Аналіз умов формування та розрахунок основних статистичних характеристик стоку річки кегети. Характеристика річки

2.13. При визначенні розрахункових гідрологічних характеристик річного стоку води річок слід виконувати вимоги, викладені у пп. 2.1 – 2.12.

2.14. Для визначення внутрішньорічного розподілу стоку води за наявності даних гідрометричних спостережень за період не менше 15 років приймаються наступні методи:

розподіл стоку за даними рек-аналогів;

метод компонування сезонів.

2.15. Внутрішньорічний розподіл стоку слід розраховувати за водогосподарськими роками, починаючи з багатоводного сезону. Межі сезонів призначаються єдиними для всіх років із заокругленням до місяця.

2.16. Розподіл року на періоди та сезони проводиться залежно від типу режиму річки та переважного виду використання стоку. Тривалість багатоводного періоду слід призначати так, щоб у прийняті його межі включалася повінь за всі роки. Період року та сезон, у якому природний стік може лімітувати водоспоживання, приймаються за лімітуючий період та лімітуючий сезон. У лімітуючий період входять два суміжні сезони,з яких один є найбільш несприятливим щодо використання стоку (лімітуючий сезон).

Для річок з весняною повінь за лімітуючий період приймаються два маловодні сезони: літо - осінь і зима. При переважанні водоспоживання на сільськогосподарські потреби за лімітуючий сезон слід приймати літо - осінь, а для гідроенергетики та з метою водопостачання - зиму.

2.17. Для високогірних річок з літньою повінь при переважно іригаційному використанні стоку за період, що лімітує, приймається осінь - зима і весна, а за лімітуючий сезон - весна.

При проектуванні відведення надлишкових вод для боротьби з повенями або при осушенні боліт та заболочених земель за лімітуючий період приймається багатоводна частина року (наприклад, весна та літо – осінь), а за лімітуючий сезон – найбільш багатоводний сезон (наприклад, весна).

Розрахункова ймовірність перевищення величини стоку за рік, що лімітує сезон і період визначається за кривими розподілу щорічних ймовірностей перевищення (емпіричним або аналітичним).

2.18. Внутрішньорічний розподіл стоку за конкретний рік спостережень приймається як розрахунковий, якщо ймовірність перевищення стоку за цей рік і за лімітуючий період і сезон близькі між собою і відповідають заданій за умовами проектування щорічної ймовірності перевищення.

2.19. Внутрішньорічний розподіл стоку при розрахунку за методом компонування визначається за умов рівності ймовірностей перевищення стоку за рік, стоку за період, що лімітує, і всередині його за лімітуючий сезон.

Величину стоку сезону, що не входить у лімітуючий період, визначаються по різниці між стоком за рік і стоком за цей період, а величини стоку за нелімітуючий сезон, що входить у лімітуючий період, - по різниці стоку цього періоду та сезону.

2.20. При близьких значеннях коефіцієнтів варіації та асиметрії річкового стоку протягом року і лімітують період і сезон розрахунковий внутрішньорічний розподіл визначається як середній всім років розподіл стоку води за місяцями (декадам) у відсотках від річного стоку води досліджуваної річки.

2.21. За незначної зміни водоспоживання протягом року допускається заміна календарного розподілу стоку води за сезонами та місяцями кривої тривалості добових витрат води за рік.

2.22. У разі зміни стоку води під впливом господарської діяльності необхідно привести його до природного стоку води річки відповідно до вимог п. 1.6. За цими даними визначається розрахунковий внутрішньорічний розподіл стоку води річки й у результати розрахунків вносяться відповідні зміни.

Характеристики річного стоку

Сток - це рух води поверхнею, а також у товщі ґрунтів і гірських поріду процесі її круговороту у природі. При розрахунках під стоком розуміється кількість води, що стікає з водозбору за період часу. Ця кількість води може бути виражена у вигляді витрати Q, W, модуля M або шару стоку h.

Об'єм стоку W - кількість води, що стікає з водозбору за якийсь період часу (добу, місяць, рік тощо), - визначається за формулою

W=QT [м 3], (19)

де Q – середня витрата води за розрахунковий період часу, м 3 /с, T – число секунд у розрахунковому періоді часу.

Так як середня витрата води було обчислено раніше як норма річного стоку, обсяг стоку р. Кегети протягом року W = 2.39 365,25 24 3600 = 31764096м 3 .

Модуль стоку М - кількість води, що стікає з одиниці площі водозбору в одиницю часу - визначається за формулою

М=103Q/F [л/(скм2)], (20)

де F – площа водозбору, км 2 .

Модуль стоку Кегети М=10 3 2.39/178 = 13.42 л/(скм 2).

Шар стоку h мм - кількість води, що стікає з водозбору за якийсь період часу, що дорівнює товщині шару, рівномірно розподіленого за площею цього водозбору, - визначається за формулою

h=W/(F 10 3)=QT/(F 10 3). (21)

Шар стоку для басейну. Кегети h = 31764096/(178 10 3) = 178.44 мм.

До безрозмірних характеристик відносяться модульний коефіцієнт та коефіцієнт стоку.

Модульний коефіцієнт К є ставлення стоку за якийсь конкретний рік до норми стоку:

К = Q i / Q 0 = W i / W 0 = h i / h 0 (22)

і для нар. Кегети за аналізований період К змінюється від К =1.58 / 2.39 = 0.66 для року з мінімальною витратою до К = 3.26 / 2.39 = 1.36 для максимальної витрати.

Коефіцієнт стоку - відношення обсягу або шару стоку до кількості опадів х, що випали на площу водозбору, зумовили виникнення стоку:

Коефіцієнт стоку показує, яка частина опадів йде освіту стоку.

У роботі необхідно визначити характеристики річного стоку для прийнятого до розгляду басейну, прийнявши норму стоку з розділу

Внутрішньорічний розподіл стоку

Внутрішньорічний розподіл стоку рік займає важливе місцеу питанні вивчення та розрахунків стоку як у практичному, так і в науковому відношенні, будучи в той же час найбільш складним завданнямгідрологічних досліджень /2,4,13/.

Основні фактори, що визначають внутрішньорічний розподіл стоку та його загальну величину, - Кліматичні. Вони визначають загальний характер (фон) розподілу стоку на рік того чи іншого географічного району; територіальні зміни розподілу стоку йдуть за зміною клімату.

До факторів, що впливають на розподіл стоку на протязі року відносяться озерність, лісистість, заболоченість, розміри водозборів, характер грунтів та ґрунтів, глибина залягання ґрунтових вод тощо, які певною мірою повинні враховуватися у розрахунках як за відсутності, так і за наявності матеріалів спостережень.

Залежно від наявності даних гідрометричних спостережень застосовуються такі методи розрахунку внутрішньорічного розподілу стоку:

за наявності спостережень за період не менше 10 років: а) розподіл за аналогією з розподілом реального року; б) метод компонування сезонів;

за відсутності чи недостатності (менше 10 років) даних спостережень: а) за аналогією з розподілом стоку вивченої річки-аналогу; б) за районними схемами та регіональними залежностями параметрів внутрішньорічного розподілу стоку від фізико-географічних факторів.

Внутрішньорічний розподіл стоку зазвичай розраховується не за календарними роками, а за водогосподарськими, починаючи з багатоводного сезону. Межі сезонів призначаються єдиними для всіх років із заокругленням до місяця.

Розрахункова ймовірність перевищення стоку за рік, що лімітує період та сезон призначається відповідно до завдань водогосподарського використання стоку річки.

У роботі необхідно виконати розрахунки за наявності гідрометричних спостережень.

Розрахунки внутрішньорічного розподілу стоку методом компонування

Вихідними даними для розрахунку є середньомісячні витрати води та залежно від мети використання розрахунку - заданий відсоток забезпеченості Р та поділ на періоди та сезони.

Розрахунок поділяється на дві частини:

міжсезонний розподіл, що має найважливіше значення;

внутрішньосезонний розподіл (за місяцями та декадами, що встановлюється з деякою схематизацією.)

Міжсезонний розподіл. Залежно від типу внутрішньорічного розподілу стоку рік ділиться на два періоди: багатоводний та маловодний (міжень). Залежно від мети використання один із них призначається лімітуючим.

Лімітуючий це найбільш напружений з точки зору водогосподарського використання період (сезон). Для цілей осушення лімітуючим періодом є багатоводний; для цілей зрошення, енергетики маловодний.

У період включається один чи два сезони. На річках з весняною повінь для цілей зрошення виділяються: багатоводний період (він же сезон) - весна і маловодний (лімітуючий) період, що включає сезони; літо-осінь та зима, причому лімітуючим сезоном при зрошенні є літо-осінь (при енергетичному використанні-зима).

Розрахунок виконується з гідрологічних років, тобто. за роками, що починаються з багатоводного сезону. Терміни сезонів призначаються єдиними всім років спостережень із округленням їх до місяця. Тривалість багатоводного сезону призначається так, щоб у межах сезону містилася повінь як у роки з найбільш раннім терміном наступу, так і з пізнішим терміном закінчення.

У завданні тривалість сезонів можна прийняти наступною: весна – квітень, травень, червень; літо-осінь - липень, серпень, вересень, жовтень, листопад; зима – грудень та січень, лютий, березень наступного року.

Величина стоку за окремі сезони та періоди визначається сумою середньомісячних витрат (табл. 10). У останньому роцідо витрати за грудень додаються витрати протягом трьох місяців (I, II, III) першого року.

При розрахунку за методом компонування внутрішньорічний розподіл стоку приймається з умови рівності ймовірності перевищення стоку за рік, стоку за період, що лімітує, і всередині його за лімітуючий сезон. Тому необхідно визначити витрати заданої проектом забезпеченості (у завданні Р=80%) для року, що лімітують період та сезон. Отже, потрібно розрахувати параметри кривих забезпеченості (Про 0, С v і С s) для лімітуючих періоду та сезону (для річного стоку параметри обчислені вище). Обчислення виробляються методом моментів у табл. 10 за схемою, викладеною вище для річного стоку.

Визначати розрахункові витрати можна за формулами:

річного стоку

Орасгод = Kр "12Q 0, (26)

лімітуючого періоду

Орасмеж = KрQ0меж, (27)

лімітуючого сезону

Орасло = Kр "Qло (27)

де Kр", Kр, Kр" - ординати кривих трипараметричного гамма-розподілу, зняті з таблиці відповідно для V - річного стоку. З v меженного стоку і З v для літа-осені.

Примітка. Оскільки розрахунки виконуються за середньомісячними витратами, розрахунковий витрата протягом року потрібно помножити на 12.

Однією з основних умов методу компонування є рівність

Орасгод = Орассез. Однак ця рівність порушиться, якщо розрахунковий стік за сезони, що не лімітують, визначати також за кривими забезпеченості (через відмінності параметрів кривих). Тому розрахунковий стік за не лімітуючий період (у завданні - за весну) визначають по різниці

Орасвес = Орасгод - Орасмеж, (28)

а за не лімітуючий сезон (в завданні-зима)

Орасзим = Орасмеж. - Qло (29)

Розрахунок зручніше виконати у формі табл. 10.

Внутрішньосезонний розподіл - приймається середнім по кожній із трьох груп водності (багатоводна група, що включає роки із забезпеченістю стоку за сезон Р<33%, средняя по водности 33<Р<66%, маловодная Р>66%).

Для виділення років, що входять в окремі групи водності, необхідно сумарні витрати за сезони розташувати за спаданням та підрахувати їх фактичну забезпеченість. Так як розрахункова забезпеченість (Р=80%) відповідає маловодної групи, подальший розрахунок можна проводити для років, що входять до маловодної групи (табл. 11).

Для цього ст. графу «Сумарний стік» виписати витрати на сезони, відповідні забезпеченості Р>66%, а графу «Роки» - записати роки, відповідні цим витратам.

