По  глибинах або по відмітках дна складають поперечні профілі водотоку і визначають їх морфометричні характеристики:

     - площу поперечного перетину w (за  допомогою планіметра або шляхом  поділу водного перетину на  найпростіші фігури - трапеції та  трикутники);

     - середню глибину hср;

     - довжину змоченого (підводного) периметра  c;

     - гідравлічний радіус R.

     Для широких водотоків (частіше річок) R » hср.

     Різниця між відміткою поверхні води та глибиною h дає відмітку дна водотоку (водойми). По відмітках дна складають план у горизонталях, на який наносять урізи води (лінії перетину поверхні землі з водою) при зрізочному рівні. Урізи води річок та каналів можуть перетинатись з горизонталями.

     Для складання плану водотоку в ізобатах позначають на плані глибинні ізобати  та виписують глибини, приведені до миттєвого рівня води.

     Перетин ізобат hіз беруть в залежності від  складності підводного рельєфу, амплітуди  глибин та масштабу плану від 0,2 до 2,0 м. Лінії урізу води - ізобати з  нульовими глибинами.

     Точки на плані, що відповідають найбільшим глибинам на профілях (галсах), сполучені плавною кривою, утворюють лінію найбільших глибин.

     По  лінії найбільших глибин складають  повздовжній профіль річки, на якому  зображують рельєф дна та форму вільної  поверхні потоку при різних рівнях води.

     Швидкості течії води та їх розподіл у потоці

     Вимірювання швидкостей течії в потоці частіше  всього пов’язано з потребою визначення витрат води, але може мати й самостійне значення при спорудженні та розкритті  перемичок, перекритті русел річок, будівництві споруд на річках, забезпеченні безпечного плавання суден тощо.

     Швидкість ut у даній точці потоку в даний  момент часу називається місцевою миттєвою швидкістю. Коливання місцевої швидкості  в часі, по величині та напрямку називають  пульсацією швидкості.

     Прилади для вимірювання швидкостей течії води

     Основними приладами для вимірювання швидкостей течії води в річках та каналах, тобто  в натурних умовах, являються гідрометричні  поплавки та гідрометричні вертушки, а в лабораторних умовах - гідрометричні  мікровертушки, гідрометричні трубки (рис. 20), термогідрометри, лазери тощо.

     

     Рис. 20. Принципові схеми устрою гідрометричних трубок:

     а - Г. Піто, б - Г. Піто і Г. Дарсі, в - О.І. Лосієвського; 1 - динамічна трубка, 2 - трубка для відсмоктування повітря, 3 - статична трубка.

     Гідрометричні поплавці. В залежності від швидкості, що вимірюється, гідрометричні поплавці підрозділяють на точкові та інтеграційні (рис. 21).

     

     Рис. 21. Види глибинних поплавців.

     Точковими поплавцями вимірюють швидкість  потоку з усередненням по довжині  траєкторії руху поплавця, інтеграційними - швидкість з усередненням по глибині, довжині і всьому перетину потоку. Точкові поплавці ділять на поверхневі та глибинні.

     В якості поверхневих поплавців у  залежності від ширини річки (тобто  від відстані спостереження) можна  використовувати бруски деревини, відпиляні від колоди циліндричні кільця висотою 3-7 см, сполучені хрестом дві дошки або колоди, напівзанурені скляні або пластикові пляшки тощо. Для кращої видимості з берега поплавці забезпечують яскравими прапорцями. Швидкість руху поплавця визначають по довжині траєкторії його руху за відповідний відрізок часу. Під час льодоходу на річках у якості поплавців можна використовувати крижини, що пливуть.

     На  рисунку 22 відтворена картина А. Фразера, на якій зображений Леонардо да Вінчі (1452-1519), що вивчає розподіл швидкостей течії в річці. Дерев'яний поплавець, що пливе у воді, художник змалював із рукопису Леонардо, що зберігається в Інституті Франції. Такий же поплавець зображений в одній із записних книжок Леонардо.

     

     Рис. 22. Леонардо да Вінчі вимірює швидкість  течії води за допомогою поплавців.

     Леонардо  тримається врівень із поплавцем, що пливе посередині річки вниз за течією. Одночасно він вимірює пройдену відстань за допомогою одометра - приладу для вимірювання пройденого шляху.

     Для виміру часу, за який поплавець покриває цю відстань, він розспівує музичні  гами. На протилежному березі річки  сидить його помічник із заготовленими  поплавцями. За Леонардо - ватерпас, за допомогою якого він визначав похил річки, і глечик із водою для «заправки» ватерпаса. Всі ці предмети відтворені художником із справжніх рукописів Леонардо. Це, мабуть, була перша серйозна спроба визначення швидкості води за допомогою поплавців.

     Одним з перших гідрометричних приладів для  вимірювання швидкості течії  води, мабуть були хитромудрі пристосування  італійського лікаря Санторіо (1591-1630). Його наштовхнули на це досить курйозні обставини. Він вирішив виміряти, при яких швидкостях вода створює той легкий шум, при якому засинають його пацієнти, і при якому - навпаки, шумить так, що не дає заснути.

     

     Рис. 23. Вимірювач швидкості течії  води Санторіо.

     Використовуючи  той же самий принцип, Санторіо сконструював прилад для вимірювання силу вітру, який своїм шумом аналогічним  чином впливає на його пацієнтів.

     

     Рис. 24. Анемометр Санторіо.

     Прилади Санторіо вимірювали тільки тиск води (рис. 23) або вітру (рис. 24) на пластини, не перетворюючи отримані дані в показники  швидкості води або вітру. Математичні методи для такого перетворення на той час ще не були розроблені.

     

     Рис. 25. Гідрометричне гребне колесо Паоло  Фризі.

