Документ охватывает гидрологию рек, включая распределение скорости течения, влияние коэффициента шероховатости на глубину и уровень воды, а также методы определения скорости и глубины. Он также обсуждает процессы, касающиеся речных наносов, морфологии русел и термических режимов рек, включая влияние ледового режима и минерализации воды на экосистему. Важные практические аспекты включают учет русловых изменений для обеспечения безопасности и сохранности инженерных объектов.

1. Гидрология рек (частьГидрология рек (часть IIIIII))
© Беляев А.М.

2.  Река – турбулентный поток > скорости течения в поперечном сечение русла
распределены не равномерно
 Изотахи – линии одинаковых скоростей течения в потоке
 Стрежень – линия* максимальных скоростей течения на поверхности реки
* Не путайте стрежень с фарватером – линией наибольших глубин (поэтому понятие
фарватер так важно в судоходстве!)
 Стрежень на прямолинейном участке русла обычно проходит по центру руслу
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНОМ ПОТОКЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНОМ ПОТОКЕ

3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНОМ ПОТОКЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В РЕЧНОМ ПОТОКЕ

4. РАВНОВЕСИЕ РЕЧНОГО ПОТОКАРАВНОВЕСИЕ РЕЧНОГО ПОТОКА
 В речном потоке скорость течения, расход и уровень воды (а значит, и
средняя глубина) связаны:
IhС ср ⋅=υ
n
h
C
ср
6
=
υυ – средняя скорость течения;– средняя скорость течения;
hhсрср – средняя глубина русла;– средняя глубина русла;
I –I – уклон водной поверхности на данном участке;уклон водной поверхности на данном участке;
С – коэффициент Шези;С – коэффициент Шези;
n –n – коэффициент шероховатости руслакоэффициент шероховатости русла
 Средняя скорость течения пропорциональна средней
глубине русла и уклону водной поверхности
 Средняя скорость течения обратно пропорциональна
коэффициенту шероховатости русла

5. Коэффициент шероховатостиКоэффициент шероховатости
 Коэффициент шероховатости определяется по специальным таблицам
извилистое не заросшее руслоизвилистое не заросшее русло
n = 0,023 – 0,033n = 0,023 – 0,033
пойма, заросшая кустарникомпойма, заросшая кустарником
n = 0,033 – 0,045n = 0,033 – 0,045

6. Коэффициент шероховатостиКоэффициент шероховатости
 Увеличение коэффициента шероховатости (при неизменном расходе
воды) приводит к увеличению глубины >> повышению уровня воды
 Поэтому, зимой на реках покрытых людом уровень воды повышается и
превышает летний с аналогичными расходами;
 в условиях теплого климата в период бурного развития растительности,
уровень воды также повышается

7. РАВНОВЕСИЕ РЕЧНОГО ПОТОКАРАВНОВЕСИЕ РЕЧНОГО ПОТОКА
 Используя уже известные формулы: IhCQ ср ⋅⋅=⋅= ωυω
1. Речной поток - саморегулирующийся объект, в котором глубина и скорость
течения формируются в соответствии с расходом воды, шириной, уклоном и
шероховатостью русла.
2. Между глубиной (и уровнем воды) с одной стороны и расходами с другой
существует функциональная связь, устанавливаемая как теоретически, так и
экспериментально (см. график)
HH, м, м
QQ, м, м33
/с/с
точкиточки
наблюденийнаблюдений
uu11 uu22
hh11
hh22
2211 υωυω ⋅=⋅=Q
Уменьшение скорости течения в районе плесовУменьшение скорости течения в районе плесов
при сохранении расхода водыпри сохранении расхода воды

8. Определение скорости течения на местностиОпределение скорости течения на местности
 Методом поплавков (более доступный, но менее точный способ)
 С помощью гидрометрической вертушки: скорость в данной точке
потока определяют по количеству винта в течение фиксированного
времени

