Побудова профілю поперечного перерізу русла річки та обчислення його основних морфометричних характеристик

Ключові слова:

• поперечний переріз русла,
• площа живого перерізу,
• площа мертвого простору,
• морфометричні елементи водного перерізу: площа, змочений периметр, ширина русла, гідравлічний радіус, максимальна глибина, середня глибина.

На допомогу студентові:

Поперечний переріз русла – площина, перпендикулярна до напряму течії потоку у певному пункті. Ця площа обмежена знизу дном, лінією горизонту води, а по боках - схилами русла. Кожному рівню води в річці відповідає свій водний переріз. При льодовому покриві верхньою межею площі поперечного перерізу вважають лінію рівня води в ополонках. Поперечний переріз русла визначає пропускну здатність річки і впливає на розподіл швидкостей, похилів, напрямів течії та інші гідравлічні елементи потоку. Розрізняють площу живого перерізу і площу мертвих просторів.

Площа живого перерізу - це та частина площі водного перерізу русла, де швидкості течії більші від нуля або від чутливості приладу, яким вимірюють швидкості. Площа мертвих просторів – це та частина площі водного перерізу русла, в якій течії відсутні або їхні швидкості нижчі від початкової швидкості гідрометричної вертушки.

Дані для побудови поперечного перерізу отримують унаслідок виконання промірних робіт на водомірних постах.

Відповідно обладнане місце виконання систематичних промірних робіт для визначення морфометричних характеристик поперечного перерізу і гідрологічних характеристик водного потоку називають водомірним постом.

Промірні роботи потрібно виконувати у місці впадання річкового потоку, басейн якого обстежується, до основної річки. Бажано, щоб ділянка річки в місці розміщення поста мала характерний для цього району гідрологічний режим, була дещо прямолінійною, доступною для виконання спостережень, з характерними берегами і без завалів у руслі.

Виконання промірних робіт

Промірювання глибин здійснюють вздовж ліній обраного поперечного профілю. З цією метою вздовж одного з берегів річки прокладають мірні "магістралі". Перпендику­лярно до магістралі розбивають поперечники.

Промірні пункти (вертикалі) на кожному поперечнику визначають через рівні відстані; їхня кількість залежить від завдання промірних робіт і ширини ріки, рельєфу дна річки. На обраних поперечних перерізах натягують троси. Трос або шнур закріплюють на глибоко забитих кілках по лінії створу так, щоб він не провисав над водою і не торкався поверхні води. Промірні пункти позначають на тросі через 20 см, 50 см чи інші проміжки.

Після розбивки розпочинають промірювання глибин ріки по лінії профілю мірною рейкою. З цією метою обирають (визначають) постійний початок (ПП) — нерухому точку, від якої відбуватиметься відлік при промірних роботах і яка не буде змінювати місце положення під час виконання промірних робіт (репер, дерево, великий камінь). В останній точці проміру, яку називають урізом води, зазначають її віддаль від найближчої точки промірювання. Промірювання глибин виконують два рази: від постійного початку до урізу ріки, і навпаки. Під час промірів глибин визначають характер грунту дна річки. Дані промірів записують у заздалегідь підготовлену таблицю.

Основними морфометричними елементами водного перерізу є:

1. Площа водного перерізу (S, м²)
2. Змочений периметр (Р, м).
3. Гідравлічний радіус (R, м).
4. Ширина русла (В, м)
5. Максимальна глибина (h_маx, м)
6. Середня глибина (h_cep = S/B, м).

Оскільки в річкових руслах ширина значно (у десятки і сотні разів) перевищує глибину, середня глибина практично дорівнює величині гідравлічного радіуса.

Важливою характеристикою поперечного перерізу русла є його форма. Якщо форма близька до параболи, то в руслі спостерігається рівномірний рух води. Якщо ж у межах поперечного перерізу русла є виступи дна, або поглиблення, створюються вири, обернені течії, зони застою води. В таких умовах порушуються співвідношення між нахилам и водної поверхні, глибинами і швидкостями течії.

Завдання 1

Побудувати поперечний (водний) переріз русла ріки (дані для побудови даються викладачем кожному студентові у вигляді таблички (табл. 2.1.).

На міліметровому папері по горизонталі відкласти віддалі від постійного початку промірів, а по вертикалі – глибини. Горизонтальний масштаб (ширина ріки) беруть у 2, 5, 10, 20 разів менше вертикального (глибина ріки), щоб такий профіль помістився на міліметровому папері. Точки дна з'єднують прямими лініями.

Завдання 2

Обчислити основні морфометричні елементи русла ріки

1. Площу поперечного перерізу (S, м²). Вираховується як сума площ прямокутників і трикутників, на які поділяється водний переріз русла промірними вертикалями глибин (рис. 4).
   
2. Ширину русла (В, м). Ширина русла ріки визначається як різниця віддалі від постійного початку до урізу лівого берега і віддалі від постійного початку до урізу правого берега:
   В = l_ур.л.б. - l_ур.п.б.
   Обчислити ширину русла онлайн

   l_ур.л.б. = м

   l_ур.п.б. = м

   Обчислити

   В = м
3.  Довжину змоченого периметру Р. Змочений периметр – це довжина підводного контуру водного перерізу, визначається як сума гіпотенуз уявних трикутників, які утворюють лінію дна (С₁, С₂, ..., С_n):
   
4. Середню глибину (h_cep м). Визначається за формулою:
   h_cep = S / B
   Обчислити середню глибину русла онлайн

   S = м²

   B = м

   Обчислити

   h_cep = м
5. Максимальну глибину (h_max, м). Визначається безпосередньо з промірів глибин.
6. Гідравлічний радіус (R, м) виражається відношенням площі водного перерізу (S) до змоченого периметра (Р). Визначається за формулою:
   R = S / P
   Обчислити гідравлічний радіус русла онлайн

   S = м²

   P = м

   Обчислити

   R = м

Контрольні запитання

1. Що називають поперечним перерізом річки?
2. Як отримують дані для побудови профілю поперечного перерізу?
3. Що таке живий переріз?
4. Що таке мертвий простір?
5. Назвіть основні морфометричні елементи водного перерізу.
6. Що таке змочений периметр і як його обчислити?
7. Як обчислити гідравлічний радіус?
8. Як визначити максимальну і середню глибини водного перерізу?
9. Як обчислити ширину русла?

Список літератури

1. Біланюк В., Кукурудза М.Методичні вказівки з проходження гідрологічного розділу комплексної фізико-економіко-географічної практики для студентів географічного факультету, Львів, 2003. - 31с.
2. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидроло­гия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 228-230.
3. Загальна гідрологія. Підручник / За ред. СМ. Лисогора. - К.: Фітосоціоцентр, 2000, С. 47-89.
4. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология: Учеб. для геогр. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1991 - С. 133-135