Особенности речного потока (суводи, майданы и т.п.)

 

Майдан – беспорядочное возмущенное течение на поверхности воды, возникающее от подводного препятствия (одинец, карча), нарушающего нормальное донное течение воды в русле, или вследствие столкновения течений («спорные воды»).

Суводь – вращательное движение воды (водоворот) за подводным или надводным выступом в яру или рынком гор, а также за устоями мостов, плотин, дамб. У левого берега вода в суводи вращается против часовой стрелки, у правого – наоборот.

За выступами берегов, мысами, выпуклыми берегами, сильно вдающимися в русло, течение, с большой скоростью обтекая берег, встречает на своем пути выступ и создает перед ним подпор воды и повышение уровня. Проходя выступ, водный поток отклоняется от него и по инерции проходит некоторое расстояние. За выступом уровень воды понижен, из-за чего в низовой части суводи вода затягивается из основного потока, а в верхней части, наоборот, – из области суводи в основную струю потока. Этот процесс происходит непрерывно и вызывает вращательное движение воды.

Толчея – скопление беспорядочных коротких и довольно высоких волн, находящихся все время на одном месте. Причина образования толчеи - отражение волн от берегов, причалов, в местах большого движения судов. В устьях рек толчея возникает от перебоя поверхностного течения встречным ветром с моря.

Прижимное течение создается у берега на участках реки, где слив воды направлен к берегу. Например, на закруглениях русла прижимное течение возникает у вогнутого берега, так как вода вследствие инерции стремится сохранить прежнее прямолинейное направление, но, встречая на своем пути препятствие в виде вогнутого берега, прижимается к нему.

Свальное (косое) течение – поперечное или направленное под углом отклонение течения или его части от своего нормального положения в реке по стрежню. Свальные течения возникают из-за разности в уровнях воды по ширине реки. На перекатах такие течения создаются в результате подпора потока седловиной переката, поэтому они направлены из верхней плесовой лощины в затонную емкость нижней плесовой лощины.

Затяжное течение – разновидность свального, направленно из главного русла в сторону прорана или воложки.

Тиховоды – участки рек со слабым течением, а иногда и вовсе без него; образуются за отлогими наносами; характерны для выпуклых берегов. Границы тиховодов различают по пенящейся полоске воды.

Омут – водоворот на реке, образуемый встречным течением. Дно в омуте обычно углублено течением или высверлено водоворотами.

 

 

Уклон реки. Годограф.

 

Течение воды в реках возникает, когда появляется продольная составляющая у силы тяжести. Это имеет место, если на рассматриваемом участке реки отметки уровней воды, измеренные от общей плоскости сравнения, понижаются по ее длине от истока к устью. Обычно в качестве плоскости сравнения при определении высоты уровня используется ноль Кронштадтского футштока, т.е. уровни воды измеряются в Балтийской системе. Разность высот уровня в двух соседних пунктах называется падением уровней воды. Отношение величины падения к длине участка реки между этими пунктами называется уклоном свободной поверхности: .

Уклон является одной из важнейших характеристик течения воды. Его величина у равнинных рек обычно невелика и изменяется в пределах от 5 10^-5 до 20 10^-5, что составляет 5-20 см/км. Падение и уклон свободной поверхности воды является функцией двух переменных.

Во-первых, они зависят от местоположения створа наблюдения по длине реки. В верховьях реки уклоны воды больше, чем в среднем течении и на устье. Обусловлено это рельефом речной долины. На границе водосбора в районе истока реки отметки земной поверхности повышаются при приближении к водоразделу. Поэтому уклон свободной поверхности постепенно уменьшается от истока реки к устью.

Кроме этого, величина уклона воды изменяется также по длине реки вследствие чередования перекатов и плесовых лощин. В меженный период практически всё падение свободной поверхности воды в реке сосредотачивается на перекатах, где наблюдаются наибольшие уклоны воды. В свою очередь, плесовые лощины в это время находятся в подпоре от нижележащих перекатов. Подпор обуславливает малые значения уклонов свободной поверхности на этих участках рек.

Другим фактором, от которого зависит уклон свободной поверхности, является величина наполнения русла. Так как она меняется в течение года, то происходит изменение уклонов воды. С ростом уровней воды в реке влияние перекатов на уровневый режим уменьшается, и это приводит к ослаблению неравномерности изменения уклонов по длине. Средние уклоны свободной поверхности в реке при этом возрастают.

Графическое построение, изображающее изменение отметок свободной поверхности и высот дна по линии наибольших глубин на участке реки, называется продольным профилем этого участка (см. рис.). На графике по вертикальной оси откладывают отметки уровней воды и высот дна, измеренные от общей плоскости сравнения, а по горизонтальной – продольные расстояния от какого-либо постоянного начала. Так как глубины рек всегда малы по сравнению с их длинами, то такой график обычно строится с искажением вертикального и горизонтального масштабов. Линия дна на продольном профиле получает пилообразный вид, где пики отвечают перекатам, а впадины – плесовым лощинам.

Продольный профиль участка реки:

1 – уровень воды при половодье; 2 – меженный уровень воды; 3 – линия дна; Н₁ – отметка уровня в сечении 1-1; Н₂ – отметка уровня в сечении 2-2;  – падение уровня воды на участке; L – длина участка реки

Годограф (эпюра) скоростей – это графическое изображение распределения скоростей течения в речном русле. Годограф строится следующим образом. Если измерить осредненные скорости течения в нескольких точках (сечения), затем измеренные скорости в этих точках отложить от прямой (вертикальной) линии в соответствующем масштабе на чертеже в виде отрезков, то, соединив концы этих отрезков плавной кривой, получим годограф скоростей. Эпюры скоростей строят по вертикали, живому сечению и в плане.

1) По вертикали средняя скорость течения в открытых руслах обычно находится на расстоянии 0,6 глубины от поверхности. Наибольшая скорость по вертикали располагается несколько ниже поверхности, так как на скорость у поверхности влияют сила трения о воздух и поверхностное натяжение воды. Наименьшая скорость течения – у дна.

 

2) По живому сечению линии равных скоростей – изотахи – распределяются в соответствии с очертанием поперечного, профиля русла. Для открытого русла изотахи имеют вид разомкнутых кривых (рис. 21, а), а для русла под ледяным покровом – замкнутых кривых (рис. 21,6).

 

3) В плане эпюра средних скоростей речного потока вычерчивается путем определения средних скоростей течения по вертикалям по всей ширине русла и наложения их в виде отрезков на план реки или от горизонтальной линии вверх или вниз (рис. 22). Такую эпюру можно построить и для наибольших скоростей. Обычно очертание эпюры подобно очертанию живого сечения реки. Средние скорости течения увеличиваются от берегов к середине русла. Местам с наибольшей глубиной, как правило, соответствуют наибольшие скорости течения.