Mișcarea fluidului prin conducte. Dependența presiunii fluidului de debitul său

Viteza medie la adâncime este raportul dintre suprafața hodografului și adâncimea maximă a râului. Aria hodografului poate fi calculată fie din paletă, fie prin calcularea ariei secțiunii transversale vii a râului (a se vedea sarcina 2).

Sarcina 2

Determinați aria secțiunii transversale deschise a râului folosind datele din tabelul 8:

Tabelul 8

Adâncimea secțiunii transversale a râului

Aria secțiunii transversale vie a unui râu este calculată ca suma unui număr de figuri geometrice elementare (Fig. 9).

Figurile A 1 A 2 B 1 și A 5 B 4 A 6 sunt triunghiuri, aria fiecăruia dintre ele este egală cu jumătate din produsul bazei și înălțimii. Figurile rămase sunt trapeze. Aria fiecărui trapez este egală cu produsul dintre jumătate din suma bazelor și înălțimea.

Orez. 9. Secțiune transversală a râului

Punctele A 1, A 2, A 3 etc., la care s-au efectuat măsurătorile de adâncime, se numesc puncte de măsurare. Punctul de plecare de la care se fac măsurătorile A 1 se numește începutul permanent al aliniamentului.

Sarcina 3

Calculați debitul apei în râu dacă se știe că aria secțiunii transversale deschise este de 42,2 m2, viteza maximă a apei în râu este de 0,5 m/s, iar adâncimea medie a râului este de 4,5 m.

Calculul vitezei medii a râului pe baza vitezei maxime de suprafață se realizează folosind formula:

,

unde, V av - viteza medie; V max - viteza maximă, K - coeficientul de trecere a vitezei maxime la medie. Coeficientul K este prezentat în tabel. 9.

Tabelul 9

Valorile coeficientului de tranziție de la viteza maximă la medie

Sarcina 4

Determinați folosind formula Chezy (
, Unde CU coeficient de viteza, R- raza hidraulică, i– panta medie a râului), viteza medie a râului, dacă se știe că într-o secțiune dată fundul canalului este compus din material nisipos, există insule și bancuri. Panta medie a râului este de 0,000056, raza hidraulică este de 1,8 m.

Coeficientul de viteză C în formula Chezy este determinat de formula Bazin
.

Coeficientul de rugozitate y se determină conform tabelului 10.

§ 5. CURENȚI ÎN CURGEREA RÂUULUI

În canalele râurilor, curgerea apei are loc datorită pantei longitudinale. S-ar părea că sub influența pantei viteza curgerii va crește din ce în ce mai mult. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă. Energia curgerii unui râu este cheltuită pentru frecarea internă a apei și pentru depășirea frecării cu fundul și malurile. Prin urmare, în general, nu există o accelerare a mișcării apei într-un flux de râu, dar poate apărea o accelerație locală, de exemplu, pe rifle și repezi.

În natură, există două moduri de mișcare a fluidului: laminar (curentul paralel) și turbulent (vortex aleatoriu).

În modul laminar, fluxurile individuale de apă se deplasează paralel între ele, fără a se amesteca între ele. Vitezele particulelor individuale de apă sunt constante ca mărime și direcție. Vitezele la pereți sunt zero, apoi cresc treptat, ajungând

Orez. 8. Curenți interni la curbele de canal

Cea mai mare valoare este în mijlocul fluxului. În natură, curgerea laminară are loc atunci când apa trece prin porii solului. Acest lucru este posibil doar la viteze foarte mici. De exemplu, conform calculelor, un debit de apă de 1 m adâncime cu un pat nisipos și o temperatură de 20 ° C va avea mișcare laminară dacă viteza nu depășește 0,5 mm/s. La viteze mai mari, mișcarea apei va fi turbulentă.

Cu mișcare turbulentă, particulele de apă se mișcă aleatoriu, amestecându-se constant și formând vârtejuri în unele cazuri. Viteza lor se schimbă în mod continuu și instantaneu în mărime și direcție (adică are loc pulsația vitezei). În râuri, mișcarea apei este întotdeauna agitată. Gradul de turbulență, sau intensitatea amestecării maselor de apă într-un flux de râu, depinde de rugozitatea canalului și de viteza curgerii. Cu un canal neuniform și cu viteză mare de curgere, gradul de turbulență este mai mare, cu un canal relativ plat și cu viteză redusă de curgere, este mai mic.

Viteza de tranziție a unei mișcări la alta la o adâncime dată de curgere se numește critică. Pe măsură ce adâncimea crește, viteza critică scade. Potrivit lui M.A. Velikanov, trecerea de la mișcarea fluxului laminar la fluxul turbulent și înapoi la adâncimi de 10, 100, 200 cm are loc cu viteze critice egale cu 0,4, respectiv; 0,04, 0,02 m/s.

Debitul general al curgerii râului de-a lungul canalului este modificat în timpul mișcării acestuia, iar în acesta se creează curenți interni. Motivele apariției unor astfel de curenți sunt coturile canalului, creșterea și scăderea nivelurilor, prezența straturilor de apă cu temperaturi diferite în flux, rotația Pământului, precum și influența topografiei inferioare. , vânt, structuri etc.

Sub influența forței centrifuge, la coturile canalului se formează un curent de suprafață, îndreptat de la malul convex spre cel concav, iar la fund, dimpotrivă, de la concav la convex (Fig. 8). -Datorită frecării pe fund, viteza curentului de adâncime de la malul concav la malul convex este mai mică în comparație cu cea de suprafață, prin urmare, lângă malul convex, nivelul crește și se creează o pantă transversală a suprafeței apei. De exemplu, pentru un râu cu o rază de curbură de 1000 m, o viteză de curgere de 1 m/s și o adâncime de 5 m, viteza curentului transversal de suprafață este de aproximativ 3,8 cm/s, iar în partea de jos - 3,3 cm/s Cu. Interacțiunea curgerii longitudinale cu curgerea transversală conferă fluxului un caracter elicoidal. Deoarece canalul râului este format din meandre, care se transformă unul în altul, direcția curgerii transversale se schimbă constant.

Orez. 9. Curenți interni în timpul creșterilor și căderilor de apă în canal

Ca urmare a rotației Pământului în albiile râurilor, apare o forță inerțială îndreptată spre malul drept și sub influența acestei forțe

se creează un flux transversal constant. Acesta din urmă este îndreptat în stratul de suprafață spre malul drept, iar în stratul inferior - spre stânga. Vitezele curentului transversal sunt scăzute. De exemplu, pentru un râu cu o adâncime de 5 m și o viteză de curgere de 1 m/s, vitezele transversale la suprafață, conform calculului, sunt de aproximativ 0,25 și la fund - 0,23 cm/s.

Interacțiunea debitului longitudinal de apă cu unul transversal, de asemenea

conferă fluxului un caracter elicoidal, dar foarte slab.

Dacă direcția curgerii transversale la coturile canalului coincide cu direcția fluxului transversal din rotația Pământului, atunci curgerea șurubului intern se intensifică, dar dacă nu coincide, scade.

Când apa crește, apar doi curenți de șurub, mergând de la mijloc în sus, la suprafață - spre țărmuri, iar de-a lungul fundului - spre mijloc (Fig. 9).

Când apa scade, se observă curenți de circulație inversă.

Trebuie avut în vedere faptul că mișcarea apei într-un flux de râu are forme mai complexe față de cele descrise mai sus; curenții interni se schimbă în mod constant, se estompează și reapar.

Odată cu natura turbulentă a mișcării unui flux de râu, așa cum sa indicat deja, viteza fiecărei particule de apă se schimbă continuu. Cu toate acestea, dacă în orice punct al fluxului viteza pulsatorie este măsurată cu un instrument pentru un timp suficient de lung, atunci este posibil să se obțină viteza medie în acest punct, care are o anumită magnitudine și direcție.

Pentru a vă face o idee despre distribuția vitezelor de curgere în albia unui râu, se măsoară valorile medii ale acestora și se desenează grafice. Dacă măsurați vitezele medii ale curgerii în mai multe puncte, apoi trasați-le dintr-o linie dreaptă pe scara corespunzătoare în desen sub formă de segmente, apoi conectând capetele acestor segmente cu o curbă netedă, obținem un grafic al vitezei numit un hodograf sau o diagramă de viteză.

De obicei, diagramele de viteză sunt construite pe verticală, în secțiune transversală și în plan.

În canalele deschise, viteza medie verticală este Odred (Fig. 10, A) situat de obicei la o distanta de 0,6 adancime h de la suprafata. Cea mai mare viteză verticală este de obicei situată puțin sub suprafață, deoarece viteza la suprafață Utsov sunt influențate de forța de frecare cu aerul și de tensiunea superficială a apei. Cea mai mică viteză a curentului este în partea de jos. Această distribuție verticală a vitezelor de curgere este supusă unor modificări semnificative sub influența diverșilor factori. De exemplu, cu vântul, a cărui direcție coincide cu direcția curentului, viteza la suprafață crește și invers. Neregulile de fund și vegetația acvatică sunt așa

Orez. 10. Distribuția pe verticală a vitezelor curente într-un canal de râu deschis (o) și un canal cu acoperire de gheață (b)

provoacă și o redistribuire a vitezelor. În locurile în care fluxul este comprimat, de exemplu între bonturile de pod, vitezele de curgere cresc.

În timpul perioadei, viteza curentă în apropierea stratului de gheață este aceeași ca în partea de jos sau mai mică, iar viteza cea mai mare este Vmax (Fig. 10, b) situat la o distanta de 0,3-0,4 adancimi de canal.

Izotacii - linii cu viteze egale - sunt distribuite de-a lungul secțiunii transversale vii a râului, în conformitate cu conturul profilului transversal al canalului. Pentru un canal deschis, izotachele au forma unor curbe deschise (Fig. 11, A), pentru un canal sub acoperire de gheață - curbe închise (Fig. 11.6).

Dacă determinați vitezele medii ale curgerii verticale pe toată lățimea canalului, apoi le trasați sub formă de segmente pe planul râului sau dintr-o linie orizontală în sus sau în jos, veți obține o diagramă a vitezelor medii ale curgerii râului în plan (fig. 12). O astfel de diagramă poate fi construită și pentru cele mai mari viteze. De obicei, conturul diagramei este similar cu conturul unei secțiuni transversale vii a unui râu. Vitezele medii ale curentului cresc de la maluri până la mijlocul canalului. Locurile cu cea mai mare adâncime, de regulă, corespund celor mai mari viteze curente.

Linia care leagă punctele cu cea mai mare viteză de curgere în secțiunile vii adiacente ale canalului se numește axa dinamică a curgerii râului. Cele mai mari viteze de curgere sunt distribuite în secțiuni vii într-o manieră foarte diversă, prin urmare axa dinamică se îndoaie atât pe orizontală, cât și pe verticală.

Orez. 11. Distribuția vitezelor de curgere de-a lungul secțiunii transversale vii a râului

În practica navigației, se folosește conceptul de miez al râului. Se referă la locurile din râu cu cea mai mare adâncime și viteze de curgere.

De obicei, viteza curgerii unui râu este înțeleasă ca viteza medie pe întreaga secțiune de curgere. Dependența vitezei curgerii de panta longitudinală, adâncimea și rugozitatea canalului este exprimată prin formula Chezy:

Orez. 12. Distribuția în plan a vitezelor de curgere a râurilor

unde Cm este coeficientul Chezy (multiplicatorul de viteză);

ρ - raza hidraulică, m Este raportul dintre secțiunea vie a canalului co, m 2, și perimetrul (conturul) lui umed x, m;

l - panta suprafetei.

Lățimea râului este semnificativ mai mare decât înălțimea malurilor, așa că în loc de întregul perimetru x, se ia adesea doar lățimea râului ÎN; la împărțirea k la B se obține adâncimea medie hav. În consecinţă, p~ havg.

Din ecuația (8) este clar că pe măsură ce panta / crește, viteza curgerii crește și invers. Cu o creștere a debitului de apă Q, aria secțiunii transversale deschise crește și, prin urmare, p w~ av. Rezultă că, pe măsură ce adâncimea crește, viteza curentă crește, iar pe măsură ce scade, aceasta scade.

