21660

Гидрология рек

Лекция

География, геология и геодезия

Главные реки и их притоки. Речная система включает в себя одну главную реку ряд притоков главной реки притоки этих притоков и т. Реки непосредственно впадающие в главную реку называются притоками первого порядка. Притоки второго порядка по отношению к главной реке реки впадающие в притоки первого порядка и т.

Русский

2013-08-03

346.5 KB

53 чел.

Тема 6. Гидрология рек

Гидрографическая сеть. Речные системы. Главные реки и их притоки. Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих подземных потоков, собирается в понижениях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направлении понижения местности, образует поверхностные водотоки.

Поверхностные водотоки в зависимости от их величины и физико-географических условий, в которых они протекают, могут быть постоянно или периодически действующими. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гидрографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.

Когда рассматривается система постоянно и временно действующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть русловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети. В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные долины (Рис. 1).

Рис. 1. Схема основных звеньев гидрографической сети.

I — основные звенья сети;  II — поперечные профили.

Ложбинаверхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном.

Лощина — следующее за ложбиной звено гидрографической сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и берегового размыва или ветвистого русла.

Суходол — преддолинное нижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока.

Долинанаиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протяженностью и наличием постоянного потока (речные долины).

Река – естественный водный приток, протекающий в вытянутых понижениях земной поверхности и имеющий относительно постоянное и разработанное им русло, по которому осуществляется сток воды.

Речная система - совокупность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку, вместе с главной рекой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд притоков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредственно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоки второго порядка по отношению к главной реке - реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д.

В последнее время находит применение иная классификация притоков (по Хортону). В этой   классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого порядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему порядку, характеризующему одновременно порядок всей системы (Рис. 2).

Рис.  2.  Структура  и  морфологические  характеристики речной сети.

а — схема  речной  системы;   б — зависимость относительной  глубины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q0). I-VIIIпорядки естественных потоков.

Исток и устье реки. Основные виды устьев. Устьевые области. Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является началом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно различать гидрографическую длину реки, т. е. длину от наиболее удаленного истока, и длину реки данного названия.

При определении длины реки по карте необходимо прежде всего установить признаки выделения истока и устья.

В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за исток реки принимается исток водотока большей длины, а при одинаковом их протяжении — исток левой составляющей.

При образовании реки в результате слияния двух рек, имеющих самостоятельные названия, за начало этой реки принимается место слияния образовавших ее рек. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния двух рек без названия, следует принимать исток водотока большей длины.

Впадая в другую реку, озеро или море, река образует устье. Если река впадает в реку, озеро или море двумя рукавами, за устье принимается устье более крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. Если река оканчивается оросительным или ирригационным веером, за устье принимается место разветвления реки на оросительные каналы.

Кроме истока и устья, на сравнительно крупных реках выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Для указанного разграничения общего протяжения реки на участки не существует твердо установленных условий. Это деление производится с учетом изменения вниз по течению реки рельефа местности, скоростей течения, водности потока и других его характеристик.

В устьях рек возникают своеобразные процессы, связанные с отложением выносимых рекой наносов и взаимодействием вод впадающей реки и водоема, их принимающего (река, озеро, море).

При впадении в море или озеро река часто отлагает значительное количество наносов и в этом случае создает многорукавное устье, называемое дельтой. Чем меньше несет река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. В этих случаях река часто вливается в море одним широким руслом, образуя губу, или эстуарий.

Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование лиманов происходит при опусканиях береговой полосы. Лиманы сохраняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отделенный от основного морского пространства косой, называется лагуной.

Таким образом, лиман представляет собой как бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки.

Наносы, выносимые реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье — бар.

В конце нижнего течения реки при впадении ее в море и в пределах прибрежной части моря образуется переходная зона. На протяжении этой зоны под влиянием моря режим реки существенно изменяется: скорости течения уменьшаются, в реку проникают приливо-отливные течения, происходит смешение речной и морской воды, ширина реки резко возрастает и образуется дельта или эстуарий.

В свою очередь прибрежная часть моря, непосредственно прилегающая к устью реки, испытывает влияние впадающей реки. Это влияние сказывается в понижении солености морской воды, в распределении глубин, течений и изменении других характеристик гидрологического режима. Указанная переходная зона называется устьевой областью. В пределах этой области в свою очередь различают предустьевое взморье и приморский участок реки (Рис. 3).

Рис. 3. Районирование морского устья реки.

Приморский участок реки делится на предустьевой и устьевой участки. Предустьевой участок реки имеет речной режим, только временами нарушаемый сгонно-нагонными и приливо-отливными явлениями. Его верхний створ находится на границе проникновения этих явлений, нижний —в месте разделения реки на рукава, а при однорукавных устьях и эстуариях — в сечении, где постоянно наблюдается смешение речной и морской воды.

Устьевой участок реки простирается от нижнего створа предустьевого участка до предустьевого взморья. По ширине устьевой участок ограничивается коренными берегами долины, а если они нечетко выражены, то линией наибольшего разлива в половодье.

