اعتماد ضغط السائل على معدل تدفقه. اعتماد سرعة الجريان على تضاريس نهر لينا وحركة المياه في الأنهار

متوسط ​​سرعة العمق هو نسبة مساحة المجسم إلى أقصى عمق للنهر. يمكن حساب مساحة المجسم إما من اللوحة أو عن طريق حساب مساحة المقطع العرضي الحي للنهر (انظر المهمة 2).

المهمة 2

تحديد مساحة المقطع العرضي المفتوح للنهر باستخدام البيانات الواردة في الجدول 8:

الجدول 8

عمق المقطع العرضي للنهر

يتم حساب مساحة المقطع العرضي للنهر كمجموع عدد من الأشكال الهندسية الأولية (الشكل 9).

الأشكال A 1 A 2 B 1 و A 5 B 4 A 6 هي مثلثات، مساحة كل منها تساوي نصف حاصل ضرب القاعدة والارتفاع. الأرقام المتبقية هي شبه منحرف. مساحة كل شبه منحرف تساوي ناتج نصف مجموع القواعد والارتفاع.

أرز. 9. المقطع العرضي للنهر

النقاط A 1، A 2، A 3، وما إلى ذلك، التي يتم عندها إجراء قياسات العمق، تسمى نقاط القياس. تسمى نقطة البداية التي يتم منها إجراء القياسات A 1 بالبداية الدائمة للمحاذاة.

المهمة 3

احسب جريان الماء في النهر إذا علم أن مساحة مقطعه المفتوح 42.2 م2، وأقصى سرعة للمياه في النهر 0.5 م/ث، ومتوسط ​​عمق النهر 4.5 م.

يتم حساب متوسط ​​\u200b\u200bسرعة النهر بناءً على السرعة السطحية القصوى باستخدام الصيغة:

,

حيث V av - متوسط ​​السرعة؛ V max - السرعة القصوى، K - معامل انتقال السرعة القصوى إلى المتوسط. يتم عرض المعامل K في الجدول. 9.

الجدول 9

قيم معامل الانتقال من السرعة القصوى إلى المتوسطة

المهمة 4

تحديد باستخدام صيغة Chezy (
، أين معمعامل السرعة، ر- نصف القطر الهيدروليكي، أنا– متوسط ​​انحدار النهر)، متوسط ​​سرعة النهر، إذا علم أنه في جزء معين من القناة يتكون قاع القناة من مادة رملية، وهناك جزر ومياه ضحلة. يبلغ متوسط ​​انحدار النهر 0.000056، ونصف القطر الهيدروليكي 1.8 متر.

يتم تحديد معامل السرعة C في صيغة Chezy بواسطة صيغة بازين
.

يتم تحديد معامل الخشونة y حسب الجدول 10.

§ 5. التيارات في تدفق النهر

يحدث تدفق المياه في قنوات الأنهار بسبب المنحدر الطولي. يبدو أنه تحت تأثير المنحدر فإن سرعة التدفق ستزداد أكثر فأكثر. ومع ذلك، هذا لا يحدث. يتم إنفاق طاقة تدفق النهر على الاحتكاك الداخلي للمياه والتغلب على الاحتكاك بالقاع والضفاف. لذلك، بشكل عام، لا يوجد تسارع في حركة المياه في تدفق النهر، ولكن قد يحدث تسارع محلي، على سبيل المثال، على البنادق والمنحدرات.

في الطبيعة، هناك طريقتان لحركة السوائل: الصفحي (التيار الموازي) والمضطرب (الدوامة العشوائية).

في الوضع الصفحي، تتحرك تيارات المياه الفردية بالتوازي مع بعضها البعض دون أن تختلط مع بعضها البعض. إن سرعات جزيئات الماء الفردية ثابتة في الحجم والاتجاه. السرعات عند الجدران صفر، ثم تزداد تدريجياً لتصل

أرز. 8. التيارات الداخلية عند انحناءات القناة

أعلى قيمة في منتصف التدفق. في الطبيعة، يحدث التدفق الصفحي عندما يتحرك الماء عبر مسام التربة. وهذا ممكن فقط بسرعات منخفضة للغاية. على سبيل المثال، وفقًا للحسابات، فإن تدفق الماء بعمق 1 متر مع طبقة رملية ودرجة حرارة 20 درجة مئوية سيكون له حركة صفحية إذا لم تتجاوز السرعة 0.5 مم/ثانية. عند السرعات الأعلى، ستكون حركة الماء مضطربة.

وفي الحركة المضطربة تتحرك جزيئات الماء بشكل عشوائي، وتختلط باستمرار وتشكل دوامات في بعض الحالات. تتغير سرعتها بشكل مستمر وفوري من حيث الحجم والاتجاه (أي يحدث نبض السرعة). تكون حركة المياه في الأنهار مضطربة دائمًا. تعتمد درجة الاضطراب، أو شدة اختلاط الكتل المائية في تدفق النهر، على خشونة القناة وسرعة التدفق. مع قناة غير مستوية وسرعة تدفق عالية، تكون درجة الاضطراب أعلى، مع قناة مسطحة نسبيًا وسرعة تدفق منخفضة، تكون أقل.

