8 Головні терміни й визначення

Річкові басейни крім фізико – географічних характеристик мають морфо метричні характеристики.

Основними морфометричними елементами річкового басейну є: площа, довжина, ширина, середня висота, середній похил та асиметричність водозбору.

Визначають ці елементи по топографічних картах масштабу 1 : 1 000 000 і крупніше.

Басейн річки це – частина земної поверхні, яка включає в себе дану річкову систему і відділена від інших річкових систем вододілом.

Водозбір це – частина поверхні земної суші з якої річкова система збирає воду. Вона ще називається водозбірною площею басейну, F, км².

Водозбірна площа басейну (водозбір) обмежена вододільною лінією, тобто лінією, яка проходить по найвищих точках басейну.

Площа водозбору F вимірюється за допомогою планіметра.

Вододіл це – лінія на земній поверхні, яка ділить стік атмосферних опадів по двох протилежних схилах. Русла річок залягають у найбільш знижених частинах річкової долини до яких і збігають води з прилежної місцевості.

Таким чином басейни сусідніх річкових систем відділяються один від одного вододільною лінією.

Вододільна лінія проводиться на топографічних планах чи картах по найвищим точкам рельєфу, які встановлюються по горизонталях.

Довжина річкового басейну – це відстань по прямій від гирла річки до найвіддаленішої точки басейну.

Максимальна ширина басейну – це довжина прямої перпендикулярної до довжини басейну в його найширшому місці.

Середня ширина басейну – це відношення площі басейну до його довжини, яке визначається за формулою:

. (8. 1)

Середня висота водозбору (басейну) визначається за формулою:

, (8. 2)

де f_1, f_2, f_n – площа між сусідніми горизонтами, км²;

Н₁, Н₂, Н_n – напівсуми відміток суміжних горизонталей, м.

Середній похил річкового басейну визначається за формулою:

, (8. 3)

де – довжина відповідних горизонталей, м;

– висота перетину між горизонталями, м.

Асиметричність басейну характеризується коефіцієнтом асиметричності К_ас, який визначається за формулою:

, (8. 4)

де F_л, F_пр, F – площа відповідно лівобережної частини водозбору та загальна його площа, км².

9 Визначення морфометричних характеристик річкового басейну

При вивченні водного режиму річок часто оперують гідрологічним роком, котрий не збігається з календарним роком. Гідрологічний рок включає повний цикл гідрологічних сезонів або фаз. Його початок відносять до початку яскраво вираженої фази водного режиму. Найчастіше це початок зими, коли на річках з’являються льодові явища. І річки переходять на підземне живлення.

Спеціалісти - гідрологи використовують гідрологічний рік при прогнозуванні весняного стоку, розрахунках внутрішньорічного розподілу стоку та в інших випадках. Стандартна ж обробка і публікація матеріалів спостережень за витратою та рівнями ведеться за календарним роком.

Особливості геометричної будови річкових басейнів характеризують кількісними показниками, які називаються морфометричними характеристиками.

Основними даними цих характеристик є довжина річки та площа її водозбору. До морфометричних характеристик річкового басейну відносять: площу, довжину, ширину та середню висоту водозбору, середній похил та його асиметричність. Визначають ці характеристики за картами масштабу 1 : 1 000 000 і крупнішими.

Асиметрія – 1) термін, що вказує на асиметрію при розподілу частот;

2) міра чи показник відносної нестачі симетрії у щільності розподілу, яка позначається у вигляді: де , , - відповідно середнє, мода і стандартне відхилення; при правій асиметрії, показник має знак «+», а при лівій – знак «-».

Вправа 9. 1. Визначити морфометричні характеристики басейну р. Роздольної до гирла р. Лісова.

Дано: викопіювання з карти масштабу 1 : 1 000 000 басейну р. Роздольної до гирла р. Лісова (рис 9. 1). З перерізом горизонтальної через 100 м.

Необхідно вирішити наступні завдання: 1. Нанести лінії вододілів головної річки та її приток першого порядку.

2. Визначити площі водозборів р. Роздольна та її приток.

3. Скласти графік зростання площі водозборів р. Роздольна та її приток.

4. Визначити для водозбору р. Роздольна: а) довжину, б) середню ширину; в) коефіцієнт витягнутості, г) коефіцієнт асиметрії.

