Реки, их гидрология

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2014 в 18:22, контрольная работа

Описание работы

Вода - одно из самых распространенных на Земле и необычных по своим свойствам химических соединений. Без воды невозможно существование самой жизни. Вода - носитель механической и тепловой энергии играет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между геосферами и географическими районами Земли. Этому во многом способствуют и ее аномальные физические и химические свойства.

Содержание работы

1
Введение
3-4
2
Реки, их гидрология.
5-15
3
Влияние на речной сток хозяйственной деятельности человека.
15-16
4
Гидролого-экологические последствия антропогенных изменения стока рек.
17-20
5
Заключение
21
6
Список используемой литературы

Файлы: 1 файл

Гидрология.docx

— 57.70 Кб (Скачать файл)

Продольный профиль рек

Продольный профиль реки характеризуется продольным профилем русла и продольным профилем водной поверхности. Разность высот А Н двух каких-либо точек водной поверхности по длине реки называется падением. Отношение величины падения к длине данного, участка  называется уклоном реки. Таким образом, падение выражается обычно в метрах, уклон представляет собой величину безразмерную и выражается в виде десятичной дроби или в промилле (в тысячных долях длины участка) .Продольные профили русел отдельных рек различается, в зависимости главным образом от уклона долины, свойств пород и грунтов, слагающих русло. По характеру распределения падений и уклонов по длине реки выделяют четыре основных типа продольных профилей рек:

1. Профиль равновесия, имеющий вид  вогнутой кривой, более крутой в истоках реки и пологой ближе к устью. Этот тип характерен для большинства рек

2. Прямолинейный профиль, характеризующийся  более или менее равномерным  распределением падений и уклонов  по длине реки. Подобное очертание профиля имеют часто малые реки равнин.

3. Сбросовый профиль, имеющий вид  параболической кривой с малым падением в верхней части и большим в нижней части: реки.

4. Ступенчатый профиль, отличающийся  чередованием участков с малым и сосредоточенным падением, Иногда в виде отвесных уступов. Участки рек с сосредоточенным падением и бурным течением, приуроченные к местам выходов на поверхность трудно размываемых пород, носят название порогов. Падение воды с отвесного уступа называется водопадом. Ступенчатый продольный профиль с многочисленными порогами и водопадам и свойствен горным рекам.

 Изломы в профиле и ступенчатый его характер наблюдаются и у равнинных рек. Так, например, рек а Поной (Кольский полуостров) в нижнем течении прорезает твердые коренные породы и напротяжении 50 км образует 11 порогов. 
Если рассматривать продольный профиль реки более детально, то оказывается, что на отдельных участках он представляет собой кривую сложного вида. При этом продольный профиль дна реки меняется относительно мало, продольный ж е профиль водной поверхности претерпевает изменения в связи с изменением водности реки в периоды половодья и дождевых паводков.

Механизм течения рек

Движение ламинарное и турбулентное

 В природе существуют два режима движения жидкости, в том числе и воды: ламинарное и турбулентное. Ламинарное движение —параллельноструйное. При постоянном расходе воды скорости 230в каждой точке потока не изменяются во времени ни по величине, ни по направлению. В открытых потоках скорость от дна, где она равна нулю, плавно возрастает до наибольшей величины на поверхности. Движение зависит от вязкости жидкости, и сопротивление движению пропорционально скорости в первой степени. Перемешивание в потоке носит характер молекулярной диффузии. Ламинарный режим характерен для подземных потоков, протекающих в мелкозернистых грунтах. В речных потоках движение турбулентное. Характерной особенностью турбулентного режима является пульсация скорости, т. е.изменение ее во времени в каждой точке по величине и направлению. Эти колебания скорости в каждой точке совершаются около устойчивых средних значений, которыми обычно и оперируют гидрологи. Наибольшие скорости наблюдаются на поверхности потока. В направлении ко дну они уменьшаются относительно медленно и в непосредственной близости от дна имеют еще достаточно большие значения. Таким образом, в речном потоке скорость у дна практически не равна нулю. В теоретических исследованиях турбулентного потока отмечается наличие у дна очень тонкого пограничного слоя, в котором скорость резко уменьшается до нуля. Турбулентное движение практически не зависит от вязкости жидкости. Сопротивление движению в турбулентных потоках пропорционально квадрату скорости. Для открытых каналов- критические числа Рейнольдса, при которых меняется режим движения, изменяются примерно в пределах 300— 1200. Если принять Re' = 360 и v = 0 ,0 1 1 , то при глубине 10 см критическая скорость (скорость, при которой ламинарное движение переходит в турбулентное) равна 0,40 см/с; при глубине 100 см она снижается до 0,04 см/с. Малыми значениями критической скорости объясняется турбулентный характер движения воды в речных потоках. По современным представлениям (А. В. Караушев и др.), внутри турбулентного потока в различных направлениях и с различными относительными скоростями перемещаются элементарные объемы воды (структурные элементы), обладающие различными размерами. Таким образом, наряду с общим движением потока можно заметить движение отдельных масс воды, в течение короткого времени ведущих как бы самостоятельное существование. Этим, очевидно, объясняется появление на поверхности турбулентного потока маленьких воронок — водоворотов, быстро появляющихся и так ж е быстро исчезающих, как бы растворяющихся в общей массе воды. Этим ж е объясняется не только пульсация скоростей в потоке, но и пульсации мутности, температуры, концентрации растворенных солей. Турбулентный характер движения воды в реках обусловливает перемешивание водной массы. Интенсивность перемешивания усиливается с увеличением скорости течения. Явление перемешивания имеет большое гидрологическое значение. Оно способствует выравниванию по живому сечению потока температуры, концентрации взвешенных и растворенных частиц.

