки 2,7 км/ч.

Источник



Эта статья перенесена сюда!

Река – турбулентный поток, скорость которого непрерывно изменяется по величине и направлению, что приводит к горизонтальному и вертикальному перемешиванию воды. Скорость течения реки определяется поплавками и специальными приборами – гидрометрическими вертушками и выражается в метрах и секунду (v, м/с). При отсутствии непосредственных измерений для вычисления средней скорости потока применяется уравнение Шези: Vср=C√R*i, где V – скорость в м/с. С – коэффициент, зависящий от шероховатости русла и глубины потока (коэффициент Шези). R – гидравлический радиус. i – уклон русла. Коэффициент Шези определяется по формуле Маннинга; С=1/n*h 1/6 , где h – глубина потока, n – коэффициент шероховатости русел, определяемый по таблицам М. Ф. Срибного. В руслах равнинных рек, ширина которых на несколько порядков превышает их глубину, величина R мало отличается от глубины реки h, и поэтому формула Шези может быть записана в виде V=C√h*i. Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличением уклона и глубины (и соответственно гидравлического радиуса), так как при этом ослабевает влияние шероховатости.

При открытой водной поверхности в штилевую погоду наименьшие скорости наблюдаются у дна, что обусловлено трением, и нарастают к поверхности реки. При попутном ветре максимальная скорость бывает на поверхности, при встречном ветре и зимой при наличии ледяного покрова, она опускается на некоторую глубину. При наличии механических препятствий на дне или донной водной растительности скорости внизу потока существенно уменьшаются. Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами или эпюрами скоростей. Скорости течения по ширине реки, как поверхностная, так и на всех других уровнях, меняются довольно плавно и закономерно, повторяя распределение глубин в живом сечении, но у берегов всегда меньше из-за трения. Линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями в живом сечении реки, называются изотахами. Стрежень реки – линия вдоль реки, соединяющая точки наибольших поверхностных скоростей течения. Динамическая ось потока – линия вдоль реки, соединяющая точки наибольших скоростей в поперечном сечении потока.

Знания о распределении скоростей в реке, положении стрежня и динамической оси потока имеют большое значение для водного транспорта и лесосплава.

Движущаяся вода обладает энергией и способна производить работу. Энергия реки прямо пропорциональна массе воды и скорости. В естественных условиях работа реки слагается из процессов эрозии (размыва), переноса и аккумуляции (отложения) наносов. Твердые минеральные частицы, переносимые рекой и отлагаемые в русле и на пойме, называются аллювием. Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке условно подразделяются на взвешенные и влекомые (донные). Для характеристики речных наносов применяется ряд показателей: мутность (ρ) – количество взвешенных наносов, содержащихся в 1м 3 воды (г/м 3 ) или литре воды (г/л); расход наносов (R) – количество наносов, проносимое рекой через живое сечение в одну секунду: R= ρ*Q (кг/с). Различают расход взвешенных и расход влекомых наносов. Максимально возможный при данных гидравлических характеристиках потока расход наносов называется транспортирующей способностью реки. Сток наносов – суммарное количество наносов в тоннах, проносимое рекой через живое сечение за длительный промежуток времени (сутки, месяц, год). В настоящее время сток наносов всех рек оценивается в 21,3 млрд. т в год, что составляет около 36% от всего осадочного материала, поступающего в Мировой океан.

Источник

1. Движение воды в реках.

Движение воды в реках происходит под действием силы тяжести при наличии продольного уклона или напора. Скорость течения зависит от соотношения горизонтальной составляющей силы тяжести, определяемой уклоном и разностью напоров, и силы трения, определяемой взаимодействием между частицами внутри потока и частицами и дном.

Для рек характерен турбулентный режим движения воды, отличительной особенностью которого является пульсация скорости или изменение ее во времени в каждой точке по значению и направлению относительно среднего значения.

Вследствие неравномерности потерь по ширине русла скорости течения распре­делены в речном потоке неравномерно: наибольшие скорости на­блюдаются на поверхности потока над наиболее глубокой частью русла, наименьшие — у дна и берегов. В наиболее часто встречающихся условиях закономерном распределении скоростей течения эпюра (график распределения) средних скоростей по глубине речного потока имеет максимум (umax) вблизи поверхности, скорость, близ­кую к средней на вертикали,- на глубине 0,6h от дна (h — полная глубина) и минимум (umin), не равный нулю,- у дна (рис. 8.1, а).