5. Визначити середню висоту і середній похил водозбору р. Розвильної – протоки першого порядку р. Роздольна.

6. Визначити коефіцієнт розвитку довжини вододільної лінії водозбору р. Роздольна.

Порядок розв'язання завдання:

1. Для визначення площі водозбору річки на карті горизонталями проводимо пунктирну лінію вододілу по найвищих точках (відмітках) рельєфу, яка розділяє суміжні похилості. Обмежена вододільною лінією площа і є водозбірною площею. Для визначення меж малих водозборів (до 100 км²) в рівнинній місцевості необхідно використовувати карти масштабу до 1 : 100 000. В озерних та заболочених районах при проведенні вододілів необхідно використовувати плани (карти) чи матеріали аерофотозйомок.

В нашому прикладі карта вододілу р. Роздольна має переріз горизонталей через 100 м. Лінію головного вододілу проводимо по найвищих точках водозбору з урахуванням горизонталей і берштрихів, орієнтуючись на висотні відмітки в середині та за межами річкового басейну (див. рис. 3. 1). Потім проводимо вододіли приток першого порядку р. Роздольної. Між ними виділяються міжпроточні (міжбасейнові) простори. Звичайно головну вододільну лінію наносять кольоровим олівцем, а часткові вододіли — чорним. Басейн р. Роздольної ділиться вододілами на чотири окремі басейни приток першого порядку (річки Усовка, Безім'янна, Ніловка та Розвильна) і шість міжпроточних просторів які нумеруються від витоку до гирла спочатку по правобережній (1, 2, 3) а потім по лівобережній частині басейну (4, 5 та 6).

2. Басейном річки називається частина земної поверхні, включаючи товщу ґрунтів та підґрунтя, звідки дана річка отримує водне живлення. Басейн кожної річки включає в себе поверхневий і підземний водозбори. Поверхневий водозбір являє собою площу земної поверхні, з якої вода стікає по поверхні в річкову мережу. В загальному випадку поверхневий і підземний водозбори співпадають. У зв'язку з труднощами визначення меж підземного водозбору в гідрології за водозбір приймають тільки поверхневий водозбір, не відрізняючи терміни «річковий басейн» та «річковий водозбір».

Площу водозбору визначають планіметром або палеткою. При вимірюванні площі планіметром обведення виділених контурів (окремих водозборів міжприточних просторів) виконують двічі – при двох положеннях полюса відносно обвідного важеля: полюс – праворуч, полюс – ліворуч. Розбіжність в кількості поділок планіметра при двох обводах не повинна перевищувати 1,5 % при площі до 150 поділок; 2,7 … 0,7 % – при площі 151 … 600; 1,0 … 0,6 % при площі 601 … 2 200 поділок. Якщо розбіжність буде більше вказаного, то вимірювання повторюють.

Палетку рекомендується використовувати при визначенні (вимірювання) малих площин (100 … 400 см²) та у випадках, коли використовують карти, які багаторазово застосовувались і спосіб планіметрування у цьому разі дає великі похибки. Палетка виготовлюється з органічного скла чи целулоїду. Частіше її роблять із кальки. Для цього на неї наносять сітку квадратів із стороною 2 мм. Ціна поділок кожного такого квадрату визначається в залежності від масштабу карти, на якій виконують вимірювання площі водозбору. Палетка накладається на контур і підраховується спочатку кількість повних, а потім частини неповних («на око») квадратів. Підрахунок проводять двічі, і якщо різниця між загальною кількістю квадратів не перевищує 2 %, то за кінцевий результат приймають середнє з двох підрахунків. Якщо різниця більша 2 %, то вимірювання повторюють. Для визначення площі водозбору необхідно загальну кількість квадратів помножити на ціну поділки.

В нашому прикладі площі визначали за допомогою палетки. Ціна поділки квадрата зі стороною 2 мм при масштабі нашої карти дорівнює 4 км². Результати вимірювань окремо по правобережній і лівобережній частинах водозбору р. Роздольної записуємо у табл. 9. 1, з даних якої випливає, що правобережна частина р. Роздольної до гирла р. Лісової складає 8 776 км , а лівобережна 4720 км²; загальна площа буде F= 8776 + 4720 = 1 3496 км².