Середньомісячні витрати всередині сезону розташувати у спадному порядку із зазначенням календарних місяців, до яких вони належать (табл. 11). Таким чином, першим виявиться витрата за найбільш багатоводний місяць, останнім через маловодний місяць.

Для всіх років підсумувати витрати окремо за сезон і за кожен місяць. Приймаючи суму витрат за сезон за 100%, визначити відсоток кожного місяця А%, що входить у сезон, а до графи «Місяць» записати найменування того місяця, що повторюється найчастіше. Якщо повторень немає, виписати будь-хто з тих, хто зустрічається, але так, щоб кожен місяць, що входить у сезон, мав свій відсоток від сезону.

Потім, помножуючи розрахункову витрату за сезон, визначену в частині міжсезонного розподілу стоку (табл. 10), на відсоткову частку кожного місяця А% (табл. 11), обчислити розрахункову витрату кожного місяця.

Орас v = Орасвес А % v / 100% (30)

Отримані дані заносяться до табл. 12 «Розрахункові витрати за місяцями» та на міліметрівці будується розрахунковий гідрограф Р-80% річки, що вивчається (рис. 11).

Таблиця 12. Розрахункові витрати (м3/с) за місяцями

ВСТУП.

Завдання гідрологічних розрахунків та його роль розвитку господарства країни. Зв'язок гідрологічних розрахунків коїться з іншими науками. Історія розвитку гідрологічних розрахунків: перші роботи зарубіжних вчених 17-19 ст.; роботи російських учених кінця 19 - початку 20 ст.; перший підручник гідрології у Росії; радянський період розвитку гідрологічних розрахунків; Всесоюзні гідрологічні з'їзди та його роль розвитку методів розрахунку річкового стоку; пострадянський період розвитку гідрологічних розрахунків Основні характеристики стоку рік. Три випадки визначення гідрологічних характеристик.

МЕТОДИ АНАЛІЗУ ХАРАКТЕРИСТИК РІЧКОВОГО СТОКУ.

Генетичний аналіз гідрологічних даних: географо-гідрологічний метод та його окремі випадки – методи гідрологічної аналогії, географічної інтерполяції та гідролого-гідрогеологічний. Імовірнісно-статистичний аналіз: метод моментів, метод найбільшої правдоподібності, метод кванітелі, кореляційний та регресійний аналіз, факторний аналіз, метод головних компонентів, метод дискримінантного аналізу. Методи аналізу обчислювальної математики: системи рівнянь алгебри, диференціювання та інтегрування функцій, рівняння з приватними похідними, метод Монте-Карло. Математичне моделювання гідрологічних явищ та процесів, класи та типи моделей. Системний аналіз.

СПОСОБИ УЗАГАЛЬНЕННЯ ГІДРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

Карти ізоліній стоку: принципи побудови, надійність визначення стоку. Гідрологічне районування території: поняття, межі застосування, принципи районування та підходи до районування, способи визначення меж районів, однорідність районів. Графічна обробка гідрологічних даних: прямолінійні, статечні та показові графічні залежності.

ЧИННИКИ ФОРМУВАННЯ РІЧКОВОГО СТОКУ.

Важливість розуміння механізму та ступеня впливу фізико-географічних факторів на режим та величину річкового стоку. Рівняння водного балансурічковий басейн. Класифікація чинників формування річкового стоку. Кліматичні та метеорологічні фактори річкового стоку: атмосферні опади, випаровування, температура повітря. Вплив на стік факторів річкового басейну та його підстилаючої поверхні: географічне положення, розміри, форма річкового басейну, рельєф, рослинність, ґрунти та гірські породи, багаторічна мерзлота, озерність, болотистість, льодовики та криги в межах басейну. Вплив господарської діяльності на річковий стік: створення водосховищ та ставків, перерозподіл стоку між річковими басейнами стоку, зрошення сільськогосподарських полів, осушення боліт та заболочених територій, агролісотехнічні заходи на водозборах річок, водоспоживання на промислові та комунально-побутові потреби, урбанізація, урбанізація.

СТАТИСТИЧНІ ПАРАМЕТРИ РІЧКОВОГО СТОКУ.

НАДІЙНІСТЬ ВИХІДНОЇ ГІДРОЛОГІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ.

Норма стоку та принципи її обчислення. Мінливість річкового стоку, її відносний (коефіцієнт варіації) та абсолютне (середньоквадратичне відхилення) вираз, зв'язок з метеорологічними факторами. Мінливість внутрішньорічного розподілу стоку, максимального стоку весняної повені та дощових паводків, мінімального зимового та літнього стоку. Коефіцієнт асиметрії. Ступінь надійності гідрологічної вихідної інформації. Причини виникнення похибок у режимній гідрологічній інформації.

УМОВИ ФОРМУВАННЯ І РОЗРАХУНКИ НОРМИ РІЧНОГО СТОКУ.

Річний стік рік як основна гідрологічна характеристика. Умови формування річного стоку: опади, випаровування, температура повітря. Вплив озер, боліт, льодовиків, льодовиків, площі басейну, висоти водозбору, лісу та його вирубування, створення водосховищ, зрошення, промислово-комунального водоспоживання, осушення боліт та заболочених земель, агролісомеліоративних заходів на формування річного стоку рік. Поняття про репрезентативність низки гідрологічних даних. Елементи циклічних коливань стоку. Синхронність, асинхронність, синфазність, асинфазність коливань стоку. Розрахунки норми річного стоку за наявності, недостатності та відсутності даних спостережень. Розподіл річного стоку територією Росії.

ФАКТОРИ ФОРМУВАННЯ І РОЗРАХУНОК

ВНУТРІНІЧНІЙ РОЗПОДІЛ СТОКУ РІК.

Практична значимість знань про внутрішньорічний розподіл стоку. Роль клімату у розподілі стоку протягом року. Фактори підстилаючої поверхні, що коригують внутрішньорічний розподіл стоку: озера, болота, заплава річки, льодовики, багаторічна мерзлота, криги, ліс, карст, розміри річкового басейну, форма водозбору. Вплив створення водосховищ та ставків, зрошення, агролісотехнічних заходів та осушення на внутрішньорічний розподіл стоку рік. Розрахунок внутрішньорічного розподілу стоку за наявності, недостатності та відсутності даних спостережень. Розрахунок добового розподілу стоку. Криві тривалості добових витрат. Коефіцієнт природної зарегульованості стоку. Коефіцієнт внутрішньорічної нерівномірності стоку.

ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ І РОЗРАХУНКУ МАКСИМАЛЬНОГО

СТОКУ РІК ЗА ПЕРІОД ВЕСНЯНОЇ ПОЛОВІДІ.

Поняття «катастрофічна повінь (половоддя)». Практичне та наукове значення достовірної оцінки статистичних параметрів повінь. Причини катастрофічних повеней. Генетичні групи максимальних витрат води. Розрахункова забезпеченість максимальних витрат води залежно від класу капітальності гідротехнічної споруди. Якість вихідної інформації про максимальні витрати води. Умови формування стоку повінь: снігозапаси в басейні річки та запаси води у сніговому покриві, втрати на випаровування зі снігу, інтенсивність та тривалість сніготанення, втрати талих вод. Фактори підстилаючої поверхні: рельєф, експозиція схилу, розміри, конфігурація, розчленованість басейну, озера та болота, ґрунти та ґрунти. Антропогенні фактори формування максимального стоку повінь. Генетична теорія формування максимального стоку. Редукція максимального стоку. Розрахунки максимального весняного стоку за наявності, недостатності та відсутності даних спостережень. Математичні та фізико-математичні моделі процесів формування стоку талих вод.

МАКСИМАЛЬНИЙ СТІК РІК ЗА ПЕРІОД ДОЩОВИХ ПАВОДКІВ.

Райони поширення найвищих дощових максимумів. Складнощі у дослідженні та узагальненні характеристик дощового стоку. Види дощів та їх складові. Особливості формування дощових паводків: інтенсивність та тривалість дощу, інтенсивність інфільтрації, швидкість та час добігання дощових вод. Роль факторів підстилаючої поверхні та видів господарської діяльності у формуванні дощового стоку. Розрахунки максимальних витрат води дощових паводків за наявності, недостатності та відсутності даних спостережень. Моделювання стоку дощових паводків.

УМОВИ ФОРМУВАННЯ І РОЗРАХУНКИ МІНІМАЛЬНОГО ЛІТНОГО
І ЗИМОВОГО СТОКУ РІК.

Поняття меженного періоду та меженного стоку. Практична значимість знань про мінімальний стік рік. Основні розрахункові характеристики мінімального та меженного стоку рік. Тривалість зимового та літнього чи літньо-осіннього меженного періоду на річках території Росії. Типи межені та меженных періодів річок Росії. Фактори формування мінімального стоку: опади, температура, випаровування, зв'язок вод зони аерації, ґрунтових вод, карстових та артезіанських вод з річкою, геологічні та гідрогеологічні умови в басейні, озера, болота, ліс, розчленування та висота місцевості, заплава річки, глибина ерозійного врізу русла річки, площі поверхового та підземного водозборів, ухил та орієнтування водозбору, зрошення сільськогосподарських земель, промислове та побутове споживання води річок, осушення, використання підземних вод, створення водосховищ, урбанізація. Розрахунки мінімального меженного стоку за різного обсягу вихідної гідрологічної інформації.

4. ПРАКТИЧНІ РОБОТИ.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №1.

РОЗРАХУНКИ РІЧНОГО СТОКУ РІК ЗАДАНОГО ЗАБЕЗПЕЧНОСТІ
ПРИ НЕДОСТАТНОСТІ ТА ВІДСУТНІСТЬ ДАНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ.

ЗАВДАННЯ 1: Вибрати басейн річки з площею водозбору не менше 2000 км² і не більше 50000 км ² у межах Тюменської області та виписати з видань ОГХ для цього басейну низку спостережень середньорічних витрат.

ЗАВДАННЯ 2: Визначити статистичні параметри кривої забезпеченості середньорічних витрат обраної річки методами моментів, найбільшої правдоподібності, графо-аналітичним.

ЗАВДАННЯ 3: Визначити річний стік річки забезпеченістю 1%, 50% та 95%.

ЗАВДАННЯ 4: Обчислити середньорічний стік тієї ж річки по карті ізоліній модуля та шару стоку та оцінити точність розрахунку.

ТЕОРІЯ: За наявності чи недостатності даних спостережень основні статистичні параметри річкового стоку визначають трьома методами: методом моментів, методом найбільшої правдоподібності, графоаналітичним методом.

МЕТОД МОМЕНТІВ.

Для визначення параметрів кривої розподілуQо, Cv та Сs методом моментів використовуються такі формули:

1) середнє багаторічне значення витрати води

Qо = ΣQi /n, де

Qi - погодові значення витрати води, м / с;

n – кількість років спостережень; при рядах спостережень менш як 30 років замість n приймають (n – 1).

2) коефіцієнт варіації

Cv = ((Σ(Кi -1)²) /n)½, де

Кi – модульний коефіцієнт, що обчислюється за формулою

Кi = Qi / Qо.

3) коефіцієнт асиметрії

Cs = Σ(Кi – 1)³/(n · Сv³).

За значеннями Cv та Cs розраховується співвідношення Cs/Cv та помилки обчислення Qо, Cv та Cs:

1) помилка Qо

σ = (Cv /n½) · 100%;

2) помилка Cv має бути не більше 10-15%

Έ = ((1+Cv²) / 2n)½ · 100%,

3) помилка Cs

έ = ((6/n)½ (1+6Cv²+5Cv (½/Cs)) ·100%.

МЕТОД НАЙБІЛЬШОГО ПРАВДОПОДІБИ .

