Изучение речного потока и его свойств необходимо судоводителю для правильного определения направления и скорости течения, горизонтов и уклонов потока, внутренних течений в потоке, действия их на судно и т. д.
Если мысленно разрезать реку поперек течения вертикальной плоскостью, перпендикулярной к плоскости поверхности воды, то площадь сечения, ограниченная дном, берегом и поверхностью воды, называется живым сечением. Количество воды, проходящее через живое сечение в течение одной секунды, называется расходом воды.
Скорость течения зависит от глубины и формы русла и распределяется по живому сечению неравномерно. Так, например, характер течения на прямых участках отличается от течения в закруглениях, а течение на перекатах — от течения на плесе и т. д.
В разных местах живого сечения скорость течения различна (рис. 9). В любом живом сечении максимальная скорость течения находится над самым глубоким местом около поверхности воды или несколько ниже ее, примерно до одной трети глубины от поверхности воды.
От точки живого сечения, отстоящей на одну треть от поверхности воды, скорость течения уменьшается ко дну реки и от середины реки к берегам.
Рис. 9. Распределение поверхностных скоростей течения в плане:
I — симметричное русло; II — несимметричное русло.
1 — бровка правого берега; 2 — бровка левого берега; 3 — правый урез воды; 4 — левый урез воды; 5 — распределение скоростей течения в плане
Таким образом, наибольшая скорость течения в прямых ; русла находится в середине симметричного русла, а в криволинейных участках — ближе к вогнутому берегу.
Если на отрезке реки, состоящем из криволинейных и прямых участков, мысленно сделать некоторое количество живых сечений, а точки максимальных скоростей течения каждого живого сечения соединить линией, то получим ось динамического потока —стрежень, который близко подходит к вогнутости берегов (если они вогнуты) и идет посередине в прямых участках.
Умение распознать направление и линию стрежня очень важно для судоводителя любого судна.
3. Внутренние течения в потоке.
В живом сечении изгибов русла под действием центробежной силы внутреннее течение направлено по наклонному дну к мелкому выпуклому берегу, а на поверхности течения — к вогнутому глубокому берегу (рис. 10).
Поэтому лед в половодье и течение постоянно размывают вогнутые берега, течение увлекает наносы к выпуклым берегам, где они и оседают. Кроме того, внутреннее течение влияет на повышение уровня воды у вогнутого берега.
Внутреннее течение смежных живых сечений на изгибах русла реки образует винтообразное течение в потоке, направленное к яру, поверхностное течение которого называется прижимным течением. Оно сносит судно с курса в сторону вогнутого берега.
Рис. 10. Внутреннее течение на изгибе русла: 1 — направление течения на поверхности — прижимное течение; 2 — направление течения на дне — донное течение.
При переходе от кривизны одного направления к другой (обращенной в другую сторону) винтообразное течение в изгибе
Русла меняет направление. На прямолинейном участке соединяющем эти два изгиба, винтообразное течение сначала рассеивается, а затем при новом изгибе снова сходится.
4. Неправильности течения.
К неправильностям течения относятся майданы, суводи, толчеи, свальные течения, тиховоды.
Рис. 11. Майданы: I — над подводным препятствием; II — при слиянии потоков
Майданом называется беспорядочное возмущенное течение на поверхности воды, возникающее от подводного препятствия, нарушающего нормальное донное течение воды в русле. Таким подводным препятствием может быть камень-одинец, карча, затонувшее судно.
Майдан обычно образуется несколько ниже подводного препятствия, так как вызванное им возмущение сносится течением. Майдан может быть и в месте столкновения течений двух рек (рис. 11).
Суводью называется вращательное движение воды (водоворот) за подводным или надводным выступом в яру или рынком гор. У левого берега вода в суводи вращается против часовой стрелки, у правого — наоборот.