Предустьевое взморье занимает пространство от нижней границы устьевого участка до зоны, дальше которой влияние реки на морской режим уже не прослеживается.

Выделяют следующие типы устьевых областей (Рис. 4):

Однорукавное устье.

Эстуарий.

Островное устье.

Лопастное устье.

Многорукавное, ветвящееся устье.

Блокированное, лиманное устье.

Скорости течения воды и распределение их по живому сечению

Скорости течения в реках неодинаковы в различных точках потока: они изменяются и по глубине и по ширине живого сечения. На каждой отдельно взятой вертикали наименьшие скорости наблюдаются у дна, что связано с влиянием шероховатости русла. От дна к поверхности нарастание скорости сначала происходит быстро, а затем замедляется, и максимум в открытых потоках достигается у поверхности или на расстоянии 0,2H от поверхности.

Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами или эпюрами скоростей (рис. 5).

Рис. 5. Эпюры скоростей.

а — открытое русло,  б — перед препятствием,  вледяной покров,   

г — скопление шуги.

На распределение скоростей по вертикали большое влияние оказывают:

- неровности в рельефе дна,

- ледяной покров,

- ветер,

- водная растительность.

По ширине потока скорости как поверхностная, так и средняя на вертикалях меняются довольно плавно, в основном повторяя распределение глубин в живом сечении: у берегов скорость меньше, в центре потока она наибольшая.

Линия, соединяющая точки на поверхности реки с наибольшими скоростями, называется стрежнем.

Наглядное представление о распределении скоростей в живом сечении можно получить построением изотах — линий, соединяющих в живом сечении точки с одинаковыми скоростями (рис. 6).

Область максимальных скоростей расположена обычно на некоторой глубине от поверхности. Линия, соединяющая по длине потока точки отдельных живых сечений с наибольшими скоростями, называется динамической осью потока.

Средняя скорость на вертикали вычисляется делением  площади эпюры скоростей  на  глубину вертикали  или при наличии измеренных скоростей в характерных точках по глубине (vпов, v0,2, v0,6, v0,8, vдон) по одной из эмпирических формул, например

Рис. 6. Изотахи в живом сечении речного потока.

Средняя скорость в живом сечении. Формула Шези

Для вычисления средней скорости потока при отсутствии непосредственных измерений широко применяется формула Шези:

или

где Hср — средняя глубина, R - гидравлический радиус, С — скоростной коэффициент, зависящий от шероховатости русла и гидравлического радиуса, i – уклон водной поверхности на участке реки.

Величина коэффициента С не является величиной постоянной. Для ее определения существует несколько эмпирических формул. Приведем две из них:

формула Манинга

формула Базена:

формула Павловского

где п — коэффициент шероховатости, находится по специальным таблицам. Переменный показатель в формуле Павловского определяется зависимостью:

Его еще можно вычислить по таким упрощенным формулам:

при R < 1 м  

при R > 1 м  

Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличением гидравлического радиуса или средней глубины. Это происходит потому, что с увеличением глубины ослабевает влияние шероховатости дна на величину скорости в отдельных точках вертикали и тем самым уменьшается площадь на эпюре скоростей, занятая малыми скоростями. Увеличение гидравлического радиуса приводит и к увеличению коэффициента С. Из формулы Шези следует, что скорость потока растет с увеличением уклона, но этот рост при турбулентном движении выражен в меньшей мере, чем при ламинарном.

Поперечные циркуляции

Одной из особенностей движения воды в реках является непараллельноструйность течений. Она отчетливо проявляется на закруглениях и наблюдается на прямолинейных участках рек. Наряду с общим параллельным берегам движением потока в целом имеются внутренние течения в потоке, направленные под различными углами к оси движения потока и производящие перемещения водных масс в поперечном к потоку направлении.

На стрежне вследствие больших скоростей на поверхности воды происходит втягивание струй со стороны, в результате в центре потока создается некоторое повышение уровня. Вследствие этого в плоскости, перпендикулярной направлению течения, образуются два циркуляционых течения по замкнутым контурам, расходящиеся у дна (рис. 7а). В сочетании с поступательным движением эти поперечные циркуляционные течения приобретают форму винтообразных движений. Поверхностное течение, направленное к стрежню - сбойное, а донное расходящееся — веерообразное.

Рис. 7. Циркуляционные   течения на прямолинейном  (а) и на изогнутом (б) участке русла (по Н. С. Лелявскому).

1 план поверхностных и донных струй, 2 — циркуляционные течения в вертикальной плоскости, 3 — винтообразные течения.

На изогнутых участках русла струи воды, встречаясь с вогнутым берегом, отбрасываются от него. Массы воды, переносимые этими отраженными струями, обладающими меньшими скоростями, накладываясь на массы воды, переносимые набегающими на них следующими струями, повышают уровень водной поверхности у вогнутого берега. Вследствие этого возникает перекос водной поверхности, и струи воды, находящиеся у вогнутого берега, опускаются по откосу его и направляются в придонных слоях к противоположному выпуклому берегу. Возникает циркуляционное течение на изогнутых участках рек (рис. 7б).