Multiplicatorul de viteză Cm ia în considerare influența rugozității canalului. Pentru calcule aproximative, se poate determina folosind formula lui Bazin:

unde y este coeficientul de rugozitate, ținând cont de starea suprafeței canalului. Pentru canalele de pământ y = 1,3, pentru un canal cu fund de pietriș grosier y = 1,75, pentru câmpii inundabile cu vegetație y = 2 - 4 etc.

Astfel, cu cât este mai mare rugozitatea canalului, cu atât este mai scăzută SD și, după cum rezultă din formula Chezy, cu atât viteza medie a curgerii este mai mică.

Vitezele curente, m/s (km/h), în anumite secțiuni ale râurilor mari de câmpie sunt caracterizate de următoarele date orientative:

Acces liber în apă înaltă. . . . . . 1,5-2,0(5,4-7,2)

Acces liber în apă joasă...... 0,25-0,4 (0,9-1,14)

Rapide cu curent rapid..... 1,5-2,0(5,4-7,2)

Rifle cu un curent silențios...... 0,5-1,0(1,9-3,6)

Apele liniștite sunt curenți lenți formați în spatele malurilor convexe, depozite mari de nisip în albia râului etc. Când vasul se mișcă în sus, ele urmează apa liniștită pentru a crește viteza de mișcare.

Vârtejul este o mișcare constantă de rotație a apei în albia unui râu. Vârtejurile creează adesea găuri adânci (bazine) și sunt tipice pentru râurile de munte și semimontane.

Orez. 13. Conducerea la piața de munte

Suvod este un corp de apă cu o mișcare de rotație a apei (Fig. 13), situat de obicei în spatele proeminențelor de mal, cape, maluri convexe, puternic proeminente în canal. În aceste locuri, curentul, care curge în jurul țărmului cu viteză mare, întâlnește în drum o corvoidă și creează în fața lui un stagnant de apă și o creștere a nivelului. Trecând pe margine, debitul de apă se abate de la acesta și, prin inerție, parcurge o anumită distanță. În spatele pervazului, nivelul apei este coborât, motiv pentru care în partea inferioară a suvodilor apa este extrasă din pârâul principal, iar în partea superioară, dimpotrivă, din zona suvodilor în pârâul principal. a fluxului. Acest proces are loc continuu și provoacă mișcarea de rotație a apei.

Când apa se rotește în apă, fundul are un efect de frânare. Ca urmare, mai aproape de suprafața apei, viteza de rotație a apei și forțele centrifuge cresc. Sub influența forțelor centrifuge, mai multă apă este aruncată de pe axa apei la suprafață și mai puțină în partea de jos. Se formează un flux ascendent de jos în sus de-a lungul axei suvodi, completând apa respinsă. Erodează fundul, captează produse de eroziune, creând o depresiune în formă de pâlnie în fund.

Pe măsură ce viteza scade, apa curge lin în jurul marginii, formând o apă liniștită în spatele acesteia.

De-a lungul malurilor concave, în coturile ascuțite ale albiei râului, se formează și suvoide. Spre deosebire de căile navigabile situate în spatele marginilor malurilor, aici curenții descendenți de apă coboară în centrul căii navigabile spre fund și se răspândesc în lateral. Acest tip de suvodi cu o pâlnie clar definită la suprafața apei este uneori numit vârtej.

Suvoidele din apropierea malurilor concave se formează atunci când se încalcă condiția de curgere lină în jurul malurilor unui cot. Această condiție este îndeplinită

dacă raza de curbură este radiată R mai mult de trei ori lățimea canalului ÎN, adică R/B> 3. Pentru rază mai mică R la malul concav

În partea de sus a curbei, precum și la malul convex imediat sub vârf, apar zone de abatere accentuată a fluxului de apă, în care se creează suvodii.

Orez. 14. Debitul de presiune la un cot de canal

Suvodi poate exista constant sau poate apărea numai în timpul apei mari. Pe râurile mari se creează căi navigabile mari, cu o sferă de acțiune de zeci de metri și o viteză de rotație a apei în partea centrală de câțiva metri pe secundă.

În unele bazine, suvodul are propriul nume local, de exemplu, pe Yenisei-ulovo, pe Irtysh-zavod.

Suvodii prezintă o serioasă dificultate pentru navigație. Navele din ele își pierd controlul, se deplasează brusc spre țărm, iar grinzile și remorcherele se rup adesea, cârmele se sparg etc.

Maidanurile sunt o mișcare de rotație aleatorie a apei sub formă de vârtejuri în mișcare, cu dimensiuni de la câțiva centimetri la câțiva metri în diametru. Maidanii se formează peste obiecte mari subacvatice cu o adâncime mică deasupra lor, precum și în timpul inundațiilor în acele locuri în care fluxul care trece prin lunca inundabilă se întâlnește într-un unghi cu un alt flux care merge de-a lungul canalului de joasă apă. În plus, maidanii apar în timpul reformelor locale intensive ale canalului și pe rifle, cu modificări bruște ale formei fundului etc. Maidanii sunt nefavorabili pentru navigație, deoarece provoacă rotirea navelor.

Apele disputate sunt mai-danuri formate la gurile pâraielor afluente si la confluenta bratelor. Cu cât unghiul de întâlnire este mai aproape de o linie dreaptă, cu atât vortexurile se dezvoltă mai puternice, care ajung la câțiva metri în diametru.

Orez. 15. Deversați curent pe o pușcă

Un curent de presiune se creează în apropierea țărmului în secțiunile râului în care fluxul de apă este direcționat spre țărm. De exemplu, pe canalele curbe, în apropierea unui mal concav apare un curent de presiune, deoarece apa, din cauza inerției, tinde să-și mențină direcția dreaptă anterioară, dar, întâmpinând pe drum un obstacol sub forma unui mal concav, este apăsată. împotriva acestuia (Fig. 14). În zonele cu curenți de presiune, navele se rostogolesc spre țărm.

Orez. 16. Debit prelungit – lângă canal

Curenții de umflare sunt drenarea apei (Fig. 15, săgeți) îndreptată într-un unghi față de trecerea navei (linie punctată). Curenții de alunecare apar din cauza diferențelor de niveluri ale apei pe lățimea râului. Pe rupturi, astfel de curenți sunt creați ca urmare a curgerii susținute de șaua rupturii, astfel încât ei sunt direcționați din scobitura superioară către rezervorul de apă retrasă din golul inferior. Prin deplasarea navelor de pe axa căii de navigație, curenții de derivă pot face ca navele și plutele să se adune pe adâncimi puțin adânci, suporturi de poduri etc.

Curenți prelungiți apar la intrările în canale (Fig. 16). Curenții prelungiți sunt deosebit de puternici în timpul inundațiilor, când debitul de apă în canale crește semnificativ. Curenții lungi pot face ca o navă să cadă pe insulă.

Natura debitului este influențată și de poduri, diguri de acces, diguri, structuri din albia râului etc.

§ 6. FORMATIUNI DE SUDIMENT SI STOCURI IN ALBIA RUIULUI

Sedimentele sunt particule solide formate ca urmare a eroziunii bazinelor de apă și albiilor râurilor, precum și a malurilor rezervoarelor, transportate de cursurile de apă, curenții din lacuri, mări și rezervoare și formând albia acestora. Sedimentul poate fi de două tipuri: suspendat și târât.

Sedimentul în suspensie este un sediment transportat în stare suspendată de curgerea apei.

Sedimentul târât este un sediment transportat de un flux de apă în stratul inferior și se deplasează prin alunecare, rostogolire sau sărare (sătarea este transferul de sedimente pe distanțe scurte în stratul inferior al unui flux de apă).

Sedimentele de fund sunt sedimente care formează albia unui râu, câmpia inundabilă sau albia unui rezervor și sunt în interacțiune cu masele de apă.

În timpul mișcării, particulele de sedimente se deplasează în mod constant de la o stare de tracțiune la o stare de suspendare și înapoi. Sedimentele suspendate sunt distribuite foarte neuniform în secțiunea vie, iar atunci când sunt transportate, sunt distribuite și mai neuniform, se deplasează adesea de-a lungul fundului în dungi înguste.

Mișcarea sedimentului în suspensie are loc în acest fel. Conținutul de particule de sedimente în suspensie în flux care sunt mai grele decât apa este explicat după cum urmează. O particulă de sediment, care cade în apă calmă, va cădea uniform accelerată. Forța de rezistență a apei crește odată cu creșterea vitezei particulei în cădere, iar masa particulei este constantă, prin urmare, din momentul în care forța motrice și forța de rezistență a apei devin egale, particula va cădea uniform. De exemplu, viteza cu care chiar și blocurile cu diametrul de 1 m cad în apă devine uniformă până la sfârșitul celei de-a treia secunde. Particulele mici vor dobândi aproape imediat o viteză uniformă de cădere.

Rata cu care particulele solide cad uniform în apa plată se numește dimensiunea particulelor hidraulice.

Într-un flux turbulent, după cum se știe, viteza de mișcare a particulelor de apă variază în mărime și direcție. În fiecare punct al fluxului există componente ale vitezei instantanee îndreptate vertical în sus sau în jos. Experimentele au stabilit că viteza verticală este în medie 1/12-1/20 din orizontală.

Dacă o particulă de sediment conținută într-un corp de apă cade uniform și viteza de coborâre a particulei este mai mică sau egală cu componenta verticală a vitezei curgerii îndreptată în sus, atunci această masă va fi capabilă să miște particula în suspensie. Dacă viteza de coborâre este mai mare decât componenta verticală a vitezei, atunci particula se va scufunda în fund.

În timpul căderii, o particulă se poate scufunda în fund și se poate mișca cu sedimentele de fund, rămânând aici până când se ridică din nou deasupra ei un vârtej suficient de puternic, care o va trage din nou în grosimea fluxului. Prin urmare, distribuția sedimentului în suspensie în flux depinde de gradul de turbulență a acestuia, care crește odată cu creșterea vitezei de curgere.

Pe măsură ce viteza de curgere crește, cantitatea de sediment în suspensie crește și este distribuit mai uniform pe toată adâncimea curgerii.

P

Orez. 17. La mişcarea sedimentelor de tracţiune

Mișcarea sedimentului în stare transportată poate fi imaginată după cum urmează. Fluxul, care curge în jurul unei nanoparticule aflate separat, exercită presiune hidraulică asupra acesteia F(Fig. 17). Această presiune poate fi descompusă în două componente: forța tăietoare Fc, paralel cu fundul, iar forța de ridicare Hz îndreptată în sus. Este suficient ca o particulă, sub acțiunea unei forțe de ridicare, să se ridice ușor cu o margine, iar ca urmare a creșterii zonei afectate de curgere, forța de ridicare crește brusc.

Dacă forța de ridicare este mai mică decât greutatea particulei în apă, atunci sub acțiunea forței de forfecare particula se va rostogoli. Dacă forța de ridicare este mai mare decât greutatea particulei, atunci aceasta din urmă se va desprinde de pe fund. Pentru o particulă dintr-un flux, cu condiția să fie complet zburată de apă, forța de ridicare va dispărea. Dacă particula nu este preluată de către ascendent

jet, va cădea în fund, unde va apărea din nou o forță de ridicare etc. Așa apar „săriturile” particulelor. Alunecarea particulelor de-a lungul fundului este rar observată.

La o viteză mai mică de 0,20-0,25 m/s, sedimentul nu se mișcă de obicei. Mișcarea unei particule cu un anumit diametru depinde de adâncimea și viteza curentului. Astfel, particulele cu diametrul de 1 mm la o adâncime de 1 m încep să se deplaseze dacă viteza medie a curgerii atinge 0,5 m/s, la o adâncime de 3 m - dacă este de 0,75 m/s. Astfel, la adâncimi mari de apă din canal, este necesară o viteză mare de curgere pentru a deplasa o particule și invers.

Râurile au o energie mare, care depinde de masa apei în mișcare și de viteza acesteia. Cea mai mare parte a energiei curgerii unui râu este cheltuită pentru eroziunea canalului, frecarea particulelor lichide între ele și pe fund, suspendarea particulelor solide și abraziunea acestora la rularea de-a lungul fundului.

Dependenta de greutate R a particulei atrase pe viteza curgerii este determinată de legea lui Airy:

Unde A - coeficient în funcție de forma și materialul particulei solide;

v- viteza cu care particula începe să se miște.