 

Движение воды в реках

 

 Вода в реках движется под действием силы тяжести F'. Выделяются следующие виды движения воды в потоках:

1) равномерное, 2) неравномерное, 3) неустановившееся.

При равномерном движении скорости течения, живое сечение, расход воды постоянны по длине потока и не меняются во времени. Такого рода движение можно наблюдать в каналах с призматическим сечением.

При неравномерном движении уклон, скорости, живое сечение не изменяются в данном сечении во времени, но изменяются по длине потока. Этот вид движения наблюдается в реках в период межени при устойчивых расходах воды в них, а также в условиях подпора, образованного плотиной.

Не установившееся движение — это такое, при котором все гидравлические элементы потока (уклоны, скорости, площадь живого сечения) на рассматриваемом участке изменяются и во времени и по длине. Неустановившееся движение характерно для рек во время прохождения паводков и половодий. При равномерном движении уклон поверхности потока / равен уклону дна i и водная поверхность параллельна выровненной поверхности дна. Неравномерное движение может быть замедленными ускоренным. При замедляющемся течении вниз по реке кривая свободной водной поверхности принимает форму кривой подпора. Поверхностный уклон становится меньше уклона дна ( / < i ) , и глубина возрастает в направлении течения. При ускоряющемся течении кривая свободной поверхности потока называется кривой спада; глубина убывает вдоль потока, скорость и уклон возрастают ( / > t )

Основной источник питания всех рек на земном шаре — атмосферные осадки. При определенных условиях часть выпадающих жидких осадков образует поверхностный сток и служит непосредственным источником питания рек в периоды паводков. Твердые осадки аккумулируются на поверхности земли в виде снежного покрова. На равнинах и невысоких горах накопившийся за зиму снег тает в теплое время и так ж е служит источником питания рек. Снег накопившийся в более высоких горах, в отдельные годы стаивает не весь, пополняет запасы вечных снегов и дает начало ледникам. Талы е воды этих снегов и ледников являются еще одним источником питания рек. Часть талых и дождевых вод просачивается в верхние слои земли и при некоторых условиях быстро дренируется реками, при этом несколько растягивается процесс стока этих вод в речную сеть. Некоторая часть талых и дождевых вод идет на пополнение запасов подземных вод, которые значительно медленнее попадают в русла рек. Подземные воды являются также источником питания рек; они обеспечивают устойчивость речного стока. Таким образом, существуют четыре источника питания рек — жидкие осадки, снежный покров, высокогорные снега и ледники и подземные воды. Соотношения между количеством воды, поступающим в реки от того или иного источника питания, неодинаковы в различных районах. Меняются они и от сезона к сезону для одной и той же реки. Эти различия зависят главным образом от климатических условий: режима осадков и температуры воздуха в течение года. Впервые роль климата в питании рек и влияние на их режим были оценены известным русским ученым А. И. Воейковым в его работе «Климаты земного шара, России в особенности», опубликованной в 1884 г. В этой работе Воейков вы сказал положение, которое до сего времени сохранило свое значение: «Реки суть продукт климата их бассейнов». В настоящее врем я это положение получило более широкую формулировку: «Реки и их режим представляют собой продукт климата на общем фоне воздействия и других компонентов ландшафта и хозяйственной деятельности». Этим подчеркивается ведущая роль климата и указывается, что, помимо климата определенное значение имеют геологическое строение бассейнов, их почвы, растительность, озерность и заболоченность, а так же хозяйственная деятельность человека.

