Речной сток. Измерение расходов воды. Водомерные посты

Речной сток — перемещение воды в виде потока по речному руслу. Происходит под действием гравитации. Является важнейшим элементом круговорота воды в природе, с помощью которого происходит перемещение воды с суши в океаны или области внутреннего стока. Количественное значение стока в единицу времени называется расходом воды.

В гидрологии под речным стоком обычно подразумевается объём стока — объём воды (или минеральных веществ, твёрдый сток), прошедшей через определённый створ в единицу времени, чаще всего год. Объединяет поверхностный сток (образующийся в результате осадков и снеготаяния) и подземный сток, формируемый за счет грунтовых вод. Речной сток за год является объективным показателем для определения полноводности реки. Ниже представлены 10 наиболее полноводных рек мира: Амазонка (Юж.Ам.), Конго (Африка), Янцзы (Азия), Ориноко (Юж.Ам.), Енисей (Азия), Миссисипи (Сев.Ам.), Парана (Юж.Ам.), Лена(Азия), Токантинс (Юж.Ам.), Замбези (Африка).

Годовой сток полноводнейшей в Европе реки Волги составляет 243 км³

Территория, с которой вода стекает в реку, называется ее водосбором (бассейном); граница, разделяющая водосборы рек, наз. водоразделом. Существует поверхностный сток, поступающий в реки по оврагам, ручьям, рекам, и подземный сток, образуемый водой, просачивающейся в горные породы, покрывающие земную поверхность. Поверхностный сток разделяется на снеговой — сток талых вод и дождевой. В свою очередь, в стоке талых вод различают равнинно-снеговое питание — весной в р-нах с устойчивой зимой при освобождении от снегового покрова, горно-снеговое питание, - происходящее весной и летом в высоко расположенных частях водосбора, и там же — ледниковое питание. Поверхностный сток характеризуется резкими колебаниями по временам года. Подземный сток отличается устойчивостью.

В зависимости от видов питания в годовом стоковом цикле чередуются периоды высокого и низкого стока — половодье, значительное повышение водности реки, повторяющееся из года в год в определенное время; межень — период низкого стока, когда реки получают преимущественно грунтовое (подземное) питание; паводки — нерегулярные, обычно кратковременные, иногда очень резкие повышения стока, вызываемые ливнями. Рекам б. ч. терр. СССР свойственно отчетливо выраженное весеннее половодье, сток которого близок к 50% годового. На Дальнем Востоке сток весеннего половодья понижается до 30— 40% годового, а в северном и центральном Казахстане и в предгорьях Ср. Азии — повышается до 90—95%. Грунтовой (подземный) сток, которым поддерживаются в реках устойчивые низкие расходы воды, значителен (до 30% годового) в областях с влажным и относительно мягким климатом — на западе Европ. части СССР. В зоне вечной мерзлоты и в засушливых областях Ю.-В. грунтовой сток мал, и реки периодически промерзают и пересыхают. Сезонная неравномерность Р. с. существенно сглаживается проточными озерами (напр., естественно зарегулированные реки — Нева, Ангара и др.).

Определение расхода воды в реке

Расходом воды называется объем воды (в ку­бических метрах), протекающей через площадь живого сечения в единицу времени (в 1 секунду): Q=F-Vср, где Q —расход воды, F — площадь живого сечения и Vcp - средняя скорость течения.

Следовательно, для определения расхода воды нуж­но определить площадь живого сечения и среднюю ско­рость течения. Площадью живого сечения называется пло­щадь поперечного сечения потока, ограниченная внизу рус­лом, а вверху поверхностью воды и расположенная пер­пендикулярно к направлению течения.

Для изучения расхода во­ды необходимо на реке вы­брать определенный участок для гидрометрического створа. Створом вообще называется прямая линия, проведенная поперек реки, а створ, на ко­тором определяют измерения расхода, называется гидрометрическим створом. Расположение створов-

При выборе места для из­мерения воды надо учитывать следующие условия:

1) русло реки на протяже­нии не менее четырехкратной ширины реки должно быть од­нообразным, прямолинейным;

2) не должно быть никаких искусственных сооруже­ний, влияющих на уровень воды и скорость течения;

3) выбранный участок должен быть характерным для исследуемой реки.

