Колебания уровня воды в реках

В зависимости от характера питания, времени года и фазы вод­ного режима уровни воды в различных реках имеют значительные ко­лебания, достигающие в отдельных случаях 30 м. Например, годовая амплитуда колебаний уровней воды на р. Енисее с 4,5. м в истоке по­степенно увеличивается и в нижнем течении достигает 20 м. Лишь в устьевой части амплитуда снижается до 9—10 м.

Основные причины, вызывающие колебания уровней воды в ре­ках, следующие: изменение расходов воды в реке за счет дождей, тая­ния снега и др.; сгонные и нагонные ветры; заграждение русла реки льдом (заторы); действие приливов и отливов в устьях рек; подпоры воды в устьях притоков; режим работы гидроузлов (попуски воды) и т. д.

Поверхность речного потока непрерывно понижается от истока к устью. Степень понижения характеризуется падением и продольным уклоном поверхности воды.

Падением h (рис. 5) уровня воды называется разность между его абсолютными отметками Н- и Нч в двух пунктах (Л и Б), распо­ложенных вдоль реки на расстоянии /. Падение может характеризо­ваться величиной (обычно в сантиметрах), приходящейся на 1 км дли­ны участка реки. Например, среднее падение р. Оби на 1 км равно 4 см.

Продольным уклоном / поверхности воды в реке называется от­ношение падения h на данном участке к длине этого участка l (длина

участка и падение должны быть выражены в одной и той же размер­ности), причем

Уклон выражается безразмерной величиной (десятичной дробью). Меженные уклоны Волги у Горького равны 0,00005, Северной Двины у Березников — 0,00003, Дона у Калача — 0,00001 и т. д.

Величина продольных уклонов поверхности воды в реках зависит от высоты уровня воды, вида продольного профиля реки, плановых очертаний русла и т. д. При низких уровнях воды уклон меньше, причем, как правило, уклон на плесе меньше, чем на перекатах. При увеличении расхода и подъеме уровня уклоны на плесах увеличивают­ся, а на перекатах — уменьшаются. При дальнейшем повышении уровня уклоны на плесах могут сравняться с уклонами на перекатах. При еще большем повышении уровня уклоны на плесе увеличиваются, а на перекатах — уменьшаются. Обычно в половодье уклоны бывают больше на плесе и меньше на перекате.

После выхода воды из русла и разлива ее по пойме уклоны будут зависеть от очертаний долины в плане. Где долина уже, там будет больший поверхностный уклон, где она расширяется — меньше.

Скорости течения воды в реке зависят от продольного уклона. Чем больше уклон, тем больше скорость течения и наоборот. Поэтому в межень скорость течения на перекатах больше, чем на плесах, а в половодье — наоборот.

Поверхность воды в реке имеет также и поперечные уклоны, возникающие на закруглениях русла, при резких подъемах и спадах воды, а также вследствие вра­щения Земли.

На прямолинейном уча­стке реки на частицы воды действует сила тяжести G, равная произведению массы т частицы воды на g — ускорение свободно падающе­го тела (g = 9,81 м/с²), т. е.

Поверхность воды в этом случае на поперечном профиле занимает го­ризонтальное положение ab (рис. 6).

Рис. 6. Схема образования попе­речного уклона поверхности во­ды на закруглениях русла:

ab — положение уровня на прямоли­нейном участке русла; cd — то же на криволинейном участке русла; R — радиус кривизны русла; G — сила тя­жести

На закруглениях русла те же частицы воды, кроме силы тяжести, подвергаются действию цен­тробежной силы / (см. рис. 6), на­правленной по радиусу кривизны русла в сторону вогнутого берега. При этом