ДИНАМИКА И РЕЖИМ РУСЛОВЫХ ВОДНЫХ ПОТОКОВ
Простейшим случаем движения воды в русле является случай так называемого ламинарного течения, при котором вода движется строго параллельными струями, следующими вдоль длинной оси русла.
Вода, как и всякая жидкость, обладает вязкостью, поэтому любая из струй, на которые можно разложить ламинарный поток, испытывает трение о соседние части водной толщи. Однако это внутреннее трение сравнительно невелико. Гораздо больше внешнее трение, испытываемое движущейся водой о дно и стенки русла. Это внешнее трение сильно тормозит течение, уменьшая иногда его скорость почти вдвое. Замедляется течение и в поверхностных слоях потока в связи с трением о воздух. Поэтому движение ламинарного руслового потока происходит как бы послойно Слой, прилежащий ко дну и стенкам, движется медленнее всего; слой, расположенный над ним — быстрее; слой, находящийся в центре потока, — еще быстрее и т. д.
Эти слои, концентричные контурам поперечного сечения потока, конечно, не отграничены четко друг от друга. В вертикальном и продольном сечении скорости течения будут нарастать от дна к средней части потока и затем уменьшаться к поверхности. Наибольшие скорости также будут расположены посредине потока, а к берегам будут убывать.
Однако ламинарным может быть движение потока лишь при ничтожно малых скоростях — порядка 0,1—0,7 см/сек. Практически даже медленно текущие ручьи и реки равнинных стран обладают гораздо большими скоростями течения (0,5— 2,5 м/сек).
При таких скоростях движение воды не может быть ламинарным, а преобразуется в так называемое турбулентное, т. е. вихревое. Хотя в среднем распределение продольных скоростей в потоке и остается тем же, что и при ламинарном движении, но в толще воды возникают завихрения, перемешивающие воду как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Именно эти завихрения и являются основными причинами размыва дна и стенок русла, взмучивания частиц, оторванных от них, и переноса этих частиц вниз по течению.
Чем больше скорости течения, тем больше и степень турбулентности потока, тем прихотливее система образующихся в нем вихрей. Именно поэтому относительно медленно текущие реки равнинных стран несут свои воды плавно, спокойно, а быстротекущие горные реки бурлят и пенятся. От средней скорости течения и степени турбулентности потока прямо зависит его разрушительная сила.
Работа рек и ручьев зависит еще и от степени их много водности, т. е. от массы воды, протекающей через сечение русла в единицу времени, или иначе от расхода потока. В большинстве случаев расход реки или ручья не бывает строго постоянным, а меняется по сезонам года, то возрастая, то уменьшаясь.
Соответственно различают паводки, когда расходы реки или ручья возрастают против средней величины, и межень, когда расходы минимальны. В межень русло не целиком заполнено водой. Во время паводка уровень воды поднимается, и русло заполняется водой в большей его части или же целиком. Если паводок очень велик, то река или ручей могут выйти из берегов и разлиться, затопив обширные площади. Такие паводки, сопровождающиеся разливами, носят название половодий.
Вода, как и всякая жидкость, обладает вязкостью, поэтому любая из струй, на которые можно разложить ламинарный поток, испытывает трение о соседние части водной толщи. Однако это внутреннее трение сравнительно невелико. Гораздо больше внешнее трение, испытываемое движущейся водой о дно и стенки русла. Это внешнее трение сильно тормозит течение, уменьшая иногда его скорость почти вдвое. Замедляется течение и в поверхностных слоях потока в связи с трением о воздух. Поэтому движение ламинарного руслового потока происходит как бы послойно Слой, прилежащий ко дну и стенкам, движется медленнее всего; слой, расположенный над ним — быстрее; слой, находящийся в центре потока, — еще быстрее и т. д.
Эти слои, концентричные контурам поперечного сечения потока, конечно, не отграничены четко друг от друга. В вертикальном и продольном сечении скорости течения будут нарастать от дна к средней части потока и затем уменьшаться к поверхности. Наибольшие скорости также будут расположены посредине потока, а к берегам будут убывать.
Однако ламинарным может быть движение потока лишь при ничтожно малых скоростях — порядка 0,1—0,7 см/сек. Практически даже медленно текущие ручьи и реки равнинных стран обладают гораздо большими скоростями течения (0,5— 2,5 м/сек).
При таких скоростях движение воды не может быть ламинарным, а преобразуется в так называемое турбулентное, т. е. вихревое. Хотя в среднем распределение продольных скоростей в потоке и остается тем же, что и при ламинарном движении, но в толще воды возникают завихрения, перемешивающие воду как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Именно эти завихрения и являются основными причинами размыва дна и стенок русла, взмучивания частиц, оторванных от них, и переноса этих частиц вниз по течению.
Чем больше скорости течения, тем больше и степень турбулентности потока, тем прихотливее система образующихся в нем вихрей. Именно поэтому относительно медленно текущие реки равнинных стран несут свои воды плавно, спокойно, а быстротекущие горные реки бурлят и пенятся. От средней скорости течения и степени турбулентности потока прямо зависит его разрушительная сила.
Работа рек и ручьев зависит еще и от степени их много водности, т. е. от массы воды, протекающей через сечение русла в единицу времени, или иначе от расхода потока. В большинстве случаев расход реки или ручья не бывает строго постоянным, а меняется по сезонам года, то возрастая, то уменьшаясь.
Соответственно различают паводки, когда расходы реки или ручья возрастают против средней величины, и межень, когда расходы минимальны. В межень русло не целиком заполнено водой. Во время паводка уровень воды поднимается, и русло заполняется водой в большей его части или же целиком. Если паводок очень велик, то река или ручей могут выйти из берегов и разлиться, затопив обширные площади. Такие паводки, сопровождающиеся разливами, носят название половодий.