Появление поперечных течений на закруглениях русла объясняется развивающейся здесь центробежной силой инерции и связанным с ней поперечным уклоном водной поверхности. Центробежная сила инерции, возникающая на закруглениях, неодинакова на различных глубинах.

Рис. 8.  Схема  сложения  сил, вызывающих циркуляцию.

а — изменение по вертикали центробежной силы P1, б — избыточное давление, в — результирующая эпюра действующих на вертикали сил центробежной и избыточного давления, г — поперечная циркуляция.

У поверхности она больше, у дна меньше вследствие уменьшения с глубиной продольной скорости (рис. 8а). При перекосе водной поверхности возникает избыточное давление iпоп. где  — вес единицы объема воды; iпоп — поперечный уклон. Оно одинаково для каждой точки вертикали и направлено в противоположную сторону по отношению к центробежной силе инерции (рис. 8б, в). Вследствие неуравновешенности этих сил в отдельных точках по вертикали и возникает в потоке поперечная циркуляция (рис. 8г).

В зависимости от направления излучины отклоняющая сила Кориолиса или усиливает, или ослабляет поперечные течения на закруглении. Эта же сила возбуждает поперечные течения на прямолинейных участках.

При низких уровнях на закруглении циркуляционные течения почти не выражены. С повышением уровней, увеличением скорости и центробежной силы циркуляционные течения становятся отчетливыми. Скорость поперечных течений обычно мала — в десятки раз меньше продольной составляющей скорости. Описанный характер циркуляционных течений наблюдается до выхода воды на пойму. С момента выхода воды на пойму в реке создаются как бы два потока — верхний, долинного направления, и нижний, в коренном русле. Взаимодействие этих потоков сложно и еще мало изучено.

Вихревые движения

Помимо поперечных циркуляции, в потоке наблюдаются вихревые движения с вертикальной осью вращения (рис. 9). Одни из них подвижны и неустойчивы, другие стационарны и отличаются большими поперечными размерами. Чаще они возникают в местах слияния потоков, за крутыми выступами берегов, при обтекании некоторых подводных препятствий и т. д. Условия формирования стационарных вихрей пока не исследованы. Вероятно, образованию устойчивого локализованного вихря способствует значительная глубина потока и существование восходящего течения воды. Эти вихри в потоке, известные под названием водоворотов, напоминают воздушные вихри — смерчи.

Рис. 9   Схема  вихрей с вертикальными осями  (по К. В. Гришанину).

Поперечные циркуляции, вихревые движения играют большую роль в транспортировании наносов и формировании речных русел.

Основные закономерности структуры гидрографической сети. Густота речной сети. В зависимости от характера грунтов бассейна, рельефа местности, растительного покрова и количества выпадающих осадков русловая сеть обычно имеет различную разветвленность. В условиях легко проницаемых грунтов большая часть выпадающих осадков достигает речного русла подземным стоком, вследствие чего в этом случае русловая сеть менее развита. В горных районах, где осадков обычно больше, чем на равнине, а грунты менее проницаемы, густота русловой сети больше, чем в равнинных.

В лесных районах вследствие более благоприятных условий для фильтрации воды наблюдается несколько меньшая густота русловой сети, чем в безлесных.

Следует учитывать, что в изолированном виде трудно установить влияние какого-либо одного из указанных факторов; в большинстве случаев они совместно определяют условия развития русловой сети, хотя нередко какой-либо из них оказывает наибольшее воздействие. Это иногда приводит к противоречивым оценкам роли отдельных факторов в формировании речной сети.

Так, например, в гидрологической литературе встречаются утверждения, что повышенное развитие речной сети наблюдается на заболоченных территориях, в озерных котловинах и в других местах, где грунтовые воды находятся близко к земной поверхности, в то же время отмечается, что рельеф местности сравнительно мало влияет на плотность русловой сети.

Густота русловой сети обычно определяется как отношение длины всех водотоков данной площади, выраженной в километрах, к величине этой площади, выраженной в квадратных километрах, т. е.

Из определения понятия густоты русловой сети ясно, что числовые значения густоты русловой сети будут сравнимы между собой для отдельных районов, если они получены по данным карт одних и тех же масштабов и съемкам одной и той же степени полноты. Действительно, на картах мелких масштабов очень малые водотоки не могут быть показаны и, следовательно, общая длина водотоков окажется меньше, чем в том случае, когда определение длин производилось по картам более крупных масштабов.

Чем крупнее масштаб, тем точнее определяется густота русловой сети.

Наиболее часто определение густоты русловой сети производится следующим образом: рассматриваемая территория разбивается на сеть равновеликих квадратов и измеряется суммарная длина водотоков, находящихся в пределах каждого квадрата.

Разделив найденное значение на площадь квадрата, получим густоту речной сети в пределах этого квадрата.

Иногда степень развитости русловой сети характеризуют расчлененностью рельефа, определяя величину площадей, ограниченных двумя соседними реками и линией, проводимой между их истоками.

