Главная » Естествознание » Скорость течения реки. Методы измерения. У какой реки максимальная скорость течения? От чего зависит эта скорость? Что такое скорость течения воды

Скорость течения реки. Методы измерения. У какой реки максимальная скорость течения? От чего зависит эта скорость? Что такое скорость течения воды

Есть несколько способов измерения скорости реки. Можно это сделать при решении математических задач, когда есть какие-то данные, а можно это сделать, применив практические действия.

Скорость течения реки

Скорость течения зависит впрямую от уклона русла. Уклон русла это отношение разности высот двух участков, пунктов к длине участка. Чем больше уклон, тем скорость течения реки больше.

Чему равна скорость течения реки, можно узнать, пройдя на лодке по течению реки вверх, а затем вниз по течению. Скорость лодки по течению - V1, скорость лодки против течения - V2. Чтобы рассчитать скорость течения реки нужно (V1 - V2): 2.

Для измерения скорости течения воды используют специальный прибор лаг, вертушка, состоящая из лопасти, корпуса, хвостовой части, ротор.

Есть еще один простейший способ, как найти скорость течения реки. Отмерить вверх по течению 10 метров, можно шагами. Своим ростом будет точнее. Затем сделать отметку на берегу камнем или веткой, бросить щепку в реку выше отметки. После того, как щепка поравняется с отметкой на берегу, нужно начать отсчитать секунды. Затем отмеренное расстояние в 10 метров разделить на количество секунд за это расстояние. Например, 10 метров щепка проплыла за 8,5 секунд. Скорость течения реки будет 1,18 метров в секунду.

Скорости течения речного потока (или кинематики потока) подробно изучаются в курсе гидравлики. Здесь же мы обратим внимание лишь на те особенности кинематики потока, которые необходимо знать для понимания основных разделов гидрологии.

Вода в реках движется под действием силы тяжести. Скорость течения зависит от соотношения между величиной составляющей силы тяжести, параллельной линии продольного уклона потока и силы сопротивления, возникающего в потоке в результате трения движущейся массы воды между дном и берегом. Величина продольной составляющей силы тяжести зависит от уклона русла, а сила сопротивления - от степени шероховатости русла. Если сопротивление оказывается равным движущей силе, то движение воды становится равномерным. Если же движущая сила превышает силу сопротивления, движение приобретает ускорение; при обратном соотношении этих сил движение замедляется. Существует две категории движения воды - ламинарное и турбулентное.

Ламинарное движение представляет собой параллелоструйчатое движение. Ламинарное движение отличается следующими особенностями: 1) Все частицы потока движутся в одном общем направлении, не испытывая поперечных отклонений; 2) скорость течения воды плавно возрастает от нуля у стенка русла до максимума на свободной поверхности; 3) скорость течения прямо пропорциональна уклону свободной поверхности и зависит от вязкости жидкости.

Турбулентное движение имеет следующие особенности: 1) скорости потока пульсируют, т. е. направление и величина скорости в каждой точке все время колеблется; 2) Скорость течения от нуля на стенке быстро растет в пределах тонкого придонного слоя; в дальнейшем, по направлению к водной поверхности скорость возрастает медленно; 3) скорость течения воды не зависит или почти не зависит от вязкости жидкости и при отсутствии влияния вязкости пропорциональна корню квадратному из уклона.; 4) частицы воды перемещаются не только вдоль потока, но также по вертикали и в поперечном направлении, т.е. происходит перемещивание всей текущей массы воды.

Таким образом в турбулентном движении установлено, что в открытых потоках амплитуда пульсаций увеличивается от поверхности ко дну. В поперечном сечении потока амплитуда пульсаций возрастает от оси потока к берегам.

В связи с извилистостью и разнообразными формами русел течение воды в реках почти никогда не бывает параллельно берегам, и водный поток разбивается на отдельные так называемые внутпенние течения. Эти течения размывают русло, переносят продукты размыва (наносы) и откладывают их в русле, в результате чего возникают косы, осередки, перекаты, перевалы и другие подводные препятствия.

В речном потоке существуют следующие внутренние течения: 1) течение, вызываемое кривизной русла; 2) течение, возникающее при вращении земли вокруг оси; 3) вращательное (вихревое) движение воды, обусловленное недостаточной обтекаемостью русловых форм.

Различают мгновенную скорость и местную скорость в точке потока. Мгновенной скоростью (U) (см. рис. 1) называется скорость в данной точке потока в данное мгновение. В прямоугольной системе координат мгновенная скорость имеет продольную составляющую, направленную горизонтально вдоль продольной оси потока и вертикальную - направленную по вертикальной оси потока.

В практических расчетах, как правило, приходится иметь дело со скоростями течения, осредненными во времени. Скорость течения в точке потока, осредненная за достаточно продолжительный период времени, называется местной скоростью и определяется выражением

(1)

где - площадь графика пульсации скорости в пределах периода времени T (рис. 1).

Рис. 1. График пульсаций продольной составляющей скорости течения воды.

Распределение скоростей в речном потоке.