تسمى سرعة انتقال حركة إلى أخرى عند عمق تدفق معين بالحرجة. ومع زيادة العمق، تقل السرعة الحرجة. وفقًا لـ M. A. Velikanov، فإن الانتقال من حركة التدفق الصفحي إلى التدفق المضطرب والعودة إلى أعماق 10، 100، 200 سم يحدث بسرعات حرجة تساوي 0.4 على التوالي؛ 0.04، 0.02 م/ث.

يتم تعديل التدفق العام لتدفق النهر على طول القناة أثناء حركته، وتنشأ فيه تيارات داخلية. وتعود أسباب حدوث مثل هذه التيارات إلى انحناءات القناة، وارتفاع وانخفاض المستويات، ووجود طبقات من الماء ذات درجات حرارة مختلفة في الجريان، ودوران الأرض، وكذلك تأثير تضاريس القاع. والرياح والهياكل وما إلى ذلك.

تحت تأثير قوة الطرد المركزي، يتم تشكيل تيار سطحي عند انحناءات القناة، موجه من البنك المحدب إلى البنك المقعر، وفي الأسفل، على العكس من ذلك، من مقعر إلى محدب (الشكل 8). - بسبب الاحتكاك في القاع فإن سرعة التيار العميق من الشاطئ المقعر إلى الشاطئ المحدب تكون أقل مقارنة بالشاطئ السطحي ولذلك بالقرب من الشاطئ المحدب يرتفع المنسوب ويحدث ميل عرضي لسطح الماء. على سبيل المثال، بالنسبة لنهر يبلغ نصف قطر انحناءه 1000 متر، وسرعة تدفق 1 م/ث وعمق 5 م، تبلغ سرعة التيار السطحي المستعرض حوالي 3.8 سم/ث، وفي القاع - 3.3 سم/ث مع. إن تفاعل التدفق الطولي مع التدفق العرضي يعطي التدفق طابعًا حلزونيًا. وبما أن قاع النهر يتكون من تعرجات تتقاطع مع بعضها البعض، فإن اتجاه التدفق المتقاطع يتغير باستمرار.

أرز. 9. التيارات الداخلية أثناء صعود وهبوط المياه في القناة

نتيجة لدوران الأرض في مجاري الأنهار تنشأ قوة قصورية موجهة نحو الضفة اليمنى، وتحت تأثير هذه القوة

يتم إنشاء تدفق متقاطع ثابت. يتم توجيه الأخير في الطبقة السطحية إلى الضفة اليمنى، وفي الطبقة السفلية - إلى اليسار. السرعات الحالية المتقاطعة منخفضة. على سبيل المثال، لنهر بعمق 5 أمتار وسرعة تدفق 1 م/ث، تكون السرعات العرضية على السطح، وفقًا للحساب، حوالي 0.25 وفي الأسفل - 0.23 سم/ث.

تفاعل جريان الماء الطولي مع الجريان العرضي أيضاً

يعطي التدفق طابعًا حلزونيًا ولكنه ضعيف جدًا.

إذا تزامن اتجاه التدفق العرضي عند انحناءات القناة مع اتجاه التدفق العرضي من دوران الأرض، فإن التدفق اللولبي الداخلي يشتد، أما إذا لم يتطابق فإنه يتناقص.

عندما يرتفع الماء، ينشأ تياران لولبيان، ينتقلان من الوسط إلى الأعلى، على السطح - إلى الشواطئ، وعلى طول الأسفل - إلى المنتصف (الشكل 9).

عندما ينخفض ​​​​المياه، لوحظت تيارات الدوران العكسي.

وينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن حركة المياه في مجرى النهر لها أشكال أكثر تعقيدا من تلك الموصوفة أعلاه؛ فالتيارات الداخلية تتغير باستمرار وتتلاشى ثم تظهر من جديد.

مع الطبيعة المضطربة لحركة تدفق النهر، كما سبقت الإشارة، فإن سرعة كل جزيء من الماء تتغير باستمرار. ومع ذلك، إذا تم قياس سرعة النبض في أي نقطة من التدفق بأداة لفترة طويلة بما فيه الكفاية، فمن الممكن الحصول على متوسط ​​السرعة عند هذه النقطة، والتي لها حجم واتجاه معين.

للحصول على فكرة عن توزيع سرعات التدفق في قاع النهر، يتم قياس متوسط ​​قيمها ورسم الرسوم البيانية. إذا قمت بقياس متوسط ​​سرعات التدفق في عدة نقاط، ثم رسمتها من خط مستقيم على المقياس المناسب في الرسم على شكل شرائح، ثم من خلال ربط أطراف هذه القطع بمنحنى سلس نحصل على رسم بياني للسرعة يسمى رسم بياني أو مخطط للسرعة.