Густота русловой сети характеризует и средние расстояния между смежными водотоками. Справедливость этого вытекает из следующих рассуждений.

Представим себе, что какая-то часть территории равномерно покрыта водотоками (в том числе и пересыхающими), причем на всей площади F число таких водотоков п и длина каждого L. Тогда можно считать, что к каждому водотоку длиной L будет примыкать площадка f=F/n.

Для густоты русловой сети d имеем

а отсюда

Но отношение площади примыкающего к водотоку участка к длине участка равно ширине участка, т. е. расстоянию от данного водотока до ближайшего.

Для случая неравномерного распределения русловой сети величина l/d, очевидно, есть среднее расстояние между водотоками, а величина l/2d характеризует среднюю ширину склонов, с которых вода поступает в водотоки.

Учитывая, что тальвег водотока обычно начинается не от водораздела, а лишь на некотором расстоянии от него, среднюю ширину склона иногда рекомендуют вычислять по соотношению b = l/2,25d

Склоновая эрозия. Помимо основной гидрографической сети, образуемой системой ложбин, лощин, суходолов, малых рек, ручьев и реками средних и больших размеров, на поверхности земли имеется многочисленная сеть мельчайших борозд, промоин и ложбинок, распределенных в соответствии с микрорельефом местности. Поэтому поверхностный сток дождевых, ливневых и талых вод происходит обычно не сплошным слоем, а струями различной величины. Указанное струйчатое строение склонового стока обусловливает смывание верхнего слоя почвы. Этот процесс смывания почв поверхностным стоком носит название плоскостной эрозии.

При больших уклонах поверхности и на длинных склонах мельчайшие струйки сливаются в более крупные ручейки, которые создают более крупные струйчатые, или ручейковые, размывы-рытвины, или ложбины. Если глубина этих ложбин не препятствует обычной обработке почвы и ложбины могут быть сглажены при очередной вспашке, то эта стадия развития называется струйчатым подтипом плоскостной эрозии. В тех случаях, когда ложбины и размывы, созданные концентрированными потоками талых и ливневых вод, не могут быть сглажены обычной обработкой почвы, возникает новый тип водной эрозии — овражная эрозия. Овражная эрозия является следующим этапом развития струйчатой эрозии.

Речной бассейн

Поверхностный и подземный водосборы. Водоразделы. Деление и смешение вод. После выяснения исходных понятий, относящихся к характеристике гидрографической сети вообще и русловой в частности, рассмотрим более подробно структуру речных бассейнов. Территория земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда данная речная система или отдельная река получает водное питание, называется бассейном речной системы или реки. Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы.

Поверхностный водосбор представляет собой площадь земной поверхности, с которой воды поступают в данную речную систему или отдельную реку.

Подземный водосбор образуют толщи почво-грунтов, из которых вода поступает в речную сеть.

Поверхностный водосбор каждой реки отделяется от водосбора соседней реки водоразделом, проходящим по наиболее высоким точкам земной поверхности, расположенным между водосборами соседних рек. В общем случае поверхностный и подземный водосборы рек не совпадают. Однако в силу больших затруднений в определении границы подземного водосбора часто во всех расчетах и при анализе явления стока за величину бассейна принимают только поверхностный водосбор и вследствие этого не делают различия между терминами «речной бассейн» и «речной водосбор». Ошибки, возникающие в результате условного отождествления размеров бассейна и поверхностного водосбора, могут оказаться существенными только для малых рек и для рек, протекающих в геологических условиях, обеспечивающих хороший водообмен между бассейнами соседних рек (районы распространения карста). Для малых бассейнов ошибки могут оказаться велики потому, что те добавочные площади, которые в связи с несовпадением поверхностного и подземного водоразделов нужно прибавить или отнять от общей площади бассейна, в процентном отношении будут более значительными, чем для больших бассейнов.

В пределах бассейнов, расположенных на плоских равнинных пространствах засушливых районов, могут располагаться области значительных размеров, не имеющие стока в основную реку, полностью расходующие поступающую в виде осадков воду на испарение и питание подземных вод, уходящих за пределы речного бассейна. Такие бессточные области не должны включаться в величину водосборной площади реки.

Размеры бессточных областей могут меняться в зависимости от водности года: в многоводные годы они сокращаются, в маловодные увеличиваются.

Процесс эрозии, продолжающийся непрерывно в течение весьма длительного периода, может закончиться прорывом водораздельной линии двух соседних рек. Такое явление называется перехватом, или смешением (соединением), вод (рис. 10).


Рис. 10. Схема готовящегося речного перехвата.

Иногда смешение вод может осуществиться в результате бифуркации, или процесса дробления реки на рукава, обычно в нижнем течении. Отходящие в результате бифуркации от основного русла рукава могут ниже по течению снова влиться в основное русло или проложить себе путь по направлению к соседнему водосбору. Рукава, отделяющиеся от основного русла, могут и не соединяться с ним ниже по течению, а иметь самостоятельное устье.

