Классификация русловых коэффициентов естественных водотоков

Катего-рия	Характеристика русла	Коэфф. шерохо-ватости
1	Естественные русла со свободным течением (чистые, прямые, незасоренные, земляные	1,25
2	Русла постоянных водотоков равнинного типа (преимущественно больших и средних рек), почти прямые и очень слабо засоренные	2,00
3	Сравнительно чистые русла постоянных равнинных водотоков	2,75
4	Русла больших и средних рек, значительно засоренные и извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением	3,75
5	Русла периодических водотоков, сильно засоренные и извилистые, сравнительно заросшие, неровные, плохо разработанные. Галечно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала, порожистые участки равнинных рек	5,50
6	Реки весьма значительно заросшие, со слабым течением. Валунные, горного типа русла с бурливым, пенистым течением	7,00

Продолжение таблицы 10

Катего-рия	Характеристика русла	Коэфф. шерохо-ватости
7	Горно-водопадного типа русла с крупновалунным извилистым ложем, перепады ярко выражены, пенистость настолько сильна. Что вода, потеряв прозрачность, имеет белый цвет	9,00
8	Потоки типа селевых, состоящие из грязи, камней и др.	20,00

Занятие № 5

Тема: Расчленение гидрографа по генетическим признакам питания и определение поверхностного и подземного стока

Цель: изучить особенности расчленения гидрографа стока реки с целью определения типа водного режима.

5.1. Общие положения

Наглядное представление о ходе колебаний расходов воды в реке дает график, называемый гидрографом стока реки. Гидрограф также дает возможность определить составляющие приходной части водного баланса реки (подземный, снеговой и дождевой притоки). Для характеристики условий питания реки необходимо выделить основной источник питания, который дает больше половины объема годового стока и существенно влияет на распределение стока реки в году.

Расчленение гидрографа стока реки по источникам питания представляет некоторые трудности, связанные, прежде всего с выделением подземного стока, и выполняется приближенно. Существуют несколько способов расчленения гидрографа по источникам питания. Свои предложения были сделаны Б. В. Поляковым, А. В. Огиевским, Б.И. Куделиным и К. П. Воскресенским и др.

В частности в основу метода Б.И. Куделина положены следующие положения.

Подземное питание рек складывается из стока грунтовых и артезианских вод. Динамика подземного стока из отдельных во­доносных горизонтов, дренируемых рекой, зависит от степени гидравлической связанности этих водоносных горизонтов с рекой.

При изучении подземного питания следует различать: а) во­доносные горизонты, не имеющие гидравлической связи с рекой (рис. 10 а), б) водоносные горизонты, имеющие полную гидрав­лическую связь с рекой при мелком залегании грунтовых вод (рис. 10 6) и при глубоком залегании уровня грунтовых вод в условиях засушливого климата (рис. 10 г), в) водоносные го­ризонты, имеющие периодическую гидравлическую связь с рекой (рис. 10 в).

Водоносные горизонты грунтовых вод, не имеющие гидравли­ческой связи с рекой, обладают режимом и фазами стока, близ­кими к режиму и фазам поверхностного стока (рис. 10 а), при­чем пик грунтового стока выражен менее резко и наступает позд­нее, чем пик речного паводка или половодья (рис. 10 а).

Водоносные горизонты, гидравлически связанные с рекой, имеют иной режим и противоположную направленность фаз стока по сравнению с поверхностными водами. Максимуму по­верхностного стока соответствует минимум подземного стока (рис. 10 б).

Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидрав­лическую связь с рекой, имеют смешанный режим: при низких, горизонтах реки их режим соответствует схеме рис. 10 а, при высоких — схеме рис. 10 б. Установлено, что режим подземного стока из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с ре­кой, имеет общие черты в любых речных бассейнах и связан с режимом поверхностного стока. При повышении уровня воды в реке происходит уменьшение гидравлических уклонов и расхода подземного потока в реку, т. е. наблюдается явление подпора.

В восходящей стадии весеннего половодья в прибрежной зоне образуются обратные гидравлические уклоны грунтового потока происходит инфильтрация речных вод в берега.

При спаде половодья зеркало грунтового потока вновь при­обретает наклон к реке и начинается обратный сток в реку ин­фильтрировавшейся в берега речной воды.

Б.И. Куделин инфильтрацию речных вод в берега в восходящей стадии половодья и возврат их в реку при спаде половодья на­зывает «береговым регулированием поверхностного стока».

Об­щая продолжительность берегового регулирования поверхност­ного стока занимает время Т (рис. 10 6, в), равное приблизи­тельно общему периоду весеннего половодья.