Сутність методу у тому, що найімовірнішим вважається таке значення невідомого параметра, у якому функція правдоподібності сягає найбільшого можливого значення. При цьому більший вплив мають члени ряду, яким він відповідає більше значенняфункції. Цей спосіб ґрунтується на використанні статистик λ 1 , λ 2 , λ 3. Статистики λ 2 та λ 3 пов'язані один з одним та їх співвідношення змінюється від зміни Сv та співвідношення Сs/Сv. Статистики обчислюються за формулами:

1) статистика λ 1 є середнє арифметичне ряду спостережень

λ 1 = ΣQi/n;

2) статистика λ 2

λ 2 = Σ ІgКi /(n – 1);

3) статистика λ 3

λ 3 = Σ Кi · ІgКi / (n - 1).

Визначення коефіцієнта мінливості Сv і співвідношення Сs/Сv проводиться за номограмами (див. у навчальному посібнику . Практична гідрологія. Л.: Гідрометеоздат, 1976, стор 137) відповідно до обчислених статистиками λ 2 та λ 3 . На номограмах знаходимо точку перетину значень статистик 2 та λ 3 . За найближчою до неї вертикальною кривою визначається значення Сv, а горизонтальною кривою співвідношення Сs/Сv, від якого переходимо до значення Сs. Помилка Сv визначається за такою формулою:

Έ = (3 / (2n(3+ Cv²)))½ · 100%.

ГРАФО-АНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД .

Цим методом статистичні параметри аналітичної кривої забезпеченості обчислюються за трьома характерними ординатами згладженої емпіричної кривої забезпеченості. Такими ординатами є величини Q

На напівлогарифмічній клітковині ймовірності будують залежність Q = f (Р). Для побудови згладженої емпіричної кривої забезпеченості необхідно ряд спостережень вибудувати у спадній послідовності та кожному ранжированному значенню витрати води Qуб . присвоїти значення забезпеченості Р, обчислене за такою формулою:

Р = (m/n+1) · 100%, де

m – порядковий номер члена низки;

n – число членів низки.

По горизонтальній осі відкладаються значення забезпеченості, вертикальної - відповідні їм Qуб. Крапки перетину позначаються кружальцями діаметром 1,5-2мм і закріплюються тушшю. По точках олівцем проводять згладжену емпіричну криву забезпеченості. З цієї кривої знімають три характерні ординати Q 5%, Q 50% і Q 95% забезпеченості, завдяки яким обчислюють значення коефіцієнта скошеності S кривої забезпеченості за такою формулою:

S = (Q 5% + Q 95% - 2 Q 50%) / (Q 5% - Q 95%).

Коефіцієнт скошеності є функцією коефіцієнта асиметрії. Тому за обчисленим значенням S визначають величину Сs (див. додаток 3 у навчальному посібнику. Практична гідрологія. Л.: Гідрометеоздат, 1976, стор 431). За цим додатком залежно від отриманого значення Сs визначають різницю нормованих відхилень (Ф 5% - Ф 95% ) та нормоване відхилення Ф 50% . Далі розраховують середнє квадратичне відхилення σ, середній багаторічний стік Qо'і коефіцієнт варіації Сv за такими формулами:

σ = (Q 5% - Q 95%) / (Ф 5% - Ф 95%),

Qо ' = Q 50% - σ · Ф 50%,

Сv = σ / Q '.

Аналітична крива забезпеченості вважається достатньою мірою відповідною емпіричному розподілу, якщо виконується така нерівність:

ІQо - Qо´І< 0,02·Qо.

Середня квадратична помилка Qо' обчислюється за такою формулою:

σ Qо' = (Сv / n½) · 100%.

Помилка коефіцієнта варіації

Έ = ((1+ Сv²) / 2n)½ · 100%.

РОЗРАХУНОК ВИТРАТИ ЗАДАНОГО ЗАБЕЗПЕЧНОСТІ .

Витрата заданої забезпеченості обчислюється за такою формулою:

Qр = Кр · Qо, де

Кр – модульний коефіцієнт заданої забезпеченості р%, що розраховується за формулою

Кр = Фр · Cv + 1 де

Фр – нормовані відхилення заданої забезпеченості від середнього значення ординат біноміальної кривої розподілу, що визначається за додатком 3 навчального посібника. Практична гідрологія. Л.: Гідрометеоздат, 1976, стор 431.

Рекомендовані для подальших гідрологічних розрахунків та проектних робіт статистичні параметри басейну річки та її забезпечені витрати отримують шляхом обчислення середнього арифметичного з отриманих трьома вищевикладеними методами Qо, Cv, Cs, Q 5%, Q 50% і Q 95% забезпеченості.

ВИЗНАЧЕННЯ ЗНАЧЕНЬ СЕРЕДОРІЧНОГО СТОКУ РЕК ПО

КАРТАМ.

За відсутності даних спостережень про стоку одним із способів його визначення є карти ізоліній модулів та шару стоку (див. навчальний посібник. Практична гідрологія. Л.: Гідрометеоіздат, 1976, стор 169-170). Значення модуля чи шару стоку визначається центру водозбору річки. Якщо центр водозбору лежить на ізолінії, то середнє значення стоку водозбору приймається за значенням цієї ізолінії. Якщо водозбір лежить між двома ізолініями, то значення стоку його центру визначається методом лінійної інтерполяції. Якщо водозбір перетинають кілька ізоліній, значення модуля стоку (або шару стоку) для центру водозбору визначають методом середньозваженого за формулою:

Мср = (М 1 f 1 + М 2 f 2 + ... М n f n) / (f 1 + f 2 + ... f n), де

М 1, М 2 ... - середні значення стоку між сусідніми ізолініями, що перетинають водозбір;

f 1, f 2 ... - площі водозбору між ізолініями в межах водозбору (у км² або поділах палетки).

28.07.2015

Коливання річкового стоку та критерії його оцінки.Річковим стоком називають переміщення води в процесі її кругообігу в природі, коли вона стікає річковим руслом. Річковий стік визначається кількістю води, що протікає річковим руслом за певний проміжок часу.
На режим стоку впливають численні чинники: кліматичні - опади, випаровування, вологість та температура повітря; топографічні - рельєф місцевості, форма та розміри річкових басейнів та ґрунтово-геологічні, включаючи рослинний покрив.
Для будь-яких басейнів чим більше опадів і менше випаровування, тим більше стік річки.
Встановлено, що зі зростанням площі водозбору тривалість весняної повені також збільшується, гідрограф має більш витягнуту і «спокійну» форму. У грунтах, що легко проникають, більша фільтрація і менше стік.
При виконанні різних гідрологічних розрахунків, пов'язаних із проектуванням гідротехнічних споруд, меліоративних систем, систем водопостачання, заходів щодо боротьби з повенями, доріг тощо, д. визначають наступні основні характеристики річкового стоку.
1. Витрати води- це обсяг води, що протікає через аналізований стулок в одиницю часу. Середня витрата води Qcp розраховують як середню арифметичну із витрат за даний проміжок часу Т:

2. Об'єм стоку V- це об'єм води, який протікає через заданий стулок за проміжок часу, що розглядається T

3. Модуль стоку M- це витрата води, що припадає на 1 км2 площі водозбору F (або стікає з одиниці площі водозбору):

На відміну від витрати води, модуль стоку не пов'язаний з конкретним створом річки і характеризує стік в цілому з басейну. Середній багаторічний модуль стоку M0 залежить від водності окремих років, а визначається лише географічним розташуванням басейну річки. Це дозволило районувати нашу країну в гідрологічному відношенні та побудувати карту ізоліній середньомноголітніх модулів стоку. Ці карти наводяться у відповідній нормативній літературі. Знаючи площу водозбору будь-якої річки та визначивши для неї по карті ізоліній величину M0, можна встановити середню багаторічну витрату води Q0 цієї річки за формулою

Для близько розташованих створів річки модулі стоку можна прийняти постійними, тобто

Звідси за відомою витратою води в одному створі Q1 і відомим площам водозборів у цих створах F1 і F2 витрата води в іншому створі Q2 може бути встановлений за співвідношенням

4. Шар стоку h- це висота шару води, яка вийшла б при рівномірному розподілі по всій площі басейну F об'єму стоку V за певний проміжок часу:

Для середнього багаторічного шару стоку h0 весняної повені складено карти ізоліній.
5. Модульний коефіцієнт стоку- це відношення будь-якої з наведених вище характеристик стоку до її середньоарифметичного значення:

Ці коефіцієнти можуть бути встановлені для будь-яких гідрологічних характеристик (витрат, рівнів, опадів, випаровування тощо) та для будь-яких періодів стоку.
6. Коефіцієнт стоку η- це відношення шару стоку до шару опадів, що випали на водозбірну площу х:

Цей коефіцієнт може бути виражений через відношення обсягу стоку до обсягу опадів за один і той же проміжок часу.
7. Норма стоку- Найбільш ймовірна середня багаторічна величина стоку, виражена будь-якою з наведених вище характеристик стоку за багаторічний період. Для встановлення норми стоку ряд спостережень може бути щонайменше 40...60 років.
Норма річного стоку Q0 визначається за формулою

Так як на більшості водомірних постів кількість років спостережень зазвичай менше 40, то необхідно перевірити, чи достатньо цієї кількості років для отримання достовірних значень норми стоку Q0. Для цього обчислюють середньоквадратичну помилку норми стоку за залежністю

Тривалість періоду спостережень є достатньою, якщо величина середньоквадратичної помилки σQ не перевищує 5 %.
На зміну річного стоку переважно впливають кліматичні чинники: опади, випаровування, температура повітря тощо. буд. Усі вони взаємозалежні і, своєю чергою, залежить від низки причин, які мають випадковий характер. Тому гідрологічні параметри, що характеризують стік, визначаються сукупністю випадкових величин. При проектуванні заходів лісосплаву необхідно знати значення цих параметрів з необхідною ймовірністю їх перевищення. Наприклад, при гідравлічному розрахунку лісосплавних гребель необхідно встановити максимальну витрату весняної повені, яка може бути перевищена п'ять разів за сто років. Це завдання вирішують, використовуючи методи математичної статистики та теорії ймовірності. Для характеристики величин гідрологічних параметрів - витрат, рівнів тощо використовують поняття: частота(повторюваність) та забезпеченість (тривалість).
Частота показує, у кількох випадках за період часу, що розглядається, величина гідрологічного параметра знаходилася в певному інтервалі. Наприклад, якщо середньорічна витрата води в заданому створі річки змінювався за ряд років спостережень від 150 до 350 м3/с, можна встановити, скільки разів значення цієї величини перебували в інтервалах 150...200, 200...250, 250. .300 м3/с і т.д.
Забезпеченістьпоказує, у кількох випадках величина гідрологічного елемента мала значення, рівні та більші за певну величину. У широкому розумінні забезпеченість - це можливість перевищення цієї величини. Забезпеченість будь-якого гідрологічного елемента дорівнює сумі частот вищерозташованих інтервалів.
Частота та забезпеченість можуть виражатися числом випадків, але у гідрологічних розрахунках їх найчастіше визначають у відсотках від загальної кількості членів гідрологічного ряду. Наприклад, у гідрологічному ряду двадцять значень середньорічних витрат води, шість з них мали величину, що дорівнює або більшу за 200 м3/с, це означає, що ця витрата забезпечена на 30 %. Графічно зміни частоти та забезпеченості зображуються кривими частоти (рис. 8а) та забезпеченості (рис. 8б).

У гідрологічних розрахунках найчастіше використовують криву забезпеченості. З цієї кривої видно, що чим більша величина гідрологічного параметра, тим менший відсоток забезпеченості, і навпаки. Тому прийнято вважати, що роки, котрим забезпеченість стоку, тобто середньорічний витрата води Qг, менше 50 % є багатоводними, а роки із забезпеченістю Qг більше 50 % - маловодними. Рік із забезпеченістю стоку 50% вважають роком середньої водності.
Забезпеченість водності року іноді характеризують її середньою повторюваністю. Для багатоводних років повторюваність показує, як часто зустрічаються в середньому роки даної чи більшої водності, для маловодних – даної чи меншої водності. Наприклад, середньорічна витрата багатоводного року 10% забезпеченості має середню повторюваність 10 разів на 100 років або 1 раз на 10 років; середня повторюваність маловодного року 90%-ной забезпеченості також має повторюваність 10 разів на 100 років, оскільки у 10 % випадків середньорічні витрати матимуть менші значення.
Роки певної водності мають відповідне найменування. У табл. 1 для них наведено забезпеченість та повторюваність.