Рис. 8.1. Вертикальное распределение скоростей течения в речном потоке:

а типичное; 6-под ледяным покровом; в под слоем внутриводного льда (шуги); г — при попутном и встречном ветре; д- при влиянии растительности; е — при влиянии неровностей дна; 1 -ледяной покров; 2-слой шуги; V-направление ветра; umax — максимальная скорость течения; обратное течение

Однако под влиянием ледяного покрова, ветра, растительности, неровностей рельефа дна и берегов это распределение скоростей нарушается (рис. 8.1, б — e).

Читайте также:  Как нарисовать извилистую речку

Среднюю скорость течения в поперечном сечении v рассчиты­вают по известным расходу воды — Q и площади поперечного сечения —  по формуле: v=Q/.

Наиболее простые закономерности наблюдаются при равномерном движении жидкости в русле, близком к прямолинейному. В этом случае средняя скорость течения в русле может описана формулой Шези.

, (8.1)

где C – коэффициент Шези;

hср – средняя глубина в русле, м;

I – уклон водной поверхности.

При сотношении ширины русла (В) и средней глубины (hср) менее 10 вместо hср используют гидравлический радиус R = / ( — площадь живого сечения, - смоченный периметр).

Коэффициент Шези вычисляют по эмпирическим формулам, среди которых наиболее распространены

формула Маннинга (для рек):

формула Павловского (для искусственных водотоков – каналов, канав):

y = 0,37+2,5— 0,75(-0,1) ,

где n – коэффициент шероховатости, который находят по специальным таблицам (в России – по таблицам Срибного, Карасева, в США – таблицам Бредли).

Для ровных незаросших русел с песчаным дном п = 0,020 — 0,023; для извилистых русел с неров­ным дном n= 0,023-0,033; для пойм, заросших кустарником, п = 0,033 — 0,045.

Формула Шези показывает, что скорость течения в речном потоке тем больше, чем больше глубина русла и уклон водной поверхности и меньше шероховатость русла.

Путем умножения обеих частей формулы Шези на площадь поперечного сечения  с учетом формулы (8.1) можно получить формулу для определения расхода воды:

. (8.4)

Если морфометрические харак­теристики речного потока изменяются по длине реки, то движение речного потока будет неравномерное и скорость течения будет изменяться вдоль реки. На небольшом участке реки, где расход не меняется из закона сохранения массы вещества можно записать уравнение непрерывности

1v1= 2v2 = Q=const. (8.5)

Отсюда следует, что увеличение площади поперечного сечения вдоль реки (от створа 1 к створу 2 ) повлечет за собой уменьшение на данном участке скорости течения, как, например, в межень на плесе, уменьшение же площади поперечного сечения вдоль реки приведет к увеличению на этом участке скорости течения, как, например, в межень на перекате.

В случае неравномерного движения уклон водного зеркала уже не будет равен уклону дна, поэтому вдоль реки могут наблюдаться явления подпора (увеличения глубины воды с увеличением расстояния) или явления спада (уменьшения глубины с увеличением расстояния). Причиной неравномерного движения могут быть различные сооружения, возводимые в русле реки – плотины, дамбы, мостовые переходы, спрямление и расчистка русел рек.

Более сложные случаи движения возникают на повороте русла, где наряду с силой тяжести на скорость течения влияет центробежная сила.Это приводит к отклонению течения в поверхностных слоях в сторону вогнутого берега, что создает поперечный перекос уровня воды. В результате избытка гидростатического давления у вогнутого берега в придонных слоях возникает течение, направленное в сторону выпуклого берега. Скла­дываясь с основным продольным переносом воды в реке, разно­направленные течения на поверхности и у дна создают спирале­видное движение воды на изгибе речного русла — поперечную цир­куляцию (рис.8.2).

Рис.8.2. Схема поперечной циркуляции на изгибе речного потока в плане (а) и поперечном разрезе (б) и схема действующих сил (в):

1 – поверхностные струи; 2)придонные струи.