عادة، يتم إنشاء مخططات السرعة عموديًا، في المقطع العرضي، وفي المخطط.

في القنوات المفتوحة، متوسط ​​السرعة العمودية هو Odred (الشكل 10، أ)تقع عادة على مسافة 0.6 عمق حمن السطح. أعلى سرعة عمودية عادة ما تكون موجودة تحت السطح بقليل، حيث أن السرعة على السطح أوتسوفتتأثر بقوة الاحتكاك بالهواء والتوتر السطحي للماء. أدنى سرعة حالية موجودة في الأسفل. يخضع هذا التوزيع الرأسي لسرعات التدفق لتغيرات كبيرة تحت تأثير عوامل مختلفة. على سبيل المثال، مع الرياح التي يتزامن اتجاهها مع اتجاه التيار، تزداد سرعة السطح والعكس صحيح. المخالفات السفلية والنباتات المائية كذلك

أرز. 10. التوزيع الرأسي لسرعات التيار في قناة نهرية مفتوحة (o) وقناة ذات غطاء جليدي (ب)

يتسبب أيضًا في إعادة توزيع السرعات. في الأماكن التي يتم فيها ضغط التدفق، على سبيل المثال بين دعامات الجسور، تزيد سرعات التدفق.

خلال هذه الفترة، تكون السرعة الحالية بالقرب من الغطاء الجليدي هي نفسها الموجودة في الأسفل، أو أقل، وأعلى سرعة هي Vmax (الشكل 10، ب)تقع على مسافة 0.3-0.4 أعماق القناة.

يتم توزيع Isotachs - خطوط ذات سرعات متساوية - على المقطع العرضي الحي للنهر وفقًا لمخطط الشكل العرضي للقناة. بالنسبة للقناة المفتوحة، تكون النظائر المتساوية على شكل منحنيات مفتوحة (الشكل 11، أ)،لقناة تحت الغطاء الجليدي - منحنيات مغلقة (الشكل 11.6).

إذا قمت بتحديد متوسط ​​سرعات التدفق الرأسي على كامل عرض القناة، ثم قمت برسمها على شكل أجزاء على مخطط النهر أو من خط أفقي لأعلى أو لأسفل، فسوف تحصل على رسم تخطيطي لمتوسط ​​سرعات تدفق النهر في الخطة (الشكل 12). يمكن أيضًا إنشاء مثل هذا المخطط لأعلى السرعات. عادةً ما يكون مخطط المخطط مشابهًا لمخطط المقطع العرضي الحي للنهر. يزداد متوسط ​​سرعات التيار من الضفتين إلى منتصف القناة. الأماكن ذات العمق الأكبر، كقاعدة عامة، تتوافق مع أعلى السرعات الحالية.

يُطلق على الخط الذي يربط النقاط ذات أعلى سرعة تدفق في الأقسام الحية المجاورة للقناة اسم المحور الديناميكي لتدفق النهر. يتم توزيع أعلى سرعات التدفق في الأقسام الحية بطريقة متنوعة للغاية، وبالتالي ينحني المحور الديناميكي أفقيًا وعموديًا.

أرز. 11. توزيع سرعات التدفق على طول المقطع العرضي الحي للنهر

في ممارسة الملاحة، يتم استخدام مفهوم قلب النهر. يشير إلى الأماكن الموجودة في النهر ذات العمق الأكبر وسرعات التدفق.

عادة، يتم فهم سرعة تدفق النهر على أنها متوسط ​​السرعة على كامل قسم التدفق. يتم التعبير عن اعتماد سرعة التدفق على المنحدر الطولي والعمق وخشونة القناة من خلال صيغة Chezy:

أرز. 12. توزيع سرعات جريان الأنهار بالمخطط

حيث Cm هو معامل Chezy (مضاعف السرعة)؛

ρ - نصف القطر الهيدروليكي، م وهي نسبة القسم الحي للقناة co، m 2، إلى محيطها المبلل (كفاف) x، m؛

ل - منحدر السطح.

عرض النهر أكبر بكثير من ارتفاع الضفاف، لذلك بدلاً من المحيط بأكمله x، غالبًا ما يتم أخذ عرض النهر فقط في؛عند قسمة k على B، يتم الحصول على متوسط ​​العمق. وبالتالي، p~ havg.

يتضح من المعادلة (8) أنه كلما زاد الميل / زادت سرعة الجريان والعكس صحيح. مع زيادة تدفق المياه Q، تزداد مساحة المقطع العرضي المفتوح، وبالتالي ص ث~هاف. ويترتب على ذلك أنه كلما زاد العمق، زادت سرعة التيار، وكلما نقصت، تقل.