В условиях равнинного рельефа иногда встречаются случаи соединения в верховьях рек, текущих в различных направлениях. Происходящее распределение поверхностного стока в верховьях различных речных систем называют делением вод. Случаи деления вод особенно широко распространены среди рек, протекающих по плоским, заболоченным территориям.

Отмеченные условия изменения границ бассейнов нужно особо иметь в виду при исследовании вопросов стока с малых низменно-болотистых бассейнов без ярко выраженной водораздельной линии, так как иногда это может оказать существенное влияние на величину площади бассейна.

Руководствуясь положением истоков соседних рек и сообразуясь с рельефом местности, можно на карте провести линию водораздела и тем самым выделить водосборную площадь реки.

Применительно к различным задачам приходится принимать во внимание водосборную площадь или всей реки, или отдельных ее частей.

Морфометрические характеристики речного бассейна. Особенности геометрического строения речных водосборов обычно характеризуют некоторыми количественными показателями - морфометрическими характеристиками. Среди этих характеристик основными исходными являются длина реки и площадь водосбора.

Длиной реки называется расстояние от истока до устья в километрах; счет километров принято вести от устья как от более определенной точки, чем исток. Следует при этом иметь в виду, что при сложном строении устьевой области выбор начального створа отсчета является условным. Однако при значительной длине реки это обстоятельство не имеет существенного значения, тем более, что устьевой створ принимается постоянным при всех последующих измерениях. Значительно большее влияние на измеряемую длину оказывает извилистость реки и масштаб топографической карты. Чем крупнее масштаб карты, тем точнее можно определить длину реки. Влияние извилистости на длину реки, измеренную по карте, учитывается введением поправок, установленных для различных категорий извилистости (рис. 11).


Рис. 11. Образцы извилистости рек.

Измерив длину рек, образующих данную речную систему, можно построить так называемую гидрографическую схему, которая дает наглядное представление о том, куда какая река и после какой впадает, какова ее длина по сравнению с длинами других рек бассейна. При построении гидрографической схемы по горизонтальной линии откладывают в масштабе длину главной реки. Притоки вычерчиваются в том же масштабе в виде прямых линий, отходящих от места впадения под некоторым (произвольным) углом к этой горизонтальной линии.

Площадь водосбора рек, расположенных в одинаковых физико-географических условиях, непосредственно определяет водность реки: чем больше река, тем она полноводнее. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и измеряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам производится планиметром. Произведя определение водосборной площади главной реки и ее притоков, можно полученные данные обобщить в виде графиков, дающих наглядное представление о распределении всей площади между отдельными притоками и об увеличении площади бассейна в зависимости от увеличения длины реки. Для этой цели удобно предварительно выразить площади отдельных частных бассейнов в процентах от всей площади. Одним из способов графического изображения распределения общей площади водосбора реки между ее притоками является так называемый круговой график водосбора (рис. 12).


Рис. 12. Круговой график бассейна р. Оки.

На этом графике общая площадь водосбора изображается в виде круга, а площади отдельных притоков в соответствующем масштабе в виде секторов. Нарастание площади водосбора по длине реки можно представить в форме графика, показанного на рис. 13.

Рис. 13. График нарастания площади водосбора р. Оки.

На этом графике по горизонтальной оси откладывается длина главной реки в принятом масштабе, по вертикальной — площади водосбора главной реки между притоками и площади бассейнов притоков. Постепенное нарастание площади бассейна главной реки в местах впадения притоков сменяется резким увеличением водосбора, что на графике отмечается отрезком вертикальной линии в принятом масштабе, соответствующим величине водосбора притока.

Между площадью водосбора F и длиной реки L существует корреляционная зависимость.

Форма  речных водосборов  обычно  характеризуется  расширением в средней части и сужением к устью и истокам реки.

Наряду с этой наиболее часто встречающейся формой имеются водосборы с мало изменяющейся по длине шириной (равномерно развитые водосборы) и более расширенной частью в верховьях или, наоборот, в нижнем течении и, наконец, водосборы, характеризующиеся уменьшением ширины в средней части.

При географических обобщениях некоторых характеристик, например стока, бывает целесообразно относить их к центру бассейна. При этом обычно за такую точку принимают геометрический центр фигуры бассейна, хотя это и нельзя признать вполне правильным, особенно в тех случаях, когда в пределах речного бассейна сток распределяется неравномерно. Более правильным было бы отнесение данных по стоку не к геометрическому центру бассейна, а к центру питания, т. е. к точке, соответствующей среднему взвешенному стоку этого водосбора. Однако определить центр питания возможно лишь в тех случаях, когда имеются достаточно подробные данные, освещающие территорию речной системы.

Таблица 1

Отношение средней ширины водосбора к длине реки

Характеристика формы водосбора

Площадь водосбора, км2

100

2000

5000

10000

Широкий (округлый)

Обычный  (грушевидный)

Узкий  (вытянутый)

0,85

0,40

0,20

0,65

0,30

0,15

0,55

0,26

0,13

0,50

0,24

0,12

Ширина водосборной площади реки не остается постоянной, она изменяется    по длине реки. Изменение ширины водосбора сказывается на количестве притекающей воды к руслу реки на различных участках, если на водосбор равномерно по его площади поступает вода, например от снеготаяния или дождя. Изменение ширины водосбора по длине реки может быть представлено в форме графика (идограммы). При построении этого графика (рис. 14) совмещают по оси абсцисс длины всех притоков с длиной основного водотока и откладывают последовательно на оси ординат средние ширины частных площадей водосбора.