В таком водовороте-суводи две водные струи часто сильно различаются по скорости или направлению течения (рис. 12). Вдоль вертикальной поверхности Р, направленной по течению и разделяющей эти струи, появляются завихрения (воронки), в центре которых вращающаяся вода силой направляется ко дну реки.
Частицы воды, спускающиеся в глубину, задерживаются речным дном. Отсюда они могут двигаться только в направлении наименьшего сопротивления, т. е. в сторону струи с меньшей скоростью. Вследствие этого водовороты размывают речное дно и могут вырыть в нем ямы глубиной 20 м и более.
Суводи образуются также у различных гидротехнических сооружений: устоев мостов, плотин, дамб и т. д. Особенно много больших суводей с сильным вращательным движением воды бывает во время половодья.
Толчея — скопление беспорядочных коротких и довольно высоких волн, находящихся все время на одном месте. Причина образования толчеи — отражение волн от берегов, причалов, в местах большого движения судов. В устьях рек толчея возникает от перебоя поверхностного течения встречным ветром с моря.
Свальное (косое) течение — поперечное или направленное под углом отклонение течения или его части от своего нормального положения в реке по стрежню.
Свальное течение бывает на перекатах, когда направление слива воды не совпадает с корытом переката у мостов, дамб, в порожистых местах и т. п.
Разновидностью свального течения следует считать затяжное течение, направленное из главного русла в сторону прорана или воложки.
Тиховоды — участки рек со слабым течением, а иногда и вовсе без него; образуются за отлогими наносами; характерны для выпуклых берегов. Границы тиховодов различают по пенящейся полоске воды.
Судовождение, речная, морская лоция, навигация, навигационные приборы, основы гидрометеорологии
12.09.2015 18:47 дата обновления страницы
Речная лоция
Дата создания сайта: 25 / 08 /20 07
История изменения сайта
К неправильностям течения относятся майданы, суводи, толчеи, свальные течения, тиховоды.
Майданом называется беспорядочное возмущенное течение на поверхности воды, возникающее от подводного препятствия, нарушающего нормальное донное течение воды в русле. Таким подводным препятствием может быть камень-одинец, карча, затонувшее судно. Майдан обычно образуется несколько ниже подводного препятствия, так как вызванное им возмущение сносится течением. Майдан может быть и в месте столкновения течений двух рек (рис. 11).
В таком водовороте-суводи две водные струи част^ сильно различаются по скорости или направлению течения (рис. 12). Вдоль вертикальной поверхности Р, направленной по течению и разделяющей эти струи, появляются завихрения (воронки), в центре которых вращающаяся вода силой направляется ко дну реки. Частицы воды, спускающиеся в глубину, задерживаются речным дном. Отсюда они могут двигаться только в направлении наименьшего сопротивления, т. е. в сторону струи с меньшей скоростью. Вследствие этого водовороты размывают речное дно и могут вырыть в нем ямы глубиной 20 м и более.
Суводи образуются также у различных гидротехнических сооружений: устоев мостов, плотин, дамб и т. д. Особенно много больших суводей с сильным вращательным движением воды бывает во время половодья.
Разновидностью свального течения следует считать затяжное течение, направленное из главного русла в сторону прорана или воложки.
Течение воды в реке — движение частиц воды в реке вдоль русла под действием силы тяжести. С увеличением уклона поверхности воды скорость течения возрастает. Энергия речного потока расходуется на внутреннее трение воды и на преодоление трения о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается, однако может возникнуть местное ускорение, например, на перекатах и порогах.
Течение воды в реке имеет особенности, иногда их называют неправильными течениями. Тиховод — медленное течение, образующееся за выпуклыми берегами, крупными песчаными отложениями в русле и т.п. При движении судна вверх для увеличения скорости, где это возможно, следует идти по тиховоду. Суводь — водное пространство с вращательным движением воды, обычно находящееся за выступами берегов, мысами, выпуклыми берегами, сильно вдающимися в русло (рис. 1). В этих местах течение, с большой скоростью обтекая берег, встречает на своем пути выступ и создает перед ним подпор воды и повышение уровня. Проходя выступ, водный поток отклоняется от него и по инерции проходит некоторое расстояние. За выступом уровень воды понижен, из-за чего в низовой части суводи вода затягивается из основного потока, а в верхней части, наоборот, — из области суводи в основную струю потока. Этот процесс происходит непрерывно и вызывает вращательное движение воды.