Зв'язок між повторюваністю у та забезпеченістю р може бути записана в такому вигляді:
для багатоводних років

для маловодних років

Усі гідротехнічні споруди регулювання русла чи стоку рік розраховуються по водності року певної забезпеченості, гарантує надійність і безаварійність роботи споруд.
Розрахунковий відсоток забезпеченості гідрологічних показників регламентується Інструкцією з проектування лісосплавних підприємств.
Криві забезпеченості та способи їх розрахунку.У практиці гідрологічних розрахунків застосовуються два способи побудови кривих забезпеченості: емпіричний та теоретичний.
Обґрунтований розрахунок емпіричної кривої забезпеченостіможна здійснити лише за числі спостережень за стоком річки понад 30...40 років.
При розрахунку забезпеченості членів гідрологічного ряду для річного, сезонного та мінімального стоків можна використовувати формулу Н.М. Чегодаєва:

Для визначення забезпеченості максимальних витрат води застосовують залежність С.М. Крицького та М.Ф. Менкеля:

Порядок побудови емпіричної кривої забезпеченості:
1) всі члени гідрологічного ряду записуються у спадному за абсолютною величиною порядку;
2) кожному члену ряду надається порядковий номер, починаючи з одиниці;
3) визначається забезпеченість кожного члена спадного ряду за формулами (23) або (24).
За результатами розрахунку будують криву забезпеченості, подібну до тієї, яка представлена ​​на рис. 8б.
Але емпіричні криві забезпеченості мають ряд недоліків. Навіть за досить тривалого періоду спостережень не можна гарантувати, що цей інтервал охоплює всі можливі максимальні та мінімальні значення стоку річки. Розрахункові значення забезпеченості стоку 1...2 % не надійні, оскільки досить обгрунтовані результати можна отримати лише за кількості спостережень за 50...80 років. У зв'язку з цим, при обмеженому періоді спостережень за гідрологічним режимом річки, коли число років менше тридцяти, або за повної їх відсутності, будують теоретичні криві забезпеченості.
Дослідження показали, що розподіл випадкових гідрологічних величин найбільше добре підпорядковується рівнянню кривої Пірсона III типу, інтегральний вираз якої є кривою забезпеченості. Пірсон отримані таблиці для побудови цієї кривої. Крива забезпеченості може бути побудована з достатньою для практики точністю за трьома параметрами: середньоарифметичного значення членів ряду, коефіцієнтів варіації та асиметрії.
Середньоарифметичне значення членів низки обчислюється за такою формулою (19).
Якщо кількість років спостережень менше десяти чи спостереження взагалі проводилися, то середньорічний витрата води Qгcp приймають рівним середньому багаторічному Q0, тобто Qгcp = Q0. Величина Q0 може бути встановлена ​​за допомогою модульного коефіцієнта K0 або модуля стоку M0, визначеного картами ізоліній, так як Q0 = M0*F.
Коефіцієнт варіації Cv характеризує мінливість стоку чи ступінь коливання його щодо середнього значення у цьому ряду, він чисельно дорівнює відношенню середньоквадратичної помилки до середньоарифметичного значення членів ряду. На величину коефіцієнта Cv істотно впливають кліматичні умови, тип живлення річки та гідрографічні особливості її басейну.
За наявності даних спостережень не менш як за десять років коефіцієнт варіації річного стоку обчислюють за формулою

Розмір Cv змінюється у межах: від 0,05 до 1,50; для лісосплавних рік Cv = 0,15 ... 0,40.
При короткому періоді спостережень за стоком річки або за їх повної відсутності коефіцієнт варіаціїможна встановити за формулою Д.Л. Соколовського:

У гідрологічних розрахунках для басейнів із F > 1000 км2 також використовують карту ізоліній коефіцієнта Cv, якщо сумарна площа озер трохи більше 3 % площі водозбору.
У нормативному документі СНиП 2.01.14-83 визначення коефіцієнта варіації невивчених рік рекомендується узагальнена формула К.П. Воскресенського:

Коефіцієнт асиметрії Csхарактеризує несиметричність ряду аналізованої випадкової величинищодо її середнього значення. Чим менша частина членів ряду перевищує величину норми стоку, тим більша величина коефіцієнта асиметрії.
Коефіцієнт асиметрії може бути розрахований за формулою

Проте ця залежність дає задовільні результати лише за кількості років спостережень n > 100.
p align="justify"> Коефіцієнт асиметрії невивчених річок встановлюється за співвідношенням Cs/Cv для річок-аналогів, а за відсутності досить хороших аналогів приймаються середні відносини Cs/Cv по річках даного району.
Якщо неможливо встановити відношення Cs/Cv за групою річок-аналогів, то значення коефіцієнта Cs для невивчених річок приймаються з нормативних міркувань: для басейнів річок з коефіцієнтом озерності понад 40 %

для зон надлишкового та змінного зволоження - арктичної, тундрової, лісової, лісостепової, степової

Для побудови теоретичної кривої забезпеченості за наведеними вище трьома її параметрами - Q0, Cv і Cs - користуються методом, запропонованим Фостер - Рибкіним.
З наведеного вище співвідношення для модульного коефіцієнта (17) випливає, що середня багаторічна величина стоку заданої забезпеченості - Qp%, Мр%, Vp%, hp% - може бути розрахована за формулою

Модульний коефіцієнт стоку року заданої забезпеченості визначається за залежністю

Визначивши низку будь-яких характеристик стоку за багаторічний період різної забезпеченості, можна за цими даними побудувати і криву забезпеченості. При цьому всі розрахунки доцільно вести у табличній формі (табл. 3 та 4).

Методи розрахунку модульних коефіцієнтів.Для вирішення багатьох водогосподарських завдань необхідно знати розподіл стоку за сезонами чи місяцями року. Внутрішньорічний розподіл стоку виражають у вигляді модульних коефіцієнтів місячного стоку, що становлять відношення середньомісячних витрат Qм.ср до середньорічного Qг.ср:

Внутрішньорічний розподіл стоку різний для років різної водності, тому в практичних розрахунках визначають модульні коефіцієнти місячного стоку для трьох характерних років: багатоводного року 10% забезпеченості, середнього по водності - 50% забезпеченості і маловодного - 90% забезпеченості.
Модульні коефіцієнти місячного стоку можна встановити за фактичними знаннями середньомісячних витрат води за наявності даних спостережень не менше ніж за 30 років, за річкою-аналогом або за типовими таблицями розподілу місячного стоку, складеними для різних басейнів рік.
Середньомісячні витрати води визначають, виходячи з формули

(33): Qм.cp = KмQг.

Максимальні витрати води.При проектуванні гребель, мостів, запанів, заходів щодо зміцнення берегів потрібно знати максимальні витрати води. Залежно від типу живлення річки за розрахункову максимальну витрату може бути прийнята максимальна витрата води весняної повені або осінньої повені. Розрахункова забезпеченість цих витрат визначається класом капітальності гідроспоруд та регламентується відповідними нормативними документами. Наприклад, лісосплавні греблі Ill класу капітальності розраховуються на пропуск максимальної витрати води 2% забезпеченості, а IV класу - 5% забезпеченості, берегоукрепительные споруди не повинні руйнуватися при швидкостях течії, що відповідають максимальній витраті води 10% забезпеченості.
Спосіб визначення величини Qmax залежить від ступеня вивченості річки та від різниці між максимальними витратами весняної повені та повені.
Якщо є дані спостережень у період понад 30...40 років, то будують емпіричну криву забезпеченості Qmax, а за меншому періоді - теоретичну криву. У розрахунках приймають: для весняної повені Cs = 2Сv, а дощових паводків Cs = (3...4)CV.
Оскільки спостереження за режимом річок ведуться на водомірних постах, то зазвичай криву забезпеченості будують для цих стулок, а максимальні витрати води у площинах розташування споруд розраховують за співвідношенням

Для рівнинних річок максимальна витрата води весняної повенізаданої забезпеченості р% обчислюють за формулою

Значення параметрів n та K0 визначаються залежно від природної зони та категорії рельєфу за табл. 5.

І категорія - річки, розташовані в межах горбистих і платоподібних височінь - Середньоруська, Струго-Красненська, Судомська височини, Середньосибірське плоскогір'я та ін;
II категорія - річки, в басейнах яких горбисті височини чергуються з пониженнями між ними;
III категорія - річки, більша частина басейнів яких розташовується в межах плоских низовин - Молого-Шекснінська, Мещерська, Білоруське полесся, Придністровська, Васюганська та ін.
Значення коефіцієнта μ встановлюється залежно від природної зони та відсотка забезпеченості за табл. 6.

Параметр hp% обчислюють залежно від

Коефіцієнт δ1 розраховують (при h0> 100 мм) за формулою

Коефіцієнт δ2 визначають за співвідношенням

Розрахунок максимальних витрат води весняної повені ведеться у табличній формі (табл. 7).

рівні високих вод(УВВ) розрахункової забезпеченості встановлюються за кривими витрат води для відповідних значень Qmaxp% та розрахункових створів.
При наближених розрахунках максимальна витрата води дощового паводку може бути встановлена ​​за залежністю

У відповідальних розрахунках визначення максимальних витрат води слід проводити відповідно до вказівок нормативних документів.

Річка- природний водний потік, що протікає постійно у сформованому ним заглибленні (руслі).
У кожній річці розрізняють джерело, верхнє, середнє, нижнє течії та гирло. Виток- Початок річки. Річки починаються при злитті струмків, що виникають у місцях виходів підземних вод або збирають воду атмосферних опадів, що випали на поверхню. Випливають вони з боліт (наприклад, Волга), озер і льодовиків, харчуючись водою, що скупчилася в них. Найчастіше визначити виток річки можна лише умовно.
Від витоків річки починається її верхня течія.
У верхньомутечії річковий потік зазвичай менш багатоводний, ніж у середньому і нижньому течіях, ухил поверхні, навпаки, більше, і це відбивається швидкості течії і розмиває діяльності потоку. У середньомутечії річка стає багатоводнішою, але швидкість течії зменшується, і потік переносить головним чином продукти розмиву русла у верхній течії. У нижньомуперебігу при повільному русі потоку переважає відкладення приносимих ним зверху наносів (акумуляція). Нижня течія річки закінчується гирлом.
УстяРічка - місце її впадання в море, озеро, в іншу річку. В умовах сухого клімату, там, де річки витрачають багато води (на випаровування, зрошення, фільтрацію), вони можуть поступово вичерпатися, не донісши своїх вод до моря або іншої річки. Устя таких річок називають «сліпими». Всі річки, що протікають по тій чи іншій території, утворюють її річкову мережу, що входить разом з озерами, болотами та льодовиками гідрографічну мережу.
Річкова мережа складається із річкових систем.
Річкова система включає головну річку (назва якої вона носить) та притоки. У багатьох річкових системах головна річка чітко виділяється тільки в нижній течії, в середній і особливо у верхній течії визначити її дуже важко. Як ознаки головної річки можна прийняти довжину, водність, осьове положення в річковій системі, відносний вік річкової долини(Долина старіша, ніж у приток). Головні річки більшості великих річкових систем не відповідають відразу всім цим ознакам, наприклад: Міссурі довша і повноводніша за Міссісіпі; Кама приносить у Волгу не менше води, ніж Волга несе біля гирла Ками; Іртиш довший за Обі та його положення більше відповідає положенню головної річки річкової системи. Головною річкою річкової системи історично ставала та, яку раніше й краще за інші річки цієї системи знали люди.
Притоки головної річки називаються притоками першого ладу, їх притоки - притоками другого ладу тощо.