Исходные данные для построения графика получают следующим образом. На плане водосбора (рис. 14а) выделяют бассейны более или менее крупных притоков и участки, где сток непосредственно поступает в основную реку, и для каждого из них по данным о длине и площади определяют средние ширины. 

Затем по оси абсцисс откладывают в масштабе гидрографическую длину реки. Вдоль этой линии, как показано на рис. 14б, вначале откладывают частные ширины так называемых бесприточных участков основного водотока 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, а затем ширины водосборов притоков А, В, С; частная ширина первого притока А отложена вправо на протяжении 45 км от точки, находящейся на расстоянии 15 км по оси абсцисс от устья; эта частная ширина в соответствии с длиной притока А расположилась над шириной участков 3-4, 2-3, 1-2. Частная ширина второго притока В отложена от точки, находящейся на расстоянии 32 км по оси абсцисс; эта ширина отложена над суммарной шириной участков 2—3 и над шириной участка 1—2 и т. д. В результате получаем график, позволяющий судить об изменении ширины бассейна по длине реки. Это построение иногда называют графиком единичных ширин.


Рис. 14. Схема построения графика изменения   ширины    водосбора   по

             длине реки  (идограмма).

Физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

В настоящем разделе приводится краткое пояснение применяющихся понятий и в отдельных случаях рассматривается влияние их на режим рек.

Более подробное изложение взаимосвязи режима вод суши с физико-географическими факторами дается в дальнейшем при рассмотрении различных элементов режима.

Географическое положение бассейна определяется географическими координатами (широта и долгота), между которыми он находится. Общее, но достаточно ясное представление о географическом положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, горных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в большинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, характер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачивание, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы охарактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распределение осадков по территории бассейна, температуру воздуха и условия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, определяющим водность рек и характер их режима. Поэтому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении общих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно характеризуется сведениями об основных видах растительности, распространенной в пределах водосбора с указанием размеров занимаемых ими площадей. Важно знать, где расположены лесные массивы (в верхней, средней или нижней частях водосбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельскохозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является коэффициент лесистости, представляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдельных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в долях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и наличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имеющимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей площади речного бассейна.

В условиях горных водосборов водность реки существенно изменяется по высоте. Это изменение водности можно характеризовать гидрографической кривой бассейна. Она аналогична гипсографической кривой, характеризующей нарастание по высоте площади бассейна. Гидрографическая кривая, кривая связи стока с высотой и гипсографическая кривая являются основными характеристиками, наглядно иллюстрирующими распределение среднего стока по площади и высотным зонам бассейна.

Речные долины

Элементы долины и поймы. Долинами называются относительно узкие и вытянутые в длину, большей частью извилистые пониженные формы рельефа, характеризующиеся общим наклоном своего ложа к устью. Долины, встречаясь между собой, никогда не пересекаются, а сливаются вместе в одно общее понижение. Размеры долин, равно как и их очертания, а отчасти и происхождение, могут быть весьма различны, но отмеченные особенности свойственны всем долинам.

В долине различают следующие составные части:

1. Самая низкая часть долины — дно, или ложе. Линия, соединяющая самые глубокие точки долинного ложа, называется тальвегом. Тальвег в общем совпадает с направлением линии наибольших поверхностных скоростей течения речного потока. Часть ложа долины, занятая водами реки, называется руслом. В долинах, по которым сток имеет место в редких случаях, наиболее глубоко врезанную часть их называют сухим руслом.

2. Повышенные участки суши, ограничивающие с боков ложе долины, называются склонами долины.

3. Места сопряжения дна долины со склонами отмечаются часто более или менее заметным изломом в поперечном профиле и называются подошвой склонов.

4. Зона сопряжения склонов долины с прилегающей местностью называется бровкой долины.

5. Относительно горизонтальные площадки, располагающиеся уступами по высоте в пределах дна и склонов долины, называются террасами.

Терраса, расположенная в пределах дна долины и заливаемая речными водами во время половодья, носит название поймы. Терраса, залегающая непосредственно над дном долины (поймой), считается первой террасой, следующая за ней, располагающаяся выше — второй и т. д.

В поперечном разрезе поймы различаются следующие ее части:

а) наиболее возвышенная полоса, непосредственно прилегающая к руслу реки, называемая прирусловой поймой;

б) средняя часть поймы, обычно более низкая и ровная, называемая центральной поймой;

в) наиболее пониженная часть, имеющая иногда вид заболоченной ложбины, прилегающая к коренному берегу долины, называется притеррасной поймой. Пойма может отсутствовать, например, у горных рек, которые не имеют развитой долины и протекают в глубоких и узких расщелинах гор.