При вращении воды в суводи дно оказывает тормозящее действие. Вследствие этого ближе к поверхности суводи скорость вращения воды и центробежные силы увеличиваются. Под воздействием центробежных сил происходит большее отбрасывание воды от оси суводи у поверхности и меньшее — у дна. Снизу вверх вдоль оси суводи образуется восходящий поток, восполняющий отбрасываемую воду. Он размывает дно, захватывает продукты размыва, создавая воронкообразное углубление дна (рис. 1). При уменьшении скорости вода плавно обтекает выступ, образуя за ним тиховод.
У вогнутых берегов в крутых изгибах русла реки также образуются суводи (рис. 2). В отличие от суводей, расположенных за выступами берегов, здесь нисходящие токи воды спускаются в восходящий поток воды в суводи центре суводи ко дну и растекаются в стороны. Этот тип суводи с отчетливо выраженной воронкой на поверхности воды иногда называют омутом. Суводи у вогнутых берегов образуются в тех случаях, когда нарушается плавное обтекание берегов излучины.
Суводи могут существовать постоянно или возникать только в половодье. На больших реках создаются крупные суводи, имеющие сферу действия десятки метров и скорость вращения воды в центральной части — несколько метров в секунду. В некоторых бассейнах суводь имеет свое местное название, например на Енисее — улово, на Иртыше — заводь. Суводи представляют серьезное затруднение для судоходства. Суда в них теряют управление, резко смещаются в сторону берега, при этом нередко рвутся канаты счалов судов и буксирные тросы, ломаются рули и т.п.
Майдан — беспорядочное вращательное движение воды в виде подвижных вихрей размером от нескольких сантиметров до нескольких метров в поперечнике. Майданы образуются над крупными подводными предметами при небольшой глубине над ними (рис. 3), во время половодья и паводка в тех местах, где идущий через пойму поток встречается под углом с другим потоком, идущим по меженному руслу, при интенсивных местных переформированиях русла и на перекатах, при резких изменениях формы дна и т.д. Майданы неблагоприятны для судоходства, так как вызывают рыскливость судов.
Спорные воды — майданы, образующиеся у устьев притоков и при их слиянии. Чем ближе угол встречи к прямому, тем сильнее развиваются вихри, которые в поперечнике достигают нескольких метров.
Прижимное течение создается у берега на участке реки, где слив воды направлен к берегу. Например, на закруглениях русла прижимное течение возникает у вогнутого берега, так как вода вследствие инерции стремится сохранить прежнее прямолинейное направление, но, встречая на своем пути препятствие в виде вогнутого берега, прижимается к нему (рис. 4). На участках с прижимным течением происходит раскат судов в сторону берега.
Свальное течение — слив воды, направленный под углом к судовому ходу (рис. 5). Свальное течение возникает из-за разности в уровнях воды по ширине реки. На перекатах такие течения создаются в результате подпора потока седловиной переката, поэтому они направлены из верхней плесовой лощины в затонную часть нижней плесовой лощины (см. Перекат). Смещая суда с оси судового хода, свальные течения могут вызвать навал судов и плотов на отмели, опоры мостов и т.п.
Затяжное течение возникает у входа в протоки (рис. 6). Особенно сильны затяжные течения во время половодий, когда расход воды в протоках значительно возрастает. Затяжное течение может вызвать навал судов на остров. На характер течения влияют также мосты, дамбы, плотины, сооружения в русле и др.
Водоворот — постоянное вращательное движение воды в русле. В. нередко создают глубокие ямы (омуты) и являются типичными для горных и полугорных рек.