     У 18 столітті Паоло Фризі (1727-1784) писав про вимірювання швидкості течії води за допомогою гребного колеса, лопатки якого торкались поверхні води. Число обертів цього колеса за одиницю часу приймалось за показник швидкості течії води (рис. 25).

     Тоді  ж були сконструйовані численні "гідрометричні маятники", за допомогою яких швидкість вимірюється по куту нахилу маятника: чим більше кут його відхилення від вертикалі, тим вища швидкість потоку (рис. 26).

     

     Рис. 26. Гідрометричний маятник.

     По  аналогії з водомірами і вітромірами  Санторіо, продовжувалось створення  чисельних приладів для вимірювання  швидкості потоку води, в яких використовувався принцип римських терезів (безмін) (рис. 27).

     

     Рис. 27. Гідрометричні терези (безмін).

     Найбільш  цікавими і перспективними виявились  методи вимірювання швидкостей водного потоку Леонардо да Вінчі, а також Санторіо та Фризі.

     При сучасних вимірюваннях швидкості течії  води на ділянці водотоку спочатку розбивають створи перпендикулярно  до напрямку течії води і закріплюють  їх віхами (рис. 28). Створи 2, 3 і 4 повинні  бути прив’язані до магістралі 5. Відстань L між створами 2 і 4 приймають за довжину траєкторії руху поплавця. Тривалість ходу поплавків tп між створами 2 і 4 при вимірюванні найбільшої швидкості vmax повинна бути не менше 20 с.

     У момент проходження поплавця через  ствір 3 визначають відстань b. При В < 100 м b відраховують по натягнутому тросу, нульову позначку якого суміщають з магістраллю. На широких річках, де використовувати трос важко, координати перетину траєкторій поплавців з головним створом визначають способами геодезичних засічок. Як правило, в звичайних умовах по всій ширині річки рівномірно розподіляють від 15 до 25 поплавців, випускаючи їх по черзі. По umax = L / tп і b складають епюру розподілу поверхневих швидкостей по ширині потоку. Визначивши b в декількох створах, легко знайти і траєкторії руху поплавців.

     

     Рис. 28. Схема вимірювання швидкостей течії води поверхневими поплавцями:

     1 - пусковий ствір; 2 - верхній ствір; 3 - головний ствір; 4 - нижній ствір; 5 - магістраль.

     Гідрометричні вертушки. Основні конструктивні  елементи вертушки - робоче колесо з  віссю обертання, корпус, рахунково-контактний механізм та хвостове опорядження. Датчиком швидкості гідрометричних вертушок послуговує робоче колесо (ротор). Чим більша швидкість течії рідини, тим швидше воно обертається.

     По  розташуванню осі ротора розрізняють  вертушки з горизонтальною та вертикальною осями обертання.

     По  способу установки вертушки підрозділяють на штангові, тросові та універсальні. Штангові вертушки в свою чергу можуть застосовуватись як на опорній, так і на підвісній штанзі (рис. 29). Для зменшення кута знесення троса під вертушкою підвішують важок обтічної форми.

     

     Рис. 29. Способи установки гідрометричних вертушок:

     а - на опорній штанзі; б - на підвісній  штанзі; в - на тросі.

     Визначення  витрат води по місцевих швидкостях та глибинах потоку

     Цей спосіб скорочено називають способом швидкості - площі. Він визначається співвідношенням:

     Q = u w

     де Q - витрати води,

     u - швидкість водного потоку,

     w - площа поперечного перерізу.

     До  складу робіт по визначенню витрат води в річках та каналах входить: опис стану водотоку, вимірювання рівнів, глибин у гідрометричному створі та швидкостей течії, визначення похилів поверхні води. Рівні води вимірюють до початку і після закінчення всіх вимірювань.

     При виконанні робіт на річках та каналах  необхідно дотримуватись правил безпеки поводження на воді.

 

      СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ І РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Архангельский А.М. и др. Методика полевых физико-географических исследований: Учебное пособие для университетов и педвузов. - М.: Высш. шк., 1972. - 304 с.
2. Басманов Є.І. Друковані праці.
3. Басманов Є.І. Загальна гідрологія: Конспект лекцій. - Харків, 2004. - www.Basmanov.sky.net.ua.
4. Басманов Є.І. та ін. Географія України: Навч. посібник. - Харків, 1993. - 184 с.
5. Бисвас А.К. Человек и вода. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 288 с.
6. Богословский Б.Б. Озероведение. - М.: Изд-во МГУ, 1960. - 335 с.
7. Богословский Б.Б., Самохин А.А., Иванов К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 420 с.
8. Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 477 с.
9. Важнов А.В. Гидрология рек. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - 338 с.
10. Великанов М.А. Гидрология суши. М.: Изд-во МВТУ, 1925. - 192 с.
11. Владимиров А.М. Гидрологические расчеты. -Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 365 с.
12. Гидрологические и водно-балансовые расчеты. - Киев: Вища шк., 1987. - 274 с.
13. Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 431 с.
14. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 460 с.
15. Евстегнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - 301 с.
16. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. - М.: Урожай, 1984. - 432.с.
17. Жуков В.А., Ефремов П.В., Жмаева З.И. Учебное пособие по гидрологической практике. - Изд-во Моск. ун-та, 1988.
18. Иванов К.Е. Гидрология болот. - Л.: Гидрометеоиздат, 1953. - 300 с.
19. Калесник Г.П. Очерки гляциологии. - М., 1963. - 561 с.

     Реферат з фізичної географії

     ГІДРОЛОГІЯ  РІЧОК І ГІДРОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ (Частина  ІI)

 

     

     6. Живлення річок, класифікація  річок по джерелах живлення.