6. Самая верхняя (по течению) часть долины, где тальвег исчезает, а склоны утрачивают свои отчетливые очертания, называется в зависимости от своей формы началом долины, или долинным замыканием. В равнинных и холмистых странах долины в верховьях часто незаметно переходят в широкие, расплывчатые, без ясно выраженных склонов ложбины, которые служат путями для стока атмосферных вод и потому называются ложбинами стока.

Долина, служащая вместилищем водотока, называется речной долиной.

Долинное ложе обычно бывает извилистым в плане и изменчивым по ширине: расширения чередуются с более или менее резкими и внезапными сужениями. Это чаще всего наблюдается в долинах, пересекающих на своем пути различные горные гряды, разделенные понижениями, или же полосы пород различного состава и различной сопротивляемости выветриванию и размыву. Сужения долин могут нередко обусловливаться и другими причинами, например выносами продуктов размыва из боковых долин в главную (конусы выноса), обвалами, осыпями и пр.

Перекаты, перевалы и их элементы. Нормальный и сдвинутый перекаты. Эволюция перекатов в пределах перекатных участков. Закономерно связано с очертанием русла равнинных рек в плане распределение глубин. Произведя промеры глубин, можно на плане изобразить русло в изобатах (линиях равных глубин). Расположение изобат показывает, что равнинные реки представляют собой чередование плесов (глубоких участков) и перекатов (мелких частей).

Перекатом называется более или менее устойчивое образование в русле, обычно в виде косого поперечного вала из наносов, пересекающего русло. Перекаты имеют следующие основные элементы (рис. 15):

Рис. 15. Общая схема переката.

а — план, б — продольный профиль по фарватеру;

1 — верхняя коса (пески), 2 — нижняя коса (пески), 3 — верхняя плёсовая лощина, 4 — нижняя плёсовая лощина, 5 — седловина, 6 — корыто, 7 — напорный скат, 8 — подвалье, 9 — гребень (вал), 10 — фарватер, 11 — изобаты, 12 —затонская часть нижней плесовой лощины.

 

1) верхняя коса, или верхние пески, расположена выше (считая по течению) корыта переката;

2) нижняя коса, или нижние пески, расположена ниже корыта переката.

Иногда верхнюю косу называют верхним побочнем, а нижнюю косу — нижним побочнем.

3) верхняя плёсовая лощина, или ложбина,— глубокая часть русла выше переката;

4) нижняя плёсовая лощина, или ложбина,— глубокая часть русла ниже переката;

5) седловина, или гребень,— наиболее повышенная часть вала из наносов, соединяющего верхнюю и нижнюю косы переката;

6) корыто переката — наиболее глубокая часть седловины, где обычно проходит фарватер;

7) напорный (верхний) скат — верховая часть седловины переката, обращенная к верхней плесовой лощине, обычно более пологая, чем низовая часть (подвалье);

8) подвалье — низовая часть, или тыловой скат, седловины переката, лежащая ниже вала переката и обращенная в сторону нижней плесовой лощины, обычно более крутая, чем напорный скат;

9) гребень (вал),

10) фарватер – линия, соединяющая самые глубокие точки дна реки по ее длине,

11) изобаты,

12) затонская часть нижней плесовой лощины.

Перечисленные выше основные элементы переката в каждом отдельном случае имеют тот или иной вид в плане и в профиле и находятся в том или ином положении относительно друг друга, в зависимости от чего образуются перекаты различных типов. В отдельных случаях в местах перегиба русла образуются плоские возвышения дна, имеющие меньшую глубину, чем прилегающие к ним плёсовые лощины и опускающиеся полого, без резковыраженного  подвалья   (рис.  16).  Такие возвышения дна  между плесовыми лощинами носят название перевалов.

Глубокие участки русла реки соответствуют изогнутым в плане частям русла, а перекаты — прямолинейным участкам, расположенным между закруглениями.

Рис. 16. Схема переката и образование перевалов

В расположении перекатов в основном возможны два случая:

1)  если фарватер плавно переходит из одного плеса в другой, а оси изобат плесов находятся на продолжении одной линии, перекат называется нормальным (рис. 17).

Рис. 17. Схема нормального переката.

2) если фарватер представляет собой искривленную линию, а оси изобат плесов сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении, перекат называется сдвинутым (рис. 18).

Рис. 18. Схема сдвинутого переката.

Глубины на нормальном перекате обычно бывают больше, чем на сдвинутом, поэтому с точки зрения судоходства первый называют хорошим перекатом, а второй — плохим.

С течением времени перекаты и плесы могут передвигаться по течению так же, как передвигаются извилины реки.

Перекатные участки, включающие в себя группы последовательно расположенных один за другим перекатов, в течение длительных периодов времени сохраняют свое общее местоположение, в то время как каждый отдельный перекат группы непрерывно смещается вниз по течению. При этом по мере того как песчаные скопления (побочни) самого нижнего из группы переката сносятся в пределы нижерасположенного плеса и перекат как таковой исчезает, песчаные отложения, образующиеся по выходе из вышерасположенного плеса, дают начало образованию нового переката в верхней части участка.