3. Для побудови графіка наростання площі водозбору за довжиною річки необхідно знати відстань (в кілометрах) від гирла чи розрахункового створу до впадіння приток та водозбірні площі цих приток. Всі ці відомості нами визначені й наведені у табл. 1. 3 та 9. 1, на підставі яких будуємо графік наростання площі окремо для правобережної та лівобережної частин басейна р. Роздольна. Для цього на міліметровому папері проводимо горизонтальну лінію, довжиною що дорівнює довжині р. Роздольної у вибраному масштабі, а на вертикальній лінії відкладаємо площі басейнів і міжприточних просторів. Масштаби призначаємо такими: горизонтальний 1 см = 20 км, а вертикальний 1 см = 2 000 км².

Таблиця 9. 1 Відомість визначення площі водозбору (р. Роздольна - гирло р. Лісова)

Назва площі	Кількість квадратів				Площа, км
	перше вимірювання	друге вимірювання	Середнє
Правобережжя
Міжприточний простір 1	312 __ 318		315	1260
Р. Безіменна	246	242	244	976
Міжприточний простір 2	332	338	335	1340
Р. Розвильна	1195	1176	1186	4744
Міжприточний простір 3	113	115	114	456
				∑=8776
Лівобережжя
Міжприточний простір 4	107	109	108	432
Р. Усовка	186	184	185	740
Міжприточний простір 5	249	243	246	984
Р. Ніловка	433	441	437	1748
Міжприточний простір 6	202	206	204	816
	1			∑=4720
Весь водозбір р. Рздольна до гирла р. Лісова 13496

Для нашого прикладу на рис. 9. 1 на горизонтальній лінії відкладаємо в масштабі відстань для правого та лівого берегів від замикаючого створу (від нуля) до місць впадіння приток Розвильної (31,6 км), Ніловки (69,0 км), Безіменної (130 км) та Усовки (160 км). Площа міжпроточного простору 1 від витоку р. Роздольної до гирла р. Безіменна складає 1 260 км². Відкладаємо цю величину вгору на відстані 130 км від замикаючого створу (точка Б). Від витоку (точка А) до точки Б проводимо пряму лінію. У цьому місці в головну річку впадає р. Безіменна з площею водозбору 976 км . Отже, з правого берега на відстані 130 км від замикаючого створу площа правобережної частини р. Роздольна складатиме 1 260 + 976 = 2 236 км . Відкладаємо цю величину по вертикалі (точка В). На графіку площа водозбору р. Безіменна відповідає довжині відрізку БВ.

На ділянці від р. Безіменна до р. Розвильна площа правобережної частини басейну р. Роздольної збільшується на 1 340 км² за рахунок міжпроточного простору 2. Тоді площа до впадіння р. Розвильна буде: 1 260 + 976 + 1 340 = 3576 км². На відстані 31,6 км відкладаємо вгору точку Г і з'єднуємо її похилою лінією з точкою В. В цьому місці впадає р. Розвильна з площею басейну 4 744 км². Тоді сумарна площа правобережної частини р. Роздольної складатиме: 3 576 + 4 744 = 8 320 км². Відкладаємо цю величину на відстані 31,6 км угору над точкою Г (точка Д). Відрізок ГД графіка відповідає площі водозбору р. Розвильної.

Рис. 9. 1. Графік наростання площі водозбору р. Роздольна до гирла р. Лісова

До замикаючого створу правобережна частина водозбірної площі р. Роздольної збільшується за рахунок міжприточного простору 3, розмір якого складає 456 км². Отже, сумарна площа правобережної частини басейну р. Роздольна від витоку до замикаючого створу складає: 8 320 + 456 = 8 776 км². Відклавши значення цієї площі вгору на вертикальній осі, отримаємо кінцеву точку графіка Е, яку з'єднуємо прямою лінією з точкою Д. Таким чином, на графіку похилі лінії зображують збільшення площ за рахунок міжприточних просторів, а вертикальні лінії – за рахунок площ водозборів приток.

Аналогічним шляхом будуємо графік і для лівобережної частини водозбору р. Роздольна. Склавши графіки правобережної та лівобережної частин, отримаємо сумарний графік наростання площі басейну річки. Останній, звичайно, показують пунктирною лінією.