Річкова система характеризується протяжністю складових її річок, їх звивистістю та густотою річкової мережі. Протяжність річок- Сумарна довжина всіх річок системи, що вимірюється по карті великого масштабу. Ступінь звивистості річки визначається коефіцієнтом звивистості(Мал. 87) - ставленням довжини річки до довжини прямої лінії, що з'єднує виток і гирло. Густота річкової мережі- відношення сумарної протяжності всіх річок річкової мережі, що розглядається, до займаної нею площі (км/км2). На карті, навіть не дуже великого масштабу, видно, що густота річкової мережі в різних природних зонахнеоднакова.
У горах густота річкової мережі більше, ніж рівнинах, наприклад: на північних схилах Кавказького хребта вона становить 1,49 км/км2, але в рівнинах Предкавказзя - 0,05 км/км2.
Ділянка поверхні, з якої вода стікає в ту саму річкову систему, називається басейном цієї річкової системи або її водозбором. Басейн річкової системи складається з басейнів приток першого порядку, які у свою чергу складаються з басейнів приток другого порядку і т. д. Басейни річок входять до басейнів морів та океанів. Усі води суші діляться між головними басейнами: 1) Атлантичного та Північного Льодовитого океанів (площа 67 359 тис. км2); 2) Тихого та Індійських океанів(площа 49 419 тис. км2); 3) областю внутрішнього стоку (площа 32 035 тис. км2).
Річкові басейни мають різні розміри та дуже різноманітну форму. Виділяються басейни симетричні (наприклад, басейн Волги) та асиметричні (наприклад, басейн Єнісея).
Розміри та форма басейну значною мірою визначають величину та режим стоку річки. Важливо також становище річкового басейну, який може перебувати у різних кліматичних поясахі може простягатися в широтному напрямку в межах одного й того пояса.
Басейни обмежені вододілами. У гірських країнах вони можуть являти собою лінії, які загалом збігаються з гребенями хребтів. На рівнинах, особливо плоских та заболочених, вододіли чітко не виражені.
У деяких місцях вододіли провести взагалі неможливо, оскільки маса води однієї річки ділиться на дві частини, що прямують у різні системи. Таке явище називається біфуркацією річки (розподілом її на дві). Яскравий прикладбіфуркації - розподіл верхньої течії Оріноко на дві річки. Одна з них, за якою зберігається назва Ориноко, тече в Атлантичний океан, інша - Касік'яр - впадає в приплив Амазонки Ріу-Негру.
Вододіли обмежують басейни річок, морів, океанів. Головні басейни: Атлантичний та Північного Льодовитого океану(Атлантико-Арктичний), з одного боку, і Тихого та Індійського – з іншого – обмежені головним (світовим) вододілом Землі.
Положення вододілів не залишається постійним. Їх переміщення пов'язані з повільним врізанням верхових річок в результаті розвитку річкових систем і з перебудовою річкової мережі, що викликається, наприклад, тектонічними рухами земної кори.
Русло річки. Водні потоки протікають по земної поверхніу створених ними поздовжніх поглибленнях – руслах. Без русла може бути річки. Поняття «річка» включає і потік, і русло. У більшості річок русло врізане в поверхню, якою річка протікає. Але є чимало річок, русла яких височіють над рівниною, що перетинається ними. Ці річки проклали свої русла у відкладених ними ж наносах. Прикладом можуть бути річки Хуанхе, Міссісіпі та По в нижній течії. Такі русла легко переміщаються, нерідко відбуваються прориви їхнього бічного валу, що загрожують повенями.
Поперечний переріз русла, заповненого водою, називають водним перерізом річки. Якщо весь водний перетин є перерізом рухомого потоку, він збігається з так званим живим перерізом. Якщо ж у водному перерізі є ділянки нерухомі (зі швидкістю руху, що не вловлюється приладами), їх називають мертвим простором. В цьому випадку живий переріз буде менше водного на величину, рівну площімертвого простору. Поперечний переріз русла характеризується площею, гідравлічним радіусом, шириною, середньою та максимальною глибиною.
Площа поперечного перерізу (F) визначається в результаті промірів глибини по всьому поперечному перерізі через певні інтервали, що приймаються залежно від ширини річки. За В.A. Aпполову, площа живого перерізу пов'язана із шириною (В) та найбільшою глибиною (H) рівнянням: F=2/3BH.
Гідравлічний радіус (R) - відношення площі поперечного перерізу до змоченого периметру (P), тобто до довжини лінії дотику потоку з його ложем:

Гідравлічний радіус характеризує форму русла у поперечному розрізі, оскільки залежить від співвідношення його ширини та глибини. У дрібних і широких рік змочений периметр майже дорівнює ширині, в цьому випадку гідравлічний радіус майже дорівнює середній глибині.
Середня глибина (Hcp) поперечного перерізу річки визначається розподілом його площі на ширину (В): Hcp = S/B. Ширину та максимальну глибинуодержують шляхом безпосередніх їх вимірів.
Усі елементи поперечного перерізу змінюються разом із зміною положення рівня річки. Рівень річки схильний до постійних коливань, спостереження над якими систематично ведуться на спеціальних водомірних постах.
Поздовжній профіль річкового русла характеризується падінням та ухилом. Падіння (Δh) - різниця висот двох точок (h1-h2). Відношення падіння до довжини ділянки (l) називається ухилом (i):

Падіння виявляється у метрах, ухил показується десятковим дробом- У метрах на кілометр падіння, або тисячними частками (проміле - ‰).
Річки рівнин мають невеликі ухили, ухили гірських річок значні.
Чим більший ухил, тим швидше перебіг річки (табл. 23).

Поздовжній профіль дна русла та поздовжній профіль водної поверхнівідрізняються: перший є завжди хвилясту лінію, Другий - плавну лінію (рис. 88).
Швидкість руху річкового потоку.Для водного потоку характерний турбулентний рух. Швидкість його у кожній точці безперервно змінюється і за величиною і за напрямом. Це забезпечує постійне перемішування води і сприяє діяльності, що розмиває.
Швидкість течії річкового потоку неоднакова в різних частинахживого перерізу. Численні виміри показують, що найбільша швидкість зазвичай спостерігається біля поверхні. У міру наближення до дна і стінок русла швидкість течії плавно зменшується, і в придонному шарі води, товщиною всього кілька десятків міліметрів вона різко зменшується, досягаючи біля самого дна величини, близької до 0.
Лінії розподілу рівних швидкостей живого перерізу річки - изотахи. Вітер, що дме за течією, збільшує скоротити на поверхні; вітер, що дме проти течії, уповільнює її. Уповільнює швидкість руху води на поверхні та крижаний покрив річки. Струмінь у потоці, що має найбільшу швидкість, називається його динамічною віссю, струмінь найбільшої швидкості на поверхні потоку - стрижень. За деяких умов, наприклад, при вітрі, попутному перебігу, динамічна вісь потоку виявляється на поверхні і збігається зі стрижнем.
Середня швидкість у живому перерізі (Vср) обчислюється за формулою Шези: V=C √Ri, де R - гідравлічний радіус, i - ухил водної поверхні на ділянці спостережень, С - коефіцієнт, що залежить від шорсткості та форми русла (остання визначається за допомогою спеціальних таблиць).

Характер руху потоку.Частинки води в потоці переміщуються під дією сили тяжіння нахилом. Їхнє переміщення затримує сила тертя. Крім сили тяжіння і тертя, характер руху потоку впливають відцентрова сила, що виникає на поворотах русла, і відхиляє сила обертання Землі. Ці сили викликають поперечну та кругову течії в потоці.
Під дією відцентрової сили на повороті потік притискається до увігнутого берега. При цьому чим більша швидкість течії, тим більша сила інерції, що заважає потоку змінити напрямок руху і відхилитися від увігнутого берега. Швидкість течії у дна менша, ніж на поверхні, тому відхилення придонних шарів у бік берега, протилежного увігнутому, більше, ніж поверхневих шарів. Це сприяє виникненню течії впоперек русла. Оскільки вода притискається до увігнутого берега, поверхня потоку отримує поперечний ухил від увігнутого до опуклого берега. Однак переміщення води на поверхні ухилом від одного берега до іншого не відбувається. Цьому заважає відцентрова сила, що змушує частинки води, долаючи ухил, переміщатися у бік увігнутого берега. У придонних шарах у зв'язку з меншою швидкістю течії вплив відцентрової сили позначається менше, і тому вода переміщається відповідно до ухилу від увігнутого до опуклого берега. Частинки води, що переміщаються впоперек річки, відносяться одночасно вниз за течією, і їхня траєкторія нагадує спіраль.
Відхиляюча сила обертання Землі змушує потік притискатися до правого берега (у північній півкулі), чому поверхня його (як і на повороті під впливом відцентрової сили) набуває поперечного ухилу. Ухил і різний ступінь впливу сили на частинки води на поверхні та біля дна викликають внутрішню протитечу, спрямовану за годинниковою стрілкою (у північній півкулі), якщо дивитися вниз за течією. Оскільки це рух складається з поступальним рухом частинок, вони рухаються вздовж русла по спіралі.
На прямолінійній ділянці русла, де відцентрові сили відсутні, характер поперечного перебігу визначається переважно дією відхиляючої сили обертання Землі. На вигинах русла сила відхиляє дії обертання Землі і відцентрова сила або складаються, або віднімаються залежно від цього, куди повертає річка, і поперечна циркуляція посилюється чи послаблюється.
Поперечна циркуляція може виникати також під впливом різної температури (неоднакової щільності) води у різних частинах поперечного перерізу, під впливом рельєфу дна та інших причин. Тому вона складна та різноманітна. Вплив поперечної циркуляції формування русла, як побачимо нижче, дуже велике.
Річковий стік та його характеристики.Кількість води, що проходить через живий перетин річки за 1 секунду, становить її витрату. Витрата (Q) дорівнює добутку площі живого перерізу (F) на середню швидкість (Vcp): Q = FVcp м3/сек.
Витрати води у річках дуже мінливі. Більш стійкі вони на річках, зарегульованих озерами та водосховищами. На річках помірного пояса найбільша витрата води припадає на період весняної повені, найменша - на літні місяці. За даними щоденних витрат будують графіки зміни витрати – гідрографи.
Кількість-води, що проходить через живий переріз річки за більш менш тривалий час, - стік річки. Стік визначається підсумовуванням витрат води за проміжок часу, що цікавить (добу, місяць, сезон, рік). Об'єм стоку виражається або в кубічних метрах, або у кубічних кілометрах. Обчислення стоку протягом років дозволяє отримати його середню багаторічну величину (табл. 24).