Характерные речные образования

На реках, русла которых сложены подвижными скоплениями наносов, формируются характерные формы рельефа дна и плановых очертаний (Рис. 19).

Рис. 19. Формы русловых образований.

К характерным плановым очертаниям относятся:

залив — глубоко вдающаяся в берег часть реки;

затон – часть реки, отделившаяся в процессе плановых деформаций русла от проточной ее части и имеющая слепой конец, обращенный вверх по течению;

протокаответвление реки, нередко отходящее далеко от основного русла и отличающееся от него меньшими размерами. Некоторые протоки могут иметь большие ширины и глубины по сравнению с руслом, но скорости течения при низких уровнях в них всегда значительно меньше;

староречье - участок старого русла реки (рис. в презентации)

островучасток суши, ограниченный рукавами или протоками реки (рис. в презентации);

осередок - скопление наносов в русле реки (обычно в средней части) при малой транспортирующей способности потока и большом поступлении наносов (рис. в презентации);

останец обтекания - участок поймы (дна долины) между действующим руслом и покинутым рекой старым руслом (староречьем);

рукав — часть русла реки, отделенная островом;

отмель — мелководное место в русле, при очень низкой воде обсыхающее; отмель, покрытая водой при более высокой воде, называется мелью;

коса – длинная, низкая, узкая клинообразная намывная полоса, состоящая из речных отложений (рис. в презентации);

закосок – небольшая подводная песчаная коса, примыкающая к большой косе или берегу;

приплесокузкая полоса (песчаная, галечная) по береговому склону, заливаемая даже при небольших подъемах уровня воды;

плес - глубоководный участок русла реки, расположенный между перекатами.

пляжширокая ровная береговая полоса, примыкающая к руслу, сложенная речными наносами (чаще песчаными) (рис. в презентации);

побочень – песчаное скопление в виде примыкающей к берегу части перекошенной в плане ленточной гряды;

гряды – подвижные образования, представляющие собой скопления песчаных наносов на дне русла реки (рис. в презентации);

заструги – скопления наносов в русле реки в форме крупных гряд, примыкающих к песчаному берегу. Гребни ориентированы почти параллельно друг другу и направлены под некоторым углом вниз по течению. Разрастаясь, могут образовывать песчаные косы;

заманиха – песчаная подводная заструга больших размеров, выступающая далеко в русло реки от ухвостья надводной косы;

шалыга – небольшой песчаный подводный бугор из наносов, возникший случайно, образуется при появлении местного уменьшения скоростей за препятствием. При удалении препятствия шалыга обычно размывается;

PAGE  23


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68519. Философия нового времени 148.5 KB
  Это удалось сделать только немецкому философу Иммануилу Канту. Иммануил Кант Иммануил Кант 1724-1804 немецкий философ. Основатель немецкой классической философии представителями которой кроме Канта являются Фихте Шеллинг Гегель Фейербах. Кант родился в городе Кенигсберге и всю жизнь не выезжал из него.
68520. Философия жизни 131 KB
  Философия жизни возникает в 60-70 годах XIX века, наибольшего развития достигает в первой четверти XX века. Затем ее идеи воспринимают экзистенциализм и персонализм. Согласно философии жизни, все существующее рассматривается как формы проявления жизни...
68521. Русская философия 346 KB
  Речь идет об учреждениях и традициях автоматических навыках и твердых правилах избавляющих индивидуумов каждый раз самостоятельно и заново а следовательно и своевольно решать возникающие в их жизни проблемы колеблясь в выборе между различными способами поведения.
68522. Понятие бытия. Бытие-в-мире и бытие мира, универсальный характер этих понятий. Проблема единства мира 170.5 KB
  Вещи и явления возникают длятся и исчезают во времени а также занимают ограниченное место в пространстве. имеющие предел ограничивающий их бытие во времени и в пространстве. И во времени оно тоже ограничено: в какой-то момент появилось и через какое-то время исчезнет например будет съедено или сгниет...
68523. Культура и цивилизация. Общее понятие культуры, антропологические предпосылки и основные определения культуры 169.5 KB
  Общее понятие культуры антропологические предпосылки и основные определения культуры Мы начнем с самого общего представления о культуре которое охватывает все что сюда входит; это будет следовательно самое абстрактное определение но зато самое исходное.
68524. Общее понятие ценности. Ценность и истина. Проблема ценности в истории философии 109 KB
  Отличие человека от других живых существ можно определять по многим признакам: прямоходящее существо обладающее сознанием; способное к чувству стыда; владеющее членораздельной речью; использующее символы; производящее орудия и т. Это и означает что человеческие действия всегда ориентированы на ценности.
68525. Философия в контексте культуры 351.5 KB
  Для одного человека это способ выразить себя. Мировоззрение это совокупность общих представлений человека о своем месте в мире и вытекающих из этого жизненных принципов и целей. Специфика философских проблем состоит в том что конкретные моменты взаимодействия человека с миром рассматриваются...