Фазы водного режима

Годовой цикл водного режима рек можно подразделить на несколько характерных периодов, называемых фазами водного режима. Характерные особенности этих фаз и их продолжительность определяются условиями питания, изменением этих условий в течение года, что в свою очередь зависит от климата речных бассейнов. Число фаз может быть неодинаковым для различных рек и колеблется от четырех до двух. На одних реках, как, например, в равнинной части нашей страны, наблюдаются четыре фазы: весеннее половодье, летняя межень, осенние паводки, зимняя межень. На других (крайний юг Русской равнины) фаза осенних дождевых паводков отсутствует; на реках с длительным летним половодьем не бывает летней межени. Половодье — фаза водного режим а, характеризующаяся ежегодно повторяющимся в один и тот же сезон длительным и значительным увеличением водности реки, вызывающим подъем ее уровня. Во время половодья воды реки обычно затопляют пойму. Значительные подъемы уровня приводят иногда к катастрофическим наводнениям. В разных климатических зонах половодье наблюдается в различные сезоны года. Если основными источниками питания рек являются талые воды сезонных снегов или ледников, то половодье проходит весной или летом. Весеннее половодье характерно для равнинных рек континентального климата. Исключение составляют реки северных районов с длительной зимой и поздним снеготаянием. На этих реках половодье наблюдается летом (реки Анадырь,Юкон). Значительную часть лета захватывает половодье на реках

горных районов в связи с удлинением периода таяния сезонных снегов вследствие вертикальной поясности этого явления. Для высокогорных рек, в питании которых принимаю т участие высокогорные снега и ледники, характерно летнее половодье (реки Памира, Тянь-Шаня, Кавказа ). Половодье, вызванное дождями, бывает: во все сезоны года. Время его наступления определяется режимом осадков и температурой воздуха. Ежегодно повторяющиеся в течение длительного периода времени Дожди обусловливаю т возможность образования дождевого половодья; температурный режим (высокие температуры ) и сухость воздуха ограничиваю т эту возможность вследствие потерь дождевых вод на инфильтрацию и испарение. В районах с муссонным климатом дож девы е половодья охватывают все теплое время года, включая весну и лето (реки Дальнего Востока). На реках средней части Европы, юга Скандинавии и Северной Америки (С Ш А ), центральной и северной частей Малой Азии и вдоль южного берега Каспия дождевые половодья проходят весной. Осенние половодья характерны для рек экваториальной зоны (Амазонка в нижнем течении, правы е и левы е ее притоки, реки Нил, Нигерйдр). Зимой половодье наблюдается в районах со средиземноморским климатом. К районам с повышенным зимним стоком относятся Южная и Западная Европа, Юго-Западная Азия, западная и южная части Австралии, Новая Зеландия, Северная Африка (Алжир) Тихоокеанское побережье Южной и Северной Америки. Дождевыми паводками называются относительно кратковременные и быстрые подъемы уровней и увеличение расходов воды под влиянием выпадающих в речном бассейне дождей и столь же быстрый спад их. Относительная кратковременность прохождения паводков, малы е объемы стока по сравнению с половодьем и различное время прохождения их в течение года на одной и той ж е реке и составляют отличие паводков от половодий. На одних реках паводки проходят в осенний период (реки Русской равнины, Западно-Сибирской равнины. Восточной Сибири); на других они бывают преимущественно зимой и весной (реки Крыма, южной и средней части Итали и ), на третьих — летом. Иногда паводки наблюдаются в течение всего года (реки, стекающие с Карпат). В этом случае выделение в годовом цикле водного режима отдельных фаз носит условный характер. Межень — фаза водного режим а, характеризующаяся малой водностью относительно периода половодья или фазы паводков. Причина малой водности — резкое снижение поступления воды с водосборной площади реки. Выделяются летняя и зимняя межени. В период летней межени река питается преимущественно подземными водами и водами атмосферных осадков, выпадаю щ их нерегулярно. Летняя межень может быть устойчивой продолжительной, а так же прерывистой. Длительная устойчивая летняя, иногда летне-осенняя межень отличается постепенным уменьшением расходов воды с конца половодья до конца лета, осени (реки степной и полупустынной зон )что связано с истощением запасов подземных (грунтовых) вод. Паводки на таких реках в период межени бывают редко. На малых реках истощение грунтовых вод приводит к летнему пересыханию.