Стоком води характеризується водоносність річки. Річковий стік залежить кількості води, що надходить у річку з площі її басейну. Для характеристики стоку, крім витрати, є модуль стоку, шар стоку, коефіцієнт стоку.
Модуль стоку(M) – кількість літрів води, що стікає з одиниці площі басейну (1 кв. км) за одиницю часу (у сек). Якщо середня витрата води в річці протягом деякого проміжку часу Q м3/сек, а площа басейну F кв. км, то середній модуль стоку за проміжок часу M=1000 л/сек*км2 (множник 1000 необхідний, оскільки Q виявляється у куб. м, a M - в л). M Неви - 10 л/сек, Дона - 9 л/сек, Амазонки - 17 л/сек.
Шар стоку- Шар води в міліметрах, який покрив би площу водозбору при рівномірному розподілі по ній всього об'єму стоку.
Коефіцієнт стоку(h) - відношення величини шару стоку до величини шару опадів, що випали на ту ж площу за той самий проміжок часу, виражається у відсотках або частках одиниці, наприклад: коефіцієнт стоку Неви - 65%, Дону - 16%, Нілу - 4% , Амазонки – 28%.
Стік залежить від усього комплексу фізико-географічних умов: від клімату, ґрунтів, геологічної будови зони, активного водообміну, рослинності, озер та боліт, а також від діяльності людей.
Кліматвідноситься до найголовнішим факторамформування стоку. Він визначає величину зволоження, що залежить від кількості атмосферних опадів (основний елемент прибуткової частини водного балансу) та від випаровування (основний показник видаткової частини балансу). Чим більша кількість опадів і чим менша випаровуваність, тим вище має бути зволоження і тим значнішим може бути стік. Опади та випаровування визначають потенційні можливостістоку. Справжній стік залежить від усього комплексу умов.
Клімат впливає на стік не тільки безпосередньо (через опади та випаровування), але й через інші компоненти географічного комплексу - через ґрунти, рослинність, рельєф, які в тій чи іншій мірі залежать від клімату. Вплив клімату на стік як безпосередньо, і через інші чинники проявляється у зональних відмінностях величини та характеру стоку. Відхилення величин фактично спостерігається стоку від зонального викликається місцевими внутрішньозональними фізико-географічними умовами.
Дуже важливе місце серед факторів, що визначають річковий стік, його поверхневу та підземну складові, займає ґрунтовий покрив, що відіграє роль посередника між кліматом та стоком. Від властивостей ґрунтового покриву залежать величина поверхневого стоку, витрата води на випаровування, транспірацію та живлення підземних вод. Якщо грунт слабо вбирає воду, поверхневий стік великий, у грунті акумулюється мало вологи, витрата випаровування і транспірацію може бути великим, мало харчування підземних вод. За тих же кліматичних умов, але за більшої інфільтраційної здатності ґрунту поверхневий стік, навпаки, малий, у ґрунті акумулюється багато вологи, витрата на випаровування та транспірацію велика, рясно харчування підземних вод. У другому з двох описаних випадків величина поверхневого стоку менша, ніж у першому, зате за рахунок підземного живлення він більш рівномірний. Грунт, вбираючи воду атмосферних опадів, може утримувати її і пропускати вглиб межі зони, доступної випаровування. Від водоутримуючої здатності ґрунту залежить співвідношення витрати води на випаровування з ґрунту та харчування підземних вод. Грунт, який добре утримує воду, витрачає більше води на випаровування і менше пропускає її вглиб. В результаті перезволоження ґрунту, що має високу водоутримуючу здатність, поверхневий стік збільшується. Властивості ґрунтів комбінуються по-різному, і це відбивається на стоку.
Вплив геологічногобудови на річковий стік визначається в основному водопроникністю гірських порід і загалом подібно до впливу грунтового покриву. Має значення також залягання водотривких шарів по відношенню до денної поверхні. Глибоке залягання водоупорів сприяє збереженню вод, що просочилися, від витрачання на випаровування. Геологічна будова впливає ступінь зарегульованості стоку, на умови живлення підземних вод.
Вплив геологічних факторів найменше залежить від зональних умов і в деяких випадках перекриває вплив зональних факторів.
Рослинністьвпливає величину стоку і безпосередньо, і через грунтовий покрив. Безпосередній її вплив полягає у транспірації. Річковий стік залежить від транспірації так само, як від випаровування з ґрунту. Чим більша транспірація, тим менші обидві складові річкового стоку. Крони дерев затримують до 50% опадів, які потім випаровуються. Взимку ліс оберігає грунт від промерзання, навесні стримує інтенсивність сніготанення, що сприяє просочуванню талих вод та поповненню запасів підземних вод. Вплив рослинності на стік через посередництво ґрунту обумовлено тим, що рослинність є одним із факторів ґрунтоутворення. Від характеру рослинності великою мірою залежать інфільтраційні та водоутримуючі властивості. Винятково велика інфільтраційна здатність ґрунту у лісі.
Стік у лісі й у загалом відрізняється мало, але структура його значно хороша. У лісі менше поверхневий стік і більше запаси ґрунтових та ґрунтових вод (підземний стік), більш цінних для господарства.
У лісі у співвідношеннях між складовими стоку (поверхневою та підземною) виявляється зональна закономірність. У лісах лісової зони поверхневий стік значний (вища зволоженість), хоч і менше, ніж у полі. У лісостеповій та степовій зонах у лісі поверхневий стік практично відсутня і вся вода, засвоєна ґрунтом, витрачається на випаровування та живлення підземних вод. У загальний впливліси на стік водорегулювальне та водоохоронне.
Рельєфвпливає на стік по-різному залежно від розмірів форм. Особливо велике вплив гір. З висотою змінюється весь комплекс фізико-географічних умов (висотна поясність). У зв'язку з цим змінюється і стік. Так як зміна комплексу умов із висотою може відбуватися дуже швидко, загальна картина формування стоку у високих горах ускладнюється. З висотою кількість опадів до певної межі збільшується, стік загалом зростає. Особливо помітно збільшення стоку на навітряних схилах, наприклад, модуль стоку на західних схилах Скандинавських гір становить 200 л/сек*км2. У внутрішніх частинах гірських областей стік менше, ніж у рериферичних. Важливого значення набуває рельєф на формування стоку у зв'язку з розподілом снігового покриву. Істотно впливає на стік та мікрорельєф. Дрібні западини рельєфу, в яких збирається вода, сприяють її інфільтрації та випаровуванню.
Ухил місцевості та крутість схилів впливають на інтенсивність стоку, на його коливання, але не позначаються істотно на величині стоку.
Озера, випаровуючи воду, що накопичується в них, зменшують стік і разом з тим є його регуляторами. Особливо велика щодо цього роль великих проточних озер. Кількість води в річках, що випливають із таких озер, майже не змінюється протягом року. Наприклад, витрата Неви - 1000-5000 м3/сек, тоді як витрата Волги у Ярославля до її зарегулювання коливалася протягом року від 200 до 11 000 м3/сек.
Сильне впливає на стік господарська діяльність людей, що вносить великі зміни в природні комплекси. Велике значення впливу людей і на ґрунтовий покрив. Чим більше розораних просторів, тим більша частина атмосферних опадів просочується в грунт, зволожує грунт і живить підземні води, тим менша частина їх стікає по поверхні. Примітивне землеробство викликає знеструктурування ґрунтів, зниження їхньої здатності засвоювати вологу, а отже, збільшення поверхневого стоку та ослаблення витання підземного. При раціональному землеробстві зростає інфільтраційна здатність грунтів з усіма наслідками, що з цього випливають.
Впливають на стік заходи щодо затримання снігу, спрямовані на збільшення вологи, що надходить у ґрунт.
Регулюючий вплив на річковий стік мають штучні водосховища. Зменшує стік витрата води на зрошення та водопостачання.
Прогноз водоносності та режиму річок важливий для планування використання водних ресурсів країни. У Росії її розроблено спеціальний метод прогнозу, заснований на експериментальному вивченні різних прийомів господарського на елементи водного балансу.
Розподіл стоку біля можна показати з допомогою спеціальних карт, у яких нанесені ізолінії величин стоку - модулів чи річного стоку. На карті видно прояв широтної зональностіу розподілі стоку, особливо добре вираженої на рівнинах. Виразно виявляється вплив рельєфу на стік.
Живлення річок.Виділяють чотири основні джерела живлення рік: дощове, снігове, льодовикове, підземне. Роль того чи іншого джерела живлення, їх поєднання та розподіл у часі залежать головним чином від кліматичних умов. Так, наприклад, у країнах зі спекотним кліматом снігове харчування відсутнє, не живлять річки та глибоко залягають ґрунтові води та єдиним джерелом живлення виявляється дощове. У холодному кліматі основне значення у харчуванні річок набувають талі води, а взимку ґрунтові. У помірному кліматі поєднуються різні джерела живлення (рис. 89).