Распределение скоростей течения воды в речном потоке разнообразно и зависит от типа реки (равнинная, горная и др.), морфометрических особенностей, шероховатости русла, уклона водной поверхности. При всем разнообразии существуют некоторые общие закономерности в распределении скоростей по глубине и по ширине реки.

Рассмотрим распределение продольных скоростей на различных глубинах по вертикали. Если от направления вертикали отложить величины скоростей и соединить их концы плавной линией, то эта линия будет представлять собой профиль скоростей. Фигура, ограниченная профилем скоростей, направлением вертикали, линиям поверхности воды и дна, называется эпюрой скоростей (рис. 2). Как видно из рисунка 2, наибольшая скорость (в открытом потоке) наблюдается обычно на поверхности (U пов). Скорость у дна потока называется донной скоростью (U д).

Если измерить площадь эпюры скоростей и разделить ее на глубину вертикали, то получим величину, которая называется средней скоростью на вертикали и выражается формулой

(2)

Средняя скорость на вертикали открытого потока располагается на глубине от поверхности, равной примерно 0.6h .

Нормальный вид профиля скоростей, показанный на рис. 2, в условиях естественных водотоков может искажаться воздействием различных факторов: неровностями дна, водной растительностью, ветром, ледяными образованиями и др.

При значительных неровностях дна скорость у дна может резко снижаться, примерно так, как показано на рис. 3.

При ветре по течению поверхностные скорости могут увеличиваться, а уровень воды несколько понижаться; при ветре против течения наблюдается обратная картина (рис. 4).

Подобно эпюрам скоростей на вертикалях можно построить эпюру скоростей по ширине реки (рис. 5), например поверхностных или средних скоростей на вертикалях очертания эпюры обычно следуют очертаниям дна; местоположение наибольшей скорости приближенно совпадает с положением наибольшей глубины.

При наличии ледяного покрова влияние шероховатости нижней поверхности льда обуславливает смещение максимальной скорости на некоторую глубину от поверхности, обычно на (0.3-0.4)h (рис. 6а). Если имеется подледная шуга, то смещение максимальной скорости вниз может быть еще более значительным, до (0.6-0.7)h (рис. 6б).

Движение воды в реках происходит под действием силы тяжести, поэтому скорость течения в речном потоке зависит главным образом от продольного уклона реки, расхода воды и шероховатости русла.

Расходом называется количество воды, протекающей через поперечное сечение русла, ограниченное его контуром и поверхностью воды, в одну секунду. Расход воды выражается в кубических метрах и может быть определен по формуле:

Где w - площадь поперечного (живого) сечения русла, м2; vт - средняя скорость потока в данном сечении, м/с.

С увеличением расхода воды и уклона реки скорость течения увеличивается, а с увеличением шероховатости русла - уменьшается.

В руслах рек, кроме основного продольного поступательного движения воды, существуют внутренние циркуляционные течения, вызванные вращением Земли, центробежной силой инерции водного потока на изгибах русла, сопротивлением руслового рельефа и т. п. Схема внутренних течений на изгибе русла показана на рис. 57.

Рис. 57. Внутренние течения на изгибе русла:
а-поперечный разрез; б-план; 1-вогнутый подмываемый берег; 2-направление течения на поверхности; 3- выпуклый берег; 4-направление течения у дна

Определение скоростей и направлений течения производится с помощью гидрометрических вертушек и поплавков.

В поперечном сечении русла наибольшие скорости течения соответствуют наибольшей глубине, по высоте они наблюдаются примерно на 0,2 глубины от поверхности воды. Главная струя потока, направленная по его динамической оси и совпадающая с наибольшими глубинами, называется стрежнем. К берегам и дну реки скорости течения уменьшаются.

Направление течения на реках определяется по отношению к оси судового хода. На направление течения оказывает влияние очертание рельефа русла, а

Также колебание уровня воды. В половодье струи потока на отдельных участках реки могут изменять направление по отношению струй меженного потока в значительных пределах (до 90° и более).

С подъемом уровня воды наблюдается растекание струй воды от стрежня к берегам, так как в области стрежня уровень воды в тот момент выше, чем у берегов, и наоборот, при спаде воды на стрежне уровень становится ниже, чем у берегов, и струи воды стекаются от берегов к стрежню.

На некоторых участках рек в силу местных причин в потоке образуются неправильные и затрудняющие судоходство течения. К ним относятся прижимные, затяжные и свальные течения, а также суводи и майданы.

Прижимным называется течение, под действием которого движущиеся суда сносятся (прижимаются) к берегу или какому-либо объекту. Оно обычно возникает на изгибах русла и действует в сторону вогнутого берега. Такие течения опасны для одиночных судов и особенно для составов, следующих по течению, так как на изгибе русла у судов (составов) возникает еще и центробежная сила, стремящаяся прижать их к вогнутому берегу.

Затяжными называются течения, направленные из основного русла в прораны, протоки, воложки. Большие скорости у затяжных течений наблюдаются в половодье и в паводки. Судам и составам при следовании в местах действия таких течений рекомендуется держаться по возможности дальше от прорана, протоки или воложки.