يأخذ مضاعف السرعة Cm في الاعتبار تأثير خشونة القناة. للحصول على حسابات تقريبية، يمكن تحديدها باستخدام صيغة بازين:

حيث y هو معامل الخشونة، مع الأخذ بعين الاعتبار حالة سطح القناة. بالنسبة للقنوات الأرضية y = 1.3، للقناة ذات قاع حصوي خشن y = 1.75، للسهول الفيضية ذات الغطاء النباتي y = 2 - 4، إلخ.

وبالتالي، كلما زادت خشونة القناة، انخفض SD، وكما هو موضح في صيغة Chezy، انخفض متوسط ​​سرعة التدفق.

تتميز السرعات الحالية، م/ث (كم/ساعة)، في أجزاء معينة من أنهار الأراضي المنخفضة الكبيرة بالبيانات الإرشادية التالية:

الوصول الحر في المياه العالية. . . . . . 1.5-2.0(5.4-7.2)

الوصول الحر في المياه المنخفضة...... 0.25-0.4 (0.9-1.14)

المنحدرات مع التيار السريع ..... 1.5-2.0 (5.4-7.2)

بنادق ذات تيار هادئ......0.5-1.0(1.9-3.6)

المياه الهادئة هي تيارات بطيئة تتشكل خلف ضفاف محدبة، ورواسب رملية كبيرة في قاع النهر، وما إلى ذلك. وعندما تتحرك السفينة للأعلى، فإنها تتبع المياه الهادئة لزيادة سرعة الحركة.

الدوامة هي حركة دورانية مستمرة للمياه في قاع النهر. غالبًا ما تُنشئ الدوامات ثقوبًا عميقة (أحواض سباحة) وهي نموذجية للأنهار الجبلية وشبه الجبلية.

أرز. 13. المؤدي إلى سوق الجبل

Suvod عبارة عن مسطح مائي ذو حركة دورانية للمياه (الشكل 13) ، وعادة ما يقع خلف نتوءات الضفاف ، والرؤوس ، والضفاف المحدبة ، التي تبرز بقوة في القناة. في هذه الأماكن، يصطدم التيار الذي يتدفق حول الشاطئ بسرعة عالية بحافة في طريقه ويخلق أمامه مياهًا راكدة وارتفاعًا في المستوى. عند مرور الحافة، ينحرف تدفق المياه عنها ويسافر بالقصور الذاتي مسافة معينة. يتم خفض مستوى المياه خلف الحافة، ولهذا السبب يتم سحب المياه في الجزء السفلي من سوفودي من التيار الرئيسي، وفي الجزء العلوي، على العكس من ذلك، من منطقة سوفودي إلى التيار الرئيسي من التدفق. تحدث هذه العملية بشكل مستمر وتتسبب في حركة دورانية للمياه.

عندما يدور الماء في الماء، يكون للجزء السفلي تأثير الكبح. ونتيجة لذلك، كلما اقتربنا من سطح الماء، تزداد سرعة دوران الماء وقوى الطرد المركزي. تحت تأثير قوى الطرد المركزي، يتم التخلص من كمية أكبر من الماء بعيدًا عن محور الماء عند السطح وكمية أقل عند القاع. ويتشكل تدفق تصاعدي من الأسفل إلى الأعلى على طول محور سوفودي، مما يجدد المياه المرفوضة. إنه يؤدي إلى تآكل القاع، ويلتقط منتجات التآكل، مما يخلق منخفضًا على شكل قمع في القاع.

ومع انخفاض السرعة، يتدفق الماء بسلاسة حول الحافة ليشكل مياهًا هادئة خلفها.

على طول الضفاف المقعرة، في الانحناءات الحادة لقاع النهر، تتشكل أيضًا الفجوات. على عكس الممرات المائية الموجودة خلف حواف الضفاف، هنا تنحدر تيارات المياه الهابطة من وسط المجرى المائي إلى الأسفل وتنتشر على الجانبين. يُطلق أحيانًا على هذا النوع من Suvodi ذو القمع المحدد بوضوح على سطح الماء اسم الدوامة.

تتشكل الفراغات بالقرب من الضفاف المقعرة عندما تنتهك حالة التدفق السلس حول ضفاف الانحناء. تم استيفاء هذا الشرط

إذا كان نصف قطر الانحناء يشع رأكثر من ثلاثة أضعاف عرض القناة في،أي R/B> 3. لنصف قطر أصغر رعلى الشاطئ المقعر

في الجزء العلوي من المنعطف، وكذلك على الضفة المحدبة مباشرة أسفل الجزء العلوي، تنشأ مناطق الانحراف الحاد لتدفق المياه، حيث يتم إنشاء Suvodies.

أرز. 14. تدفق الضغط عند انحناء القناة

يمكن أن يتواجد Suvodi باستمرار أو يظهر فقط أثناء ارتفاع منسوب المياه. على الأنهار الكبيرة، يتم إنشاء ممرات مائية كبيرة، مع مجال عمل عشرات الأمتار وسرعة دوران المياه في الجزء المركزي عدة أمتار في الثانية.

