Не всякая птица долетит до середины, или какова ширина реки Днепр

Средняя скорость в живом сечении. Формула Шези

Для вычисления средней скорости потока при отсутствии непосредственных измерений широко применяется формула Шези. Она имеет следующий вид:

_ср

Величина коэффициента С не является величиной постоянной. Она зависит от глубины и шероховатости русла. Для определения С существует несколько эмпирических формул. Приведем две из них:

формула Манинга

формула Н. Н. Павловского
где n – коэффициент шероховатости, находится по специальным таблицам М. Ф. Срибного. Переменный показатель в формуле Павловского определяется зависимостью.

Из формулы Шези видно, что скорость потока растет с увеличением гидравлического радиуса или средней глубины. Это происходит потому, что с увеличением глубины ослабевает влияние шероховатости дна на величину скорости в отдельных точках вертикали и тем самым уменьшается площадь на эпюре скоростей, занятая малыми скоростями. Увеличение гидравлического радиуса приводит и к увеличению коэффициента С. Из формулы Шези следует, что скорость потока растет с увеличением уклона, но этот рост при турбулентном движении выражен в меньшей мере, чем при ламинарном.

Движение ламинарное и турбулентное

В природе существуют два режима движения жидкости, в том числе и воды: ламинарное и турбулентное. Ламинарное движение – параллельноструйное. При постоянном расходе воды скорости в каждой точке потока не изменяются во времени ни по величине, ни по направлению. В открытых потоках скорость от дна, где она равна нулю, плавно возрастает до наибольшей величины на поверхности. Движение зависит от вязкости жидкости, и сопротивление движению пропорционально скорости в первой степени. Перемешивание в потоке носит характер молекулярной диффузии. Ламинарный режим характерен для подземных потоков, протекающих в мелкозернистых грунтах.

В речных потоках движение турбулентное. Характерной особенностью турбулентного режима является пульсация скорости, т. е. изменение ее во времени в каждой точке по величине и направлению. Эти колебания скорости в каждой точке совершаются около устойчивых средних значений, которыми обычно и оперируют гидрологи. Наибольшие скорости наблюдаются на поверхности потока. В направлении ко дну они уменьшаются относительно медленно и в непосредственной близости от дна имеют еще достаточно большие значения. Таким образом, в речном потоке скорость у дна практически не равна нулю. В теоретических исследованиях турбулентного потока отмечается наличие у дна очень тонкого пограничного слоя, в котором скорость резко уменьшается до нуля.

Турбулентное движение практически не зависит от вязкости жидкости. Сопротивление движению в турбулентных потоках пропорционально квадрату скорости.

Экспериментально установлено, что переход от ламинарного режима к турбулентному и обратно происходит при определенных соотношениях между скоростью v_ср и глубиной H_ср потока. Это соотношение выражается безразмерным числом Рейнольдса

Для открытых каналов критические числа Рейнольдса, при которых меняется режим движения, изменяются примерно в пределах 300-1200. Если принять Re = 360 и коэффициент кинематической вязкости = 0,011, то при глубине 10 см критическая скорость (скорость, при которой ламинарное движение переходит в турбулентное) равна 0,40 см/с; при глубине 100 см она снижается до 0,04 см/с. Малыми значениями критической скорости объясняется турбулентный характер движения воды в речных потоках.

По современным представлениям (А. В. Караушев и др.), внутри турбулентного потока в различных направлениях и с различными относительными скоростями перемещаются элементарные объемы воды (структурные элементы), обладающие различными размерами. Таким образом, наряду с общим движением потока можно заметить движение отдельных масс воды, в течение короткого времени ведущих как бы самостоятельное существование. Этим, очевидно, объясняется появление на поверхности турбулентного потока маленьких воронок – водоворотов, быстро появляющихся и так же быстро исчезающих, как бы растворяющихся в общей массе воды. Этим же объясняется не только пульсация скоростей в потоке, но и пульсации мутности, температуры, концентрации растворенных солей.