Legea lui Airy spune că greutatea particulei târâte este proporțională cu puterea a șasea a vitezei care acționează asupra particulei, adică dacă viteza se dublează, greutatea particulei mutate este de 64 de ori, dacă este de patru ori - 4096 de ori etc. Din Aceasta se clarifică motivul transportului de pietre mari de către râurile de munte.

Mișcarea sedimentelor în timpul scurgerii de suprafață se numește scurgere de sedimente, iar cantitatea de sediment transportată prin secțiunea de curgere pe unitatea de timp se numește flux de sedimente.

Evacuarea timp de un an sau o lună se numește randament anual sau lunar de sedimente, respectiv.

Deversarea sedimentelor râurilor mari se măsoară în milioane de tone. Râurile transportă anual aproximativ 3 miliarde de tone de sedimente la gurile lor. Debitul de sedimente în suspensie al râurilor este aproape egal cu scurgerea lor solidă totală; Acest lucru se explică prin faptul că sedimentele transportate fac predominant mișcări mici - de la o secțiune a canalului la alta și, prin urmare, ponderea lor în scurgerea solidă de tranzit este mică. În același timp, volumul de sediment transportat în secțiunile de canal este extrem de mare.

Majoritatea scurgerii de sedimente ale râurilor de câmpie, în proporție de 50-90% din cea anuală, au loc în timpul inundațiilor și inundațiilor de primăvară.

Cantitatea de sedimente din curent este determinată cu ajutorul instrumentelor speciale (batometre).

Formațiunile aluvionare din canal includ creste nisipoase, creste, scuipe, pereți laterali, erupții cutanate și rogoz.

Crestele de nisip sunt principalul tip de formare de sedimente în albia râului. Din cauza crestelor, fundul nisipos al râului este neuniform și ondulat. Observațiile crestelor de nisip au permis stabilirea cauzei cea mai probabilă a formării lor. Odată cu mișcarea turbulentă a curentului în diferitele sale locuri, vitezele scad, ca urmare, are loc depunerea aleatorie a sedimentului, din care, sub influența curentului, începe formarea unei creste. Paturile au, de obicei, forma unor solzi, pliate în rânduri paralele. La fiecare creastă / (Fig. 18, a) există o presiune înclinată 2 iar spatele rece 4 raze. Pe versanții din spate 4 se formează mișcarea de rotație a apei 5.

Sedimentul, tras de curent, rulează în sus pe rola de sedimente și, depășind creasta 3, Cu o mișcare de rotație, apa este trasă spre versant, crescându-i înălțimea și dându-i o formă abruptă. Ca urmare a acestui fapt, după ceva timp, se formează o creastă, a cărei panta superioară este blândă, iar panta inferioară este abruptă și scurtă. Astfel de creste acoperă în curând întregul fund al râului. 1

Dimensiunea crestelor depinde de forma canalului, adancime si viteza curgerii. Înălțimea lor este proporțională cu adâncimea curgerii. Prin urmare, crestele de pe brațe sunt mai înalte decât pe rupturi. Pe măsură ce nivelul apei crește, crestele devin mai ridicate. Pe măsură ce nivelul apei scade, înălțimea acestora scade, dar mult mai încet.

Orez. 18. Crestele nisipoase în albia râului:

A- profilul longitudinal al canalului;

b- canal în plan

P
Când apa curge cu o viteză mare, particulele care cad de pe creastă devin suspendate. În acest caz, creșterea crestei se oprește. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei de curgere, crestele se erodează și dispar. Lungimea crestei formate poate corespunde la zece până la douăzeci de adâncimi de curgere sau mai mult. Pe râurile cu mobilitate mare a sedimentelor transportate în timpul inundațiilor, se observă creste de lungime mai mare - aproximativ până la o sută. adâncimea canalului. acestea. aproape egală cu lățimea canalului.

Crestele se deplasează în aval. Acest lucru se explică prin faptul că particulele de sedimente de pe versantul frontal se deplasează odată cu curentul spre creasta crestei și, după ce o traversează, cad pe panta sa din spate, sunt acoperite acolo cu particule care o urmează și rămân în corpul crestei. până când se mișcă atât de departe încât particula va apărea din nou pe suprafața pantei de presiune. Această mișcare este efectuată secvenţial de către toate particulele care compun creasta.

Viteza absolută de mișcare a crestei este de obicei de sute de ori mai mică decât viteza curgerii. Viteza de mișcare a crestelor mari pe râurile mari ajunge la câțiva metri pe zi. Viteza de mișcare a formelor de pat crește odată cu creșterea vitezei de curgere.

Sastrugii sunt o acumulare de sedimente in albia raului sub forma unor creste mari adiacente malului nisipos. În fig. 18, b sastrugi sunt prezentate schematic in plan. La Sastrugi 6 capătul său 7 se numește coadă, iar coborârea fundului 8 intre sastrugi se afla o groapa subsastrug.

Dimensiunea sastrugilor depinde de forma canalului, de adâncime și de viteza curgerii. Uneori sastrugi mari se întind spre malul opus. Înălțimea sastrugilor pe râurile mari ajunge la 1-2 m. Modelele de creștere și mișcare ale sastrugilor sunt aceleași ca pentru creste.

Deasupra sastrugilor există de obicei un curent neuniform, care provoacă rotirea navelor. La viteze mari ale curentului, sastrugii sunt spălați. Prin urmare, sastrugii care se întind din nisipuri, ajungând la malul adânc, unde viteza curentului este de obicei mare, sunt tăiați.

Spit - sunt bancuri joase de nisip care ies în canal ca o pană lungă 3 (Fig. 19). Pe râuri, scuipatele se învecinează de obicei malurilor nisipoase convexe.

Orez. 19. Scuipa in albia raului

O
Sous se formează din sastrugi mari ca urmare a creșterii lor treptate. În perioada de joasă apă din apropierea Yarovului, viteza curentului este mai mare, motiv pentru care cozile sastrugilor de nisip se mișcă mai repede decât bazele lor. Ca urmare, sastrugii devin din ce în ce mai alungiți și se deplasează în aval. Sastrugi terminale de nisip, în conformitate cu direcția curgerii, întinzându-se în canal sub formă de pană, creează începutul scuipatului. Întărindu-se treptat, împletitura crește în dimensiune. Odată cu creșterea în continuare a împletiturii, coada acesteia 2 se poate conecta la mal. Pe parcursul unui an, scuipatul se poate mișca câteva sute de metri.

Zatonina 1 (vezi Fig. 19) se numește golful dintre țărm și coada scuipatului.

Hidrodinamică- o secțiune de hidraulică în care se studiază legile mișcării fluidului și interacțiunea acestuia cu suprafețele fixe și în mișcare.

Dacă particulele individuale ale unui corp absolut solid sunt legate rigid unele de altele, atunci într-un mediu lichid în mișcare nu există astfel de conexiuni. Mișcarea fluidelor constă în mișcări extrem de complexe ale moleculelor individuale.

3.1. Concepte de bază ale mișcării fluidelor

Secțiune liveω (m²) este aria secțiunii transversale a fluxului perpendicular pe direcția curgerii. De exemplu, secțiunea transversală sub tensiune a unei țevi este un cerc (Fig. 3.1, b); secțiunea sub tensiune a supapei este un inel cu un diametru interior variabil (Fig. 3.1, b).

Orez. 3.1. Secțiuni sub tensiune: a - conducte, b - robinete

Perimetrul umezitχ („chi”) - parte a perimetrului secțiunii de locuit, limitată de pereți plini (Fig. 3.2, evidențiat cu o linie groasă).

Orez. 3.2. Perimetrul umezit

Pentru teava rotunda

dacă unghiul este în radiani sau

Debitul Q- volumul lichidului V curgând pe unitatea de timp t prin secțiunea transversală sub tensiune ω.

Viteza medie de curgere υ - viteza de mișcare a fluidului, determinată de raportul debitului fluidului Q la aria secțiunii transversale deschise ω

Deoarece viteza de mișcare a diferitelor particule dintr-un lichid diferă una de cealaltă, prin urmare, viteza de mișcare este mediată. Într-o țeavă rotundă, de exemplu, viteza pe axa țevii este maximă, în timp ce la pereții țevii este zero.

Raza de curgere hidraulică R- raportul dintre secțiunea vie și perimetrul umezit

Fluxul de fluid poate fi constant sau instabil. Stabil mișcarea este mișcarea unui fluid în care într-un punct dat al canalului presiunea și viteza nu se modifică în timp

υ = f(x, y, z)

P = φ f(x, y, z)

Mișcarea în care viteza și presiunea se modifică nu numai din coordonatele spațiale, ci și din timp, este numită instabilă sau nestaționară

υ = f 1 (x, y, z, t)

P = φ f 1 (x, y, z, t)

Linia curentă(folosit pentru mișcarea instabilă) este o curbă în fiecare punct al căreia vectorul viteză la un moment dat este direcționat de-a lungul unei tangente.

Tub de curent- o suprafață tubulară formată din linii cu o secțiune transversală infinit de mică. Se numește partea din flux conținută în interiorul tubului de curent un firicel elementar.

Orez. 3.3. Raționalizați și curgeți

Fluxul de fluid poate fi sub presiune sau fără presiune. Nadornoe curgerea se observă în canale închise fără suprafață liberă. Debitul de presiune este observat în conductele cu presiune ridicată (joasă). Gravitatie- curgere cu suprafata libera, care se observa in canale deschise (râuri, canale deschise, jgheaburi etc.). Acest curs va acoperi doar fluxul de presiune.

Orez. 3.4. Conducta cu diametru variabil la debit constant

Din legea conservării materiei şi a constanţei consumului rezultă ecuația de continuitate curenti. Să ne imaginăm o țeavă cu o secțiune transversală variabilă (Fig. 3.4). Fluxul de fluid prin conductă în orice secțiune este constant, adică. Q 1 =Q 2 = const, Unde

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

Astfel, dacă fluxul în conductă este continuu și neîntrerupt, atunci ecuația de continuitate va lua forma:

3.2. Ecuația lui Bernoulli pentru un fluid ideal

3.3. Ecuația lui Bernoulli pentru un fluid real

Panta albiei râului. Cea mai caracteristică trăsătură a oricărui râu este mișcarea continuă a apei de la sursă la gură, care se numește actual. Motivul curgerii este înclinarea canalului, de-a lungul căruia, supunând forței gravitaționale, apa se mișcă cu o viteză mai mare sau mai mică. În ceea ce privește viteza, aceasta depinde direct de panta albiei râului. Panta canalului este determinată de raportul dintre diferența de înălțimi a două puncte și lungimea secțiunii situate între aceste puncte. Deci, de exemplu, dacă de la sursa Volgăi până la Kalinin 448 km, iar diferența de înălțime dintre sursa Volgăi și Kalin și nom este de 74,6 m, atunci panta medie a Volgăi în această secțiune este de 74,6 m,împărțit la 448 km, adică 0,00017. Aceasta înseamnă că pentru fiecare kilometru din lungimea Volgăi în această secțiune, căderea este de 17 cm.

Profilul longitudinal al râului. Să trasăm lungimea diferitelor secțiuni ale râului de-a lungul unei linii orizontale, iar înălțimile acestor secțiuni de-a lungul liniilor verticale. Prin conectarea capetelor verticalelor cu o linie, obținem un desen al profilului longitudinal al râului (Fig. 112). Dacă nu acordați o atenție deosebită detaliilor, profilul longitudinal al majorității râurilor poate fi reprezentat simplist ca o curbă descendentă, ușor concavă, a cărei panta scade progresiv de la sursă la vărsare.

Panta profilului longitudinal al râului nu este aceeași pentru diferite secțiuni ale râului. Deci, de exemplu, pentru secțiunea superioară a Volgăi, așa cum am văzut deja, este egal cu 0,00017, pentru secțiunea situată între Gorki și gura Kama este 0,00005, iar pentru secțiunea de la Stalingrad la Astrakhan este este 0,00002.

Nipru este aproximativ același, unde în secțiunea superioară (de la Smolensk la Orsha) panta este de 0,00011, iar în secțiunea inferioară (de la Kakhovka la Herson) 0,00001. În zona în care se află repezirile (de la Lotsmanskaya Kamenka la Nikopol), panta medie a profilului longitudinal al râului este de 0,00042, adică de aproape patru ori mai mare decât între Smolensk și Orsha.

Exemplele date arată că profilul longitudinal al diferitelor râuri este departe de a fi același. Acesta din urmă este de înțeles: profilul longitudinal al râului reflectă relieful, structura geologică și multe alte caracteristici geografice ale zonei.