Межень, нарушаемая дождевыми паводками, неустойчивая, прерывистая. Периоды малой водности между паводками короткие, иногда длятся несколько дней. Неустойчивая летняя межень характерна для рек севера и северо-запада Русской равнины и Восточной Сибири. Максимальные расходы воды и уровни на малых реках в этих областях во время дождевых паводков иногда превышают максимальные расходы и уровни весеннего половодья. Зимняя межень на реках континентального климата совпадает обычно с периодом ледостава. Исключение составляю т горные реки, где отсутствие ледостава обусловливается большими скоростями течения. В период зимней межени реки питаются грунтовыми водами, частично (реки северо-запада и юга Русской равнины) снеговыми водами во время зимних оттепелей. Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижаются, достигая минимума перед вскрытием. В районах с суровым климатом, особенно в зоне многолетней мерзлоты, многие реки перемерзаю т, что является следствием не только прекращения стока подземных вод в русло рек, но и затрат воды на ледообразование. Среди многообразия типов водного режима выделяются реки с простым и сложным режимом. С ложный водный режим свойствен крупным рекам, притоки которых собираю т воды с бассейнов, расположенных в разных географических зонах (Нил, Амур, Енисей, Печора, Дунай и др .). Малые и средние реки (условно с площадями водосборов до 50 000 км) имеют простой режим, ормирующийся в пределах одной географической зоны. В то ж е время водный режим малых рек иногда может значительно отклоняться от характерного «зонального» режим а под воздействием азональных факторов, таких, например, как геологическое строение речного бассейна, с которыми тесно связано питание рек подземными водами.

 

Формирование стока рек

Сток образуется в результате выпадения дождей или таяния снега и льда в горах. В обоих случаях часть воды, поступившей на поверхность земли, затрачивается прежде всего на заполнение отрицательных форм микрорельефа (углублений) и на впитывание в почву. Только после заполнения отдельных углублений и притом после того момента, как интенсивность дождя или таяния снега и льда станет превосходить интенсивность инфильтрации, возникает сток. Вода стекает по поверхности земли обычно не сплошным слоем, а в виде отдельных тонких струй или ручейков, которые сливаются вместе, доходят до русел сначала временных водотоков, а потом образую т постоянные потоки, несущие свои воды в сформировавшемся русле. Сток, происходящий по поверхности земли, называется п о в е р х н о с т н ы м или с к л о н о в ы м с т о к о м . Сток, происходящий по русловой сети водосбора, называется русловым или речным стоком. Поверхностный сток не отождествляется с понятием поверхностные воды. К поверхностным водам относятся воды рек, озер, водохранилищ. Во многих местах, как, например, в лесной зоне, поверхностный сток, как правило, невелик, а иногда и отсутствует вовсе. Большая часть дождевых и снеговых вод стекает иными путями. Просачиваясь через почву, эти воды пополняют запасы почвенных и грунтовых вод и попадаю т в речную сеть подземными путями в виде почвенно-грунтового стока из зоны аэрации и собственно грунтового из более глубоких водоносных горизонтов. В связи с этим выделяется почвенный (подповерхностный) сток и подземный (грунтовой) сток. Речной сток является суммарным поверхностным и подземным стоком. Суммарный речной сток путем расчленения гидрограф а делят на две составляющие: на поверхностный (паводочный) и подземный сток. Последний является наиболее устойчивым. В различных ландшафтных зонах и внутри зон соотношения между поверхностным и подземным стоком неодинаковы, что создает специфические особенности режима речного стока и его распределения по территории. Сток представляет собой сложный природный процесс, обусловленный влиянием комплекса физико-географических факторов и хозяйственной деятельности. Основными факторам и стока, определяющими его развитие, являются климатические. На общем фоне воздействия климата на формирование стока и его величину проявляется влияние других, неклиматических факторов. Влияние их тем заметнее, чем меньше размеры бассейна и чем короче период, за который рассматривается это влияние. Климат воздействует на сток не только непосредственно, но и через другие природные факторы: почву, растительность, рельеф. Все эти факторы находятся в постоянном взаимодействии. Действие различных природных факторов проявляется по-разному. Одни из них способствуют стеканию атмосферных осадков по земной поверхности, другие замедляют сток или вовсе исключают возможность его образования. Одним факторам , а также их взаимодействию между собой принадлежит главная роль в процессе формирования речного стока, другим — второстепенная. Влияние физико-географических факторов сказывается и на величине годового стока и на его режиме. Взаимосвязь между стоками физико-географическими факторам и раскрывается при изучении стока как элемента водного баланса. Для любого речного бассейна можно составить уравнение водного баланса.