Поперечный уклон (Iпоп= sin ), который возникает на повороте русла, может определен по формуле

. (8.6)

где v -средняя скорость течения;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

r — радиус изгиба русла.

Величина перекоса уровня между обо­ими берегами (Hпоп) равна

Hпоп= IпопВ, (8.7)

где В— ширина русла.

Пример. При скорости v=1 м/с, r=100 м, B=50 м, величина Iпоп=0,001, Hпоп=0,05 м.

Наряду с силой тяжести, силой трения и центростремительной силой на частицы жидкости действует отклоняющая сила вращения Земли.

Вследствие суточного вращения Земли с угловой скоростью =2/86400 = 0,0000729 рад/с, всякая материальная точка, движущаяся относительно Земли со скоростью v , испытывает добавочное ускорение ().Сила, соответствующая данному ускорению, называется силой Кориолиса (Fкориол), и равна

Сила Кориолиса направлена в северном полушарии под прямым углом вправо к направлению движения частицы, в южном полушарии – влево.

Поперечный уклон, вызываемой силой Кориолиса, равен

Для северной широты =45 sin=0,707 Iкориол= v/95000, при v=1 м/с Iкориол=1,0510 -5 . При ширине реки B=50 м перепад уровня H=0,00052 м (0,05 см), что в 100 раз меньше уклона за счет центробежной силы. Наиболее сильно влияние силы Кориолиса проявляется для больших рек (Волга, Днепр, Енисей, Обь и др), что было в свое время обнаружено русским академиком, естествоиспытателем К.Бэром. Однако, из-за своей малости сила Корриолиса, не учитывается в гидравлических расчетах.

Движение наносов в реках

Наряду с водой в реках движутся наносы и растворимые примеси. Главными источниками поступления наносов в реки служат поверхность водосборов, подвергающаяся эрозии или процессу разрушения почв и грунтов текущей водой и ветром в период дождей и снеготаяния, и сами русла рек, размываемые речным потоком.

Эрозия поверхности водосборов — процесс сложный, зависящий как от эродирующей способности стекающих по его поверхности дожде­вых и талых вод, так и от противоэрозионной устойчивости почв и грунтов водосбора. Эрозия поверхности водосборов (и поступле­ние ее продуктов в реки) обычно тем больше, чем сильнее дожди и интенсивнее снеготаяние, чем больше неровности рельефа, рых­лее грунты (наиболее легко подвергаются эрозии лёссовые грунты), менее развит растительный покров, сильнее распаханность скло­нов. Эрозия речных русел тем сильнее, чем больше скорости тече­ния в реках и менее устойчивы грунты, слагающие дно и берега. Часть наносов поступает в русло рек при абразии (волновом раз­рушении) берегов водохранилищ и речных берегов на широких плесах. Наносы, слагающие дно рек, называют донными отложени­ями, или аллювием.

Наиболее важные характеристики наносов следующие:

геомет­рическая крупность, выражающаяся через диаметр частиц наносов (D мм);

гидравлическая крупность, т. е. скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде (w, мм/с, мм/мин);

плотность частицн, кг/м 3 ), равная для наиболее распространенных кварцевых песков2650 кг/м 3 ;

плотность отложений (плотность грунта) (ротл, кг/м 3 ), зависящая от плотности частиц и пористости грунта согласно формуле (плотность илистых отложений на дне рек обычно составляет в среднем 700-1000 кг/м 3 , песчаных 1500-1700, сме­шанных 1000-1500 кг/м 3 );

концентрация (содержание) наносов в потоке, которую можно представить как в относительных величинах (отношение массы или объема наносов к массе или объему воды), гак и в абсолютных величинах; в последнем случае используют понятие мутность воды (s, г/м 3 , кг/м 3 ), которая вычисляется по формуле

где m- масса наносов в пробе воды; V- объем пробы воды. Мутность определяют путем фильтрования отобранных с помощью питометров проб воды и взвешивания фильтров.