De exemplu, luați în considerare „treptele” de pe profilul longitudinal al râului. Yenisei. Aici vedem secțiuni de pante mari în zona de intersecție a Sayanului de Vest, apoi a Sayanului de Est și, în cele din urmă, la capătul nordic al crestei Yenisei (Fig. 112). Natura în trepte a profilului longitudinal al râului. Yenisei indică faptul că ridicările în zonele acestor munți au avut loc (geologic) relativ recent, iar râul nu a avut încă timp să niveleze curba longitudinală a albiei sale. Același lucru se poate spune despre Munții Bureinsky, tăiați de râu. Cupidon.

Până acum am vorbit despre profilul longitudinal al întregului râu. Dar când se studiază râurile, uneori este necesar să se determine panta râului într-o anumită zonă mică. Această pantă se determină direct prin nivelare.

Profil transversal al râului. În profilul transversal al unui râu distingem două părți: profilul transversal al văii râului și profilul transversal al râului însuși. Avem deja o idee despre profilul transversal al văii râului. Se obține ca rezultat al topografiei obișnuite a terenului. Pentru a vă face o idee despre profilul râului în sine, sau, mai precis, albia râului, este necesar să măsurați adâncimea râului.

Măsurătorile se fac fie manual, fie mecanic. Pentru măsurători manuale, se folosește un marcaj sau un lot manual. Ungerea este un stâlp din lemn flexibil și rezistent (molid, frasin, alun) de secțiune transversală rotundă cu diametrul de 4-5. cm, lungime de la 4 la 7 m.

Capătul inferior al ungirii este finisat cu fier (fierul protejează împotriva despicarii și ajută la greutatea sa). Ungerea este vopsită în alb și marcată în zecimi de metru. Diviziunea zero corespunde capătului inferior al balsamului. În ciuda simplității dispozitivului, ungerea oferă rezultate precise.

Măsurătorile de adâncime sunt, de asemenea, efectuate folosind un sondaj manual. Debitul râului face ca lotul să se abate de la verticală cu un anumit unghi, ceea ce obligă să se facă o corecție corespunzătoare.

Măsurătorile pe râuri mici se fac de obicei din poduri. Pe râuri care ajung la 200-300 m lățime, cu o viteză curentă de cel mult 1,5 m pe secundă, măsurătorile pot fi făcute de la o barcă de-a lungul unui cablu întins de la un mal pe celălalt al râului. Cablul trebuie să fie întins. Când lățimea râului este mai mare de 100 m este necesara ancorarea unei barci in mijlocul raului pentru a sustine cablul.

Pe râurile a căror lățime este mai mare de 500 m, linia de măsurare este determinată de canal semne amplasate pe ambele maluri, iar punctele de măsurare sunt determinate cu instrumente goniometrice de pe mal. Numărul de măsurători de-a lungul țintei depinde de natura fundului. Dacă topografia de jos se schimbă rapid, ar trebui să existe mai multe măsurători, dacă fundul este uniform, ar trebui să fie mai puține. Este clar că cu cât se fac mai multe măsurători, cu atât se obține profilul râului mai precis.

Pentru a desena un profil de râu, este trasată o linie orizontală, pe care punctele de măsurare sunt trasate la scară. Din fiecare estr este trasată o linie perpendiculară, pe care sunt trasate la scară și adâncimile obținute din măsurători. Conectând capetele inferioare ale verticalelor, obținem un profil. Datorită faptului că adâncimea râurilor este foarte mică în comparație cu lățimea, la desenarea unui profil, scara verticală este luată mai mare decât cea orizontală. Prin urmare, profilul este distorsionat (exagerat), dar mai vizual.

Având un profil al albiei râului, putem calcula aria secțiunii transversale (sau aria secțiunii transversale a apei) a râului (Fm 2 ), lățimea râului (B), lungimea perimetrului umezit al râului ( Rm), cea mai mare adâncime (hmaxm ), adâncimea medie a râului ( hcpm) iar raza hidraulică a râului.

Secțiune transversală viu a râului numită secțiunea transversală a unui râu plin cu apă. Profilul canalului obținut în urma măsurătorilor oferă o idee despre secțiunea transversală vie a râului. Aria secțiunii transversale vie a unui râu este în cea mai mare parte calculată analitic (mai rar determinată dintr-un desen folosind un planimetru). Pentru a calcula suprafața secțiunii transversale de locuit ( Fm 2) luați un desen al profilului transversal al râului, pe care verticalele împart aria secțiunii transversale vii într-o serie de trapeze, iar secțiunile de coastă au forma de triunghiuri. Aria fiecărei figuri individuale este determinată folosind formulele cunoscute de noi din geometrie, apoi se ia suma tuturor acestor suprafețe.

Lățimea râului este determinată pur și simplu de lungimea liniei orizontale superioare reprezentând suprafața râului.

Perimetrul umezit - aceasta este lungimea liniei de fund a râului pe profilul de la o margine la alta a malului râului. Se calculează prin adăugarea lungimii tuturor segmentelor liniei de jos pe desenul secțiunii transversale vii a râului.

Raza hidraulică este coeficientul de împărțire a ariei secțiunii transversale deschise la lungimea perimetrului umezit ( R= F/R m).

Adâncime medie - acesta este coeficientul de împărțire a suprafeței secțiunii transversale vii

râuri după lățimea râului ( h mier = F/ Bm).

Pentru râurile de câmpie, valoarea razei hidraulice este de obicei foarte apropiată de valoarea adâncimii medii ( R≈ hcp).

Cea mai mare adâncime este restaurat pe baza datelor de măsurare.

Nivelul râului. Lățimea și adâncimea râului, aria secțiunii transversale deschise și alte valori pe care le dăm pot rămâne neschimbate numai dacă nivelul râului rămâne neschimbat. În realitate, acest lucru nu se întâmplă niciodată, deoarece nivelul râului se schimbă tot timpul. Din aceasta reiese destul de clar că atunci când studiem un râu, măsurarea fluctuațiilor nivelului râului este cea mai importantă sarcină.

Pentru stația de măsurare a apei, este selectată o secțiune adecvată a râului cu un canal drept, a cărei secțiune transversală nu este complicată de bancuri sau insule. Observarea fluctuațiilor nivelului râului se realizează de obicei folosind tija piciorului. Un stâlp de picior este un stâlp sau șină, împărțită în metri și centimetri, instalată în apropierea țărmului. Zeroul tijei este considerat (dacă este posibil) ca fiind cel mai jos nivel al râului într-un loc dat. Zero selectat o dată rămâne constant pentru toate observațiile ulterioare. Zeroul tijei de picior este asociat cu o constantă rapper .

Observarea fluctuațiilor de nivel se efectuează de obicei de două ori pe zi (la 8 și 20 de ore). La unele posturi sunt instalate limnigrafii cu auto-înregistrare, care oferă o înregistrare continuă sub forma unei curbe.

Pe baza datelor obținute din observațiile tijei de picior, se trasează un grafic al fluctuațiilor de nivel pentru o perioadă sau alta: pentru un sezon, pentru un an, pentru un număr de ani.

Viteza curgerii râului. Am spus deja că viteza curgerii râului depinde direct de panta albiei râului. Cu toate acestea, această dependență nu este atât de simplă pe cât ar părea la prima vedere.

Oricine este măcar puțin familiarizat cu râul știe că viteza curentului în apropierea malurilor este mult mai mică decât la mijloc. Baracii știu asta mai ales bine. Ori de câte ori un barcagiu trebuie să urce un râu, se lipește de mal; când are nevoie să coboare repede, rămâne în mijlocul râului.

Observații mai precise făcute în râuri și pâraie artificiale (având un canal obișnuit în formă de jgheab) au arătat că stratul de apă imediat adiacent canalului, ca urmare a frecării cu fundul și pereții canalului, se mișcă cu cea mai mică viteză. Următorul strat are o viteză mai mare, deoarece nu vine în contact cu albia (care este nemișcată), ci cu primul strat care se mișcă încet. Al treilea strat are o viteză și mai mare, etc. În cele din urmă, cea mai mare viteză se găsește în porțiunea fluxului cea mai îndepărtată de fundul și pereții canalului. Dacă luăm o secțiune transversală a fluxului și conectăm locuri cu aceeași viteză de curgere cu linii (izotahii), atunci vom obține o diagramă care ilustrează clar locația straturilor cu viteze diferite (Fig. 113). Această mișcare ciudată de curgere stratificată, în care viteza crește succesiv de la fundul și pereții canalului până la partea de mijloc, se numește laminare. Caracteristicile tipice ale fluxului laminar pot fi caracterizate pe scurt după cum urmează:

1) viteza tuturor particulelor din flux are o direcție constantă;

2) viteza în apropierea peretelui (în partea de jos) este întotdeauna zero, iar cu distanța față de pereți crește treptat spre mijlocul fluxului.

Cu toate acestea, trebuie să spunem că în râurile în care forma, direcția și caracterul canalului sunt foarte diferite de albia obișnuită în formă de jgheab al unui pârâu artificial, mișcarea laminară regulată nu este aproape niciodată observată. Deja cu o singură curbă a canalului, ca urmare a acțiunii forțelor centrifuge, întregul sistem de straturi se deplasează brusc spre malul concav, ceea ce, la rândul său, provoacă o serie de alte straturi.

miscarile. Dacă există proeminențe în partea de jos și de-a lungul marginilor canalului, apar mișcări de vortex, contracurenți și alte abateri foarte puternice, complicând și mai mult imaginea. Modificări deosebit de puternice în mișcarea apei au loc în locurile puțin adânci ale râului, unde curentul este împărțit în jeturi dispuse în formă de evantai.

Pe lângă forma și direcția canalului, o creștere a vitezei de curgere are o mare influență. Mișcarea laminară, chiar și în fluxuri artificiale (cu un pat obișnuit), se modifică brusc odată cu creșterea vitezei de curgere. În fluxurile cu mișcare rapidă apar jeturi elicoidale longitudinale, însoțite de mici mișcări de vortex și un fel de pulsație. Toate acestea complică foarte mult natura mișcării. Astfel, în râuri, în locul mișcării laminare, se observă cel mai adesea o mișcare mai complexă, numită turbulent. (Ne vom opri mai în detaliu asupra naturii mișcărilor turbulente mai târziu, când luăm în considerare condițiile pentru formarea unui canal de curgere.)

Din tot ce s-a spus, este clar că studierea vitezei curgerii râului este o chestiune complexă. Prin urmare, în loc de calcule teoretice, de multe ori trebuie să recurgem la măsurători directe.

Măsurarea vitezei curente. Cel mai simplu și mai accesibil mod de a măsura viteza curentă este măsurarea utilizând plutește. Observând (cu un ceas) timpul în care un flotor trece prin două puncte situate de-a lungul râului la o anumită distanță unul față de celălalt, putem calcula întotdeauna viteza necesară. Această viteză este de obicei exprimată în metri pe secundă.

Metoda pe care am indicat-o face posibilă determinarea vitezei doar a stratului superior de apă. Pentru a determina viteza straturilor mai adânci de apă, se folosesc două sticle (Fig. 114). În acest caz, sticla de sus oferă o viteză medie între ambele sticle. Cunoscând viteza medie a curgerii apei la suprafață (prima metodă), putem calcula cu ușurință viteza la adâncimea dorită. Dacă V 1 va fi viteza la suprafață, V 2 - viteza medie, A V este viteza necesară, atunci V 2 =( V 1 + V)/2 , de unde provine viteza necesară v = 2 v 2 - v 1 .

Rezultate incomparabil mai precise se obțin la măsurarea cu un dispozitiv special numit platouri turnante. Există multe tipuri de platine, dar principiul designului lor este același și este după cum urmează. Axa orizontală cu o elice cu pale la capăt este montată mobil într-un cadru care are o pană de direcție la capătul din spate (Fig. 115). Dispozitivul, coborât în ​​apă, se supune cârmei, stă chiar împotriva curentului,

iar elicea cu pale începe să se rotească împreună cu axa orizontală. Există un șurub fără sfârșit pe axă care poate fi conectat la contor. Privind la ceas, observatorul pornește contorul, care începe să numere numărul de rotații. După o anumită perioadă de timp, contorul se oprește, iar observatorul determină viteza curgerii în funcție de numărul de rotații.