а) б) в) г)

Рис. 10. Типы режима (динамики поземного стока в реку в зависимости от степени гидравлической связи грунтовых вод с рекой. Условные обозначения: а – отсутствие гидравлической связи, б – полная гидравлическая связь, в - периодическая гидравлическая связь, г – периодическая гидравлическая связь при глубоком залегании уровня грунтовых вод; I – степень гидравлической связи грунтовых вод с рекой, II – характер колебаний уровня речных и грунтовых вод прибрежной зоны (1 – река, 2 – грунтовые воды), III – режим (динамика) подземного стока в реку (Лучшева, 1959)

Гидрологическая сущность берегового регулирования состоит в том, что поверхностный сток, сформировавшийся за счет талых снеговых вод и атмосферных осадков и поступивший склоновым стоком до поверхностного водотока благодаря взаимодействию с берегами и грунтовыми водами прибрежной зоны, временно теряется для поверхностного стока, превращаясь в грунтовые воды (отрицательный подземный сток — А, рис. 18 б и в). Эти воды сохраняются в берегах в период восходящей стадии поло­водья (вследствие подпора от высоких вод в реке) и после пика половодья опять поступают в реку, снова превращаясь в поверх­ностный сток и увеличивая сток реки на спаде половодья +А (рис. 18 6 и в). Таким образом, в процессе берегового регулиро­вания происходит лишь перераспределение поверхностного стока внутри самого весеннего половодья.

Подземное питание рек за счет основных запасов подземных вод бассейна в период высоких уровней резко сокращается, а для случая полной гидравлической связи грунтовых вод с рекой под­земное питание в период половодья можно принять равным нулю. При этом следует учитывать размер бас­сейна и пространственные закономерности развития подземного стока. Когда река имеет смешанное грунтовое питание из грунтовых вод как гидравлически связанных, так и не связанных с рекой, необходимо учесть дополнительно грунтовой сток из водоносных горизонтов, гидравлически с ней не связанных. Такой учет про­изводится регистрацией источников, выходящих выше высоких уровней в реке. Этот вид питания можно выделить на гидрографе рис. 11.

Рис. 11. Схема выделения подземного стока при смешанном грунтовом питании. Условные обозначения: 1- поверхностный сток; 2 – грунтовой сток из водоносных горизонтов, не имеющих гидравлической связи с рекой, 3 – грунтовой сток из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой.

Для случая, когда река питается грунтовыми и артезиан­скими водами, схема расчленения гидрографа представлена на рис. 12.

Для простоты предполагается, что артезианский сток осуще­ствляется из источников напорных водоносных горизонтов гидравлический не связанных с рекой, и имеет очень незначительные колебания расходов в течение года.

Рис. 12. Схема выделения подземного стока на гидрографе при смешанном грунтовом и артезианском питании реки. Условные обозначения: 1- поверхностный сток; 2 – грунтовой сток из водоносных горизонтов, не имеющих гидравлической связи с рекой, 3 – грунтовой сток из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой, 4 – артезианское питание.

К. П. Воскресенский предложил метод выделения под­земного стока из водоносных горизонтов, гидравлически не свя­занных с рекой.

Предложенная К. П. Воскресенским схема основывается на следую­щих положениях.

Колебание величины подземного стока из горизонтов, гидрав­лически не связанных с рекой (рис. 10 а), близко к колебанию поверхностного стока, причем наблюдается запаздывание фазы максимального уровня подземного стока по сравнению с поверх­ностным за счет разницы во времени добегания. Величина под­земного стока в реке пропорциональна запасам подземных вод в бассейне. Запасы подземных вод увеличиваются пропорцио­нально инфильтрационной способности почвы, продолжитель­ности снеготаяния и количеству выпадающих осадков на водо­сборе. В период весеннего половодья и дождевых паводков под­земный сток постепенно увеличивается, достигая максимума в момент окончания половодья или дождевого паводка.

Схема расчленения гидрографа стока реки, предложенная Б.В Поляковым наиболее проста. Она основана на том, что подземное питание по мере подъема весеннего половодья постепенно снижается, прекращаясь при прохождении наибольшего расхода, и возрастает на спаде половодья, когда происходит отдача воды поймой реки. Вызвано это тем, что при повышении уровня воды в реке происходит уменьшение гидравлических уклонов и расходов подземного потока в реку, нередко возникают даже обратные гидравлические уклоны и инфильтрация речных вод в берега. В период спада уровня воды в реке наблюдается возвращение речных вод в русло.

Поверхностный сток может быть определен путем срезки подземного стока с гидрографа. Б. В. Поляков для водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой, пред­ложил подземный сток в период пика половодья принять равным нулю с плавным переходом к предпаводочному и послепаводочному минимальному расходу. Подземное питание делится на два вида: верховодко-аллювиальное и глубоководное более постоян­ное питание. По методу Б.В. Полякова выделение на гидрографе стока реки притока из глубинных водоносных горизонтов производится по средним наименьшим значениям суточных расходов реки. Эти данные можно получить из гидрологических ежегодников.

Приток грунтовых вод определяется по значениям средних многолетних месячных расходов зимней и летней межени.