Циркуляция воды в руслах рек

В руслах рек существует три вида течения: верховое, сходящееся, клинообразное и низовое, расходящееся.

Классическая форма циркуляции на прямых участках имеет вид (рис.17).

Причиной этого явления является то, что более быстрое фарваторное течение «втягивает» воду от берегов, создавая зону повышенного уровня воды на середине реки. Исходя из уравнения неразрывности потока, на фарваторе вода перемещается в глубину, а потом к берегам. В результате формируется т.н. винтообразное течение с двумя зонами циркуляции.

На закруглениях реки форваторное течение прижимается к вогнутому берегу и две формы циркуляции течения вырождаются в одну (рис. 18).

Природа циркуляционных течений объясняется действием центробежной силы, силы тяжести, а также силы Кариолиса.

Эпюры скоростей и центробежной силы будут аналогичны, различие будет в величинах, т.к. центробежной сила зависит от квадрата скоростей. Силы избыточного давления, возникающие за счет поперечного уклона, распределяются одинаково по глубине. В итоге результирующая сила в верхних слоях будет направлена к вогнутому берегу, а в нижних слоях – к выпуклому берегу. Это вызывает поперечную циркуляцию воды в русле.

Оценим, насколько поднимется уровень воды у вогнутого берега, если R =100 м, В – 50 м и V - 3 м/c.

Что касается силы Кариолиса, т.е. отклоняющей силы вращения Земли, то она равна: Pk = 2*V * ω * siп Ω (где ω – угловая скорость вращения Земли., Ω - широта места).

При течении с юга на север (вогнутый правый берег) центробежная сила суммируется с силой Кариолиса, с севера на юг (вогнутый левый берег) – вычитаться из центробежной силы (рис. 18).

Рис. 18

Тема 7 *

Регулирование стока воды *