Русловой сток и гидравлика русла

Русловой сток и гидравлика русла описывают движение воды по открытым руслам, а также то, как его расход связан с глубиной, уклоном и шероховатостью, и как он измеряется на практике.

Definition

Русловой сток — это движение воды в открытом русле, а гидравлика русла — это совокупность теорий, связывающих глубину, скорость и расход этого потока с геометрией русла, уклоном и шероховатостью при свободной водной поверхности.

Scope

Эта тема охватывает принципы течения в открытых руслах, равномерного и плавно изменяющегося течения, уравнения сопротивления, связывающие скорость с характеристиками русла, и измерение руслового стока с помощью гидрометрических вертушек и градуировочных зависимостей «уровень-расход». Она рассматривает само русловое течение, в то время как отложения и форма русла рассматриваются в отдельной теме.

Core questions

• Как расход связан с глубиной, уклоном и шероховатостью русла?
• Что отличает равномерное, плавно изменяющееся и быстро изменяющееся течение?
• Как измеряется русловой сток в полевых условиях?
• Как градуировочная зависимость «уровень-расход» преобразует уровень воды в расход?

Key concepts

• Течение в открытых руслах
• Равномерное и плавно изменяющееся течение
• Уравнение Маннинга и шероховатость
• Гидравлический радиус и поперечное сечение
• Измерение расхода
• Градуировочная кривая «уровень-расход»

Key theories

Уравнения сопротивления для открытых русел

Эмпирические законы сопротивления, такие как уравнение Маннинга, связывают среднюю скорость потока с уклоном русла, гидравлическим радиусом и коэффициентом шероховатости, предоставляя стандартные средства для расчета расхода в открытых руслах.

Градуировочная зависимость «уровень-расход»

Поскольку непрерывное прямое измерение расхода непрактично, расход связывается с легко регистрируемым уровнем воды посредством градуировочной кривой, калиброванной периодическими измерениями гидрометрической вертушкой, что является основой гидрологических измерений.

Clinical relevance

Гидравлика русла лежит в основе проектирования каналов, водопропускных труб и сооружений для отвода паводков, функционирования гидрологических сетей, поставляющих данные практически для всей гидрологии поверхностных вод, и прохождения паводковых волн через речные системы.

History

Гидравлика открытых русел развивалась благодаря формулам сопротивления XVIII–XIX веков (Шези, Маннинг) и была обобщена в тексте Чоу 1959 года. Систематические измерения стока с помощью гидрометрических вертушек и градуировочных зависимостей «уровень-расход», кодифицированные такими учреждениями, как USGS, сделали непрерывные записи расхода основой гидрологии.

Key figures

• Ven Te Chow
• Robert Manning

Seminal works

• chow1959
• dingman2015
• rantz1982

Frequently asked questions

Как непрерывно измеряется расход реки?

Расход измеряется непосредственно только периодически, путем измерения скорости по всему руслу; эти измерения калибруют градуировочную зависимость «уровень-расход», так что непрерывно регистрируемый уровень воды может быть преобразован в расход между прямыми измерениями.

Для чего используется уравнение Маннинга?

Оно оценивает среднюю скорость, а следовательно, и расход течения в открытом русле по уклону русла, гидравлическому радиусу и коэффициенту шероховатости, и широко используется при проектировании каналов, картировании паводков и расчете расхода.