Турбулентный характер движения воды в реках обусловливает перемешивание водной массы. Интенсивность перемешивания усиливается с увеличением скорости течения. Явление перемешивания имеет большое гидрологическое значение. Оно способствует выравниванию по живому сечению потока температуры, концентрации взвешенных и растворенных частиц.

Рис. 65. Примеры кривой водной поверхности потока. а – крикая подпора, б – кривая спада (по А. В. Караушеву).

Чем грозит рост уровня моря

Главная проблема повышения уровня Мирового океана — затопление прибрежных районов. Последствия изменения климата и роста уровня воды первыми почувствуют на себе малые островные государства и территории в Тихом и Индийском океанах, например, Кирибати, Маршалловы острова или Гавайи. Они могут вовсе исчезнуть с лица Земли. Дополнительный нагрев моря затрудняет размножение рыбы, что негативно повлияет на морской промысел, который является одним из главных источников дохода для жителей этих регионов.

Зеленая экономика

Прощай, Бордо: десять неприятных последствий глобального потепления

Чуть более теплый океан вызывает больше сильных ураганов, тайфунов и штормов, что разрушительно сказывается на прибрежных городах. Восемь из десяти крупнейших мегаполисов мира, где проживают сотни миллионов человек, располагаются недалеко от побережья. Исследования показывают, что в период с 1963 по 2012 годы почти половина всех смертей от ураганов в Атлантике случилась из-за штормовых нагонов, вызванных потеплением океана.

Рост уровня воды угрожает инфраструктуре городов, промышленности, грозит загрязнением питьевых источников и т.п. От соленой морской воды пострадают не только источники пресной воды, но и сельское хозяйство в целом, что вызовет массовый голод. Можно ожидать глобальную миграцию и климатических беженцев.

Зеленая экономика

Великое переселение будущего: кто такие климатические мигранты

К 2100 году повышение уровня моря на один метр при нулевом росте населения затронет 410 млн. человек по всем миру. По прогнозам Всемирного банка, к 2050 году ущерб мировой экономике только от наводнений составит до $52 млрд в год. Эта цифра может вырасти до $1 трлн в год, если к наводнениям прибавить ущерб от непосредственного повышения уровня океана.

Более теплая вода в океанах повышает их кислотность и снижает уровень кислорода, что негативно сказывается на биоразнообразии и экосистемах в целом. Если глобальная температура увеличится на 2 °C в сравнении с доиндустриальной эпохой, то коралловые рифы исчезнут почти полностью.

Мосты и переправы

На территориях 3-х стран мостов и переправ насчитывается около сотни. 23 на территории РФ, 50 в Украине, 21 в Беларуси. Остановимся на самых красивых и оригинальных. Находятся они на территории Украины:

1. Южный мост (Киев). Высота 135 м, протяженность 1255 км.
2. Мост Патона (Киев). Добротный, 6-ти полосный служит по сей день.
3. Мерефо-Херсонский (г. Днепр) длиной 1610 км. Ажурная архитектура моста выполнена таким образов, что арки нижней его части соединяются со своими отражениями в воде, образуя кружевные круги.
4. Амурский (г. Днепр) 1884 г постройки. Построен, как для ж/д сообщения, так и для автомобильного.
5. Арочный (Запорожье) 40-ка метровой высоты. Мост полюбился также роуп-джамперам.

Кроме мостов на Днепре действуют паромные переправы.

Тоннели под Днепром в Киеве

В прошлом веке планировалось построить несколько тоннелей под рекой. Были разработаны проекты и начато строительство 3-х тоннелей. Оно длилось с 1938 по 1941 гг. В начале войны стройку признали нецелесообразной и свернули. Тоннели сохранились до нашего времени. Находятся они в полузатопленном состоянии в местах:

• на острове Жуковский;
• на Осокорках;
• на Оболонской наб. в виде кессона.

Как работают реки

Каждый из нас наблюдал за процессом полива. Струйка воды, льющаяся из лейки либо шланга, попадала на землю и размывала её. Река тоже способна постепенно размывать сыпучие породы. Под воздействием разрушительной работы водных масс появляется углубление в земной коре. Так формируется русло реки. Можно отметить, что река сама прокладывает свой путь. Чем круче уклон реки, под который она движется, тем быстрее течение. Поэтому следует помнить, что на глубине и в местах с быстрым течением купаться опасно.