9. Определение глубины на местностиОпределение глубины на местности
 Прометкой и измерением
глубин с помощью рейки
 С помощью эхолота

10. 050100150200250300350400450500
глубина,м
расстояние от условного начала,м
ωk
∑=
=
P
k
k
1
ωω
промеры глубинпромеры глубин
Построение поперечного профиля русла и расчет площадиПостроение поперечного профиля русла и расчет площади
поперечного сеченияпоперечного сечения

11. РЕЧНЫЕ НАНОСЫРЕЧНЫЕ НАНОСЫ
 Наносы – нерастворенные частицы горных пород и минералов,
перемещаемые с разной скоростью речным потоком.
Наносы, слагающие дно рек называют донные отложения.
 Наносы характеризуются крупностью, скоростью оседания в воде,
плотностью отложений и пр.

12. Лессы – одни из самых неустойчивых к водной и ветровой эрозии грунтовЛессы – одни из самых неустойчивых к водной и ветровой эрозии грунтов
(провинция Шаньси, Китай)(провинция Шаньси, Китай)

13. МУТНОСТЬ ВОДЫМУТНОСТЬ ВОДЫ
 Мутность (s) – концентрация наносов в воде, выраженная в г/м3
, кг/м3
.
 Самые мутные на Земле реки – Терек, Сулак, Кура, Амударья, Ганг,
Хуанхэ.
Мутность рек в общем возрастает от полярных широт к тропическим
р. Хуанхэр. Хуанхэ (s(sсрср = 25,8 кг/м= 25,8 кг/м33
)) р. Терекр. Терек (s(sсрср = 1,7 кг/м= 1,7 кг/м33
)*)*
* - для сравнения мутность Волги 25-30 г/м* - для сравнения мутность Волги 25-30 г/м33

14. Определение мутностиОпределение мутности
 С помощью диска Секки (фиксируется глубина потока, на которой
видимость диска теряется)
 С помощью отбора проб батометром и взвешиванием отфильтрованных
наносов
диск Секкидиск Секки
батометр – прибор длябатометр – прибор для
отбора проб водыотбора проб воды

15. Классификация наносов по размеру частицКлассификация наносов по размеру частиц
Глина (частицы менее 0,001 мм)Глина (частицы менее 0,001 мм)
Ил (0,001 – 0,01 мм)Ил (0,001 – 0,01 мм)
Пыль (0,01 – 0,1 мм)Пыль (0,01 – 0,1 мм)
Песок (0,1 – 1 мм)Песок (0,1 – 1 мм)
Гравий (1 – 10 мм)Гравий (1 – 10 мм)
Галька (10 – 100 мм)Галька (10 – 100 мм)
Валуны (100 – 1000 мм)Валуны (100 – 1000 мм)
С увеличением размера частиц уменьшается их скорость осаждения в водеС увеличением размера частиц уменьшается их скорость осаждения в воде

16. Взвешенные и влекомые наносыВзвешенные и влекомые наносы
Скопления влекомых наносов могутСкопления влекомых наносов могут
образовывать донные грядыобразовывать донные гряды
Размер наносов реки прямоРазмер наносов реки прямо
пропорционален скорости потокапропорционален скорости потока
(закон Эри): именно поэтому, горные реки(закон Эри): именно поэтому, горные реки
могут переносить гальку и валуны, амогут переносить гальку и валуны, а
крупные равнинные реки – наносы некрупные равнинные реки – наносы не
крупнее пескакрупнее песка

17. ВЗВЕШЕННЫЕ НАНОСЫВЗВЕШЕННЫЕ НАНОСЫ
 Характеризуются мутностью и расходом (аналогично расходу воды)
 Мутность воды нелинейно увеличивается от поверхности ко дну потока
 Расход взвешенных наносов пропорционален мутности и расходу воды
(R = s*Q, т.е. [расход взвешенных наносов]=[мутность воды]*[расход воды в данном створе])
 В связи с этим в половодье и паводки мутность воды достигает максимальных
значений
Река Яхрома в половодьеРека Яхрома в половодье …… и в зимнюю меженьи в зимнюю межень

