Связь расходов и уровней воды

Между расходами и уровнями воды в реке существует достаточно тесная связь. Кривую этой связи называют кривой расходов воды (рис.7).

Рис. 7. Кривые расходов (1), площади живого сечения (2) и

скорости течения (3) воды

 

Построение кривых расходов воды необходимо:

- при определении ежесуточных расходов воды по небольшому числу наблюдений за расходами (обычно не более 20…30).

- нахождения экстремальных расчетных характеристик расхода воды.

Однозначность связи расходов и уровней может нарушаться в результате:

- строительства ГТС (плотин, запруд, мостов), вызывающих переменный режим уровней воды,

- изменения отметок дна вследствие размыва или отложения наносов,

- зарастания реки водной растительностью,

- ледоставом, ледоходами, заторами и зажорами.

- сгонами и нагонами, приливами и отливами и др.

Для переноса расчетных уровней с водомерного поста на рассматриваемый створ. т.е. в створ на реке, где проектируется ГТС, применяют способы, основанные на использовании кривых расходовводы Q(Н), уклонов и продольных профилей водной поверхности, меток горизонта высоких вод (ГВВ), кривых связи соответствующих уровней воды по посту и рассматриваемому створу (рис.8).

 

Рис. 8. Кривые связи соответствующих (1) и равнообеспеченных

(2) уровней воды

Ледовый режим рек

Значительное влияние на работу ГТС на территории России оказывает ледовый режим водного объекта. Поэтому его необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации.

Весь зимний период разделяют на три части: замерзание реки, ледостав и вскрытие.

Замерзание реки. При появлении отрицательных температур воздуха начинается процесс охлаждения поверхностных слоев воды. На ее поверхности появляется так называемое сало — тонкая пленка, имеющая вид разлитой масляной жидкости. Одновременно возникают ледовые образования у берегов — за­береги, т.е. корка тонкого льда в тихих заводях и на участках со слабым течением воды.

Переохлаждение воды создает также благоприятные условия для образования внутри потока кри­сталлов льда, которые затем объединяются в глыбы губчатой структуры. Эти образования носят название внутриводного льда. Наиболее благоприятные условия для образования внутриводного льда представляют участки с быстрым течением и каменистым дном. Внутриводный лед в реках причиняет большой вред ГТС: закупо­ривает всасывающие трубы городских водопроводов, забивает турбины гидростанций, водозаборные сооружения на ороси­тельных и осушительных системах. В этих случаях нарушается или полностью прекращается на некоторый период нормальная работа этих сооружений.

По мере развития процесса льдообразования массы рыхлого губчатого льда, образовавшегося внутри потока, всплывают на поверхность. Всплывший внутриводный лед, снежура, сало об­разуют большие скопления льда, называемые шугой. При дви­жении шуги по поверхности водного потока (шугоходе) скопле­ния ее, соприкасаясь с холодным воздухом, смерзаются в льди­ны или ледяные поля, и шугоход переходит в осенний ледоход.

Осенний ледоход иногда сопровождается зажорам и — скоп­лением в живом сечении реки масс внутриводного льда с вклю­чением мелкобитого кристаллического льда. Зажоры преграж­дают путь движущейся воде, вызывая подъем уровня и затопле­ние территории.

Ледостав. С увеличением числа и размеров льдин на поверхности воды скорость движения их уменьшается. В местах сужения или поворота реки, у островов или искусствен­ных сооружений скорость плывущих льдин замедляется. Это приводит к быстрому смерзанию ледяных полей и образованию сплошного ледяно­го покрова, или ледостава. Замерзание реки по ее длине проис­ходит в основном неодновременно. Некоторые участки реки не замерзают в течение всей зи­мы. Такие незамерзшие участки называются по­лыньями. Причины их образования — большие скорости тече­ния, например на порогах, выход в русло относительно теплых подземных вод, сброс в реку промышленных вод. Полыньи спо­собствуют образованию внутриводного льда и зажоров.

В период ледостава на поверхности ледяного покрова иног­да возникают наледи — наросты льда в виде напластований, утолщений, бугров.

После установления на реке ледяного покро­ва происходит увеличение его толщины. Толщина льда зависит от температуры воздуха и достигает в северных районах РФ 1…2 м.

Вскрытие реки. С наступлением положительных температур воздуха начинается таяние снега, льда и поступление талых вод в реки. Возле берегов, образуются полосы воды. вдоль берегов — закраины.

Увеличение расхода и повышение уровней воды реки приво­дит в движение ледяные массы - происходит подвижка льда.

Весенний ледоход значительно превосходит осенний. Большие массы льда, нагромождаясь в сужениях русла, об­разуют заторы. Заторы нередко приобретают большую силу, особенно на реках, текущих с юга на север, так как вскрытие реки в северной части происходит позднее, чем в южной. Заторы весьма опасны для расположенных вблизи ГТС.

К основным характеристикам ледового режима рек относят:

- толщину льда,

- уровни воды во время ледостав и ледоходов,

- размеры льдин при ледоходах,

- места образования полыней, заторов, зажоров, наледей.