а) Довжиною річкового водозбору називається відстань по прямій від найбільш віддаленої точки на лінії вододілу до гирла або замикаючого створу

При зігнутій формі басейна лінію його довжини проводять через середини поперечників, що перетинають площу водозбору перпендикулярно напрямку головної річки, або через центри кіл, що вписані в басейн і торкаються двох протилежних його сторін (вододілів). Довжину цієї лінії вимірюють курвіметром або вимірювачем. У нашому прикладі визначаємо довжину водозбору по прямій, яка з'єднує точки на вододілі у верхів'ї р. Роздольна та місцях впадіння р. Лісової. Вона дорівнює 195 мм, або з урахуванням масштабу карти – 195 км.

б) Середня ширина басейну В _сер (км) визначається шляхом ділення площі водозбору F (км²) на його довжину L_в (км), тобто за формулою:

. (9. 1)

У нашому прикладі В_сер= 13496 / 195 = 69,2 км.

в) Коефіцієнт витягнутості водозбору визначається за формулою:

. (9. 2)

де L – довжина річки в км;

F – площа водозбору в км².

Виконаємо розрахунок:δ = 237² / 13496 = 4,16.

г) Визначення коефіцієнту асиметрії водозбору

Коефіцієнт асиметрії водозбору а характеризує нерівномірність розподілу площ правобережної і лівобережної частин річкового басейну по відношенню до головної річки. Він обчислюється за формулою

, (9. 3)

де F_л F_n – площі відповідно лівобережної та правобережної частин водозбору; чисельник визначається як абсолютна величина.

У нашому прикладі, підставляючи дані таблиці 1. 4 у формулу 1. 8 отримаємо наступне значення:

5. Середня висота водозбору Н _сер обчислюється за формулою:

(9. 4)

де Н₁, Н₂, … Н_n – середні висоти між сусідними горизонталями, км;

f₁, f₂, … f_n – часткові площі водозбору, що розташовані між сусідніми горизонталями, км²;

F – площа водозбору, км²

Площі між сусідніми горизонталями в межах водозбору р. Розвильна виміряємо за допомогою планіметра і результати записуємо в таблицю 9. 2. Підставляючи у формулу (9. 4) підсумкові дані цієї таблиці, отримаємо:

Н_сер = 3433 / 4744 = 0,724 км = 724 м.

Середній похил поверхні водозбору визначається за формулою:

(9. 5)

де ∆Н – переріз горизонталей, км або м;

l₀, l₁, ... l_п – довжина горизонталей, км або м;

F– площа водозбору км² або м² (всі характеристики включаються у формулу в однакових розмірностях).

Похил водозбору в цьому випадку визначається у відносних одиницях. Для вираження його в промілле необхідно отримане значення помножити на 1 000.

У нашому прикладі водозбір р. Роздольної перетинає чотири горизонталі 600, 700, 800 і 900 м. Довжини горизонталей визначаються курвіметром. Переріз горизонталей на даній карті дорівнює 100 м або 0,1 км. Підставляючи їх значення у формулу (1. 10), отримаємо:

.

Таблиця 9. 2 - Дані для обчислення середньої висоти басейну р. Роздольна

Відмітка горизонталі, км	Площа басейну між горизонталями fі, км2	Середня відмітка горизонталі H i , , км	Добуток H i f i, ,
Гирло 0,596
0,600	93,0	0,598	55,6
0,700	1635	0,650	1062
0,800	2559	0,750	1919
0,900	331	0,850	281
0,927	126	0,914	115
	∑=4744		∑=3433

6. Коефіцієнт розвитку довжини вододільної лінії т являє собою відношення довжини вододільної лінії S до довжини кола S₁, площа якого дорівнює площі водозбору річки F; він обчислюється за формулою

, (9. 6)

У нашому прикладі за допомогою курвіметра визначаємо довжину вододільної лінії. Середня з двох вимірювань довжина дорівнює 567 км. Потім, підставляючи це значення у формулу (1. 11), отримаємо

Отже, коефіцієнт розвитку довжини вододільної лінії водозбору р. Роздольної дорівнює 1,38.