Лекция № 3. Весной при ледоходе на отдельных участках рек образуются скопления кристаллического льда, которые называются затором

Весной при ледоходе на отдельных участках рек образуются скопления кристаллического льда, которые называются затором.

На уровенный режим рек резко влияют фазы ледового режима реки.

Фазы ледового режима реки

В ледовом режиме рек можно выделить три фазы: замерзание-появление первичных форм ледообразования, ледостав и вскрытие. Не на всех реках наблюдаются все три фазы ледового режима. Их наличии или отсутсвие обусловливается климатическими и динамическими причинами и поступлением в русла рек более теплых подземных вод.

Первичная форма ледообразования включает в себя:

1. Забереги- это полоса неподвижного льда, прикрепленного к берегу.

2. Одновременно с заберегами, а иногда несколько позже на реке появляется сало. Сало- это очень тонкий слой мельких ледяных кристалликов, находящихся в реке в виде отдельных пятен.

3. Зажоры- скопления рыхлого льда под ледяным покровом. Возникают зимой.

5. Плаваюшие по реке льдины и ледяные поля (забереги, сало,шуга и др.) образуют осенний ледоход.

6. Шугой называется поднимающийся на поверхность внутриводный льёд.

7. Ледостав -это полное замерзание реки.

8. С приходом весны начинает поступать большее количество тепла в водную массу что закладывает начало весенного ледохода.

Зажоры и заторы забивают живое сечение реки и вызывают резкое повышение уровня воды. При зарастании русла при одном и томже расходе уровни выше, чем в период, когда растительность в русле отсутствует.

Скорости течения. Скорости течения речного потока (или кинематики потока) подробно изучаются в курсе гидравлики. Здесь же мы обратим внимание лишь на те особенности кинематики потока, которые необходимо знать для понимания основных разделов гидрологии.

Вода в реках движется под действием силы тяжести. Скорость течения зависит от соотношения между величиной составляющей силы тяжести, параллельной линии продольного уклона потока и силы сопротивления, возникающего в потоке в результате трения движущейся массы воды между дном и берегом. Величина продольной составляющей силы тяжести зависит от уклона русла, а сила сопротивления - от степени шероховатости русла. Если сопротивление оказывается равным движущей силе, то движение воды становится равномерным. Если же движущая сила превышает силу сопротивления, движение приобретает ускорение; при обратном соотношении этих сил движение замедляется. Существует две категории движения воды - ламинарное и турбулентное.

Ламинарное движение представляет собой параллелоструйчатое движение. Ламинарное движение отличается следующими особенностями: 1) Все частицы потока движутся в одном общем направлении, не испытывая поперечных отклонений; 2) скорость течения воды плавно возрастает от нуля у стенка русла до максимума на свободной поверхности; 3) скорость течения прямо пропорциональна уклону свободной поверхности и зависит от вязкости жидкости.

Турбулентное движение имеет следующие особенности: 1) скорости потока пульсируют, т. е. направление и величина скорости в каждой точке все время колеблется; 2) Скорость течения от нуля на стенке быстро растет в пределах тонкого придонного слоя; в дальнейшем, по направлению к водной поверхности скорость возрастает медленно; 3) скорость течения воды не зависит или почти не зависит от вязкости жидкости и при отсутствии влияния вязкости пропорциональна корню квадратному из уклона.; 4) частицы воды перемещаются не только вдоль потока, но также по вертикали и в поперечном направлении, т.е. происходит перемещивание всей текущей массы воды.

Таким образом в турбулентном движении установлено, что в открытых потоках амплитуда пульсаций увеличивается от поверхности ко дну. В поперечном сечении потока амплитуда пульсаций возрастает от оси потока к берегам.

В связи с извилистостью и разнообразными формами русел течение воды в реках почти никогда не бывает параллельно берегам, и водный поток разбивается на отдельные так называемые внутпенние течения. Эти течения размывают русло, переносят продукты размыва (наносы) и откладывают их в русле, в результате чего возникают косы, осередки, перекаты, перевалы и другие подводные препятствия.

В речном потоке существуют следующие внутренние течения: 1) течение, вызываемое кривизной русла; 2) течение, возникающее при вращении земли вокруг оси; 3) вращательное (вихревое) движение воды, обусловленное недостаточной обтекаемостью русловых форм.

Различают мгновенную скорость и местную скорость в точке потока. Мгновенной скоростью (U) (см. рис. 1) называется скорость в данной точке потока в данное мгновение. В прямоугольной системе координат мгновенная скорость имеет продольную составляющую, направленную горизонтально вдоль продольной оси потока и вертикальную - направленную по вертикальной оси потока.

В практических расчетах, как правило, приходится иметь дело со скоростями течения, осредненными во времени. Скорость течения в точке потока, осредненная за достаточно продолжительный период времени, называется местной скоростью и определяется выражением

(1)

где - площадь графика пульсации скорости в пределах периода времени T (рис. 1).

Рис. 1. График пульсаций продольной составляющей скорости течения воды.