3. Режим уровней воды в водотоках. Уровни воды

Гидрологический режим

После заполнения таблицы обязательно укажите, как вы оцениваете общее состояние реки и качество воды в ней.

Обратите внимание, что для удобства таблицу можно перевернуть и названия граф записывать не по строчкам, а по столбцам. Тогда описания проб будут располагаться по строчкам. Рисуйте и заполняйте таблицы так, как вам удобно, только помните, что они должны быть понятны не только вам, но и другим исследователям.

Вид реки, количество воды в ней, скорость ее течения значительно изменяется в течение года. Эти изменения связаны, прежде всего, со сменой сезонов года, с таянием снега, засухами, дождями, — т.е. теми естественными факторами, которые определяют поступление в реку питающих ее вод. Характерные особенности изменения состояния реки во времени называются ее гидрологическим режимом. Высота поверхности воды в сантиметрах, которую отсчитывают от некоторой принятой постоянной отметки, называетсяуровнем воды. В годовом цикле жизни реки обычно выделяют такие основные периоды (их называютфазами гидрологического режима):

1.половодье;

2.паводок;

3.межень.

Половодье — это время самой большой водности реки. В Европейской части нашей страны половодье обычно приходится на время весеннего снеготаяния, когда потоки талой воды со всего водосбора устремляются к руслу главной реки и ее притокам. Количество воды в реке увеличивается очень быстро, река буквально «вспухает», может выйти из берегов и затопить пойменные участки. Половодье регулярно повторяется каждый год, но может иметь различную интенсивность.

Паводки представляют собой быстрые и сравнительно кратковременные подъемы уровня воды в реке. Они происходят, как правило, в результате выпадения дождей, ливней летом и осенью или во время оттепелей зимой. Паводки обычно случаются каждый год, но, в отличие от половодья, они нерегулярны.

Межень — самая маловодная фаза водного режима. На наших реках различают два периода межени — летнюю и зимнюю. В это время атмосферные осадки не могут обеспечить достаточного питания реки, количество воды в ней значительно уменьшается, большая река может превратится в маленький ручеек и жизнь в ней поддерживается в основном за счет подземных источников питания — родников и ключей.

Хозяйственная деятельность человека на водосборе реки и ее берегах также оказывает влияние на гидрологический режим. Осушение болот, отбор воды для бытовых и промышленных нужд, сбросы сточных вод и т.п. приводят к изменению водности реки. Особенное внимание нужно обратить на случаи, когда идет забор воды на хозяйственные нужды с водосбора одной реки, а используется вода или возвращается в природу — в водосборе другой. Это сильно влияет на природное распределение воды и может приводить к осушению одних территорий и заболачиванию других.

Непродуманные действия человека могут нарушать естественный ход смены фаз водного режима. Известны случаи, когда на малых реках, протекающих в пределах населенных пунктов, неожиданно возникают паводки, вызванные большими сбросами сточных вод промышленных предприятий. Такие изменения сказываются на способности реки к

самоочищению и оказывают влияние на качество воды в ней. Поэтому изучение колебаний уровня воды на реках и озерах имеет большое научное и практическое значение.

Наблюдения за уровнем воды

Организовать наблюдение за уровнем достаточно просто и вполне по силам школьникам и студентам. Данные о регулярных измерениях уровня с точным указанием местоположения створа, времени проведения наблюдения и особенностей погоды представляют собой ценную информацию, и чем больше становится ряд этих наблюдений, тем большую ценность они приобретают.

Государственные посты наблюдений за уровнем состоят из специальных приспособлений для измерения уровней, например реек илисвай. Эти рейки и сваи надежно закреплены, чтобы выдержать сильное волнение и ледоход. Каждый пост имеет свою точную топографическую отметку (высоту над уровнем моря), что дает возможность сравнивать показания разных постов между собой и оценивать общую ситуацию на территории водосбора, бассейна и т.п. Если в вашем районе, на вашей реке или озере такой государственный водомерный пост отсутствует, можно организовать свой временный водомерный пост. Конечно, его данные нельзя будет сравнить с данными наблюдений системы государственной гидрометеослужбы, поскольку для этого придется выполнить сложные геодезические измерения. Тем не менее, вы сможете проследить изменение уровня воды в реке от сезона к сезону и от года к году. Пост можно использовать и как место взятия проб при гидрохимических наблюдениях.

Самым удобным способом обустройства водомерного поста является использование постоянной рейки, закрепленной на опоре моста через реку (рис. 6б). На рейку наносится разметка на деления, желательно яркой масляной краской, — чтобы не смывалась водой и была хорошо заметна издалека. Рейка устанавливается на стороне моста, обращенной вниз по течению, чтобы во время ледохода ее не сломало и не сорвало проходящими льдинами.