18. СТОК НАНОСОВ И ВЫДВИЖЕНИЕ ДЕЛЬТСТОК НАНОСОВ И ВЫДВИЖЕНИЕ ДЕЛЬТ
 Увеличение стока наносов на длительный период в связи с природными или
антропогенными (сведение лесов, распашка склонов) изменениями может
приводить к изменению устьевых областей рек, в частности к выдвижению их
дельт
 В тоже время создание водохранилищ приводит к уменьшению общего стока
наносов, которые начинают откладываться на дне созданных водоемов
(уменьшение мутности Волги, Дуная, Нила, Эбро в связи с их гидротехническим
регулированием)

19. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
 Русловые процессы – это изменение морфологического строения русла и поймы,
обусловленные действием текучей воды.
 В результате изменений (деформаций), которые производят русловые процессы
возникают русловые формы рельефа:
- микроформы (донные гряды);
- мезоформы (речные перекаты, осередки, мелкие острова);
- макроформы (меандры, системы разветвлений русла)
 Практическое значение русловых процессов – учет деформаций русла и поймы
реки при любых инженерных (в т.ч. гидротехнических, строительных) работах
 Увеличение расхода наносов >> размыв (эрозия) русла
 Уменьшение расхода наносов >> аккумуляция русла

20. Практическое значение русловых процессов
безопасность промышленных и социальных
объектов на берегах рек
условия судоходства
переходы через реки различных коммуникаций
формирование поймы или ее разрушение

21. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: микроформыРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: микроформы
 Рифели – небольшие подвижные донные гряды, которые при увеличении
скорости течения превращаются в донные дюны.
Рифели (волновая рябь)Рифели (волновая рябь)

22. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: мезоформыРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: мезоформы
 Перекаты – крупные донные гряды
фарватер
Профиль по фарватеру
(верх. побочень)
(ниж. побочень)

23. побоченьпобочень осередокосередок размываемыйразмываемый
участок берегаучасток берега
РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: мезоформыРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: мезоформы

24. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: макроформыРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ: макроформы
Типы русловых процессов (по Чеботареву)Типы русловых процессов (по Чеботареву)
Русла типов 1А и 5А называют такжеРусла типов 1А и 5А называют также
разбросанными (пример – нижнее течение Терека)разбросанными (пример – нижнее течение Терека)

25. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫРУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Меандрирование Сысолы, видна часть аккумулятивныхМеандрирование Сысолы, видна часть аккумулятивных
наносов на противоположном берегу (р. Коми, с. Ыб)наносов на противоположном берегу (р. Коми, с. Ыб)
Разбросанное русло ОбиРазбросанное русло Оби

26. ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕКТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК
Годовой ход температуры воды (2) и воздуха (1)Годовой ход температуры воды (2) и воздуха (1)
3 – ледостав3 – ледостав
4 – ледоход4 – ледоход
Максимумы и минимумы суточных изменений температуры воды также «запаздывают»Максимумы и минимумы суточных изменений температуры воды также «запаздывают»
относительно максимумов и минимумов температуры воздухаотносительно максимумов и минимумов температуры воздуха

27. Сброс подогретых вод – важных фактор измененияСброс подогретых вод – важных фактор изменения
термического режима ректермического режима рек

28. ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ РЕКЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ РЕК
Типы рек по ледовому режиму:
замерзающиезамерзающие (умеренные и полярные широты)
с неустойчивым ледоставомс неустойчивым ледоставом (субтропики)
незамерзающиенезамерзающие (тропический и экваториальный
климат)

29. замерзание реки (осенние ледовые явления)
ледостав
вскрытие реки (весенние ледовые явления)
ПЕРИОДЫ ЛЕДОВОГО РЕЖИМАПЕРИОДЫ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА

