З а д а н и е 4. Построение поперечного профиля и определение морфометрических характеристик русла реки

Д а н о: результаты промеров через поперечное сечение русла реки.

Т р е б у е т с я 1. Построить поперечный профиль водного сечения реки.

2. Определить основные морфометрические характеристики: а) площадь водного сечения (W); б) ширину реки (В); в) среднюю глубину (h_ср); г) максимальную глубину (h_max); д) смоченный периметр (Р).

Р е ш е н и е 1. Для построения профиля водного сечения выбираются вертикальный и горизонтальный масштабы с расчетом, чтобы особенности рельефа дна были достаточно четко видны на рисунке. Отметки дна соединяются прямыми линиями. За постоянное начало принимается точка, от которой ведется отсчет горизонтальных расстояний (чаще всего эта точка на магистральной линии, прокладываемой вдоль берега с целью съемки участка реки). Профиль размещают на 1-2 см вправо от шкалы глубин. На линии поверхности воды ее уровень следует выписывать в абсолютных значениях (м) или над нулем графика (см), к которому отнесены промеры. Под профилем составляется таблица, в которой отмечаются номера промерных вертикалей и урез левого и правого берегов, расстояние от постоянного начала (м), глубина (м), отметка дна в абсолютном или относительном значении (м), площадь водного сечения (м²), характер грунта (рис.4).

2. Основные морфометрические характеристики профиля водного сечения реки используются при многих гидрологических и гидравлических расчетах, поэтому каждые промерные работы на участке реки заканчиваются подсчетом этих характеристик.

Площадью водного сечения является площадь, нормальная (перпендикулярная) к среднему направлению движения потока, ограниченная профилем русла и уровнем воды. При аналитическом способе вычисления площадь водного сечения равна сумме площадей прямоугольных треугольников и трапеций, образованных промерными вертикалями (h), отрезками линий дна и уреза воды, заключенными между промерными вертикалями (в). Площадь береговых участков, имеющих форму треугольников, вычисляется по формулам:

W₁ = (в₁·· h₁ )/2 (м²) и W_n = (в_n·· h_n-1)/2 (м²),

а площадь отдельной трапеции

W_i = (h_i+1 + h_i)· в/2 (м²).

Если на урезе воды глубина не равна нулю (т.е. берег обрывистый), то площадь берегового участка вычисляется как площадь трапеции.

Рис. 3. Гидрографическая схема р. Усы.

Ширина реки (В) определяется как разность расстояния от постоянного начала до уреза дальнего берега (l_n) и расстояния от постоянного начала до уреза ближнего берега (l₁), т.е.

В = l_n - l₁ (м).

Средняя глубина водного речения (h_ср) вычисляется как частное от деления площади водного сечения на его ширину по формуле:

h_ср = W/B (м).

Наибольшая глубина (h_max) выбирается из результатов фактических промеров.

Смоченный периметр (Р) есть длина линии дна реки на профиле между урезами воды. При наличии ледяного покрова в длину смоченного периметра включается длина нижней поверхности льда по профилю. Смоченный периметр равен сумме гипотенуз прямоугольных треугольников:

Р = в²₁+h²₁ + в²₂+(h₂-h₁)²+······+ в²_n+h²_n-1 (м).

Вычисленные параметры сводятся в таблицу, которая размещается слева от профиля поперечного сечения (см. рис. 4).