Свальными называются течения, пересекающие ось судового хода под некоторым углом. Они вызываются поперечным уклоном водной поверхности и почти всегда проходят через мелководье. Движущиеся суда и составы смещаются свальным течением с оси судового хода и могут быть посажены на мели.

Суводью называется горизонтальное вращательное движение воды за выступами, вдающимися в русло. У суводей правого берега вращение воды происходит по часовой стрелке, левого- против. На крупных реках часто наблюдаются суводи, имеющие в диаметре несколько десятков метров и скорость вращательного движения воды до нескольких метров в секунду. При следовании через суводь наблюдается рыскливость судов.

Майданом называется вращательное движение воды за подводным препятствием, а также при слиянии двух потоков с большими скоростями.

Средняя скорость по глубине представляет собой отношение площади годографа к максимальной глубине реки. Площадь годографа можно вычислить либо по палетке, либо так как вычисляется площадь живого сечения реки (см. задание 2).

Задание 2

Определите площадь живого сечения реки используя данные таблицы 8:

Таблица 8

Глубина реки по поперечному сечению

I вариант		II вариант
	Глубина реки, м	Расстояние от постоянного начала створа, м	Глубина реки, м

Площадь живого сечения реки вычисляется как сумма ряда элементарных геометрических фигур (рис.9).

Фигуры А 1 А 2 В 1 и А 5 В 4 А 6 представляют собой треугольники, площадь каждого из них равна половине произведения основания на высоту. Остальные фигуры - трапеции. Площадь каждой трапеции равна произведению полусуммы оснований на высоту.

Рис. 9. Поперечное сечение реки

Точки А 1 , А 2 , А 3 и т.д., в которых проводились измерения глубины, называются промерными точками. Начальная точка, от которой производят измерения А 1, называется постоянным началом створа.

Задание 3

Вычислите расходы воды в реке, если известно, что площадь живого сечения составляет 42,2 м 2 , максимальная скорость воды в реке 0,5 м/с, средняя глубина реки 4, 5 м.

Вычисление средней скорости реки по максимальной поверхностной производится по формуле:

где, V ср - средняя скорость; V мах - максимальная скорость, К – коэффициент перехода максимальной скорости к средней. Коэффициент К представлен в табл. 9.

Таблица 9

Значения коэффициента перехода от максимальной скорости к средней

Задание 4

Определить по формуле Шези (
, гдеС скоростной коэффициент, R – гидравлический радиус, i – средний уклон реки), среднюю скорость реки, если известно, что на данном отрезке дно русла сложено песчаным материалом, встречаются острова и отмели. Средний уклон реки – 0,000056, гидравлически радиус – 1,8 м.

Скоростной коэффициент С в формуле Шези определяется по формуле Базена
.

Коэффициент шероховатости y определяется по таблице 10.

Скорость течения зависит от ширины русла и перепада высот. Измеряется она гидрометрической вертушкой. Делается 5 замеров на определнной глубине на разных участках. Скорость течения в Амазонке, которая считается самой быстрой рекой составляет 4,5-5 м/сек. или около 15 км/час.

Река из Южной Америки - Амазонка считается рекой с максимальной скоростью течения.

По результатам исследований эта река самая длинная в мире. Ко всему прочему, е переплыть можно только на пароме, мосты через эту реку не построены из-за е приличной ширины.

Средняя скорость порядка 15 км/ч. Но во время приливов с океана Амазонка движется ещ быстрее.

Насчет максимальной скорости конкретной реки я информацию найти не смогла, поэтому не скажу. Скорость же течения зависит от: 1 рельефа и подстилающей поверхности. Равнинные реки или реки в равнинных частях гораздо медленнее, поскольку нет уклона и вода не набирает определенной скорости. По равнинам вода течет медленнее и из-за сдерживающих факторов подстилающей поверхности, земли, более рыхлой нежели горные породы. 2. От скорости ветра. Ветер является определенным подгоном для воды, формируя волну. 3. Динамика движения реки зависит и от количества наносов, т.е. того природного или антропогенного материала который переносит вода. Большое количество наносов тормозит движение воды. Есть еще факторы, но эти самые заметные.

Самой быстрой рекой считают Амазонку. Измеряют скорость течения в метрах в секунду. Но, конечно же, скорость реки меняется на всем ее протяжении: у истока она меньше, чем в устье, а максимальна в среднем течении реки, где скорость увеличивается еще и за счет мощности водного потока. Скорость течения зависит от мощности водного потока и от уклона местности, по которой течет река. Средняя скорость рассчитывается по нескольким замерам, как правило, в пяти разных точках русла. У Амазонки это 4,5-5 м/с или 10-15 км/час. Амазонка еще и самая длинная, полноводная и глубокая река в мире.

Насколько помню из школьной географии,что самая быстрая река в мире-это Амазонка.скорость зависит от уклонов где протекает река.Существует верхнее,среднее и нижнее течение.В верхнем течении и скорость самая высокая.

Вообще, у любой реки скорость течения не является постоянной величиной на всм протяжении реки - она изменяются и по глубине, и по ширине. Для определения средней скорости реки делают, как минимум, 5 замеров в разных местах - в истоке, середине и устье реки .

Необходимые предметы:

1) гидрометрическая вертушка