Залежно від живлення кількість води у річці змінюється. Ці зміни виявляються коливаннях рівня річки (висоти стояння поверхні води). Систематичні спостереження за рівнем річок дозволяють з'ясувати закономірності зміни кількості води в річках у часі, їх режим.
У режимі річок помірно-холодного клімату, живлення яких важливу рольграють талі снігові води, чітко виділяються чотири фази, або гідрологічні сезони: весняна повінь, літня межень, осінні паводки і зимова межень. Повені, паводки, і межень властиві режиму річок, що є і в інших кліматичних умовах.
Повінь - щорічно повторюється в той самий сезон відносно тривале і значне збільшення кількості води в річці, що супроводжується підйомом рівня. Воно викликається весняним таненням снігу на рівнинах, літнім таненням снігу та льоду в горах, рясними дощами.
Час настання та тривалість повені у різних умовах різні. Повінь, викликана таненням снігу на рівнинах, в умовах помірного клімату настає навесні, в холодному кліматі - влітку, в горах розтягується на весну та літо. Повені, викликані дощами, в мусонному кліматі захоплюють весну і літо, екваторіальний кліматвони припадають на осінь, а середземноморському кліматі наступають взимку. Стік деяких рік під час повені становить до 90% річного стоку.
Межа - найнижче стояння води в річці при переважанні підземного живлення. Літня межень настає внаслідок високої інфільтраційної здатності ґрунтів та сильного випаровування, зимова – внаслідок відсутності поверхневого живлення.
Паводки - відносно короткочасні та неперіодичні підйоми рівня води в річці, що викликаються надходженням у річку дощових та талих вод, а також пропусками води з водосховищ. Висота повені залежить від інтенсивності дощу або сніготанення. Паводок можна розглядати як хвилю, викликану швидким надходженням води в русло.
А.І. Воєйков, який розглядав річки як «продукт клімату» їх басейнів, створив 1884 р. класифікацію річок за умовами харчування.
Ідеї, покладені основою класифікації річок Воєйкова, було враховано у низці класифікацій. Найбільш повна та чітка класифікація розроблена М. І. Львовичем. Львович класифікує ріки залежно від джерела живлення та від характеру розподілу стоку протягом року. Кожен із чотирьох джерел живлення (дощове, снігове, льодовикове, підземне) у відомих умовах може виявитися майже єдиним (майже винятковим), становлячи понад 80% всього харчування, може мати переважне значення у харчуванні річки (від 50 до 80%) і може переважати (>50%) серед інших джерел, які також грають у ньому помітну роль. У разі харчування річки називають змішаним.
Стік буває весняним, літнім, осіннім та зимовим. При цьому він може зосереджуватися майже виключно (>80%) або переважно (від 50 до 80%) в одну з чотирьох пір року або відбуватися -в усі пори року, переважаючи (>50%) в одну з них.
Природні поєднання різних комбінацій джерел живлення з різними варіантамирозподіл стоку протягом року дозволив Львовичу виділити типи водного режимурічок. З основних закономірностей водного режиму виділяються основні зональні його типи: полярний, субарктичний, помірний, субтропічний, тропічний і екваторіальний.
Річки полярного типу короткий період живляться талими водами полярних льодіві снігу, більшу частину року вони перемерзають. Річки субарктичного типу живляться талими сніговими водами, підземне харчування дуже незначне. Багато, навіть значні річки перемерзають. Найвищий рівеньці річки мають влітку (літню повінь). Причина - пізня весна та літні дощі.
Річки помірного типу поділяються на чотири підтипи: 1) з переважанням харчування за рахунок весняного танення снігового покриву; 2) з переважанням дощового харчування при невеликому стоку навесні як внаслідок великої кількості дощів, так і під впливом танення снігу; 3) з переважанням дощового харчування взимку при більш менш рівномірному розподілі опадів протягом року; 4) з величезним переважанням дощового харчування влітку з допомогою облогових дощів мусонного походження.
Річки субтропічного типу живляться переважно взимку дощовими водами.
Річки тропічного типу відрізняються малим стоком. Переважає літнє дощове харчування, взимку опадів замало.
Річки екваторіального типу мають рясне дощове харчування протягом усього року; Найбільший стік буває восени відповідної півкулі.
Для річок гірських областей характерні закономірності вертикальної поясності.
Тепловий режим річок.Тепловий режим річки визначається поглинанням тепла прямої сонячної радіації, ефективним випромінюванням водної поверхні, витратами тепла на випаровування та його виділення при конденсації, теплообміном з атмосферою і ложем русла. Від співвідношення прибуткової та видаткової частин балансу тепла залежать температура води та її зміни.
Відповідно до теплового режиму річок їх можна розділити на три типи: 1) річки дуже теплі, без сезонних коливань температури; 2) річки теплі, з помітним сезонним коливанням температури, що не замерзають узимку; 3) річки з великими сезонними коливаннями температури, що замерзають узимку.
Так як тепловий режим річок визначається насамперед кліматом, великі річки, що протікають через різні кліматичні області, мають неоднаковий режим різних частинах. Найбільш складний тепловий режим мають річки помірних широт. Взимку, при охолодженні води дещо нижче за температуру її замерзання, починається процес льодоутворення. У спокійно поточній річці насамперед з'являються забереги. Поруч із ними чи трохи пізніше лежить на поверхні води утворюється тонкий шар дрібних кристаликів льоду - сало. Сало та забереги змерзаються в суцільний крижаний покрив річки.
При швидкому русі води процес замерзання затримується її перемішуванням і вода може переохолодитися на кілька сотих часток градуса. При цьому умови кристали льоду виникають у всій товщі води та утворюється внутрішньоводний та донний лід. Внутрідонний і донний лід, що сплив на поверхню річки, називають шугою. Нагромаджуючись під льодом, шуга створює запали. Пливучі річкою шуга, сало, мокрий сніг, битий лід утворюють осінній льодохід. На поворотах річки, звуження русла під час льодоходу виникають затори. Встановлення помилкового стійкого крижаного покриву на річці називають льодоставом. Малі річки замерзають, як травило, раніше за великі. Крижаний покрив і сніг, що лягає на нього, оберігають воду від подальшого охолодження. Якщо втрата тепла продовжується, лід наростає знизу. Так як в результаті замерзання води живий переріз річки зменшується, вода під тиском може виливатися на поверхню льоду та замерзати, збільшуючи його потужність. Потужність крижаного покриву на рівнинних річках Росії - від 0,25 до 1,5 м-коду і більше.
Час замерзання річок і тривалість періоду, протягом якого на річці зберігається крижаний покрив, дуже різні: Олена в середньому покрита льодом 270 днів на рік, Мезень - 200, Ока - 139, Дніпро - 98, Вісла у Варшави - 60, Ельба у Гамбурга – 39 днів і то не щорічно.
Під впливом рясних виходів ґрунтових вод або внаслідок припливу теплішої озерної води на деяких річках протягом всієї зими можуть зберігатися ополонки (наприклад, на Ангарі).
Розтин річок починається біля берегів під впливом сонячного тепла атмосфери і надходять у річку талих вод. Приплив талих вод викликає підйом рівня, крига спливає, відриваючись від берегів, і вздовж берегів простягається смуга води без льоду - закраїни. Лід починає всією масою зміщуватися вниз за течією і зупиняється: спочатку відбуваються так звані зсуви льоду, а потім уже починається весняний льодохід. На річках, що течуть з півночі на південь, льодохід проходить спокійніше, ніж на річках, що течуть з півдня на північ. В останньому випадку вкриття починається з верхів'їв, у той час як середній і нижній перебіг річки скуто льодом. Хвиля весняної повені переміщається вниз по річці, при цьому утворюються затори, виникають підйоми рівня води, лід, ще не починаючи танути, зламується і викидається на берег, створюються потужні льодоходи, що руйнують береги.
На річках, що випливають із озер, часто спостерігаються два весняні льодоходи: спочатку йде річковий лід, потім озерний.
Хімізм річкових вод.Річкова вода – розчин з дуже малою концентрацією солей. Хімічні особливостіводи в річці залежать від джерел живлення та від гідрологічного режиму. За розчиненими мінеральними речовинами (за еквівалентним переважанням головних аніонів) річкові води діляться (за А.О. Алекін) на три класи: гідрокарбонатні (CO3), сульфатні (SO4) і хлоридні (Cl). Класи, своєю чергою діляться з переважання однієї з катіонів (Ca, Mg чи сума Na+К) три групи. У кожній групі виділяються три типи вод за співвідношенням між загальною жорсткістю та лужністю. Більшість рік відноситься до гідрокарбонатного класу, до групи кальцієвих вод. Гідрокарбонатні води натрієвої групи зустрічаються рідко, у Росії переважно у Середній Азії та Сибіру. Серед карбонатних вод переважають води слабо мінералізовані (менше 200 мг/л), менше поширені води середньої мінералізації (200-500 мг/л) - середній смузіЄвропейської частини Росії, на Південному Кавказі та частково в Середній Азії. Сильно мінералізовані гідрокарбонатні води (>1000 мг/л) – явище дуже рідкісне. Річки сульфатного класу трапляються порівняно рідко. Як приклад можна навести річки Приазов'я, деякі річки Північного Кавказу, Казахстану та Середньої Азії. Ще рідше трапляються хлоридні річки. Вони протікають на просторі між нижньою течією Волги та верхів'ями Обі. Води рік цього класу сильно мінералізовані, наприклад в р. Тургай мінералізація води сягає 19000 мг/л.
Протягом року у зв'язку із зміною водоносності річок хімічний складводи настільки змінюється, що деякі річки «переходять» з одного гідрохімічного класу до іншого (наприклад, р. Теджен взимку відноситься до сульфатного класу, влітку - до гідрокарбонатного).
У зонах надмірного зволоження мінералізація річкових вод незначна (наприклад, Печора – 40 мг/л), у зонах недостатнього зволоження – висока (наприклад, Емба – 1641 мг/л, Калаус – 7904 мг/л). При переході від зони надлишкового до зони недостатнього зволоження змінюється склад солей, збільшується кількість хлору та натрію.
Таким чином, Хімічні властивостірічкової води виявляють зональний характер. Присутність легко розчинних порід (вапняк, солі, гіпс) може призвести до значних місцевих особливостей мінералізації води річок.
Кількість розчинених речовин, що проноситься за 1 секунду через живий переріз річки, становить витрату розчинених речовин. Із суми витрат складається стік розчинених речовин, що вимірюється тоннами (табл. 25).

Загальна кількість розчинених речовин, що виносяться річками з території Росії, становить близько 335 * 10-6 т на рік. Близько 73,7% розчинених речовин виноситься в Океан і близько 26,3% - у водойми області внутрішнього стоку.
Твердий стік.Тверді мінеральні частинки, що переносяться річковим потоком, називаються річковими наносами. Вони утворюються за рахунок зносу частинок порід з поверхні басейну та розмиву русла. Кількість їх залежить від енергії води, що рухається, і від опірності порід розмиву.
Річкові наноси поділяють на зважені та привабливі, або донні. Поділ це умовно, оскільки за зміни швидкості течії одна категорія наносів швидко перетворюється на іншу. Чим більша швидкість потоку, тим більшими можуть бути зважені частинки. При зменшенні швидкості більші частинки опускаються на дно, стаючи привабливими (що рухаються стрибкоподібно) наносами.
Кількість завислих наносів, що проносяться потоком через живий переріз річки в одиницю часу (секунду), становить витрату завислих наносів (R кг/м3). Кількість завислих наносів, що проноситься через живий перетин річки за великий проміжок часу, - стік завислих наносів.
Знаючи витрату зважених наносів і витрату води в річці, можна визначити її каламутність - кількість грамів суспензії в 1 м3 води: P=1000 R/Q г/м3. Чим сильніше розмив і чим більше частинок зноситься в річку, тим більша її каламутність. Найбільшою каламутністю серед річок Росії відрізняються річки басейну Аму-Дар'ї – від 2500 до 4000 г/м3. Мала каламутність й у північних річок - 50 г/м3.
Середній річний стік завислих наносів деяких річок наведено у таблиці 26.

Протягом року стік завислих наносів розподіляється залежно від режиму стоку води і буває максимальним великих річках Росії у період весняного повені. Для річок північної частини Росії весняний стік (зважених наносів становить 70-75% річного стоку, а річок центральної частини Російської рівнини - 90%.
Залучені (донні) наноси становлять лише 1-5% кількості зважених наносів.
За законом Ері маса частинок, що переміщуються водою по дну (M), пропорційна швидкості (F) шостою мірою: M=AV6 (А - коефіцієнт). Якщо швидкість збільшилася в 3 рази, маса частинок, які здатна річка переносити, збільшиться в 729 разів. Звідси зрозуміло, чому спокійні рівнинні річки переміщують тільки лісок, тоді як гірські перекочують валуни.
При великій швидкості залучені (донні) наноси можуть пересуватися шаром потужністю до кількох десятків сантиметрів. Пересування відбувається дуже нерівномірно, оскільки швидкість біля дна різко змінюється. Тому на дні річки утворюються піщані хвилі.
Загальна кількість наносів (зважених та донних), що проноситься через живий перетин річки, називається її твердим стоком.
Наноси, що переносяться рікою, зазнають змін: обробляються (стираються, дробляться, окочуються), сортуються за вагою і за величиною), і в результаті утворюється алювій.
Енергія потоку.Потік води, що рухається в руслі, має енергію і здатний виконувати роботу. Ця здатність залежить від маси води, що рухається, і від її швидкості. Енергія річки на ділянці довжиною L км при падінні Нм та при витраті Q м3/сек дорівнює 1000 Q*H кгм/сек. Оскільки один кіловат дорівнює 103 кгм/сек, потужність річки цьому ділянці становить 1000 QH/103 = 9,7 QH квт. Річки Землі щороку несуть в Океан 36 000 куб. км води. При середній висотісуші 875 м енергія всіх річок, (А) дорівнює 31,40 * 1000-6 кгм.