 

Влияние хозяйственной деятельности на сток

Хотя эта тема заслуживает специального изложения, ограничимся здесь лишь общими замечаниями. В современных условиях широкого использования водных ресурсов и проведения агрономических, агролесомелиоративных и гидромелиоративных мероприятий на обширных территориях страны хозяйственная деятельность человека воздействует как непосредственно на сток, так и на условия его формирования. Создание водохранилищ (иначе говоря, увеличение озерности) вызывает увеличение потерь воды на испарение, а следовательно, и некоторое уменьшение стока, в особенности в засушливых районах. Но эта неизбежная издержка с избытком перекрывается пользой от водохранилищ, позволяющих уменьшать сток в периоды паводков и увеличивать в периоды межени. Огромный размах строительства водохранилищ позволил увеличить ресурсы устойчивого речного стока страны почти на 25%.Это большое достижение народного хозяйства. Искусственное орошение в зоне недостаточного увлажнения требует водозабора из рек, создает совершенно новые условия водного режима почв, вызывает увеличение расхода воды на испарение и транспирацию и тем самым уменьшает величину стока рек. В ряде районов Средней Азии и Кавказа воды некоторых рек целиком разбираются на орошение и в настоящее время не достигают рек, в которые они некогда впадали.  
Таковы, например, Зеравшан, прежде впадавший в Амударью, Сох, Исфайрамсай — притоки Сырдарьи и др. Водозабор на орошение из такой большой реки, как Сырдарья, достигает 40 % Распашка территории, полевые лесонасаждения, мероприятия, проводимые по повышению плодородия почв, вносят изменения в структуру водного баланса и тем самым влияют на сток, главным образом в результате изменений водно-физических свойств почв. При социалистическом ведении сельского и лесного хозяйства эти изменения в нашей стране носят направленный характер. Многие мероприятия, преследующие цель повышения биологической продуктивности полей, состоят в регулировании почвенной влаги: увеличении влаги в почве путем задержания поверхностного стока или орошении в засушливых районах и ослаблении переувлажнения в районах избыточного увлажнения путем осушения. Влияние земледелия на местный водный баланс территории исток лучше изучено в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения. Широко применяемые в сельском хозяйстве осенняя пахота, глубокая тракторная вспашка, безотвальная пахота, снегозадержание, создание полезащитных лесных полос и т. д. направлены на Наиболее существенное влияние на преобразование водного баланса пахотных угодий в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения оказывает зяблевая вспашка. Почва, вспаханная осенью, остается разрыхленной до весеннего снеготаяния и обладает способностью задерживать значительно большее количество талой воды за счет снижения поверхностного склонового стока по сравнению с почвой, вспаханной весной. Лесные полосы предохраняют поля отдувания с них снега, аккумулируют влагу, перехватывая склоновый паводочный сток. Этот гидрологический эффект может быть различным в зависимости отрасположения лесных полос на склоне (поперек или вдоль него) и в зависимости от структуры и типа почв. При легких почвах лесные полосы аккумулируют больше воды по сравнению с тяжелыми. До организации механизированного земледелия зяблевая пахота почти не применялась, поэтому во время весеннего снеготаяния почва была уплотненной, а ее инфильтрационная способность была более слабой. В этих условиях потери воды на сток с пашни были значительными, что способствовало увеличению поверхностного склонового стока и усилению эрозионных процессов. Отрицательное действие на водный режим почв оказывает, например, нерегулируемый выпас скота. При длительном использовании земель под выпас скота происходит смена видового состава луговой растительности, снижается ее продуктивность, разрежается дернина, почвенный покров уплотняется. В результате, так же как при отсутствии зяблевой пахоты, инфильтрация в почву ухудшается и создаются условия для увеличения поверхностного стока. По сравнению с целиной валовое увлажнение степных участков, используемых под выпас скота, меньше, а поверхностный сток с них больше. В зоне избыточного увлажнения земледелие, очевидно, является менее действующим фактором формирования водного баланса территории по сравнению с мелиоративными мероприятиями: лесомелиорацией и эксплуатацией леса, использованием болотных массивов и заболоченных земель и их осушением. Гидрологическая роль всех этих мер усиливается при повышении урожаев и продуктивности лесов на осушенных землях. Изучение влияния этих мероприятий на водный режим территорий и рек является одной из современных проблем гидрологии.

Информация о работе Реки, их гидрология