Рис. 6. Устройство водомерных постов (а — свайного, б — реечного)

Измерения уровня надо проводить с точностью до одного сантиметра. За начальную отметку измерений принимают отметку ниже самого низкого уровня. Ее лучше всего отметить в конце лета, в период глубокой межени. Эту начальную высоту называют нулем графика и все остальные уровни измеряются в превышении над ним.

По-другомувыглядит свайный водомерный пост (рис. 6а). Сначала одна свая устанавливается на уровне нуля графика(5-ая на рисунке 6а). Затем выше нее, через определенную высоту (0,5 м, 1 м) с помощью нивелира устанавливаются другие сваи. Чтобы сваи дольше не гнили, их можно обжечь на костре или несколько раз обмазать растительным маслом и дать маслу впитаться. Еще лучше забить в землю обрезки металлических труб, а в

них укрепить деревянные сваи. На верхний конец сваи можно надеть насадку, вырезанную из использованной полиэтиленовой посуды. Получается красиво и прочно, а главное — такие сваи хорошо заметны. Затем сваи нумеруются по порядку сверху вниз, и для каждой отмечается ее высота относительно нуля графика. Для определения уровня водомерную рейку (можно использовать простую линейку) ставят на ближайшую к берегу погруженную в воду сваю, и замечают отметку уровня воды. К относительной высоте сваи прибавляют измеренную высоту воды над сваей и получают отметку уровня воды. Например, свая № 4 находится на высоте 100 см над нулем графика и скрыта под водой на 12 см. Следовательно, уровень воды находится на отметке Н = 100+12=112 см.

Наблюдения за уровнем воды на гидрологических постах обычно ведутся дважды в день — в 8 и в 20 часов, но можно ограничиться и одноразовым утренним наблюдением. Если у вас нет возможности измерить уровень воды точно в это время — не беда, измеряйте тогда, когда сможете, только не забудьте указать время и дату наблюдения. В тех случаях, когда вы можете снимать показания в течение нескольких дней, постарайтесь делать это в одно и то же время.

Полученные данные записываются в журнал в форме таблицы 5. В период половодья, когда вода в реке прибывает особенно быстро, наблюдения проводятся чаще, — через3-6часов. То же относится и к периодам сильных дождей и паводков на реке.

Таблица 5. Результаты наблюдений за уровнем воды в реке

Название реки........................................

Местонахождение поста...........................

Дата

Время (ч, мин)

Уровень воды над нулем графика Н, см

Изменение уровня ± h, см*

Ф.И.О. наблюдателя

* изменение уровня по сравнению с предыдущим наблюдением.

По полученным данным можно построить график колебания уровня воды за период наблюдений. Тогда заинтересованному человеку легче будет ориентироваться в ваших результатах, к тому же графики нагляднее цифр.

Измерение глубины и ширины реки

Для определения глубин реки и особенностей рельефа ее дна проводятся промеры русла реки. По результатам промерных работ можно получить планы русла реки в линиях равных глубин — изобатах, а также определить площади водных сечений рек.

Необходимое оборудование:

•веревка с разметкой;

•рейка с разметкой;

•журнал для записи.

Глубину реки можно определить только прямыми измерениями с помощью водомерной рейки илилота. На крупных реках с глубинами до 25 м используютлот — металлический груз весом от 2 до 5 кг, прикрепленный на прочном тросе с соответствующей разметкой. В

случае изучения малых рек вполне достаточно водомерной рейки. Она представляет собой деревянный шест диаметром 4-5смс нанесенной на ней сантиметровой разметкой, при этом нулевое деление должно совпадать с одним из концов шеста. При измерениях глубины рейка опускается нулевой отметкой вниз. Длину рейки можно выбрать, исходя из предполагаемых глубин исследуемых рек, но обычно ее делают не длиннее1,5-2м. Если река мелкая, то измерять глубину можно, переходя реку вброд. Если река глубокая, то измерения приходится проводить с лодки. Проще всего определить глубину с висящего над рекой моста, если такой есть поблизости.

Внимание! Позволяйте юным исследователям измерять самим глубину реки только в тех местах, где вода не выше их резиновых сапог! Убедите их, что это можно делать только под присмотром руководителя группы или его взрослых помощников. Глубину незнакомого дна можно выяснить, измеряя дно реки впереди себя с помощью водомерной рейки и медленно, шаг за шагом, передвигаясь вслед за ней. Следует быть очень аккуратным, так как в речном дне могут оказаться неожиданные ямы и обрывы

.

Кроме рейки, для проведения промерных работ потребуется размеченная веревка для определения ширины реки и местоположения промерных точек и специальныйжурнал для записей. Веревку обычно размечают заранее, до проведения работ. Проще всего это сделать с помощью обычных ниток разного цвета, например красных и синих — каждое десятисантиметровое деление надо отметить синими нитками, а каждое метровое деление — красными. Можно также выделить каждые 0,5 м, например красными и синими нитками одновременно, это даст возможность не ошибиться при отсчете расстояния между промерными точками. Вместо ниток можно использовать разноцветные ленточки, шнуры, несмываемыйфломастер-маркерили масляную краску — главное, чтобы отметки на веревке были хорошо видны, легко замечались при промерах и были надежно закреплены.