Енергія річок витрачається на подолання тертя, на розмив, на перенесення матеріалу в розчиненому, зваженому та залученому станах.
Внаслідок процесів розмиву (ерозії), перенесення (транспортування) та відкладення (акумуляції) наносів формується русло річки.
Формування річкового русла. Потік постійно і безпосередньо врізається в породи, якими тече. При цьому він прагне виробити поздовжній профіль, при якому кінетична сила його (mv2/2) протягом усього року буде однакова, і між розмивом, переносом і відкладенням наносів в руслі встановиться рівновага. Такий профіль русла називається профілем рівноваги. При рівномірному збільшенні кількості води в річці вниз за течією профіль рівноваги повинен бути увігнутою кривою. Найбільший ухил має у верхній частині, там, де маса води найменша; вниз за течією, зі збільшенням кількості води ухил зменшується (рис. 90). У річок пустелі, які отримують харчування в горах, а в нижній течії, що втрачають багато води на випаровування та фільтрацію, формується профіль рівноваги, опуклий у нижній частині. Внаслідок того, що кількість води, кількість і характер наносів, швидкість протягом течії річки змінюються (наприклад, під впливом приток), профіль рівноваги річок має на різних відрізках неоднакову кривизну, може бути зламаним, ступінчастим залежно від конкретних умов.
Виробити профіль рівноваги річка може лише за умов тривалого тектонічного спокою та постійного становища базису ерозії. Будь-яке порушення цих умов веде до порушення профілю рівноваги та до відновлення роботи з його створенням. Тому практично профіль рівноваги рікою не можна досягти.
Невироблені поздовжні профілі річок мають багато нерівностей. Річка посилено розмиває уступи, заповнює наносами заглиблення в руслі, прагнучи його вирівняти. Одночасно відбувається врізання русла відповідно до положення базису ерозії, що поширюється вгору по річці (п'ятка, регресивна ерозія). У зв'язку з нерівностями поздовжнього профілю річки у ній нерідко виникають водоспади та пороги.
Водоспад- Падіння річкового потоку з різко вираженого уступу або з кількох уступів (каскад водоспадів). Розрізняють два типи водоспадів: ніагарський та йосемітський. Ширина водоспадів ніагарського типу перевищує їхню висоту. Ніагарський водоспад ділиться островом на дві частини: ширина канадської частини – близько 800 м, висота – 40 м; ширина американської частини - близько 300 м, висота - 51 м. Водоспади Йосемітського типу мають велику висоту при порівняно невеликій ширині. Йосемітський водоспад (р. Мерсед) – вузький струмінь води, що падає з висоти 727,5 м. До цього типу відноситься найвищий на Землі водоспад – Анхель (Енджела) – 1054 м (Південна Америка, р. Чурун).
Уступ водоспаду безперервно руйнується і відступає вгору річкою. У верхній частині його розмиває вода, що стікає, в нижній він енергійно руйнується падаючою зверху водою. Особливо швидко відступають водоспади в тих випадках, коли уступ складний породами, що легко розмиваються, покритими тільки зверху шарами стійких порід. Саме така будова має уступ Ніагари, що відступає зі швидкістю 0,08 м на рік в американській частині та 1,5 м на рік – у канадській.
У деяких районах існують «лінії водоспадів», пов'язані з уступами, що простягаються на великі відстані. Часто «лінії водоспадів» присвячені лінії розломів. Біля підніжжя Аппалачів під час переходу від гір до рівнині всі річки утворюють водоспади і пороги, енергія яких широко використовують у промисловості. У Росії її лінія водоспадів проходить у Прибалтиці (обрив силурійського плато).
Пороги- ділянки поздовжнього русла річки, у яких падіння річки збільшується відповідно зростає швидкість течії річки. Пороги утворюються з тих же причин, що й водоспади, але при меншій висоті уступу. Вони можуть виникати дома водоспаду.
Виробляючи поздовжній профіль, річка врізається верхів'ями, відсуваючи вододіл. Басейн її збільшується, в річку починає надходити додаткову кількість води, що сприяє врізанню. В результаті цього верхів'я однієї річки можуть впритул підійти до іншої річки і, якщо остання розташована вище, захопити її, включити до своєї системи (рис. 91). Включення нової річки в річкову систему змінить довжину річки, її стік і позначиться процесі формування русла.

Перехоплення річок- явище нерідке, наприклад. Пінега (права притока Північної Двіни) була самостійною річкою і становила одне ціле з нар. Кулоєм, що впадає в Мезенську затоку. Одна з приток Північної Двіни перехопила велику частинуПінегі і відвів її води до Північної Двіни. Річка Псел (притока Дніпра) перехопила іншу притоку Дніпра - Хорол, нар. Мерти - верхня течія p. Мозель (що належала р. Маас), Рона та Рейн – частини верхнього Дунаю. Намічається перехоплення Дунаю річками Неккаром і Рутахом тощо.
Доки річка не виробить профіль рівноваги, вона посилено розмиває дно русла (глибинна ерозія). Чим менше витрачається енергії на розмив дна, тим більше річка розмиває берега русла (бічна ерозія). Обидва ці процеси, що зумовлюють формування русла, відбуваються одночасно, але провідним кожен із них стає на різних етапах.
Річка дуже рідко тече прямо. Причиною первісного відхилення можуть бути місцеві перешкоди, зумовлені геологічною будовою та рельєфом місцевості. Утворені річкою звивини зберігаються тривалий часнезмінними лише за певних умов, якими є породи, що важко розмиваються, мала кількість наносів.
Як правило, звивини незалежно від причин їх виникнення безперервно змінюються і зміщуються вниз за течією. Цей процес називається меандруванням, а звивини, що утворилися внаслідок цього процесу, - меандрами.
Водний потік, що змінює з будь-яких причин (наприклад, через виходу корінних порід на його шляху) напрямок руху, підходить під кутом до стінки русла і, посилено розмиваючи її, призводить до поступового відступу. Відбиваючись у своїй нижче за течією, потік ударяється об протилежний берег, розмиває його, знову відбивається тощо. буд. У результаті цього ділянки, що підмиваються, «переходять» з одного боку русла на іншу. Між двома увігнутими (розмиваються) ділянками берега знаходиться опукла ділянка - місце, де придонний поперечний перебіг, що йде від протилежного берега, відкладає продукти розмиву, що переносяться ним.
У міру збільшення звивистості процес меандрування посилюється, щоправда, до певної межі (рис. 92). Збільшення звивистості означає збільшення довжини річки та зменшення ухилу, отже, і зменшення швидкості течії. Річка втрачає енергію і не може розмивати берега.
Вигнутість меандрів може бути настільки велика, що відбувається прорив перешийка. Кінці звивини, що відчленувала, заповнюються пухкими наносами, і вона перетворюється на старицю.
Смуга, в межах якої меандрує річка, називається меандровим поясом. Великі річки, звиваючись, утворюють великі меандри, і меандровий пояс вони ширше, ніж в маленьких річок.
Так як потік, розмиваючи берег, підходить до нього під кутом, меандри не просто збільшуються, а поступово зміщуються вниз за течією. За тривалий проміжок часу вони можуть переміститися настільки, що увігнута ділянка русла опиниться на місці опуклого, і навпаки.

Переміщаючись у смузі меандрового пояса, річка розмиває породи і відкладає наноси, у результаті створюється плоске зниження, вистелене алювієм, яким звивається русло річки. Під час повені вода переповнює русло та заливає зниження. Так утворюється заплава – частина річкової долини, що заливається у розливи.
У повінь річка менш звивиста, ухил її збільшується, глибини зростають, швидкість стає більше, діяльність, що розмиває, посилюється, формуються великі меандри, що не відповідають меандрам, що утворюються в межень. Причин, що усувають звивистість річки, багато, і тому меандр часто мають дуже складну форму.
Рельєф дна русла меандруючої річки визначається розподілом течії. Поздовжня течія, обумовлена ​​силою тяжіння, є основним фактором розмиву дна, поперечний - визначає перенесення продуктів розмиву. У увігнутого берега, що підмивається, потік вимиває поглиблення - пліс, а поперечна течія відносить мінеральні частинки до опуклого берега, створюючи мілину. Тому поперечний профіль русла у місці вигину річки несиметричний. На прямому ділянці русла, розташованому між двома плісами і званим перекатом, глибини порівняно невеликі, і поперечному профілі русла немає різких коливань глибини.
Лінія, що з'єднує найглибші місця вздовж русла, - фарватер - проходить від плесу до плесу через середню частину перекату. Якщо перекат перетинається фарватерам, які не відхиляються від основного напрямку, і якщо лінія його йде плавно, він називається нормальним (хорошим); перекат, на якому фарватер робить різкий вигин, буде зрушеним (поганим) (рис. 93). Погані перекати ускладнюють судноплавство.
Формування рельєфу русла (освіта пліс і перекатів) відбувається переважно навесні під час повінь.

Життя у річках.Умови життя у прісних водах суттєво відрізняються від умов життя в океанах та морях. У річці велике значення для життя мають прісна вода, постійне турбулентне перемішування води та порівняно невеликі глибини, доступні для сонячних променів.
Течія надає механічний вплив на організми, забезпечує приплив розчинених газів та видалення продуктів розпаду організмів.
За умовами життя річка може бути поділена на три ділянки, що відповідають верхній, середній та нижній течії її.
У верхній течії гірських рік вода рухається з найбільшою швидкістю. Тут часто бувають водоспади, пороги. Дно зазвичай кам'янисте, мулисті відкладення майже відсутні. Температура води завдяки абсолютної висотімісця знижена. Загалом умови життя організмів менш сприятливі, ніж у інших частинах річки. Водна рослинність зазвичай відсутня, планктон бідний, фауна безхребетних дуже мізерна, харчування риб не забезпечене. Верхня течія річок бідна рибою як за кількістю видів, так і за кількістю особин. Тут можуть жити лише деякі риби, наприклад, форелі, харіуси, маринки.
У середній течії гірських річок, а також у верхній і середній течії рівнинних річок швидкість руху води менша, ніж у верхів'ях гірських річок. Температура води вища. На дні з'являються пісок та галька, у затоках - мул. Умови життя тут сприятливіші, але далеко не оптимальні. Кількість особин та видів риб більше, ніж у верхній течії, в горах; поширені такі риби, як йорж, вугор, минь, вусач, плотва та ін.
Найбільш сприятливі умови життя в нижній течії річок: мала швидкість течії, абосте дно, велика кількість поживних речовин. Тут водяться переважно такі риби, як корюшка, колюшка, річкова камбала, осетр, лящ, карась, короп. Проникають риби, що живуть в морі, в яке впадають річки: морська камбала, акулові та ін. та зимувальні міграції).
Канали.Канали являють собою штучні річки зі своєрідним регульованим режимом, що створюються для зрошення, водопостачання та судноплавства. Особливість режиму каналів - малі коливання рівня, але у разі потреби вода з каналу може бути спущена.
Рух води у каналі має самі закономірності, як і рух води у річці. Вода каналу значною мірою (до 60% від усієї витрачається їм води) йде інфільтрацію через його дно. Тому велике значення має створення протиінфільтраційних умов. Поки що завдання це ще не вирішене.
Можливі середні швидкості потоку та донні швидкості не повинні перевищувати певних меж, що залежать від стійкості ґрунту до розмиву. Для руху каналом суден середня швидкість течії понад 1,5 м/сек вже неприпустима.
Глибина каналів має бути більшою за опади суден на 0,5 м, ширина - не менше ширини двох суден +6 м.
Річки як природний ресурс.Річки - один з найважливіших водних ресурсів, які з давніх-давен використовуються людьми в різноманітних цілях.
Судноплавство було тією галуззю народного господарства, Для якої раніше було потрібно вивчення річок. З'єднання рік каналами дозволяє створювати складні транспортні системи. Протяжність річкових шляхів у Росії нині перевищує протяжність залізниць. Здавна використовуються річки для лісосплаву. Велике значення річок у водопостачанні населення (питному та побутовому), промисловості, сільського господарства. На річках стоять усі великі міста. Населення та міське господарство витрачають дуже багато води (в середньому 60 л на добу на особу). Будь-яка промислова продукція неспроможна уникнути безповоротного витрати певної кількості води. Наприклад, для вироблення 1 т чавуну необхідно 2,4 м3 води, для виробництва 1 т паперу – 10,5 м3 води, для виробництва 1 г тканини з деяких полімерних синтетичних матеріалів – понад 3000 м3 води. На 1 голову худоби в середньому припадає 40 л води на добу. Завжди мали велике значення рибні багатства річок. Використання їх сприяло виникненню поселень на берегах. В даний час річки як джерело цінного та поживного продукту - риби використовуються недостатньо; набагато більше значення має морське рибальство. В Росії велика увагаприділяється організації рибного господарства із створенням штучних водойм (ставки, водосховища).
У районах з великою кількістю тепла та нестачею атмосферної вологи вода рік у велику кількістьйде на зрошення (ОАР, Індія, Росія - Середня Азія). Дедалі ширше використовується енергія річок. Загальні гідроенергетичні ресурси Землі оцінюються в 3750 млн. квт, їх частку Азії припадає 35,7%, Африки - 18,7%, Північної Америки-18,7%, Південної Америки– 16,0%, Європи – 6,4%, Австралії – 4,5%. Ступінь використання цих ресурсів у різних країнах, різних континентах дуже різна.
Масштаби використання річок нині дуже великі й надалі вони, безперечно, збільшуватимуться. Це пов'язано з прогресивним зростанням виробництва та культури, з безперервно зростаючою потребою промислового виробництва у воді (особливо це стосується хімічної промисловості), із зростаючим витратою води потреби сільського господарства (збільшення врожайності пов'язані з збільшенням споживання води). Все це ставить питання не лише про охорону річкових ресурсів, а й необхідність їх розширеного відтворення.