Вместе с движущимся водным потоком перемещаются разрушенные измельченные частицы размытых пород (обломки, песок, глина, галька и др.). При уменьшении уклона течение замедляет ход, а твердые частицы постепенно оседают. Наносы накапливаются из года в год. В результате геологической работы реки образуется речная долина.

Пороги

Водные массы, прокладывая русло, встречают на своем пути горные породы разной прочности. При пересечении потоком твердых скальных пород в русле возникают каменистые неровности – пороги. Они часто встречаются на горных реках, на равнинных участках – редко. Пороги способны перегораживать русло рек. Пороги имеют живописный вид, но опасны для судоходства.

Нил, Конго, Енисей являются примерами порожистых рек. Среди любителей водного экстрима выделяются реки с огромным количеством сложных порогов и водоворотов: Франклин (Австралия), Ноче (Италия), Катунь (Россия), Колорадо (США) и другие.

Водопады

Если река встречает на своем пути высокие крутые уступы твердых пород, то образуется водопад. Высочайшим в мире признан водопад Анхель, находящийся в Южной Америке. Его высота составляет 1054 м. Широко известен среди туристов мощный и красивейший Ниагарский водопад в Северной Америке, высота – 53 м. В России одним из высоких водопадов считается Илья Муромец. Это природное явление льется с высоты 141 м на Курильских островах.

Тип течения

У рек, как и у человека, есть характер. Характер течения рек определяет рельеф. Все реки на нашей планете по специфике рельефа местности классифицируются по 2 основным типам:

• Равнинные реки имеют извилистое русло. Скорость течения медленная, спокойная, поэтому «препятствия» обходят стороной. Свойственна обширная долина с плоским дном. Такие реки – глубоки, пригодны для судоходства. Типичные примеры равнинных рек – Волга, Сена, Миссисипи, Дунай.
• Горные реки имеют слабоизвилистое русло. Течение стремительное, бурное. Обладает достаточной силой, чтобы прокладывать себе прямой путь. Характерна узкая, глубокая долина. Подобные реки – неглубоки. Сформировано большое количество порогов. Они неблагоприятны для судоходства. Примерами горных рек могут служить: Терек, Замбези, Катунь.

Человеку важно знать особенности строения речных долин, этапы речного режима. Необходимые знания позволят грамотно возводить дома и системы водоснабжения, вести хозяйственную деятельность и организовать безопасный отдых на речных берегах

Итак, на характер и специфику рек оказывают влияние 2 существенных фактора:

• климатические условия
• рельеф территории, по которой протекает

На нашей планете множество рек. Они величаво несут свои воды среди низменностей, возвышенностей, придавая местности колоритный ландшафт.

История и значение реки

В Средние века по Днепру проходила часть торгового пути «Из варяг в греки», который соединял Прибалтику и Причерноморский регион. Из скандинавских и прибалтийских стран вывозились рабы, товары из китовых органов, моржовая кость, оружие, награбленные викингами драгоценности. Из Византии везли ткани, пряности, книги, изделия из стекла и иконы.

В IX веке в среднем течении Днепра образовалась Киевская Русь – одно из крупнейших государств того времени. Наличие реки сыграло первостепенную роль в налаживании торговых связей и дипломатических отношений с Византией, Скандинавией и Европой. В X веке в Днепре проходили обряды по обращению славян в христианство.

В Новейшей истории роль реки стала еще значительней. В XX веке на ней началось строительство каскада водохранилищ. Они существенно преобразили ее русло, сократив и расширив его в некоторых местах. Поднятие уровня воды в трудно проходимых участках позволило сделать Днепр более доступным для судоходства, а сами водохранилища превратились в резервуары для множества промышленных и сельскохозяйственных предприятий, в том числе различных АЭС и ГЭС.

