2.7. Рух води в річках

Вода рухається в ріках турбулентно. Швидкість і спрямування потоку безперервно змінюється. У звя’зку із пульсацією води виділяють миттєву і місцеву швидкість потоку. Миттєва швидкість – це швидкість в даній точці потоку в даний момент часу.

В практичних задачах гідрології звичайно використовують середню швидкість, яку називають місцевою швидкістю (р. Дніпро 1 м/с, гірські ріки  5 м/с).

У потоках рік виділяють два види руху: нерівномірний і несталий. При нерівномірному русі ухил, швидкість, живий перетин змінюється по всій довжині потоку, залишаючись незмінними в часі для даного перетину потоку. Цей рух спостерігається в межень, коли витрати води майже постійні, а також за наявності підпору, який створюють греблі. Несталий рух характерний для рік в період повені і водопілля при значних змінах витрат води.

Швидкість течії в річці змінюється по глибині і ширині живого перетину. Криві змін швидкості по вертикалі називають годографами або епюрами швидкостей. Найменша швидкість води біля дна із-за впливу шорсткості русла. Максимум швидкості відкритого потоку спостерігається біля поверхні або на глибині 0,2d від поверхні. Шорсткість дна залежить від пагорбів, западин, водоростей і т. ін. Взимку додатковий опір створює сало, внаслідок цього максимум швидкості зменшується до середини глибини, а інколи і до дна. Поверхнева швидкість пов’язана із напрямком вітру, вона то збільшується, то зменшується.

По ширині потоку швидкість також змінюється (рис. 2.6). Біля берегів вона найменша, в центрі потоку – найбільша.

Розподілення місцевих швидкостей в потоці показують ізотахи – лінії однакової швидкості течії. У період відкритої води вони плавно відтворюють русло. Взимку ізотахи утворюють замкнуті криві.

Непаралелеструмність течії – характерна особливість річкових потоків. Поряд із паралельним до берегів рухом потоку виникають внутрішні течії, які спрямовані під кутом до руху потоку.

На прямолінійних ділянках ріки відбувається стягування струменів, рівень води в стрижені (найглибше місце річки, де дуже швидко тече вода; бистрина, фарватер) піднімається, виникають два замкнутих контури, дві течії (див. рис. 2.7 а), б)). Внаслідок складання їх із поступальним рухом виникає гвинтоподібна течія (рис. 2.7 в)).

Рис. 2.6. Розподілення швидкості потоку.

Поверхневі течії, що сходяться називають збійними, а донні, які розходяться – віялоподібними.

На вигнутих ділянках русла фарватер наближається до увігнутого берега тим ближче, чим крутіший поворот. При набіганні струменів на берег рух води уповільнюється (рис. 2.8 а)). На увігнутих ділянках утворюється лише одна циркуляційна течія (рис.2.8 б)) У річці формується гвинтоподібний рух води (рис. 2.8 в)).

Рис. 2.7. Різновиди течії річок на прямолінійних ділянках.

Рис. 2.8. Різновиди течії річок на вигнутих ділянках русла.

2.8. Хвиля повені

Повені формують інтенсивні дощові опади, швидке танення снігу під час зимових відлиг і попуски із водосховищ. При цьому у руслі ріки виникає “роздуття” поверхні води, яке зміщується вниз за течією, змінюючи при цьому свою довжину _і і висоту h_і; звичайно _і збільшується, а h_і – зменшується. Вказане явище називається хвилею повені (або водопілля), яка являє собою самотню хвилю.

Швидкість зміщення гребеня хвилі повені, тобто перетину, в якому глибина води у хвилі повені максимальна, визначається за формулою (2.9).

(2.9)

де S_i, S_і+1 – відстань уздовж потоку в точці і та і+1;

Т_і та Т_і+1 – час проходження хвилі повен в точці і та і+1.