Точки на створе, в которых измеряется глубина реки, называются промерными. Количество промерных точек для исследуемой реки следует определять следующим образом: на реках шириной10-50м их назначают через 1 м, на реках шириной1-10м — через 0,5м, для реки или ручья шириной до 1 м достаточно2-3промерных точек.

Как выполнять измерения глубины иширины реки:

•На выбранном створе исследуемой реки, поперек течения (это важно!) натягивается размеченная веревка, по ней определяется ширина реки.

•В соответствии с измеренной шириной определяют число промерных точек и их положение на створе. При этом надо помнить, что первая и последняя точки должны находится непосредственно на урезе воды.

•Продвигаясь вдоль веревки в назначенных точках опускают промерную рейку до дна (старайтесь держать рейку вертикально!) и фиксируют деление, на уровне которого находится вода — это и есть глубина реки в данном месте.

•Данные измерений заносятся в журнал в форме таблицы 6. Одновременно в журнал обязательно заносят данные о дате и времени выполнения промеров и указывают местоположение створа. Также надо отметить характер грунта (илистый, песчаный, каменистый), а также наличие и характер растительности в русле реки («растительность отсутствует», «растительность в прибрежной зоне», Нрастительность по всему руслу реки», густая растительность или редкая).

№ точки

Расстояние от начала створа,

м

Расстояние между точками, м

Глубина, м

Характер грунта

Растительность

Кто выполнил работы....................

По данным измерений можно построить поперечный профиль русла реки и посчитать площадь водного сечения, т.е. сечение потока реки воображаемой плоскостью в месте промерного створа (рис. 7). Площадь этого сечения можно найти как сумму площадей простых геометрических фигур, образованных промерными вертикалями. Этими фигурами могут быть повернутые под 90о прямоугольные трапеции (S2, S3 и S5), прямоугольники (S4) или прямоугольные треугольники (S1), площадь которых определяется по известным правилам — площадь прямоугольной трапеции равняется произведению полусуммы оснований (в примере — h2 и h3) на высоту, площадь прямоугольного треугольника равняется половине произведения катетов, а площадь прямоугольника произведению двух его сторон. В нашем случае основаниями, катетами и сторонами фигур будут измеренные глубины и расстояния между промерными точками. Полученную площадь сечения необходимо записать в журнал в таблицу 7.

Рис. 7. Определение площади поперечного сечения русла реки w (м2)

S1 = h2 * b1 / 2 w = S1 + S2 + S3 + S4 + S5

S2 = (h2 + h3) / 2 * b2

S3 = (h3 + h4) / 2 * b3

S4 = h4 * b4 = h5 * b4

S5 = (h5 + h5) / 2 * b5

Разделив полученную площадь сечения (w, м2) на измеренную ширину реки (В, м) получим значение средней глубины реки на створе: hср = w/B.

studfiles.net

3. Режим уровней воды в водотоках.

Режим уровня воды в водотоках обусловлен в основном колебаниями расходов воды, протекающих через данное сечение русла, т.е. стока воды.

Гидрограф уровней воды в основном повторяет гидрограф стока (рис. 6).

Наибольший практический интерес представляют следующие расчетные характеристики уровенного режима:

1. Наивысшие уровни воды за год, половодье и паводок.

2. Наивысший за весенний и осенний ледоходы (обоснование конструкций и параметров опор мостов, водозаборов и пр.).

3. Наинизший за летнюю и зимнюю межень (судоходство, энергетика).

Эти расчетные характеристики определяют по данным наблюдений за уровнем воды.

4. 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 расходов воды 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

5. 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 зажорами — 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.

studfiles.net

REWS - Уровень воды

rews-lnpp.laes.ru

Характерные уровни воды

Таблица 5

Ежегодные уровни воды Случи в створе Клепчаны (см)

Таким образом наибольшие значения уровня в створе Клепчаны припадают на апрель (max=210 см), наименьшие – на ноябрь (min=28 см).

Таблица 6

Ведомость повторяемости и продолжительности уровней

р.Случь–пгт. Старобин

Кривые повторяемости и продолжительности уровня воды реки в створе пгт. Старобина показывают, что модальный уровень равен 80 см, медианный – 82 см, верхний квадрильянный – 102 см, нижний – 60 см. (рис. 3)

studfiles.net

Смотрите также

• 
  1 вода
• 
  Намагничивание воды
• 
  Валентность воды
• 
  Багиатти вода
• 
  Ананасовая вода
• 
  Грани воды
• 
  Текучие воды
• 
  Прибывает вода
• 
  Закачка воды
• 
  Астана вода
• 
  Генератор воды