في بعض الأحواض، يكون لدى Suvod اسم محلي خاص به، على سبيل المثال، في Yenisei-ulovo، في Irtysh-zavod.

يمثل Suvodi صعوبة كبيرة في الملاحة. تفقد السفن فيها السيطرة، وتتحول بشكل حاد نحو الشاطئ، وغالبًا ما تنكسر الحزم والقاطرات، وتنكسر الدفة، وما إلى ذلك.

الميدان عبارة عن حركة دورانية عشوائية للمياه على شكل دوامات متحركة يتراوح حجمها من عدة سنتيمترات إلى عدة أمتار في القطر. تتشكل الميادين فوق أجسام كبيرة تحت الماء ذات عمق ضحل فوقها، وكذلك أثناء الفيضانات في تلك الأماكن التي يلتقي فيها التدفق الذي يمر عبر السهول الفيضية بزاوية مع تدفق آخر يسير على طول قناة المياه المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، تنشأ الميادين أثناء الإصلاحات المحلية المكثفة للقناة وعلى البنادق، مع تغييرات مفاجئة في شكل القاع، وما إلى ذلك. الميادين غير مواتية للملاحة، لأنها تسبب انحراف السفن.

المياه المتنازع عليها هي مياه تتشكل عند مصبات مجاري الروافد وعند التقاء الفروع. وكلما اقتربت زاوية الالتقاء من الخط المستقيم، زادت قوة الدوامات التي يصل قطرها إلى عدة أمتار.

أرز. 15. تفريغ التيار على البندقية

يتم إنشاء تيار ضغط بالقرب من الشاطئ في أجزاء من النهر حيث يتم توجيه تدفق المياه نحو الشاطئ. على سبيل المثال، في القنوات المنحنية، يحدث تيار ضغط بالقرب من ضفة مقعرة، حيث أن الماء، بسبب القصور الذاتي، يميل إلى الحفاظ على اتجاهه المستقيم السابق، ولكن عندما يواجه عائقًا على شكل ضفة مقعرة في طريقه، يتم الضغط عليه ضدها (الشكل 14). وفي المناطق ذات التيارات الضغطية، تتدحرج السفن باتجاه الشاطئ.

أرز. 16. التدفق المطول - بالقرب من القناة

تيارات الانتفاخ هي تصريف المياه (الشكل 15، الأسهم) الموجهة بزاوية مع مرور السفينة (الخط المنقط). تنشأ التيارات المنزلقة بسبب الاختلافات في مستويات المياه عبر عرض النهر. على الصدوع، يتم إنشاء مثل هذه التيارات نتيجة لدعم التدفق بواسطة سرج الصدع، لذلك يتم توجيهها من جوف الوصول العلوي إلى خزان المياه الراكدة في جوف الوصول السفلي. من خلال إزاحة السفن من محور ممر الشحن، يمكن أن تتسبب التيارات الانجرافية في تراكم السفن والطوافات على المياه الضحلة، ودعامات الجسور، وما إلى ذلك.

تنشأ تيارات طويلة عند مداخل القنوات (الشكل 16). تكون التيارات المطولة قوية بشكل خاص أثناء الفيضانات، عندما يزيد تدفق المياه في القنوات بشكل كبير. يمكن أن تتسبب التيارات الطويلة في سقوط السفينة على الجزيرة.

تتأثر طبيعة التدفق أيضًا بالجسور وسدود الوصول والسدود والهياكل الموجودة في مجرى النهر وما إلى ذلك.

§ 6. التكوينات الرسوبية والمخزونية في قاع النهر

الرواسب هي جزيئات صلبة تتكون نتيجة تآكل مستجمعات المياه ومجاري الأنهار وكذلك ضفاف الخزانات، وتحملها المجاري المائية والتيارات في البحيرات والبحار والخزانات وتشكل قاعها. يمكن أن تكون الرواسب من نوعين: معلقة وسحب.

الرواسب المعلقة هي رواسب يتم نقلها في حالة معلقة عن طريق تدفق المياه.

الرواسب المسحوبة هي رواسب يتم نقلها عن طريق تدفق الماء في الطبقة السفلية وتتحرك عن طريق الانزلاق أو التدحرج أو التمليح (التمليح هو نقل الرواسب عبر مسافات قصيرة في الطبقة السفلية من تدفق المياه).

الرواسب السفلية هي الرواسب التي تشكل قاع النهر أو السهول الفيضية أو قاع الخزان وتتفاعل مع الكتل المائية.

أثناء الحركة، تتحرك جزيئات الرواسب باستمرار من حالة الجر إلى حالة التعليق ثم تعود. يتم توزيع الرواسب المعلقة بشكل غير متساو للغاية في القسم الحي، وعندما يتم نقلها بشكل غير متساو، فإنها غالبا ما تتحرك على طول القاع في خطوط ضيقة.