30. Осенние ледовые явленияОсенние ледовые явления
 салосало (плывущие куски ледяной пленки);
 заберегизабереги (узкие полоски льда у берегов);
 внутриводныйвнутриводный ледлед (губчатая ледяная масса, хаотически сросшаяся из кристаллов льда);
 донныйдонный ледлед (внутриводный лед на неровностях дна);
 шугашуга (комья внутриводного льда на поверхности);
 снежураснежура (только что выпавший на воду снег);
 зажорызажоры (закупорка русла шугой и битым льдом) и заторы (закупорка русла плывущими
льдинами)
Начало периода замерзания рек – переход температуры воздуха через 0Начало периода замерзания рек – переход температуры воздуха через 000
СС

31. Шуга и закраиныШуга и закраины
ЗажорЗажор
на Невена Неве

32. Толщина льда к концу зимыТолщина льда к концу зимы
 толщина льда к концу зимы определяется суммой
среднесуточных отрицательных температур (формулы Быдина) и
порядком реки в речной системе
В особо суровые зимы русла малых рек могутВ особо суровые зимы русла малых рек могут
промерзать до днапромерзать до дна

33. Весенние ледовые явленияВесенние ледовые явления
 закраинызакраины (прибрежные полосы чистой воды)
 подвижки льдаподвижки льда и образование трещин
 заторызаторы (на поворотах русла; при скоплении льдин перед
более северными, не освободившимися ото льда участками
русла крупных рек, к примеру заторы на Оби, Енисее, Сухоне)
Взрыв ледового затора наВзрыв ледового затора на
р. Абаканр. Абакан

34. ЗакраиныЗакраины

35. Картина В.Ф. Стожарова. «Река Ёртом. Ледоход»Картина В.Ф. Стожарова. «Река Ёртом. Ледоход»

36. ПОНЯТИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ И СОЛЕНОСТИПОНЯТИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ И СОЛЕНОСТИ
 МинерализацияМинерализация (с, мг/л) – суммарное содержание в воде растворенных
неорганических веществ (концентрация солей)
 СоленостьСоленость (S) – содержание, растворенных в воде веществ, выраженное в тысячных
долях (промилле, ‰); соленость воды соотносится с минерализацией для не
насыщенных растворов как 1 г/л ≈ 1 ‰
 Природные воды по содержанию солей делятся на:
- пресныепресные (менее 1 ‰)
- солоноватыесолоноватые (1-25 ‰)
- соленыесоленые (25-50 ‰)
- рассолырассолы (свыше 50 ‰)

37. МИНЕРАЛИЗАЦИЯ РЕЧНЫХ ВОДМИНЕРАЛИЗАЦИЯ РЕЧНЫХ ВОД
 малая с < 200 мг/л
 средняя с = 200-500 мг/л
 повышенная с = 500-1000 мг/л
 высокая с > 1000 мг/л
зоны избыточного увлажнениязоны избыточного увлажнения
зоны достаточного увлажнениязоны достаточного увлажнения
зоны недостаточноного увлажнениязоны недостаточноного увлажнения
(аридные районы)(аридные районы)

38. а) 1 – минерализация, 2 – расход воды;а) 1 – минерализация, 2 – расход воды;
б) функциональная связь минерализации и расхода водыб) функциональная связь минерализации и расхода воды

39. Характеристики стока растворенных веществХарактеристики стока растворенных веществ
расход растворенных веществ
MM [[кгкг//сс]] == QQ [[мм33
//сс]]⋅⋅сс [[кгкг//мм33
]]
годовой сток растворенных веществ (ионный сток)
WWpcpc[[кгкг] = 31,5] = 31,5⋅⋅101066
⋅⋅MM
Ионный сток некоторых рек:Ионный сток некоторых рек:
- Печора 5,5 млн.т/год
- Нева 2,87 млн.т/год
- Волга 46,5 млн.т/год
Глобальный ионный сток 3,81Глобальный ионный сток 3,81
млрд.т/год, в т.ч.:млрд.т/год, в т.ч.:
- Азия 1,53 млрд.т/год
- Европа 0,42 млрд.т/год
- Африка 0,20 млрд.т/год
- Америка 1,36 млрд.т/год
- Австралия 0,29 млрд.т/год

