Речная гидравлика

Речная гидравлика – наука, изучающая движение воды в речных потоках, перемещение ими наносов и процессы формирования русла. Движение воды в реках является безнапорным и происходит под действием силы тяжести при наличии продольного уклона или напора. Скорость течения зависит от соотношения горизонтальной составляющей силы тяжести, определяемой уклоном и разностью напоров, и силы трения, определяемой взаимодействием между частицами внутри потока и частицами и дном. Сила гидродинамического сопротивления (трения) возникает в результате трения массы воды о дно и берега и зависит от шероховатости смоченного периметра. Изменения уклона, шероховатости, зарастание макрофитами, а также сужения и расширения русла приводят к изменению скорости течения в живом сечении и по длине потока [Макаревич, 2017].

Для рек характерен турбулентный режим движения воды. Скорость течения в любой точке потока подвержена турбулентным пульсациям по величине и направлению, причем тем большим, чем больше скорость течения. На отдельных участках в верхнем слое может наблюдаться ламинарное течение - спокойное упорядоченное движение воды, перемещающейся параллельно направлению течения. Придонное течение – движение вод в придонном пограничном слое водоема, где существенную роль играет трение о поверхность дна [Котляков, 2007, с. 270, 434].

Применительно к оценке русловых процессов выделяются следующие основные виды течений: 1) продольное (общее) течение, обусловливающее продольное перемещение масс жидкости; 2) поперечное (циркуляционное) течение, обусловливающее поперечное перемещение масс жидкости; 3) турбулентное перемешивание – беспорядочный обмен масс жидкости в толще потока [Макаревич, 2017,  с. 32].

Скорости течения изменяются по глубине и по ширине живого сечения. Гидрометрические вертушки фиксируют скорость, осредненную за некоторый интервал времени (например, 100 с). Кривые изменения скоростей по вертикали называются эпюрами скоростей. Наглядное представление о распределении скоростей течения в живом сечении дают изотахи – линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями течения. В период открытого русла при попутном ветре скорость течения на поверхности увеличивается, а при встречном – уменьшается. Под влиянием растительности уменьшается скорость течения в придонном слое. Из-за неровностей дна) скорость течения перед препятствиями уменьшается ко дну, а после препятствия может возникнуть обратное течение [Макаревич, 2017, с. 51].