Речная система

Понятием речная система обозначается совокупность естественных и искусственных водоемов и водотоков на определенной территории. Применительно к задаче проектирования мостовых переходов наиболее существенными являются следующие элементы речной системы.

Бассейн реки есть участок суши (рис. 2.1), поверхностные и грунтовые воды с которого попадают в данную реку. Бассейн реки состоит из поверхностного и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с которого стекают воды в данную реку, представляет собой поверхностный водосбор. Участок суши, грунтовые воды с которого также поступают в данную реку является подземным водосбором. Границы поверхностного и подземного водосборов, как правило, не совпадают. Процент несовпадения по площади поверхностного и подземного водосборов тем больше, чем меньше водоток и соответственно меньше его бассейн.

Границы поверхностного водосбора фиксируются достаточно точно по водораздельной линии. Водораздельная линия речного бассейна представляет собой замкнутый контур, отделяющий смежные водосборы. На карте водораздельная линия начинается от нижнего створа реки и, проходя через точки максимальных отметок, опять замыкается на нижнем створе. В данном случае понятием " створ" определяется самое нижнее по течению поперечное сечение русла реки перед впадением ее в другую реку, озеро или в море. Границы подземного водосбора определить затруднительно. На практике за площадь бассейна принимают площадь поверхностного водосбора.

Одной из основных характеристик бассейна реки являются его водные ресурсы. Под водными ресурсами понимают запасы поверхностных и подземных вод на территории данного бассейна. Источником этих запасов являются атмосферные осадки. Вода, в том или

ином виде выпавшая на поверхность бассейна, частично стекает в речную систему и питает ее, а частично испаряется. Количество воды, стекающее по речной системе или по конкретной реке за определенный период времени называется стоком. Например, суммарный сток рек на территории бывшего СССР, приблизительно, равнялся 4740 км3/год. В реках происходит постоянный круглогодичный сток воды благодаря аккумуляционной способности речных русел и болот, а также наличию подземного стока профильтровавшейся атмосферной воды. Количество воды, поступающей в реку, зависит от площади водосборного бассейна и других его характеристик. Стекающие с территории бассейна воды тем быстрее поступают в реку, чем больше уклоны склонов и продольные уклоны речных долин.

Рис.2.1. Бассейн реки Волги

Неравномерное в течение года количество выпадающих на территории бассейна осадков определяет неравномерность стока. Изменение во времени количества воды в реке называется водным режимом. Количество воды в реке принято определять понятием расход. В связи с неравномерностью стока расход воды в реке различен в разные периоды времени. Кроме того, расход различен в различных створах по длине реки. Расход есть объем воды, протекающий в единицу времени через поперечное сечение потока в том или ином створе:

(м3/сек), где V – скорость протекания воды; w – площадь поперечного сечения потока. Принято говорить о расходе реки как о расходе в ее нижнем (замыкающем) створе. При проектировании конкретного мостового перехода оперируют расходом в створе мостового перехода. Количественной характеристикой водного режима реки является гидрограф. Гидрограф есть график изменения расхода во времени для данного створа реки. На гидрографе равнинной реки средней полосы и севера европейской части России (рис.2.2) можно выделить следующие характерные зоны: 1– глубокое подземное питание; 2 – верховое подземное питание; 3 – снеговое половодье;

Рис.2.2 Гидрограф равнинной реки снегового типа питания европейской части России

4 – отдача поймы; 5 – дожде-вые паводки; 6 – потери стока на образование льда.

В течение года уровень воды в реке, а, следовательно, и расход колеблется. Обычно самое малое количество воды и самый низкий уровень наблюдается в середине весны, когда отсутствует поступление воды в реку от дождей, таяния снега также истощается и подземное питание. Эта фаза водного режима реки называется низкой зимней меженью (точка А). Таянье снега весной обеспечивает поступление в реку больших масс воды и значительный подъем уровня, что называется весенним половодьем (точка Б). Второй раз маловодный период и низкий уровень наблюдается летом и определяется как летняя межень (точка В), которая может перемежаться ливневыми паводками (точка Г). Уменьшение стока также наблюдается глубокой осенью при образовании льда (точка Д). Обычно, реки с весенним половодьем (см.рис. 2.2) относят к снеговому типу питания.

Параметры, определяющие количество воды в реке называют в совокупности питанием реки. Питание подразделяется на дождевое, снеговое, ледниковое, подземное и смешанное. Большинство рек Северо-Запада России имеют смешанное питание. Реки с одним типом питания на северо-западе России встречаются весьма редко.

С точки зрения проектирования мостового перехода наиболее интересно количество воды в реке во время наивысшего подъема уровня воды и наибольшего расхода. Тот тип питания, который обеспечивает наивысший расход и наивысший уровень подъема воды определяет название типа питания реки. Таким образом, большинство рек Северо-Запада можно отнести к снеговому типу питания.

Кроме того, на сток воды с территории бассейна влияют его грунтовый и растительный покров, наличие и количество лесов. Огромную роль в формировании стока играет наличие болот. Болота выполняют аккумулирующую функцию. Они способны накапливать большое количество воды и затем медленно отдавать ее в речную систему.

Реки с многочисленными летними ливневыми паводками (рис.2.3-а) относят к дождевому типу питания. Реки ледникового типа питания, наиболее полноводны в летний период – во время таяния ледников в горах (рис. 2.3-б). Смешанный тип питания (ледниковое и дождевое) характерен для рек Северного Кавказа где на летний подъем воды от таяния ледников накладываются ливневые паводки (рис. 2.3-в).

Рис.2.3. Гидрографы рек различного типа пиания: а – гидрограф реки Амур преимущественно

дождевого типа питания; б – гидрограф реки Нарын ледникового типа питания;

в – гидрограф реки Кубань смешанного типа питания