Pe lângă metodele de mai sus, se folosesc și sticlemetre speciale, dinamometre și, în sfârșit, metode chimice cunoscute nouă prin studierea vitezei curgerii apei subterane. Un exemplu de batometru este batometrul Prof. V. G. Glushkova, care este un cilindru de cauciuc, a cărui gaură este orientată spre flux. Cantitatea de apă care reușește să intre în cilindru pe unitatea de timp face posibilă determinarea vitezei de curgere. Dinamometrele măsoară forța presiunii. Forța de presiune vă permite să calculați viteza.

Când este necesar să se obțină o înțelegere detaliată a distribuției vitezelor în secțiunea transversală (secțiunea live) a râului, procedați după cum urmează:

1. Se trasează profilul transversal al râului, iar pentru comoditate, scara verticală este luată de 10 ori mai mare decât cea orizontală.

2. Liniile verticale sunt trasate de-a lungul acelor puncte în care vitezele curentului au fost măsurate la diferite adâncimi.

3. Pe fiecare verticală se marchează adâncimea corespunzătoare în scară și se indică viteza corespunzătoare.

Prin conectarea punctelor cu aceleași viteze, obținem un sistem de curbe (izotache), care oferă o reprezentare vizuală a distribuției vitezelor într-o anumită secțiune vie a râului.

Viteza medie. Pentru multe calcule hidrologice, este necesar să existe date despre viteza medie a curgerii apei în secțiunea vie a râului. Dar determinarea vitezei medii a apei este o sarcină destul de dificilă.

Am spus deja că mișcarea apei într-un pârâu nu este doar complexă, ci și neuniformă în timp (pulsație). Cu toate acestea, pe baza unui număr de observații, avem întotdeauna posibilitatea de a calcula viteza medie a curgerii pentru orice punct din secțiunea transversală vie a râului. Având valoarea vitezei medii într-un punct, putem reprezenta grafic distribuția vitezelor de-a lungul verticalei pe care am luat-o. Pentru a face acest lucru, adâncimea fiecărui punct este reprezentată vertical (de sus în jos), iar viteza de curgere orizontal (de la stânga la dreapta). Facem același lucru cu alte puncte ale verticalei pe care le-am luat. Conectând capetele liniilor orizontale (reprezentând viteze), obținem un desen care oferă o idee clară despre vitezele curenților la diferite adâncimi ale verticalei pe care am luat-o. Acest desen se numește grafic al vitezei sau hodograf al vitezei.

Conform numeroaselor observații, s-a relevat că pentru a obține o imagine completă a distribuției verticale a vitezelor curente este suficient să se determine vitezele în următoarele cinci puncte: 1) la suprafață, 2) la 0,2.h, 3) cu 0,6h, 4) cu 0,8hși 5) în partea de jos, numărând h - adancime verticala de la suprafata in jos.

Hodograful vitezei oferă o idee clară a schimbării vitezelor de la suprafață la partea de jos a fluxului de-a lungul unei anumite verticale. Cea mai mică viteză în partea inferioară a fluxului se datorează în principal frecării. Cu cât este mai mare rugozitatea fundului, cu atât viteza curentului scade mai accentuat. În timpul iernii, când suprafața râului este acoperită cu gheață, apare și frecarea pe suprafața gheții, care afectează și viteza curgerii.

Hodograful vitezei ne permite să calculăm viteza medie a curgerii râului de-a lungul unei anumite verticale.

Viteza medie de curgere verticală a secțiunii transversale libere a curgerii poate fi determinată cel mai ușor folosind formula:

unde ώ este aria hodografului de viteză, iar H este înălțimea acestei zone. Cu alte cuvinte, pentru a determina viteza medie verticală a fluxului pe secțiunea transversală a fluxului, trebuie să împărțiți aria hodografului vitezei la înălțimea sa.

Aria hodografului de viteză este determinată fie folosind un planimetru, fie analitic (adică, împărțind-o în figuri simple - triunghiuri și trapeze).

Debitul mediu este determinat în diferite moduri. Cel mai simplu mod este de a multiplica viteza maximă (V max) prin coeficientul de rugozitate (P). Coeficientul de rugozitate pentru râurile de munte poate fi considerat aproximativ 0,55, pentru râurile cu albie căptușită cu pietriș, 0,65, pentru râurile cu albie neuniformă de nisip sau argilă, 0,85.

Pentru a determina cu precizie viteza medie de curgere a secțiunii transversale a fluxului, se folosesc diverse formule. Cea mai des folosită este formula Chezy.

Unde v - viteza medie a secțiunii de curgere sub tensiune, R - raza hidraulica, J- panta curgerii de suprafata si CU- coeficientul de viteza. Dar aici, determinarea coeficientului de viteză prezintă dificultăți semnificative.

Coeficientul de viteză este determinat folosind diverse formule empirice (adică, obținute pe baza studiului și analizei unui număr mare de observații). Cea mai simplă formulă este:

Unde P- coeficientul de rugozitate, A R - raza hidraulică deja familiară nouă.

Consum. Cantitatea de apă în m, care curge printr-o secțiune vie dată a unui râu pe secundă se numește cursul râului(pentru acest articol). Teoretic, consumul (A) Este ușor de calculat: este egal cu aria secțiunii transversale a râului ( F), înmulțit cu viteza medie a curentului ( v), adică A= Fv. Deci, de exemplu, dacă aria secțiunii transversale a unui râu este de 150 m 2, si viteza 3 m/sec, atunci consumul va fi egal cu 450 m 3 pe secunda. Când se calculează debitul, un metru cub este luat ca unitate de cantitate de apă, iar o secundă este luată ca unitate de timp.

Am spus deja că teoretic debitul râului pentru un punct sau altul nu este greu de calculat. Îndeplinirea acestei sarcini în practică este mult mai dificilă. Să ne oprim asupra celor mai simple metode teoretice și practice cele mai des folosite în studiul râurilor.

Există multe moduri diferite de a determina debitul de apă în râuri. Dar toate pot fi împărțite în patru grupe: metoda volumetrică, metoda de amestecare, hidraulică și hidrometrică.

Metoda volumetrică utilizat cu succes pentru a determina debitul celor mai mici râuri (izvoare și pâraie) cu un debit de 5 până la 10 l (0,005- 0,01 m 3) pe secunda. Esența sa este că pârâul este îndiguit și apa curge pe jgheab. Sub jgheab se pune o găleată sau un rezervor (în funcție de mărimea pârâului). Volumul vasului trebuie măsurat cu precizie. Timpul de umplere al vasului este măsurat în secunde. Coeficientul de împărțire a volumului vasului (în metri) la timpul de umplere a vasului (în secunde) ca. ori și dă valoarea dorită. Metoda volumetrică oferă cele mai precise rezultate.

Metoda de amestecare se bazează pe faptul că la un anumit punct al râului se introduce în pârâu o soluție de sare sau vopsea. Prin determinarea conținutului de sare sau vopsea la un alt punct de curgere, mai mic, se calculează debitul de apă (cea mai simplă formulă

Unde q - debitul soluției de saramură, k 1 - concentrația soluției de sare la eliberare, la 2- concentrația soluției de sare în punctul de bază). Această metodă este una dintre cele mai bune pentru râurile de munte furtunoase.

Metoda hidraulica se bazează pe utilizarea diferitelor tipuri de formule hidraulice atunci când apa curge atât prin canale naturale, cât și prin deversoare artificiale.

Să dăm un exemplu simplu de metodă de deversare. Se construiește un baraj al cărui vârf are un perete subțire (din lemn sau beton). Un deversor dreptunghiular cu dimensiuni precis definite ale bazei este tăiat în perete. Apa curge peste deversor, iar debitul este calculat folosind formula

(T - coeficientul devalului, b - latimea pragului deversorului, H- presiune deasupra marginii barajului, g -accelerarea gravitațională), cu ajutorul unui deversor este posibil să se măsoare debite de la 0,0005 la 10 cu mare precizie m 3 /sec. Este utilizat în special pe scară largă în laboratoarele hidraulice.

Metoda hidrometrică se bazează pe măsurarea ariei secțiunii transversale vii și a vitezei curgerii. Este cea mai comună. Calculul se efectuează conform formulei, așa cum am discutat deja.

Stoc. Cantitatea de apă care curge printr-o anumită secțiune vie a unui râu pe secundă se numește debit. Se numește cantitatea de apă care curge printr-o anumită secțiune vie a unui râu pe o perioadă mai lungă scurgere. Cantitatea de scurgere poate fi calculată pe zi, pe lună, pe sezon, pe an și chiar pe un număr de ani. Cel mai adesea, scurgerea este calculată pe sezoane, deoarece schimbările sezoniere pentru majoritatea râurilor sunt deosebit de puternice și caracteristice. De mare importanță în geografie sunt valorile scurgerii anuale și, în special, valoarea scurgerii medii anuale (scurgerile calculate din date pe termen lung). Debitul mediu anual face posibilă calcularea debitului mediu al râului. Dacă debitul este exprimat în metri cubi pe secundă, atunci debitul anual (pentru a evita numerele foarte mari) este exprimat în kilometri cubi.

Având informații despre debit, putem obține date despre debit pentru o anumită perioadă de timp (prin înmulțirea debitului cu numărul de secunde din perioada de timp dată). Cantitatea de scurgere în acest caz este exprimată volumetric. Debitul râurilor mari este de obicei exprimat în kilometri cubi.

De exemplu, debitul mediu anual al Volgăi este de 270 km 3, Dnepra 52 km 3, Obi 400 km 3, Yeniseya 548 km 3, Amazon 3787 km, 3 etc.

La caracterizarea râurilor, raportul dintre cantitatea de scurgere și cantitatea de precipitații care cad pe zona bazinului râului pe care am luat-o este foarte important. Cantitatea de precipitații, după cum știm, este exprimată prin grosimea stratului de apă în milimetri. În consecință, pentru a compara cantitatea de scurgere cu cantitatea de precipitații, este necesar să se exprimă cantitatea de scurgere și prin grosimea stratului de apă în milimetri. Pentru a face acest lucru, cantitatea de scurgere pentru o anumită perioadă, exprimată în măsuri volumetrice, este distribuită uniform pe întreaga zonă a bazinului hidrografic situat deasupra punctului de observare. Această valoare, numită înălțimea de scurgere (A), este calculată prin formula:

A este înălțimea canalului de scurgere, exprimată în milimetri, Q - consum, T- perioada de timp, 10 3 servește la conversia de metri în milimetri și 10 6 pentru a converti kilometri pătrați în metri pătrați.

Se numește raportul dintre cantitatea de scurgere și cantitatea de precipitații coeficientul de scurgere. Dacă coeficientul de scurgere este notat cu litera A, iar cantitatea de precipitaţii exprimată în milimetri este h, Acea

Coeficientul de scurgere, ca orice raport, este o mărime abstractă. Poate fi exprimat ca procent. Deci, de exemplu, pentru r. Neva A=374 mm, h= 532 mm; prin urmare, A= 0,7 sau 70%. În acest caz, coeficientul de scurgere a râului. Neva ne permite să spunem că din cantitatea totală de precipitații care cad în bazinul hidrografic. Neva, 70% se varsă în mare, iar 30% se evaporă. Vedem o imagine complet diferită pe râu. Nil. Aici A=35 mm, h =826 mm; deci a=4%. Aceasta înseamnă că 96% din toate precipitațiile din bazinul Nilului se evaporă și doar 4% ajung în mare. Deja din exemplele date este clar cât de important este coeficientul de scurgere pentru geografi.

Să dăm ca exemplu valoarea medie a precipitațiilor și scurgerii pentru unele râuri din partea europeană a URSS.

În exemplele pe care le-am dat, cantitatea de precipitații, cantitatea de scurgere și, în consecință, coeficienții de scurgere sunt calculate ca medii anuale pe baza datelor pe termen lung. Este de la sine înțeles că coeficienții de scurgere pot fi derivați pentru orice perioadă de timp: zi, lună, sezon etc.

În unele cazuri, debitul este exprimat în litri pe secundă pe 1 km 2 zona piscinei. Această valoare a fluxului este numită modul de scurgere.

