> Техника, страница 72 > Половодье

Половодье

Половодье, состояние речных потоков в период весеннего разлива, сопровождающееся наводнениями (смотрите) или проходящее без таковых. П. совпадает с ледоходом (смотрите) и часто с ледяными заторами (смотрите), влекущими за собой большие повреждения искусственных и гидротехнич. сооружений. Уровень воды при П. всегда в несколько раз выше уровня воды при среднем горизонте и тем более при мелководьи. Так например, Рейн около Кельна при мелководьи имеет среднюю глубину в 2,5 м, при среднем горизонте глубина равна 5,3 метров и при П.—12 метров Чем больше река, тем больше м. б. глубина воды. Количество воды в период П. увеличивается, и в связи с этим б. ч. увеличивается и количество влекомых водой наносов. При подъеме воды уклон, или падение реки (смотрите), увеличивается, а следовательно увеличивается и скорость; наоборот, при спаде воды скорость уменьшается вследствие уменьшения уклона реки.При обычных П. скорость редко превышает 2 м/ск. При самых высоких П. скорости достигают 3 и до 4 м/ск. Наибольший расход воды во время П. отвечает наибольшему стоку ее. Характер половодьевой волны идентичен с таковым волны па (смотрите), но, длина волны в первом случае про-стирается на значительно большее расстояние. Простирающаяся на сотни км поло-•водьевая волна на. всем своем протяжении, считая от начала своего образования до своего исчезновения, претерпевает при своем движении изменение своей формы, Имея большую крутизну впереди своего гребня и будучи более пологой позади его. В общем половодьевая волна представляет собой совокупность отдельных волн, образовавшихся уже в притоках и перекрывающих одна другую. В связи с изменением в большую сторону размеров живого сечения потока изменяется при П. в большинстве случаев в большей степени и ложе реки, вследствие большего взвешивания частиц грунта в начале П. и переноса их на новые места и вследствие осаждения перенесенных течением во время П. частиц грунта в конце П. и образования т. о, наносов в новых местах. Явление это конечно присуще рекам с размываемым и подвижным (в известных, случаях) руслом. Наибольший размыв происходит в местах более узких и глубоких, а наибольшее осаждение влекомых течением частиц грунта—в местах более широких и

*9

мелких. Русло (смотрите) и уклон реки имеют наименьшее влияние на уровень воды при небольших расходах воды и наибольшее— при П. При наличии ограждающих валов, при различной ширине русла разница в величине живого сечения при П. много больше, чем при меженнем и среднем уровнях воды. При меженнем уровне воды перекаты Смываются сильнее, а плесы соответственно мелеют. Когда вода поднимается, то уклон на перекатах уменьшается в большей мере, чем на плесах, вследствие чего сила влечения наносов на перекатах уменьшается быстрее, чем на плесах; перекаты т. о. становятся мельче, а плесы глубже.

Вода частью подвержена регулярным колебаниям (пульсациям) с образованием водяных вальцов и водоворотов. Поперечными водоворотами постоянно разрушается вогнутый берег, что особенно сильно происходит при П. При устойчивых иловато-глинистых грунтах берег держится во время П. вследствие давления воды, но при убыли воды и прекращении этого давления берег обваливается. То же замечается при плотном· песчаном грунте; однако при П. последний пропитывается водой, которая при убыли воды просачивается обратно в реку и производит обвал. При П. наносы проносятся через плесы, выбирая при этом кратчайший путь, двигаясь от одного выпуклого берега к другому и перерезывая наискось направления русла между двумя изгибами. Уклон на плесах и перекатах при П. приблизительно одинаков. Путь передвижения наносов во время П. не совпадает с путем передвижения их во время меженнего уровня, когда вода, Встречая наименьшее сопротивление в глубоких местах около вогнутых берегов, прокладывает путь от одного вогнутого берега к другому и, пересекая перекат наискось, смывает с последнего часть наносов, опускающихся дальше в плес. Т. о. при П. происходит сильное углубление плесов и обме-. ление перекатов, последствием чего является общее уравнивание уклонов и происходит, несмотря на возрастание неровностей дна, относительное уменьшение разницы глубины русла. По мере понижения уровня воды разница эта однако возрастает; на плесах, уклон поверхности потока становится пологим, а на перекатах—крутым, при этом способность передвигать наносы уменьшается, причем на плесах более резко, чем на мелких местах. На прямых участках реки после каждого половодья передвигаются мели вниз по течению, оставаясь около того же берега; передвижения эти зависят от размера и продолжительности П. В общем вопрос о передвижении наносов при П. еще мало исследован и требует дальнейшей проработки. Взвешивающая сила S по Форхгеймеру (Ph. Forchheimer) зависит от уклона J и глубины t воды и м. б. выражена ур-ием:

S=yJl, (1)

где у—уд. в воды. Влечение наносов начинается (не исключая подвижного русла) по достижении взвешивающей силой некоторой предельной минимальной величины S₀, соответствующей некоторой глубине воды t₀ и увеличивающейся с увеличением глубины, достигающей своей наибольшей величины при П. Так как уклон J в рассматриваемом участке потока величина б. или м. постоянная, то по Форхгеймеру сила 8₀ по преимуществу зависит от горизонта воды, то есть от глубины потока. Если влечение наносов наступает при некоторой глубине t₀ воды, то в рассматриваемом месте сила влечения наносов приобретает согласно формуле (1) величину S₀=yJt₀. (la)