Наибольшую концентрацию наносов (мутность воды) имеют реки с паводочным режимом и протекающие в условиях засушливого климата и легкоразмываемых грунтов. Самые мутные реки на Зем­ле — Терек, Сулак, Кура, Амударья, Ганг, Хуанхэ. Средняя годовая мутность рек Терека, Амударьи и Хуанхэ в условиях естественного режима составляла, например, 1,7; 2,9 и 25,8 кг/м 3 соответственно. В половодье мутность воды Хуанхэ достигала 250 кг/м 3 ! В насто­ящее время мутность перечисленных рек стала заметно меньше. Для сравнения приведем данные о средней годовой мутности воды в Волге в ее низовьях: до зарегулирования реки она была равна около 60 г/м 3 , а после зарегулирования уменьшилась до 25-30 г/м 3 .

Читайте также:  Карта рек акмолинской области

По характеру перемещения в реках наносы разделяют на два основных типа — взвешенные и влекомые. Промежуточным типом являются сальтирующие наносы, движущиеся скачкообразно в при­донном слое; наносы этой промежуточной группы условно объеди­няют с влекомыми.

Влекомые наносы — это наносы, перемещающиеся речным пото­ком в придонном слое и движущиеся скольжением, перекатывани­ем или сальтацией. Путем влечения по дну перемещаются наиболее крупные частицы наносов (песок, гравий, галька, валуны).

Таким образом, критерием начала движения влекомых наносов в реках является условие

(8.11)

где uдно — фактическая придонная скорость течения.

Между «начальной скоростью» и объе­мом или весом перемещающихся частиц:

Эта формула получила название закона Эри, утверждающего, что вес влекомых наносов пропорционален шестой степени скорости течения. Из формулы Эри следует, что увеличение скорости тече­ния, например в 2, 3, 4 раза, приводит к увеличению веса переме­щающихся по дну частиц наносов соответственно в 64, 729, 4096 раз. Это как раз и объясняет, почему на равнинных реках с малыми скоростями течения поток может переносить по дну лишь песок, а на горных с большими скоростями — гальку и даже огромные валуны. Для перемещения по дну песка необходимы придонные скорости течения не менее 0,10-0,15 м/с, гравия — не менее 0,15- 0,5, гальки — 0,5-1,6, валунов — 1,6-5 м/с. Средняя скорость по­тока должна быть еще больше.

Влекомые наносы могут перемещаться по дну рек либо сплош­ным слоем, либо в виде скоплений, т. е. дискретно. Второй харак­тер движения для рек наиболее типичен. Скопления влекомых наносов представлены донными грядами различного размера (рис. 8.3). Наносы перемещаются слоем по верховому склону гряды и скатываются по низовому склону (его наклон близок к углу естественного откоса) в подвалье гряды. Здесь частицы наносон могут быть «захоронены» надвигающейся грядой и вновь придут в движение лишь после смещения гряды на всю ее полную длину.

Рис.8.3. Донные гряды на дне реки в два последовательных момента времени (1 и 2).

Взвешенные наносы переносятся в толще речного потока. Усло­вием такого перемещения служит соотношение

где u + z — направленная вверх вертикальная составляющая вектора скорости течения в данной точке потока; w — гидравлическая круп­ность частицы наносов.

Важнейшие характеристики при дви­жении взвешенных наносов в реках — это мутность воды s, определяемая по формуле (8.10), и расход взвешенных наносов:

где R в кг/с, s в г/м 3 , Q в м 3 /с.

Взвешенные наносы распределены в речном потоке неравномерно: в при­донных слоях мутность максимальна и уменьшается по направлению к по­верхности, причем для взвешенных на­носов более крупных фракций быстрее, для наносов мелких фракций — медлен­нее.

Наряду со стоком воды в гидрологии определяют сток наносов.Сток наносов реки включает сток взвешенных и сток влекомых наносов, причем главная роль обычно принадлежит взвешенным наносам. Считается, что на долю влекомых наносов приходится в среднем лишь 5-10% стока взвешенных наносов рек, причем с увеличением размера реки эта доля, как правило, уменьшается.

Предельный суммарный расход как взвешенных, так и влеко­мых наносов, которые может при данных условиях переносить река, называют транспортирующей способностью потока Rтр. Согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям Rтр зависит прежде всего от скоростей течения и расхода воды:

(8.15)

где sтр — мутность воды, соответствующая транспортирующей спо­собности потока;

v -средняя скорость потока;

hcp средняя глубина;

w— средняя гидравлическая крупность частиц наносов.