تحدث حركة الرواسب العالقة بهذه الطريقة. يتم شرح محتوى جزيئات الرواسب العالقة في التدفق والتي تكون أثقل من الماء على النحو التالي. إن سقوط جسيم من الرواسب في الماء الهادئ سوف يسقط بشكل متسارع بشكل منتظم. تزداد قوة مقاومة الماء مع زيادة سرعة الجسيم المتساقط، وكتلة الجسيم ثابتة، وبالتالي، من اللحظة التي تتساوى فيها القوة الدافعة وقوة مقاومة الماء، فإن الجسيم سوف يسقط بالتساوي. على سبيل المثال، السرعة التي تسقط بها الكتل التي يبلغ قطرها 1 متر في الماء تصبح موحدة بنهاية الثانية الثالثة. سوف تكتسب الجزيئات الصغيرة على الفور تقريبًا سرعة سقوط موحدة.

ويسمى المعدل الذي تسقط به الجسيمات الصلبة بشكل موحد في المياه الساكنة حجم الجسيمات الهيدروليكية.

وفي التدفق المضطرب، كما هو معروف، تختلف سرعة حركة جزيئات الماء من حيث الحجم والاتجاه. عند كل نقطة من التدفق توجد مكونات سرعة لحظية موجهة عموديًا إلى الأعلى أو إلى الأسفل. أثبتت التجارب أن السرعة العمودية تكون في المتوسط ​​1/12-1/20 من السرعة الأفقية.

إذا سقط جسيم رسوبي موجود في جسم مائي بشكل منتظم وكانت سرعة نزول الجسيم أقل من أو تساوي المكون الرأسي لسرعة التدفق الموجهة لأعلى، فإن هذه الكتلة ستكون قادرة على تحريك الجسيم المعلق. إذا كانت سرعة الهبوط أكبر من المركبة الرأسية للسرعة، فإن الجسيم سوف يغوص إلى القاع.

خلال الخريف، يمكن للجسيم أن ينزل إلى الأسفل ويتحرك مع الرواسب السفلية، ويبقى هنا حتى تنشأ دوامة قوية بما فيه الكفاية فوقه مرة أخرى، والتي ستسحبه مرة أخرى إلى سمك التدفق. ولذلك فإن توزيع الرواسب العالقة في الجريان يعتمد على درجة اضطرابه الذي يزداد بزيادة سرعة الجريان.

ومع زيادة سرعة التدفق، تزداد كمية الرواسب العالقة ويتم توزيعها بشكل أكثر توازنا في جميع أنحاء عمق التدفق.

ص

أرز. 17. لحركة رواسب الجر

ويمكن تصور حركة الرواسب في حالة النقل على النحو التالي. ويمارس التدفق، الذي يتدفق حول جسيم نانوي منفصل، ضغطًا هيدروليكيًا عليه F(الشكل 17). يمكن تقسيم هذا الضغط إلى عنصرين: قوة القص نادي,موازياً للأسفل، وقوة الرفع Hz موجهة نحو الأعلى. يكفي أن يرتفع الجسيم قليلاً بحافة واحدة تحت تأثير قوة الرفع، ونتيجة لزيادة المساحة المتأثرة بالتدفق، تزداد قوة الرفع بشكل حاد.

إذا كانت قوة الرفع أقل من وزن الجسيم في الماء، فسوف يتدحرج الجسيم تحت تأثير قوة القص. إذا كانت قوة الرفع أكبر من وزن الجسيم، فسوف يخرج الأخير من القاع. بالنسبة للجسيم الموجود في التدفق، بشرط أن يتم نقله بالكامل بواسطة الماء، فإن قوة الرفع سوف تختفي. إذا لم يتم التقاط الجسيم عن طريق الصعود

طائرة، سوف تسقط إلى الأسفل، حيث ستنشأ قوة الرفع مرة أخرى، وما إلى ذلك. لذلك تنشأ "القفزات" من الجزيئات. ونادرا ما يلاحظ انزلاق الجزيئات على طول القاع.

وبسرعة أقل من 0.20-0.25 م/ث، لا تتحرك الرواسب عادةً. تعتمد حركة جسيم ذو قطر معين على عمق التيار وسرعته. وهكذا، تبدأ الجسيمات التي يبلغ قطرها 1 ملم على عمق 1 متر في التحرك إذا وصل متوسط ​​سرعة التدفق إلى 0.5 م/ث، وعلى عمق 3 م - إذا كانت 0.75 م/ث. وبالتالي، في أعماق كبيرة من الماء في القناة، تكون هناك حاجة إلى سرعة تدفق عالية لإزاحة الجسيم والعكس صحيح.

تتمتع الأنهار بطاقة كبيرة تعتمد على كتلة المياه المتحركة وسرعتها. يتم إنفاق معظم طاقة تدفق النهر على تآكل القناة، واحتكاك الجزيئات السائلة فيما بينها وفي القاع، وتعليق الجزيئات الصلبة وتآكلها عند التدحرج على طول القاع.