Скорости течения воды и распределение их по живому сечению

Скорости течения в реках неодинаковы в различных точках потока: они изменяются и по глубине и по ширине живого сечения. На каждой отдельно взятой вертикали наименьшие скорости наблюдаются у дна, что связано с влиянием шероховатости русла. От дна к поверхности нарастание скорости сначала происходит быстро, а затем замедляется, и максимум в открытых потоках достигается у поверхности или на расстоянии 0,2H от поверхности. Кривые изменения скоростей по вертикали называются годографами или эпюрами скоростей (рис. 66). На распределение скоростей по вертикали большое влияние оказывают неровности в рельефе дна, ледяной покров, ветер и водная растительность. При наличии на дне неровностей (возвышения, валуны) скорости в потоке перед препятствием резко уменьшаются ко дну. Уменьшаются скорости в придонном слое при развитии водной растительности, значительно повышающей шероховатость дна русла. Зимой подо льдом, особенно при наличии шуги, под влиянием добавочного трения о шероховатую нижнюю поверхность льда скорости малы. Максимум скорости смещается к середине глубины и иногда расположен ближе ко дну. Ветер, дующий в направлении течения, увеличивает скорость у поверхности. При обратном соотношении направления ветра и течения скорости у поверхности уменьшаются, а положение максимума смещается на большую глубину по сравнению с его положением в безветренную погоду.

По ширине потока скорости как поверхностная, так и средняя на вертикалях меняются довольно плавно, в основном повторяя распределение глубин в живом сечении: у берегов скорость меньше, в центре потока она наибольшая. Линия, соединяющая точки на поверхности реки с наибольшими скоростями, называется стрежнем. Знание положения стрежня имеет большое значение при использовании рек для целей водного транспорта и лесосплава. Наглядное представление о распределении скоростей в живом сечении можно получить построением изотах – линий, соединяющих в живом сечении точки с одинаковыми скоростями (рис. 67). Область максимальных скоростей расположена обычно на некоторой глубине от поверхности. Линия, соединяющая по длине потока точки отдельных живых сечений с наибольшими скоростями, называется динамической осью потока.

Рис. 66. Эпюры скоростей.
а – открытое русло, б – перед препятствием, в – ледяной покров, г – скопление шуги.

Средняя скорость на вертикали вычисляется делением площади эпюры скоростей на глубину вертикали или при наличии измеренных скоростей в характерных точках по глубине (V_ПОВ, V_0,2, V_0,6, V_0,8, V_ДОН) по одной из эмпирических формул, например

Что влияет на рост уровня Мирового океана

Есть два основных фактора, которые оказывают влияние на повышение уровня воды — таяние ледников и нагрев морей и океанов.

Повышение температуры воды — большая проблема для всего мира на сегодняшний день. Когда вода становится теплее, она расширяется, то есть занимает больше пространства. Сейчас температура океанов на Земле самая высокая за все время наблюдения за ними. Мировой океан поглощает около 90% всего тепла, замедляя нагрев атмосферы.

Динамика средней глобальной температуры Мирового океана

(Фото: EPA / NOAA)

Беспокойство ученых вызывает и таяние ледников. За последние несколько десятилетий их потери увеличились в пять раз. Скорость таяния Гренландского ледникового щита выросла в семь раз с 1992 года, а Антарктиды — в шесть раз по сравнению с 1980-ми годами. Вклад таяния ледников (с небольшим учетом переноса подземных вод) в повышение уровня моря почти в два раза выше теплового расширения воды.

Зеленая экономика

Как тают ледники Гренландии

Таяние морского льда уменьшает площадь белой поверхности и, соответственно, увеличивает площадь темной поверхности океана, которая хорошо поглощает солнечное излучение. Подсчитано, что заснеженный морской лед поглощает около 20% падающего на него солнечного излучения, тогда как свободная ото льда поверхность океана поглощает более 90%.

Таким образом происходит замкнутый круг: чем теплее становится океан, тем больше тают ледники, что ведет к еще большему поглощению тепла океаном. Минимальная протяженность морского льда в Арктике уменьшилась с 1979 года на 44%. При таких темпах, предупреждают авторы некоторых прогнозов, к середине этого столетия Арктика будет практически свободна ото льда в летние месяцы.