В нашей стране и за рубежом предложено много разных формул вида (8.15). При этом мутность воды sтр, соответствующую транс­портирующей способности потока (т. е. предельно возможную мут­ность при данных гидравлических условиях), часто выражают как функцию средней скорости течения: srp = av n , где а и n парамет­ры, причем n изменяется от 2 до 4.

В реальных условиях фактический расход наносов в реке и транспортирующая способность потока могут не совпадать, что и становится причиной русловых деформаций.

Сток наносов реки (прежде всего взвешенных наносов) обычно рассчитывают по построенным на основе измерений связям расхо­да воды и расхода взвешенных наносов R=f(Q). У такой связи имеются две важные особенности: она нелинейна, причем R растет быстрее, чем Q; очень приближенно эту зависимость иногда можно записать в виде степенного уравнения:

где, по Н. И. Маккавееву, n = 2 3.

Очень часто связь между R и Q оказывается неоднозначной (петлеобразной). Это объясняет­ся несовпадением изменения в реках расходов воды и расходов наносов во времени (рис. 6.18). Максимальная мутность воды в ре­ках (и максимальные расходы наносов тоже) обычно опережают максимальный расход воды, поскольку наиболее активный смыв грунтов с поверхности водосбора идет в период подъема паводка или половодья.

Рис. 8.4. Типичные графики изменения расходов воды и взвешенных наносов (а) и связи между ними (б): 1 — подъем половодья; 2 -спад половодья

С помощью графика связи R=f(Q) по известным средним су­точным значениям Q легко определить и соответствующие величи ны R.

Средние расходы наносов за любой период R определяют точно так же, как и средние расходы воды. Сток наносов рассчитывают по формуле:

где сток наносов Wн, кг; средний расход наносов R, кг/с; интервал времени T, с.

Сток наносов чаще удобнее представить не в кило­граммах, а в тоннах или даже в миллионах тонн. В этих случаях применяют формулы

Если речь идет о годовых величинах, то записы­вают

Wн (млн т) = R 31,510 -3 . (8.18)

Модулем стока наносов называют сток наносов в тоннах с 1 км 2 площади водосбора (A):

Для годовых величин стока наносов получим Мн, т/км 2 :

Модуль стока наносов характеризует эрозионную деятельность речных потоков (напомним, однако, что фактическая денудация в бассейнах рек во много раз больше модуля стока наносов, рас­считанного только что описанными способами, так как огромное количество смытых со склонов наносов не попадает в реки, а от­лагается у подножья склонов, в устьях балок, оврагов, малых при­токов, на поймах.

Модуль стока взвешенных наносов и средняя мутность воды рек, так же как и модуль стока воды, неравномерно распределены по территории. Так, на севере Европейской территории России (тундра, лесная зона) он часто не превышает 1-2 т/км 2 в год, в северной и западных частях Европейской равнины повышается до 10-20 т/км 2 . На юге Европейской территории бывшего СССР он достигает 50-100 т/км 2 , а в ряде районов Кавказа — даже 500 т/км 2 в год. Для бассейнов некоторых рек мира модуль стока взвешенных наносов в естественных условиях стока составлял: у Волги — 10,3 т/км 2 , Дуная- 63,6, Терека — 350, Хуанхэ- 1590 т/км 2 в год. Мутность рек довольно закономерно распределяется по территории. Так, например, средняя годовая мутность рек на севере Европейской части России весьма невелика – 10-50 г/м 3 , в бассейнах Оки, Днепpa, Дона увеличивается до 150-500 г/м 3 , на Северном Кавказе иногда превышает 1000 г/м 3 .

Из суммарного годового стока наносов всех рек мира (15700 млн. т) наибольшая доля в естественных условиях приходится на Амазонку (1200 млн т), Хуанхэ (1185 млн т), Ганг с Брахмапутрой (1060 млн т), Янцзы (471 млн т), Миссисипи (400 млн т) (см. табл. 6.1). Среди наиболее мутных рек на планете — Хуанхэ (средняя годовая мутность воды более 25 кг/м 3 , а максимальная — в 10 раз больше), Инд, Ганг, Янцзы, Амударья, Терек.

Источник

Adblock
detector