Valoarea scurgerii medii pe termen lung poate fi reprezentată pe o hartă folosind izolinii. Pe o astfel de hartă, scurgerea este exprimată în module de scurgere. Dă o idee că scurgerea medie anuală pe părțile plate ale teritoriului Uniunii noastre are un caracter zonal, iar cantitatea de scurgere scade spre nord. De pe o astfel de hartă puteți vedea cât de importantă este relieful pentru scurgere.

Hrănirea râului Există trei tipuri principale de hrănire fluvială: hrănire prin apele de suprafață, hrănire prin apele subterane și hrănire mixtă.

Reîncărcarea prin apele de suprafață poate fi împărțită în ploaie, zăpadă și glaciară. Hrănirea prin ploaie este tipică pentru râurile din regiunile tropicale, majoritatea regiunilor musonice, precum și multe regiuni din Europa de Vest caracterizate printr-o climă blândă. Hrănirea cu zăpadă este tipică pentru țările în care se acumulează multă zăpadă în perioada rece. Aceasta include majoritatea râurilor de pe teritoriul URSS. Primăvara se caracterizează prin inundații puternice. Este necesar mai ales să evidențiem zăpezile din țările muntoase înalte, care asigură cea mai mare cantitate de apă la sfârșitul primăverii și vara. Această nutriție, numită nutriție de zăpadă de munte, este apropiată de alimentația glaciară. Ghețarii, precum zăpada de munte, furnizează apă în principal vara.

Reîncărcarea apelor subterane are loc în două moduri. Prima modalitate este de a alimenta râurile cu acvifere mai adânci care ies (sau, după cum se spune, se înfundă) în albia râului. Acesta este un aliment destul de durabil pentru toate anotimpurile. A doua modalitate este alimentarea cu apă subterană a straturilor aluviale conectate direct la râu. În perioadele de apă mare, aluviunile sunt saturate cu apă, iar după ce apa scade, își returnează încet rezervele în râu. Această dietă este mai puțin durabilă.

Râurile care se hrănesc numai din apele de suprafață sau din apele subterane sunt rare. Râurile cu hrănire mixtă sunt mult mai frecvente. În unele perioade ale anului (primăvara, vara, începutul toamnei) apele de suprafață au o importanță predominantă pentru acestea, în alte perioade (iarna sau în perioadele de secetă) apele freatice devin singura sursă de nutriție.

Mai putem aminti și râurile alimentate cu ape de condensare, care pot fi atât de suprafață, cât și subterane. Astfel de râuri sunt mai frecvente în zonele muntoase, unde acumulările de blocuri și pietre pe vârfuri și versanți condensează umiditatea în cantități vizibile. Aceste ape pot influența creșterea scurgerii.

Condițiile de alimentare ale râului în diferite perioade ale anului. Durere iarnaMajoritatea râurilor noastre sunt alimentate exclusiv din apă subterană. Această hrănire este destul de uniformă, astfel încât debitul de iarnă pentru majoritatea râurilor noastre poate fi caracterizat ca fiind cel mai uniform, scăzând foarte ușor de la începutul iernii până în primăvară.

Primăvara, natura debitului și, în general, întregul regim al râurilor se schimbă dramatic. Precipitațiile acumulate în timpul iernii sub formă de zăpadă se topesc rapid și cantități uriașe de apă de topire curg în râuri. Rezultă o viitură de primăvară, care, în funcție de condițiile geografice ale bazinului hidrografic, durează mai mult sau mai puțin. Despre natura inundațiilor de primăvară vom vorbi puțin mai târziu. În acest caz, remarcăm un singur fapt: primăvara, o cantitate imensă de apă de zăpadă topită de primăvară se adaugă la rezervele de sol, ceea ce crește scurgerea de multe ori. Deci, de exemplu, pentru Kama debitul mediu primăvara depășește de 12 și chiar de 15 ori debitul de iarnă, pentru Oka este de 15-20 de ori; Debitul Niprului lângă Dnepropetrovsk primăvara în unii ani depășește de 50 de ori debitul de iarnă în râurile mici, diferența este și mai semnificativă.

Vara, râurile (la latitudinile noastre) sunt alimentate, pe de o parte, cu apele subterane, iar pe de altă parte, prin scurgerea directă a apei pluviale. Conform observațiilor academicianului Oppokovaîn bazinul superior al Niprului, această scurgere directă a apei pluviale în lunile de vară ajunge la 10%. În zonele muntoase, unde condițiile de curgere sunt mai favorabile, acest procent crește semnificativ. Dar atinge o magnitudine deosebit de mare în acele zone care sunt caracterizate de permafrost larg răspândit. Aici, după fiecare ploaie, nivelul râului crește rapid.

Toamna, pe măsură ce temperaturile scad, evaporarea și transpirația scad treptat, iar scurgerea de suprafață (scurgerea apei de ploaie) crește. Ca urmare, toamna, scurgerea, în general, crește până în momentul în care precipitațiile lichide (ploaia) sunt înlocuite cu precipitații solide (zăpada). Astfel, toamna, ca

avem hrănire sol plus ploaie, iar hrănirea prin ploaie scade treptat și până la începutul iernii se oprește cu totul.

Acesta este cursul de alimentare al râurilor obișnuite la latitudinile noastre. În țările muntoase înalte, vara se adaugă apa de topire din zăpezile montane și ghețarii.

În zonele deșertice și de stepă uscată, apa de topire din zăpada și gheața de munte joacă un rol dominant (Amu Darya, Syr Darya etc.).

Fluctuații ale nivelului apei în râuri. Tocmai am vorbit despre condițiile de alimentare ale râurilor în diferite perioade ale anului și, în legătură cu aceasta, am observat cum se modifică debitul în diferite perioade ale anului. Aceste schimbări sunt cel mai clar arătate de curba fluctuațiilor nivelului apei din râuri. Aici avem trei grafice. Primul grafic oferă o idee despre fluctuațiile nivelului râului în zona forestieră a părții europene a URSS (Fig. 116). Primul grafic (râul Volga) se caracterizează prin

creștere rapidă și mare cu o durată de aproximativ 1/2 lună.

Acum acordați atenție celui de-al doilea grafic (Fig. 117), tipic pentru râurile din zona taiga din Siberia de Est. Se înregistrează o creștere bruscă primăvara și o serie de creșteri vara din cauza ploilor și a prezenței permafrostului, care mărește viteza de scurgere. Prezența aceluiași permafrost, care reduce nutriția solului de iarnă, duce la un nivel deosebit de scăzut al apei în timpul iernii.

Cel de-al treilea grafic (Fig. 118) arată curba de fluctuație a nivelurilor râurilor în zona taiga din Orientul Îndepărtat. Aici, din cauza permafrostului, există același nivel foarte scăzut în perioada rece și fluctuații continue bruște ale nivelului în perioadele calde. Ele sunt cauzate de topirea zăpezii primăvara și începutul verii, iar mai târziu de ploaie. Prezența munților și a permafrostului accelerează scurgerea, ceea ce are un efect deosebit de dramatic asupra fluctuațiilor de nivel.

Natura fluctuațiilor nivelurilor aceluiași râu în ani diferiți nu este aceeași. Iată un grafic al fluctuațiilor nivelurilor p. Kama pentru ani diferiți (Fig. 119). După cum puteți vedea, râul are modele foarte diferite de fluctuații în diferiți ani. Adevărat, anii celor mai dramatice abateri de la normă sunt selectați aici. Dar aici avem un al doilea grafic al fluctuațiilor nivelurilor p. Volga (Fig. 116). Aici toate fluctuațiile sunt de același tip, dar intervalul de fluctuații și durata scurgerii sunt foarte diferite.

În concluzie, trebuie spus că studiul fluctuațiilor nivelului râului, pe lângă semnificația științifică, are și o semnificație practică enormă. Poduri demolate, diguri și structuri de coastă distruse, satele inundate și uneori complet distruse și spălate au forțat de multă vreme oamenii să acorde o atenție deosebită acestor fenomene și să înceapă să le studieze. Nu este de mirare că observațiile fluctuațiilor nivelului râului au fost efectuate încă din cele mai vechi timpuri (Egipt, Mesopotamia, India, China etc.). Navigația fluvială, construcția de drumuri, și în special de căi ferate, necesitau observații mai precise.

Observarea fluctuațiilor nivelului râurilor în Rusia a început, se pare, cu foarte mult timp în urmă. În cronici, începând cu XV c., găsim adesea indicii ale înălțimii viiturii râului. Moscova și Oka. Se făceau zilnic observații ale fluctuațiilor nivelului râului Moscova. La început XIX V. observaţiile zilnice erau deja efectuate la toate digurile mari ale tuturor râurilor navigabile. De la an la an numărul stațiilor hidrometrice a crescut continuu. În vremurile pre-revoluționare, aveam peste o mie de stații de măsurare a apei în Rusia. Dar aceste stații au obținut o dezvoltare specială în perioada sovietică, ceea ce este ușor de observat din tabelul de mai jos.

Viitură de primăvară. În timpul topirii de primăvară a zăpezii, nivelul apei din râuri crește brusc, iar apa, de obicei revărsând canalul, își revarsă malurile și inundă adesea câmpia inundabilă. Acest fenomen, caracteristic majorității râurilor noastre, se numește viitură de primăvară.

Momentul declanșării inundației depinde de condițiile climatice ale zonei și de durata perioadei de inundație, în plus, de dimensiunea bazinului, ale cărui părți individuale se pot afla în condiții climatice diferite. Deci, de exemplu, pentru r. Pe Nipru (conform observațiilor din apropierea orașului Kiev), durata inundației este de la 2,5 până la 3 luni, în timp ce pentru afluenții Niprului - Sula și Psyol - durata inundației este de doar aproximativ 1,5-2 luni. .

Înălțimea viiturii de primăvară depinde de multe motive, dar cele mai importante dintre ele sunt: ​​1) cantitatea de zăpadă din bazinul hidrografic la începutul topirii și 2) intensitatea topirii primăverii.

De asemenea, au o oarecare importanță gradul de saturație cu apă a solului din bazinul hidrografic, permafrostul sau dezghețul solului, precipitațiile de primăvară etc.

Majoritatea râurilor mari din partea europeană a URSS se caracterizează printr-o creștere a apei de izvor de până la 4 m. Cu toate acestea, în diferiți ani, înălțimea viiturii de primăvară este supusă unor fluctuații foarte puternice. Deci, de exemplu, pentru Volga din apropierea orașului Gorki, creșterile de apă ajung la 10-12 m, lângă Ulyanovsk până la 14 m; pentru r. Nipru pentru 86 de ani de observații (din 1845 până în 1931) de la 2,1 m până la 6-7 și chiar 8,53 m(1931).

Cele mai mari creșteri ale apei duc la inundații, care provoacă pagube mari populației. Un exemplu este inundația de la Moscova din 1908, când o parte semnificativă a orașului și calea ferată Moscova-Kursk erau sub apă pe zeci de kilometri. Un număr de orașe din Volga (Rybinsk, Yaroslavl, Astrakhan etc.) au suferit inundații foarte severe ca urmare a creșterii neobișnuit de mare a apei râului. Volga în primăvara anului 1926

Pe râurile mari din Siberia, din cauza congestiei, ridicarea apei ajunge la 15-20 de metri sau mai mult. Deci, pe râu Yenisei până la 16 ani m, iar pe râu Lena (lângă Bulun) până la 24 de ani m.

Inundații. Pe lângă inundațiile de primăvară care se repetă periodic, se observă și creșteri bruște ale apei, cauzate fie de ploi abundente, fie de alte motive. Aceste creșteri bruște de apă în râuri, spre deosebire de inundațiile de primăvară recurente periodic, sunt numite inundații. Inundațiile, spre deosebire de inundații, pot avea loc în orice moment al anului. În zonele plane, unde panta râurilor este foarte mică, aceste inundații pot provoca creșteri abrupte ale nivelului, în special în râurile mici. În condiții de munte, inundațiile au loc și pe râurile mai mari. În Orientul nostru Îndepărtat se observă inundații deosebit de severe, unde, pe lângă condițiile montane, avem ploi bruște prelungite, dând peste 100 de mm precipitare. Aici, inundațiile de vară capătă adesea caracterul de inundații puternice, uneori distructive.

Se știe că pădurile au o influență imensă asupra înălțimii inundațiilor și asupra naturii scurgerii în general. În primul rând, asigură topirea lentă a zăpezii, care prelungește durata viiturii și reduce înălțimea viiturii. În plus, gunoiul de pădure (frunze căzute, ace de pin, mușchi etc.) reține umiditatea din evaporare. Ca urmare, coeficientul de scurgere la suprafață în pădure este de trei până la patru ori mai mic decât în ​​terenul arabil. Prin urmare, înălțimea viiturii scade la 50%.