الاعتماد على الوزن ريتم تحديد سرعة تدفق الجسيم المنجذب بواسطة قانون Airy:

أين أ -معامل يعتمد على شكل والمادة الصلبة؛

الخامس-السرعة التي يبدأ بها الجسيم في التحرك.

ينص قانون إيري على أن وزن الجسيم المسحوب يتناسب مع القوة السادسة للسرعة المؤثرة على الجسيم، أي إذا تضاعفت السرعة، يكون وزن الجسيم المتحرك 64 مرة، وإذا تضاعف أربع مرات - 4096 مرة، وهكذا. ومن هذا يتضح سبب نقل الحجارة الكبيرة عن طريق الأنهار الجبلية.

تسمى حركة الرواسب أثناء الجريان السطحي جريان الرواسب، وتسمى كمية الرواسب المنقولة عبر قسم التدفق لكل وحدة زمنية بتدفق الرواسب.

ويطلق على التصريف لمدة سنة أو شهر اسم محصول الرواسب السنوي أو الشهري، على التوالي.

ويقاس تصريف الرواسب في الأنهار الكبيرة بملايين الأطنان. تحمل الأنهار سنويًا حوالي 3 مليارات طن من الرواسب إلى مصباتها. إن تدفق الرواسب العالقة للأنهار يساوي تقريبًا إجمالي جريانها السطحي الصلب؛ وتبلغ كمية الرواسب المنقولة 1-5% من الرواسب العالقة. ويفسر ذلك حقيقة أن الرواسب المنقولة تقوم في الغالب بحركات صغيرة - من قسم من القناة إلى آخر، وبالتالي فإن حصتها في الجريان السطحي الصلب العابر صغيرة. وفي الوقت نفسه، فإن حجم الرواسب المنقولة داخل أقسام القناة كبير للغاية.

تحدث معظم جريان الرواسب في الأنهار المنخفضة، والتي تصل إلى 50-90٪ من الجريان السنوي، أثناء فيضانات وفيضانات الربيع.

يتم تحديد كمية الرواسب في التيار باستخدام أدوات خاصة (مقاييس الحمام).

تشمل التكوينات الغرينية في القناة التلال الرملية، والتلال، والبصاق، والجدران الجانبية، والطفح الجلدي، والرواسب.

التلال الرملية هي النوع الرئيسي لتكوين الرواسب في قاع النهر. بسبب التلال، فإن القاع الرملي للنهر غير مستوي ومتموج. جعلت ملاحظات التلال الرملية من الممكن تحديد السبب الأكثر ترجيحًا لتكوينها. ومع الحركة المضطربة للتيار في أماكنه المختلفة، تنخفض السرعات، ونتيجة لذلك يحدث ترسيب عشوائي للرواسب، والتي يبدأ منها تكوين سلسلة من التلال تحت تأثير التيار. عادة ما تكون الأسرة على شكل موازين مطوية في صفوف متوازية. عند كل سلسلة من التلال / (الشكل 18، أ) يوجد ضغط مائل 2 وخلفية باردة 4 الراي اللساع. على المنحدرات الخلفية 4 تتشكل الحركة الدورانية للمياه 5.

تعمل الرواسب التي يسحبها التيار على رفع أسطوانة الرواسب وتتغلب على التلال 3, وبحركة دورانية، يتم سحب الماء نحو المنحدر، مما يزيد من ارتفاعه ويعطيه شكلاً شديد الانحدار. ونتيجة لذلك، بعد مرور بعض الوقت، يتم تشكيل سلسلة من التلال، المنحدر العلوي منها لطيف، والمنحدر السفلي حاد وقصير. وسرعان ما تغطي هذه التلال قاع النهر بأكمله. 1

يعتمد حجم التلال على شكل القناة والعمق وسرعة التدفق. ارتفاعها يتناسب مع عمق التدفق. لذلك، فإن التلال الموجودة على الروافد أعلى من تلك الموجودة على الصدوع. ومع ارتفاع مستوى الماء، تصبح التلال أعلى. ومع انخفاض مستوى الماء، ينخفض ​​طولهم، ولكن بشكل أبطأ بكثير.

أرز. 18. التلال الرملية في مجرى النهر:

أ-الملف الطولي للقناة.

ب-القناة في الخطة

ص
عندما يتدفق الماء بسرعة عالية، تصبح الجزيئات المتساقطة من القمة معلقة. في هذه الحالة، يتوقف نمو التلال. ومع زيادة سرعة التدفق، تتآكل التلال وتختفي. يمكن أن يتوافق طول التلال المتكونة مع عشرة إلى عشرين عمق تدفق أو أكثر. في الأنهار ذات الحركة العالية للرواسب المنقولة أثناء الفيضانات، يتم ملاحظة التلال ذات الطول الأكبر - ما يصل إلى مائة تقريبًا. أعماق القناة. أولئك. يساوي تقريبا عرض القناة.