Определение площади живого сечения заключается в том, что вдоль живого сечения определяют расстояния, а между промерными точками, а затем измеряют глубину: h1,h2...hn, называемые промерными вер­тикалями.

Расстояния между промерными точками устанавли­ваются в зависимости от ширины реки. При ширине ре­ки до 100 м расстояния берут от 2 до 2,5 м. Вообще рас­стояния между промерными точками колеблются от 1/20 до 1/50 ширины реки.

Точка, от которой определяют положение промерных вертикалей, называется постоянным началомствора.

В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:

— расход воды [м³/c]

площадь поперечного сечения водотока (трубы или части русла реки, заполненного водой) [м²]

средняя скорость потока [м/с]

Водомерные посты - посты, с помощью которых выполняется регистрация колебаний уровня; устанавливаются в различных точках исследуемого района. В. П. разделяются на простые и автоматические. Для кратковременных наблюдений устанавливают у берега в достаточно укрытом от волнения месте рейку (реечный пост), по которой непосредственно читается уровень воды. Широко раскинуты по внутренним водным путям.

Водомерные посты бывают постоянные и временные. Постоянные водомерные посты создают для изучения режима водного объекта в течение длительного времени. Это основной вид поста. Временные водомерные посты организуют для проведения специальных наблюдений на относительно короткий срок - сезон, год, несколько лет или на период проведения исследований поисковой партией на данной речке или районе.
По способу устройства водомерные посты бывают: простые, передающие, самопишущие, дистанционные.
Простые водомерные посты. Эти посты делятся на реечные, свайные, смешанные.

1. Рельсовые водомерные посты бывают с вертикальной и наклонной рейкой.

Водомерный пост с вертикальной рейкой оборудуют на крутых берегах или там, где есть сооружения - мостики, плотины, набережные. При их отсутствии вертикальную рейку прикрепляют к колу.
Водомерный пост с наклонной рейкой устанавливают на участке реки с пологим (20-600) берегом, не размывается и не заиливается.

2. Свайные водомерные посты устанавливают на равнинных реках с наклонными берегами и значительной амплитудой колебания уровней воды. Такой пост состоит из свай, расположенных в одном створе, который перпендикулярен среднем направлении течения воды.
3. Смешанные водомерные посты сочетают элементы рельсового и свайного постов. Их сооружают на реках с резкими переломами склонов берега: на крутой части берега - рейка, на наклонной - свая или наоборот - в зависимости от местных условий.
Передаточные водомерные посты сооружают тогда, когда подход к воде затруднен (например, очень крутые берега). Уровни воды в таких случаях измеряют по расстоянию от некоторой постоянной точки до поверхности воды. К передающим водомерных постов относятся мостовые посты, посты с выносной стрелой и стрелковый указатель уровня. Посты с выносной стрелой сооружают на реках с крутыми берегами (и при невозможности использовать имеющиеся гидротехнические сооружения).
Самопишущие водомерные посты устанавливают на водоемах, уровень воды в которых резко меняется в течение суток. Основным прибором самопишущего поста является самописец. Практически все самописцы уровня воды состоят из двух основных элементов: датчика уровня и записывающего устройства.
Способы установки самописцев уровня воды разнообразны (рис.15), однако их можно разделить на островной и береговой типа. Первый - когда самописец устанавливают в русле реки, на водохранилище (озере) на специальной постройке, и второй, береговой, когда самописец устанавливают на берегу водоема над колодцем, который трубой соединен с водоемом.
Дистанционные водомерные посты применяют преимущественно для нужд диспетчерской службы на гидроэлектростанциях, водном транспорте, оросительных системах, а также на реках в малонаселенных и труднодоступных районах. На таких постах устанавливают приборы, которые автоматически передают на расстояние данные об уровне воды в указанное время или непрерывно. Для передачи данных используют механический, электропроводящий или радиосвязь.