Pentru a reduce deversările și pentru a regla în general debitele în URSS, guvernul a acordat o atenție deosebită conservării pădurilor în zonele de alimentare ale râurilor. Rezolutie (de la 2/VII1936) prevede conservarea pădurilor de pe ambele maluri ale râurilor. În același timp, în cursul superior al râurilor, fâșii de pădure de 25 km lățime, iar în partea inferioară ajunge la 6 km.

Posibilitățile de combatere în continuare a scurgerilor și dezvoltarea măsurilor de reglementare a scurgerii de suprafață în țara noastră sunt, s-ar putea spune, nelimitate. Crearea de centuri de adăpostire forestieră și rezervoare reglează debitul pe suprafețe vaste. Crearea unei rețele uriașe de canale și rezervoare colosale subordonează și mai mult fluxul la voința și cel mai mare beneficiu al individului într-o societate socialistă.

Apă scăzută. În perioada în care râul trăiește aproape exclusiv din apele subterane în absența apei de ploaie, nivelul râului este cel mai scăzut. Această perioadă a celui mai scăzut nivel al apei din râu se numește apă scăzută.Începutul apei joase este considerat a fi sfârșitul scăderii viiturii de primăvară, iar sfârșitul apei scăzute este începutul creșterii nivelului de toamnă. Aceasta înseamnă că perioada de apă scăzută sau perioada de apă scăzută pentru majoritatea râurilor noastre corespunde perioadei de vară.

Înghețarea râurilor. Râurile din țările reci și temperate sunt acoperite cu gheață în timpul sezonului rece. Înghețarea râurilor începe de obicei lângă coastă, unde curentul este cel mai slab. Ulterior, pe suprafața apei apar cristale și ace de gheață care, adunându-se în cantități mari, formează așa-numita „grăsime”. Pe măsură ce apa se răcește în continuare, în râu apar bancuri de gheață, numărul cărora crește treptat. Uneori, plutirea continuă a gheții de toamnă durează câteva zile, iar în vremea calmă geroasă râul „se ridică” destul de repede, mai ales în coturile unde se acumulează un număr mare de slocuri de gheață. După ce râul este acoperit cu gheață, acesta trece la apele subterane, iar nivelul apei scade adesea și gheața de pe râu se lasă.

Gheața se îngroașă treptat crescând de jos. Grosimea stratului de gheață, în funcție de condițiile climatice, poate fi foarte diferită: de la câțiva centimetri până la 0,5-1 m, iar în unele cazuri (în Siberia) până la 1,5- 2 m. De la topirea și înghețarea zăpezii căzute, gheața se poate îngroșa deasupra.

Ieșirile unui număr mare de izvoare care aduc apă mai caldă duc în unele cazuri la formarea unei „polinii”, adică o zonă fără gheață.

Procesul de îngheț al unui râu începe cu răcirea stratului superior de apă și formarea de pelicule subțiri de gheață cunoscute sub numele de untură Ca urmare a naturii turbulente a fluxului, apa este amestecată, ceea ce duce la răcirea întregii mase de apă. În acest caz, temperatura apei poate fi puțin sub 0° (pe râul Neva până la - 0°,04, pe râul Yenisei -0°.1): Apa suprarăcită creează condiții favorabile pentru formarea cristalelor de gheață, rezultând în așa-numitul gheață adâncă. Gheața adâncă formată în partea de jos se numește gheata de jos. Se numește gheață adâncă în suspensie Suga. Suga poate fi suspendată sau plutită la suprafață.

Gheața de fund, care crește treptat, se desprinde de fund și, datorită densității sale mai mici, plutește la suprafață. În același timp, gheața de fund, desprinzându-se de fund, ia cu ea o parte din sol (nisip, pietricele și chiar pietre). Gheața de fund care plutește la suprafață se mai numește și nămol.

Căldura latentă a formării gheții este rapid consumată, iar apa râului rămâne suprarăcită tot timpul, până la formarea stratului de gheață. Dar odată ce se formează stratul de gheață, pierderea de căldură în aer se oprește în mare măsură și apa nu mai este suprarăcită. Este clar că formarea cristalelor de gheață (și, în consecință, a gheții adânci) se oprește.

La viteze semnificative ale curentului, formarea stratului de gheață încetinește foarte mult, ceea ce duce, la rândul său, la formarea de gheață adâncă în cantități uriașe. Ca exemplu, putem indica p. Hangar. Există nămol aici. Și. gheață de jos, înfundarea canalului, se formează lacomi. Blocarea albiei duce la o creștere mare a nivelului apei. După formarea stratului de gheață, procesul de formare a gheții adânci este redus brusc, iar nivelul râului scade rapid.

Formarea stratului de gheață începe de la coastă. Aici, cu o viteză de curent mai mică, este mai probabil să se formeze gheață (zaberegi). Dar această gheață este adesea dusă de curent și, împreună cu masa de nămol, provoacă așa-numita deriva de gheata de toamna. Derivarea gheții de toamnă este uneori însoțită de congestionare, adică formarea de baraje de gheață. Gemurile (cum ar fi cele de gheață) pot provoca creșteri semnificative de apă. Aglomerația are loc de obicei în secțiuni înguste ale râului, la viraje strânse, pe rifle și, de asemenea, în apropierea structurilor artificiale.

Pe râurile mari care curg spre nord (Ob, Yenisei, Lena), cursurile inferioare ale râurilor îngheață mai devreme, ceea ce contribuie la formarea unor blocaje deosebit de puternice. Creșterea nivelului apei în unele cazuri poate crea condiții pentru apariția debitelor inverse în secțiunile inferioare ale afluenților.

Din momentul în care se formează stratul de gheață, râul intră într-o perioadă de îngheț. Din acest moment, gheața crește încet de jos. Pe lângă temperaturi, grosimea stratului de gheață este foarte influențată de stratul de zăpadă, care protejează suprafața râului de răcire. În medie, grosimea gheții de pe teritoriul URSS ajunge la:

Poliniile. Nu este neobișnuit ca unele porțiuni ale râului să nu înghețe iarna. Aceste zone sunt numite polinii. Motivele formării lor sunt diferite. Cel mai adesea ele sunt observate în zone cu curgere rapidă, la ieșirea unui număr mare de surse, la locul de evacuare a apei din fabrică etc. În unele cazuri, astfel de zone sunt observate și atunci când un râu iese dintr-un lac adânc. Deci, de exemplu, R. Angara la iesirea din lac. Baikal timp de 15 kilometri, iar în unii ani chiar 30, nu îngheață deloc (Angara „aspiră” apa mai caldă a lacului Baikal, care nu se răcește curând până la punctul de îngheț).

Deschiderea râurilor. Sub influența luminii soarelui de primăvară, zăpada de pe gheață începe să se topească, ducând la formarea unor acumulări de apă în formă de lentilă pe suprafața gheții. Fluxurile de apă care curg de pe țărm sporesc topirea gheții, mai ales în apropierea coastei, ceea ce duce la formarea marginilor.

De obicei, înainte de începerea autopsiei, există mișcarea gheții.În același timp, gheața începe să se miște și apoi se oprește. Momentul deplasarii este cel mai periculos pentru structuri (diguri, diguri, cule de pod). Prin urmare, gheața din apropierea structurilor se rupe în avans. Începutul unei creșteri a apei sparge gheața, ceea ce duce în cele din urmă la deriva de gheață.

Derivarea gheții de primăvară este de obicei mult mai puternică decât toamna, care este cauzată de o cantitate semnificativ mai mare de apă și gheață. Gemurile de gheață primăvara sunt și ele mai mari decât toamna. Ele ating dimensiuni deosebit de mari pe râurile nordice, unde deschiderea râurilor începe din vârf. Gheața adusă de râu persistă în zonele inferioare, unde gheața este încă puternică. Ca urmare, se formează baraje puternice de gheață, care în 2-3 ore ridica nivelul apei cu câțiva metri. Defectarea ulterioară a barajului provoacă distrugeri foarte severe. Să dăm un exemplu. Râul Ob se deschide lângă Barnaul la sfârșitul lunii aprilie și lângă Salekhard la începutul lunii iunie. Grosimea gheții lângă Barnaul este de aproximativ 70 cm, iar în cursurile inferioare ale Ob sunt aproximativ 150 cm. Prin urmare, aglomerația este destul de comună aici. Când se formează gemuri (sau, așa cum le numesc ei aici, „gemuri”), nivelul apei crește cu 4-5 în 1 oră mși scade la fel de repede după spargerea barajelor de gheață. Fluxurile enorme de apă și gheață pot distruge pădurile pe suprafețe mari, pot distruge malurile și pot crea noi canale. Aglomerația poate distruge cu ușurință chiar și cele mai puternice structuri. Prin urmare, la planificarea structurilor, este necesar să se țină cont de locațiile structurilor, mai ales că blocajele de trafic apar de obicei în aceleași zone. Pentru a proteja structurile sau ancorarile de iarnă ale flotei fluviale, gheața din aceste zone este de obicei explozită.

Ridicarea apei in timpul aglomeratiei pe Ob ajunge la 8-10 m, iar in cursul inferior al raului. Lena (lângă orașul Bulun) - 20-24 m.

An hidrologic. Debitul și alte trăsături caracteristice ale vieții râului, așa cum am văzut deja, sunt diferite în diferite perioade ale anului. Cu toate acestea, anotimpurile din viața râului nu coincid cu anotimpurile calendaristice obișnuite. Deci, de exemplu, sezonul de iarnă pentru un râu începe din momentul în care se oprește alimentarea cu ploaie și râul trece la hrănirea solului de iarnă. Pe teritoriul URSS, acest moment are loc în regiunile nordice în octombrie, iar în regiunile sudice în decembrie. Astfel, nu există un moment stabilit cu precizie, potrivit pentru toate râurile din URSS. Același lucru trebuie spus și despre alte anotimpuri. Este de la sine înțeles că începutul anului în viața unui râu sau, după cum se spune, începutul anului hidrologic nu poate coincide cu începutul anului calendaristic (1 ianuarie). Începutul anului hidrologic este considerat a fi momentul în care râul trece la alimentarea exclusiv cu apă subterană. Pentru diferite locuri de pe teritoriul fiecaruia unuia dintre statele noastre, inceputul anului hidrologic nu poate fi acelasi. Pentru majoritatea râurilor din URSS, începutul anului hidrologic se încadrează în perioada de la 15/XIpână la 15/XII.

Clasificarea climatică a râurilor. Deja din cele spuse O râurilor în diferite perioade ale anului, este clar că clima are un impact uriaș asupra râurilor. Este suficient, de exemplu, să compari râurile din Europa de Est cu râurile din Europa de Vest și de Sud pentru a observa diferența. Râurile noastre îngheață iarna, se deschid primăvara și dau o creștere excepțională de mare a apei în timpul viiturii de primăvară. Râurile din Europa de Vest foarte rar îngheață și aproape că nu dau inundații de primăvară. În ceea ce privește râurile din sudul Europei, acestea nu îngheață deloc, iar nivelul apei lor este cel mai ridicat iarna. Găsim o diferență și mai accentuată între râurile din alte țări care se află în alte regiuni climatice. Este suficient să amintim râurile din regiunile musonice din Asia, râurile din nordul, centrul și sudul Africii, râurile din America de Sud, Australia etc. Toate acestea luate împreună au dat climatologului nostru Voeikov baza pentru a clasifica râurile în funcție de climatul. condiţiile în care se află. Conform acestei clasificări (puțin modificată ulterior), toate râurile de pe Pământ sunt împărțite în trei tipuri: 1) râuri alimentate aproape exclusiv cu apa de topire din zăpadă și gheață, 2) râuri alimentate numai cu apa de ploaie și 3) râuri alimentate prin ambele metode indicate. de mai sus .

Râurile de primul tip includ:

a) râuri de deșert mărginite de munți înalți cu vârfuri înzăpezite. Exemplele includ: Syr-Darya, Amu-Darya, Tarim, etc.;

b) râurile din regiunile polare (nordul Siberiei și America de Nord), situate în principal pe insule.