40.  КлассКласс обозначает преобладающие в воде анионыанионы, группагруппа –
катионыкатионы
Более 85% рек России – относятся к гидрокарбонатному классу
кальциевой группы
В южных районах страны класс меняется на сульфатный или
хлоридный, в составе группы к кальцию добавляются магний и
натрий
Химический класс и группа водХимический класс и группа вод

41. Водное хозяйство и химический составВодное хозяйство и химический состав
речных водречных вод
 качество воды
 жесткость воды (содержание ионов кальция и магния)
 питьевое и промышленное водоснабжение
 водные экосистемы

42. Типы устьев рекТипы устьев рек (по В.Н. Михайлову)(по В.Н. Михайлову)
простое впадение
эстуарий
эстуарно-дельтовое
устье
дельта

43. ПростоеПростое
впадениевпадение
ЭстуарийЭстуарий
Эстуарно-Эстуарно-
дельтовоедельтовое
устьеустье
ДельтаДельта
ЭволюцияустьевойобластиЭволюцияустьевойобласти
МГУОМГУО – морская граница устьевой области– морская граница устьевой области
(окончательный переход к солоноватым или(окончательный переход к солоноватым или
соленым водам)соленым водам)
Дельты, устьевые косы (2)Дельты, устьевые косы (2)– результат– результат
аккумуляции наносоваккумуляции наносов
РГУО (ВУО) –РГУО (ВУО) – речная граница устьевой областиречная граница устьевой области
(вершина УО); определяется по предельной(вершина УО); определяется по предельной
дальности приливных или нагонных явленийдальности приливных или нагонных явлений
вверх по реке в меженьвверх по реке в межень
ВД –ВД – вершина дельты, совпадает с РГУО, есливершина дельты, совпадает с РГУО, если
приливы или нагоны не распространяются вышеприливы или нагоны не распространяются выше
(в ином случае выделяется(в ином случае выделяется придельтовыйпридельтовый
участокучасток, см. рис.), см. рис.)
МКД –МКД – морской край дельтыморской край дельты
(1)(1) – подводные русла– подводные русла

44. ЭСТУАРНЫЕ УСТЬЯЭСТУАРНЫЕ УСТЬЯ
морской залив (а)
губа (б)
приливной эстуарий (в)
лиман (г)
лагуна (д)
фиорд* (е)
риас* (ж)
* - фиорд – троговая долина ледникового генезиса, риас
же образуется в горных районах, подвергшихся
трансгрессии моря
1- низменные аккумулятивные ,1- низменные аккумулятивные ,
2 – горные берега2 – горные берега

45. ЛагунноеЛагунное
устьеустье
Лиманное устьеЛиманное устье
Один из норвежских фиордовОдин из норвежских фиордов

46. р. Миссисипир. Миссисипир. Гангр. Ганг

47. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЙ В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ РЕКПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЙ В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ РЕК
 изменение уровня приемного водоема
 изменение речного сток
 устьевые процессы (аккумуляция речных наносов, приливы, нагоны,
изменение скорости течения впадающего водотока, развитие
русловых баров и др.
Эволюция дельты ВолгиЭволюция дельты Волги

48. ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ УСТЬЕВ РЕКХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ УСТЬЕВ РЕК
 конечное звено речных систем
 азональные ландшафты (что имеет не малое значение в аридных
областях)
 Устьевая область как географическая функция места (выгодность
ЭГП)
 повышенная биопродуктивность в зоне смешения пресных и
соленых вод