Колебания уровня воды на реках и водохранилищах.
Течения воды на водохранилищах возникают под воздействием ветра и стока. Нижняя (приплотинная) частьводохранилища имеет небольшую протяженность, в ней находится зона активного стока. Скорости течения в этой зоне повышенные, особенно в период сброса в нижний бьеф весеннего паводка.
Приплотинная часть водохранилища глубоководная при любых уровнях воды. Волнение здесь наибольшее по сравнению с другими частями водохранилища, дно не подвергается воздействию волн.
Средняя часть водохранилища имеет наибольшую протяженность и слабое течение. Она имеет большие глубины только при высоких уровнях. При понижении уровня глубины над поймой небольшие, волнение сильное, распространяющееся до дна. При нормальных подопорных уровнях условия плавания здесь такие же, как в нижней зоне.
Верхняя (речная) часть водохранилища при высоких уровнях представляет собой мелкий водоем. При низких уровнях и сохранившемся небольшом подпоре вода входит в меженное русло. Волнение здесь слабое, глубины небольшие и часто меняются из-за колебаний уровня, русло постоянно переформировывается.
Зона выклинивания подпора представляет собой устье главной реки со сложным гидрологическим режимом.
Длина подпорного участка, зависящая от колебаний уровня воды в водохранилище распространяется на несколько десятков километров. У перекатов, расположенных в зонах выклинивания подпора, происходит наращивание гребней. При высоких уровнях река несет много наносов и намывает гребни. При низких уровнях будет происходить размыв переката, но этот процесс идет медленнее. Часть отложенных наносов может остаться несмытой вплоть до начала следующего паводка.
В зоне выклинивания подпора высота гребней перекатов возрастает на 30—35 см по сравнению с их высотой до создания подпора. Это уменьшает глубины, достигнутые общим подъемом уровня. Глубины в зоне подпора часто меняются, плавание судов затруднительно.
Особенно сильные течения на водохранилищах наблюдаются в половодье. В этот период скорость течения в узких местах достигает 1 м/с и более. В центральных зонах водохранилища в половодье скорость течения бывает. 0,5—0,8 м/с, а у берегов—0,3—0,5 м/с.
На водохранилищах течения создаются также и при попусках воды. В этом случае в водохранилище, которое является нижним бьефом верхней ГЭС, наблюдаются скорости течения, достигающие нескольких километров в час. В межень попуски, а следовательно скорости течения, меньше.
Ветровые течения, называемые дрейфовыми, возникают под влиянием трения воздушного потока о поверхность воды и давления ветра на наветренные склоны волн. Скорость ветрового течения зависит от скорости ветра, продолжительности его действия, скорости и направления предшествующих ветров, от глубины, близости берегов и островов. Обычно скорости течения составляют l—7% от скорости ветра. Например, в нижней зоне Цимлянского и Куйбышевского водохранилищ при ветре силой 8—13 м/с (5—6 баллов) скорость дрейфового течения составляет 0,20—0,35 м/с (0,7—1,2 км/ч).
Направления и скорости дрейфовых течений часто меняются, особенно при слабых ветрах. Вблизи берегов на ветровое накладывается течение, возникающее от сгонов и нагонов воды.
Течения на озерах возникают под влиянием впадающих и вытекающих рек, вследствие неравномерного нагревания и охлаждения масс воды и под влиянием ветра. На судоходство оказывают влияние лишь постоянные течения, вызываемые реками. Однако скорость этих течений невелика и в редких случаях достигает 1 см/с.
Уровни воды на водохранилищах постоянно меняются и зависят во многом от изменения величины естественного притока воды, испарения, сгонов и нагонов под воздействием ветра, сбросов воды в нижний бьеф и потерь ее на фильтрацию.
Характерными уровнями водохранилища являются следующие:
подпорный уровень ПУ — уровень воды, образующийся в водотоке или водохранилище в результате подпора;
нормальный подпорный уровень НПУ — наивысший проектный подпорный уровень верхнего бьефа, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений;
форсированный подпорный уровень ФПУ — подъемный уровень выше нормального, временно допускаемый в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений.
Колебания уровней воды в водохранилищах при регулировании стока составляют несколько метров в год.
Обычно в весенний период (в течение двух-трех месяцев) водохранилище наполняется стоком талых вод и уровень воды повышается на несколько метров. В течение лета и зимы происходит сработка воды и снижение уровня, что сказывается на судоходных глубинах. Например, при снижении уровня на З м на Цимлянском водохранилище движение судов в средней части возможно только по фарватеру, в нижней — судоходство возможно даже вне фарватеров.
Колебания уровней воды во многом зависят от вида регулирования стока водохранилища и количества поступающей воды при весеннем половодье.
В маловодные годы при недостаточном стоке воды с бассейна уровень может быть ниже нормального подпорного уровня. В следующий год водохранилище может не восполнить израсходованную воду и уровень не достигнет прежних отметок.
Нагонно-сгонные колебания уровней воды происходят под воздействием ветра. При ветре поверхностное течение приводит к подъему уровня воды у наветренного берега. В результате разности уровней в глубине водоема образуется обратное — компенсационное течение, которое встречает сопротивление дна и поэтому имеет меньшую скорость, чем поверхностное течение. Нагон происходит до тех пор, пока разность в уровнях не усилит компенсационное течение настолько, что между ним и поверхностным течением установится скоростное равновесие и уровень воды получит определенный уклон.
У глубоких водоемов с обрывистыми берегами влияние дна на компенсационное течение меньше, чем у мелких, поэтому компенсационное течение у первых водоемов несколько сильнее и скорее приходит в равновесие с поверхностным. Следовательно, у глубоких водоемов величина нагона воды будет меньше, чем у мелководных.
Наибольший подъем уровня бывает в начале нагона, когда водная масса еще не приобретает глубинного компенсационного течения. Нагоны особенно велики в узких и мелких заливах, вытянутых по направлению ветра.
Величина нагона зависит от силы ветра и характера берега. Например, на Цимлянском водохранилище нагоны у берегов достигают 20—30, а иногда 50—60 см. Нагоны вдоль водохранилища составляют 70—100 см. На Рыбинском водохранилище разность в уровнях у противоположных берегов может достигать 1 м. На приплотинном участке Горьковского водохранилища при нагонных ветрах уровень воды поднимается до 45 см выше НПУ.
При ориентировочных расчетах разность уровней, м, зеркала водохранилища при стонах и нагонах можно определить по формуле Л. С. Кускова
где D — длина разгона волн, м;
Н — средняя глубина водоема в пределах разгона, м;
w — скорость ветра на высоте 10 м от поверхности воды, м/с;
а—угол между направлением ветра и продольной осью водохранилища, град.
Большую опасность для судоходства представляют стоны, которые могут вызвать посадку судов на грунт. Величина стонов может приближенно приниматься равной величине нагонов.
При плавании по трассам, проходящим вблизи берегов водохранилища, особенно в верхней его зоне, необходимо учитывать влияние на глубину стонов и нагонов воды.
Дата добавления: 2015-05-28; просмотров: 4017;