Râurile de al doilea tip includ:

a) râuri ale Europei de Vest cu precipitații mai mult sau mai puțin uniforme: Sena, Main, Moselle etc.;

b) râuri din țările mediteraneene cu inundații de iarnă: râuri din Italia, Spania etc.;

c) râurile din țările tropicale și regiunile musonice cu inundații de vară: Gange, Indus, Nil, Congo etc.

Râurile de al treilea tip, alimentate atât cu apa de topire, cât și cu apa de ploaie, includ:

a) râuri din câmpia est-europeană sau rusă, Siberia de Vest, America de Nord și altele cu inundații de primăvară;

b) râurile care primesc hrană din munții înalți, cu viituri de primăvară și vară.

Există și alte clasificări mai noi. Printre acestea, merită remarcată clasificarea M. I. Lvovich, care a luat ca bază aceeași clasificare a lui Voeikov, dar în scopul clarificării a luat în considerare nu numai indicatori calitativi, ci și cantitativi ai surselor de alimentare ale râului și distribuția sezonieră a debitului. Deci, de exemplu, ia scurgerea anuală și determină ce procent din scurgere se datorează uneia sau alteia surse de energie. Dacă valoarea de scurgere a oricărei surse este mai mare de 80%, atunci acestei surse i se acordă o importanță excepțională; dacă debitul este de la 50 la 80%, atunci este preferenţial; sub 50% - predominant. Ca rezultat, el obține 38 de grupuri de regimuri de apă fluviale, care sunt combinate în 12 tipuri. Aceste tipuri sunt după cum urmează:

1. Tipul amazonian - aproape exclusiv pluvial și predominarea scurgerii de toamnă, adică în acele luni care sunt considerate toamnă în zona temperată (Amazon, Rio Negro, Blue Nile, Congo etc.).

2. Tipul nigerian - alimentat predominant de ploaie cu predominanță a scurgerilor de toamnă (Niger, Lualaba, Nil etc.).

3. Tipul Mekong - alimentat aproape exclusiv de ploaie cu o predominanță a scurgerilor de vară (Mekong, cursurile superioare ale Madeira, Marañon, Paraguay, Parana etc.).

4. Amur - alimentat predominant de ploaie, cu o predominanță a scurgerilor de vară (Amur, Vitim, cursurile superioare ale Olekma, Yana etc.).

5. Mediterana - exclusiv sau predominant pluvial și dominația scurgerii iernii (Moselle, Ruhr, Tamisa, Agri în Italia, Alma în Crimeea etc.).

6. Oderian - predominanța nutriției pluviale și a scurgerilor de primăvară (Po, Tissa, Oder, Morava, Ebro, Ohio etc.).

7. Volzhsky - alimentat în principal cu zăpadă, cu o predominanță a scurgerilor de primăvară (Volga; Mississippi, Moscova, Don, Ural, Tobol, Kama etc.).

8. Yukon - aprovizionarea cu zăpadă predominantă și dominația scurgerii verii (Yukon, Kola, Athabasca, Colorado, Vilyui, Pyasina etc.).

9. Nura - predominanța aprovizionării cu zăpadă și aproape exclusiv scurgerile de primăvară (Nura, Eruslan, Buzuluk, B. Uzen, Ingulets etc.).

10. Groenlanda - hrănire exclusiv glaciară și scurgere pe termen scurt vara.

11. Caucazian - hrănire predominantă sau predominant glaciară și dominare a scurgerii verii (Kuban, Terek, Rhone, Inn, Aare etc.).

12. Loansky - alimentație exclusivă sau predominantă din apele subterane și distribuție uniformă a debitului pe tot parcursul anului (râul Loa în nordul Chile).

Multe râuri, în special cele care sunt lungi și au o zonă mare de hrănire, pot părea să aibă părți separate în grupuri diferite. De exemplu, râurile Katun și Biya (de la confluența cărora se formează Ob) sunt alimentate în principal de apa de topire din zăpada de munte și ghețari cu apă în creștere în timpul verii. În zona taiga, afluenții Ob sunt alimentați cu zăpadă topită și apa de ploaie cu revărsare primăvara. În cursul inferior al Ob, afluenții aparțin râurilor din zona rece. Râul Irtysh în sine are un caracter complex. Toate acestea, desigur, trebuie luate în considerare.

- Sursă-

Polovinkin, A.A. Fundamentele geoștiinței generale/ A.A. Polovinkin - M.: Editura de stat educațională și pedagogică a Ministerului Educației din RSFSR, 1958. - 482 p.

Vizualizări post: 55

Rezistenta hidraulica.

Când fluidul curge prin țevi, trebuie să consume energie pentru a depăși forțele de frecare externă și internă. În secțiunile drepte ale conductelor, aceste forțe de rezistență acționează pe toată lungimea fluxului, iar pierderea totală de energie pentru a le depăși este direct proporțională cu lungimea conductei. Astfel de rezistențe se numesc liniare. Mărimea lor (pierderea de presiune) depinde de densitatea și vâscozitatea lichidului, precum și de diametrul conductei (cu cât diametrul este mai mic, cu atât rezistența este mai mare), viteza de curgere (creșterea vitezei crește pierderile) și curățenia conductei. suprafața interioară a țevii (cu cât este mai mare rugozitatea pereților, cu atât este mai mare rezistența).

Pe lângă frecarea în tronsoane drepte, în conducte se întâlnește rezistență suplimentară sub formă de viraje de curgere, modificări ale secțiunii transversale, robinete, ramificații etc. În aceste cazuri, structura fluxului este perturbată și energia acestuia este cheltuită pe restructurare, turbulențe și impacturi. Astfel de rezistențe se numesc locale. Rezistențele liniare și locale sunt două tipuri de așa-numitele rezistențe hidraulice, a căror determinare formează baza pentru calculul oricăror sisteme hidraulice.

Regimuri de curgere a fluidelor În practică se observă două regimuri caracteristice de curgere a fluidelor: laminar și turbulent.

În modul laminar, fluxurile elementare de curgere curg în paralel fără amestecare. Dacă într-un astfel de flux este introdus un flux de lichid colorat, acesta își va continua curgerea sub forma unui fir subțire printre fluxul de lichid necolorat, fără a fi spălat. Acest regim de curgere este posibil la debite foarte mici. Cu o creștere a vitezei peste o anumită limită, fluxul devine turbulent, asemănător unui vârtej, în care lichidul din secțiunea transversală a conductei este amestecat intens. Cu o creștere treptată a vitezei, fluxul colorat din flux începe mai întâi să oscileze în jurul axei sale, apoi apar ruperi în el datorită amestecării cu alte fluxuri și apoi, ca urmare, întregul flux primește o culoare uniformă.

Prezența unuia sau altuia regim de curgere depinde de valoarea raportului dintre energia cinetică a fluxului 1 1

(■п-гпi2=ч-рУу2) la munca forțelor interne de frecare (/7 = р„5^/) - vezi. (2.9).

Acesta este un raport adimensional

^-pVv21 (p,5^/) poate fi simplificată ținând cont de faptul că V este proporțional cu V. Mărimile 1 și A/r au și ele aceeași dimensiune și pot fi reduse, iar raportul dintre volumul V la secțiunea transversală 5 are dimensiunea liniară y.

Apoi, raportul dintre energia cinetică și munca forțelor interne de frecare, până la factorii constanți, poate fi caracterizat printr-un complex adimensional:

care se numește numărul Reynolds (sau criteriul) în onoarea fizicianului englez Osborne Reynolds, care la sfârșitul secolului trecut a observat experimental prezența a două regimuri de curgere.

Valorile mici ale numerelor Reynolds indică predominanța muncii forțelor interne de frecare în fluxul fluidului și corespund fluxului laminar. Valori mari ale lui E corespund predominanței energiei cinetice și unui regim de curgere turbulent. Limita pentru începutul tranziției de la un mod la altul - numărul critic Reynolds - este 1?cr = 2300 pentru țevi rotunde (diametrul țevii este luat ca dimensiune caracteristică).

În tehnologie, inclusiv în tehnologia locomotivelor diesel, în sistemele hidraulice (inclusiv cu aer și gaz), se produce de obicei un flux turbulent de lichide. Curgerea laminară are loc numai în lichide vâscoase (de exemplu, ulei) la debite mici și în canale subțiri (tuburi plate de radiator).

Calculul rezistentei hidraulice. Pierderile liniare de presiune sunt determinate folosind formula Darcy-Weisbach:

unde X (“lambda”) este coeficientul de rezistență liniar, în funcție de numărul Reynolds. Pentru un flux laminar într-o țeavă rotundă R, = 64/E (depinde de turație), pentru curgerile turbulente valoarea lui k depinde puțin de turație și este determinată în principal de rugozitatea pereților țevii.

Pierderile de presiune locale sunt, de asemenea, considerate proporționale cu pătratul vitezei și sunt definite după cum urmează:

unde £ („zeta”) este coeficientul de rezistență locală, în funcție de tipul de rezistență (rotație, dilatare etc.) și de caracteristicile geometrice ale acesteia.

Coeficienții de rezistență locali sunt stabiliți experimental; valorile lor sunt date în cărțile de referință.

Conceptul de calcul al sistemelor hidraulice. Când se calculează orice sistem hidraulic, se rezolvă de obicei una dintre cele două probleme: determinarea diferenței de presiune (presiunea) necesară pentru a trece un anumit debit de fluid sau determinarea debitului de fluid în sistem la o diferență de presiune dată.

În orice caz, trebuie determinată pierderea totală de presiune în sistemul AN, care este egală cu suma rezistențelor tuturor secțiunilor sistemului, adică suma rezistențelor liniare ale tuturor secțiunilor drepte ale conductelor și a rezistențelor locale ale alte elemente ale sistemului:

Dacă viteza medie a curgerii este aceeași în toate secțiunile conductei, ecuația (2.33) este simplificată:

De obicei, există secțiuni în sistem în care vitezele de curgere diferă unele de altele. În acest caz, este convenabil să reduceți ecuația (2.33) la o altă formă, ținând cont de faptul că debitul de fluid este constant pentru toate elementele sistemului (fără ramuri). Înlocuind valorile u = C)/5 în condiția (2.33), obținem

caracteristica hidraulică sau coeficientul de rezistență global al sistemului.

Trebuie avut în vedere faptul că calculul conductei nu este o soluție la o problemă cu un răspuns cert. Rezultatele sale depind de alegerea diametrelor secțiunilor conductei sau a vitezelor din acestea. Într-adevăr, este posibil să se țină cont de valorile mici ale vitezei și să se obțină pierderi mici de presiune. Dar apoi, la un debit dat, secțiunile transversale (diametrele) conductei trebuie să fie mari, iar sistemul va fi voluminos și greu. Acceptând viteze mari de curgere în conducte, le vom reduce dimensiunile transversale, dar în același timp, pierderile de presiune și costurile de energie pentru funcționarea sistemului vor crește semnificativ (proporțional cu pătratul vitezei). Prin urmare, în calcule, sunt specificate de obicei unele valori medii „optime” ale debitelor fluidului. Pentru sistemele de apă, viteza optimă este de aproximativ 1 m/s, pentru sistemele cu aer de joasă presiune - 8-12 m/s.

Lovitura de berbec este un fenomen care apare într-un flux de fluid atunci când viteza curgerii acestuia se modifică rapid (de exemplu, când o supapă dintr-o conductă se închide brusc sau o pompă se oprește). În acest caz, energia cinetică a fluxului se transformă instantaneu în energie potențială, iar presiunea fluxului în fața supapei crește brusc. Zona de presiune crescută se extinde apoi de la supapă către fluxul care nu a fost încă complet inhibat la o viteză apropiată de viteza sunetului în acest mediu.

O creștere bruscă a presiunii duce, dacă nu la distrugere, atunci la deformarea elastică a elementelor conductei, ceea ce reduce forța de impact, dar crește fluctuațiile presiunii fluidului în conductă. Mărimea saltului de presiune în timpul unei opriri complete a fluxului de fluid, care avea o viteză v, este determinată de formula remarcabilului om de știință rus - profesorul N. E. Jukovski, obținută de acesta în 1898: Dr = paa, unde p este densitatea lichidului.

Pentru a preveni fenomenele de șoc în sistemele hidraulice mari (de exemplu, rețelele de alimentare cu apă), dispozitivele de închidere sunt proiectate astfel încât închiderea lor să aibă loc treptat.