Тема 3: структура річкового басейну

Такі випадки часто мають місце серед річок, що протікають на плоских заболочених територіях, зокрема тимчасовий поділ вод встановлюється весною біля витоку Дніпра та системи Західної Двіни. Такі умови зміни меж басейнів необхідно особливо враховувати при розрахунках та дослідженні стоку з малих низинно-болотистих басейнів, де вододільна лінія не виражена. Це може суттєво вплинути на величину площі басейну.

3. Повну характеристику кожного річкового басейну можна дати тільки на основі врахування комплексу даних, що визначають морфометричні характеристики даного водозбору, а також фізико-географічні умови, в які відбуваються процеси стоку.

Основними морфометричними характеристиками є: довжина річки, площа водозбору і його форма, ширина, симетрія, середня висота та похил.

Основними вихідними морфометричними характеристиками є довжина річки L і площа водозбору F.

Між площею водозбору та довжиною річки існує корелятивна залежність, що визначається у формі степеневого рівняння:

. (1)

Для рівнинної території України або .

Форма річкових водозборів переважно характеризується розширенням в середній частині і звуженням до гирла і витоків.

Разом з тим, поряд з цією типовою формою є водозбори рівномірно розвинені або з більш розвиненою частиною в верхів’ях чи навпаки, в нижній частині. Є навіть водозбори, що звужуються в середній частині.

Форма річкових водозборів визначає умови одночасності потрапляння (припливу) води до заданого створу з різних частин водозабірної площі, і через це суттєво впливає на умови протікання води в річці. Зокрема в умовах рівномірно розвинутого водозбору вода до розрахункового створу буде поступати приблизно однаковими порціями (частками) протягом всього періоду стікання. На водозборі з різним розширенням у верхів’ях найбільші витрати води у розрахунковому створі буде відмічено тоді, коли вода потрапить із цих віддалених частин водозбору; на водозборах з розширенням в нижній частині підвищений стік буде спостерігатись в першу фазу стікання.

Однією з характеристик форми річкового водозбору є коефіцієнт розвитку довжини вододільної лінії (m). Він являє собою відношення довжини вододільної лінії S до довжини лінії кола , площа якого дорівнює площі басейну.

Маючи на увазі, що площа круга, що дорівнює площі водозбору, буде представлена у вигляді: , тоді (2)

і . (3)

Очевидно, що чим більша форма річкового басейну відрізняється від площі кола, тим більша величина m.

Числовою характеристикою форми річкового басейну є відношення середньої ширини водозбору В_сер довжини річки L, тобто В_сер / L.

Ширина водозбірної площі змінюється за довжиною річки. Ця зміна впливає на кількість води, що притікає до русла річки на різних ділянках. Зміна ширини водозбору може бути представлена у формі графіка, який називається ідограма. При побудові цього графіка суміщають по осі абсцис довжини всіх крупних приток першого порядку з довжиною основної річки і відкладають послідовно на осі ординат середні ширини часткових водозборів.

Вихідні дані для побудови ідограми отримують таким способом: на карті виділяють басейни крупних приток і ділянок, де стік безпосередньо поступає в основну річку (рис.1). На рис.1 пунктиром виділено міжприточні ділянки. Для кожного з виділених басейнів та ділянок за даними про їх довжини l_i та площі f_i визначають середні ширини:

. (4)

Обчислення проводять в табличній формі (таблиця 1).

Рис.1. Схема басейну річки з крупними притоками і міжприточними ділянками

Таблиця 1

Розрахунок ширини ділянок для басейну річки

По осі абсцис відкладають в масштабі гідрографічну довжину річки. Вздовж цієї лінії спочатку відкладають ширини безприточних ділянок основного водотоку (1-2, 2-3, 3-4, 4-5), а потім ширини водозборів (А,В,С) починаючи від гирла, або заданого розрахункового створу. В даному прикладі часткова ширина першого розрахункового створу притока А відкладена вправо на протязі 45 км.

Ця часткова ширина у відповідності з довжиною притоків «А» розташувалася над шириною ділянок 3-4, 2-3, 1-2. Часткова ширина наступного притоку В відкладена від точки, що знаходиться на віддалі 32 км по осі абсцис. Ця ширина відкладена над сумарною шириною ділянки 2-3 і водозабору А, та над шириною ділянки 1-3.

В результаті отримуємо графік, який характеризує зміну ширини басейну по довжині річки. Його називають графіком одиничних ширин (рис.2). Цей графік можна розглядати як функцію, що характеризує послідовність проходження через розрахунковий створ порцій води, що утворились за одиницю часу на поверхні басейну від дощу чи сніготанення. При цьому об’єм води, що одночасно поступає у фіксований момент часу буде пропорційний ширині водозбору.

Рис.2. Графік одиничних ширин басейну річки

Мірою систематичності басейну є коефіцієнт асиметрії, який дорівнює:

. (5)

Середня висота басейну:

, (6)

де f_i – часткові площі між горизонталями, м²; n_i – середня висота між суміжними горизонталями, м; F – загальна площа водозбору, км².

Середній похил

, (7)

де h – висота перетину горизонталей, м; - сума довжин горизонталей, м; F – загальна площа водозбору, км².

Для урахування розчленовасті рельєфу при розрахунках максимальних витрат води визначають параметр Ф, що характеризує геоморфологічний фактор стоку:

, (8)

де - довжина схилів, м; I - похил схилів, ‰.

Точка перетину середньої довжини і ширини водозбору називається центром тяжіння водозбору. З рельєфом пов’язана тривалість добігання води до розрахункового створу.