Живая сила потока при взвешивании частиц грунта конечно больше той, при которой происходит осаждение таковых. Этим объясняется, почему в начале половодья происходит наибольшее влечение наносов, а при спаде воды—постепенное осаждение таковых. От величины живой силы потока, а следовательно и сил 8 и S₀ зависит интенсивность взвешивания и образования наносов. По Франциусу (О. Franzius) сила влечения наносов зависит также от некоторой величины а, под которой разумеется отношение донной скорости v„ к средней скорости v_m потока; т. о. формула (1) по Франциусу примет вид:

S=yJt —=yJta. (2)

^vm

По Энгельсу (Н. Engels) величина а меньше единицы и тем меньше, чем больше количество вихрей в воде. По Шокличу (A. Schok-litsch) формула (1) имеет место как приближенное решение для живых сечений потоков, имеющих всюду одну и ту же глубину t при ширине, равной или большей тридцатикратной глубине. В остальных случаях величину έ надлежит заменить величиной профильного, гидравлич. радиуса R; в таком случае формула (1) примет вид:

S₀=yJR. (3)

От величины силы влечения наносов или взвешивающей силы зависит расход G наносов, который Бой (Р. du Boys) выражает формулой:

G=y>S(S - S₀)=4>y4(t - f₀)J2 =

= yryJt(yJt — S₀), (4)

где G—действительный расход наносов через данное поперечное сечение в секунду или объёмное количество взвешенных частиц грунта, двигающихся в единицу времени че-. рез единицу ширины русла по течению потока; ψ—некоторая постоянная величина, зависящая от рода и крупности наносов и выражаемая в лАг~²с?г¹ при условии выражения величины у в килограммахмг³, величины t в м, а времени—в секундах.

Ф-ла (4) предусмотрена для части живого сечения реки, выражаемого прямоугольником; с изменением этой формы живого сечения потока изменится и величина G, причем при глубине меньшей ί„ никакого взвешивания не произойдет. Для полного живого сечения потока взвешиваемая масса м. б. выражена равенством:

У 2

G=w*J*f l(t — f,) dy, (5)

У1

где у означает абсциссы ширин потока, а У и у_г—абсциссы точек, в которых t=t₀. Ур-ие (5) говорит, что ложе реки не повышается и не понижается при постоянном значении величины в Расход наносов зависит от уд. в взвешиваемых частиц грунта, от размеров зерен влекомых частиц и от их формы. По лабораторным опытам Шоклич установил, что расход G наносов на единицу ширины ложа пропорционален квадрату уклона реки J² и избыточному расходу (Q—Q₀), где Q₀ отвечает тому расходу, при котором начинается движение наносов. Шоклич оспаривает теорию Крейтера (F. Kreuter), по которой движение наносов происходит в тех местах, где глубина воды превышает предельную глубину ί₀, ссылаясь при этом на опыты Курцмана (S. Kurzmann). Опыты эти также выяснили, что не следует устанавливать зависимости между расходом наносов и донной скоростью, так как донная скорость в середине потока, где происходит наибольшее движение наносов, меньше таковой у краев наносного потока. Из сказанного явствует, что в период П., когда величины J, t, Q имеют наибольшее значение, происходит наибольшее взвешивание частиц грунта и наибольшая передвижка их, влекущая за собой, в связи с подмывом берегов, обрушение последних под влиянием II. и, в связи с вынесением наносов притоками, деформирование русла, а иногда и существенное изменение всего режима рек. Т. к. величины G и у трудно определимы, то Шафер-нак ввел для сравнительного вычисления G

их отношение —, дав тем самым возможность правильного сравнения профилей, т. к. величина ψ не меняется от изменения русла.

Существенное значение имеют для режима рек в положительном смысле встречающиеся на пути течения потока озера, являющиеся регуляторами стока. После протекания через озеро или вообще большой открытый водоем расход воды во время П. уменьшается, причем протекающая масса воды при этом по абсолютной величине не изменяется. Таким же Образом сказывается влияние уширения русла реки (например в поймах) в период П. и уменьшение в нижнем течении реки уклона дна ее. В высоких горных местах сток в, период П. регулируется до некоторой степени медленным таянием снегов, наступающим поздней весной. В данном случае ледники играют роль запруд, задерживающих и регулирующих сток во время П. Во- многих случаях оказывает регулирующее влияние на П. лес, присутствие которого замедляет таяние снега и задерживает вообще сток воды. При регулировании рек не следует по возможности уменьшать русло П., особенно в том случае, когда горизонт П. и без того затопляет прибрежную.полосу, имея в виду, что результатом сужения русЛа половодьем является увеличение размыва русла.

Лит.: Schoklitsch A., Ueber Schleppkraft u. Geschiebebewegung, Lpz., 1914; KurzmannS., Beobaehtungen liber Geschiebeiiihrung, Mch., 1919; Forchheim.er Ph., Grundriss der Hydraulik, 2 Aufl., Lpz.—B., 1926; Engels H., Handbuch des Wasserbaues, 3 AufL.B.l—2, B., 1923,Erganzungsheft, 1926; Handb. Ing., T. 3, Wasserbau, В. 1, Die Gewas-serkunde,5 Aufl.; FranziusO., Der Verkehrswasser-bau, B., 1927; Schaffernak Fr., Theorie des Gesehiebeb, trlebs u. ihre Anwendungen, «Ztschr. d. osterr. Ing.-u. Arch.-Vereines», W., 1916, p. 209, 229; Schaffernak IT. Neue Grundlagen fiir die Berechnung der Geschiebeiiihrung In Flusslaufen. Leipzig—Wien, 1922.. С. Брилинг.