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 км² 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/км² в низовьях Волги до 1,5-2,6 км/км² 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

 

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.

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, м²) 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 (h_cp) 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.

 

Таблица 1.4.1.1

Средние уклоны некоторых рек на территории РФ

Река	Средний уклон, 0/00%	Река	Средний уклон, 0/00%	Река	Средний уклон, 0/00%
Сев. Двина Нева Волга	0,07 0,07 0,7	Обь Енисей Ангара	0,04 0,37 0,21	Амур Кубань Терек	0,11 1,46 4,77