تتحرك التلال في اتجاه مجرى النهر. ويفسر ذلك حقيقة أن جزيئات الرواسب من المنحدر الأمامي تتحرك مع التيار إلى قمة التلال، وبعد عبورها، تسقط على منحدرها الخلفي، وتغطى هناك بالجزيئات التي تتبعها وتبقى في جسم التلال حتى يتحرك بعيدًا بحيث يظهر الجسيم مرة أخرى على سطح منحدر الضغط. يتم تنفيذ هذه الحركة بالتتابع بواسطة جميع الجزيئات التي تشكل التلال.

عادة ما تكون السرعة المطلقة لحركة التلال أقل بمئات المرات من سرعة التدفق. تصل سرعة حركة التلال الكبيرة على الأنهار الكبيرة إلى عدة أمتار في اليوم. تزداد سرعة حركة أشكال السرير مع زيادة سرعة التدفق.

Sastrugi عبارة عن تراكم للرواسب في قاع النهر على شكل تلال كبيرة مجاورة للشاطئ الرملي. في التين. 18, بيتم عرض sastrugi بشكل تخطيطي في الخطة. في ساستروجي 6 نهايته 7 تسمى الذيل، وخفض القاع 8 بين الساستروجي توجد حفرة فرعية.

يعتمد حجم الساستروجي على شكل القناة والعمق وسرعة التدفق. في بعض الأحيان تمتد الساستروجي الكبيرة إلى الضفة المقابلة. يصل ارتفاع الساستروجي على الأنهار الكبيرة إلى 1-2 متر، وأنماط نمو وحركة الساستروجي هي نفسها بالنسبة للتلال.

عادة ما يكون هناك تيار غير متساوٍ فوق الساستروجي، مما يتسبب في انحراف السفن. عند السرعات الحالية العالية، يتم غسل الساستروجي بعيدًا. لذلك، يتم قطع الساستروجي الممتد من الرمال، ويصل إلى الشاطئ العميق، حيث تكون السرعة الحالية مرتفعة عادةً.

البصق - عبارة عن ضفاف رملية منخفضة تبرز في القناة مثل إسفين طويل 3 (الشكل 19). على الأنهار، عادة ما تكون البصاق مجاورة للضفاف الرملية المحدبة.

أرز. 19. البصق في قاع النهر

يا
تتشكل السوس من ساستروجي كبيرة نتيجة لنموها التدريجي. خلال فترة انخفاض المياه بالقرب من ياروف، تكون السرعة الحالية أعلى، ولهذا السبب تتحرك ذيول الساستروجي الرملية بشكل أسرع من قواعدها. ونتيجة لذلك، يصبح الساستروجي ممدودًا بشكل متزايد ويتحرك في اتجاه مجرى النهر. تشكل نهاية الرمل، وفقًا لاتجاه التدفق، وتمتد إلى القناة على شكل إسفين، بداية البصق. تعزيز تدريجيا، يزيد حجم الجديل. مع مزيد من النمو، جديلة ذيلها 2 يمكن الاتصال بالشاطئ. على مدار العام، يمكن أن يتحرك البصاق عدة مئات من الأمتار.

زاتونينا 1 (انظر الشكل 19) يسمى الخليج بين الشاطئ وذيل البصق.

تم في الفقرات السابقة مناقشة قوانين اتزان السوائل والغازات. الآن دعونا نلقي نظرة على بعض الظواهر المرتبطة بحركتهم.

تسمى حركة السوائل مع التيار، ومجموعة جزيئات السائل المتحرك عبارة عن تيار. عند وصف حركة السائل، يتم تحديد السرعات التي تمر بها جزيئات السائل عبر نقطة معينة في الفضاء.

إذا كانت كل نقطة في الفضاء مملوءة بسائل متحرك، ولم تتغير سرعتها مع مرور الوقت، فإن هذه الحركة تسمى حركة ثابتة، أو ثابت. في التدفق الثابت، يمر أي جسيم سائل عبر نقطة معينة في الفضاء بنفس قيمة السرعة. سننظر فقط في التدفق الثابت لسائل مثالي غير قابل للضغط. مثالييسمى السائل الذي لا توجد فيه قوى احتكاك.

وكما هو معروف فإن السائل الساكن في الوعاء، حسب قانون باسكال، ينقل الضغط الخارجي إلى جميع نقاط السائل دون تغيير. لكن عندما يتدفق مائع دون احتكاك عبر أنبوب ذي مقطع عرضي متغير، فإن الضغط في أماكن مختلفة في الأنبوب ليس هو نفسه. توزيع الضغط في الأنبوب الذي يمكن من خلاله تقييم تدفق السائل باستخدام التركيب الموضح تخطيطيًا في الشكل 1. يتم لحام أنابيب قياس الضغط العمودية المفتوحة على طول الأنبوب. إذا كان السائل الموجود في الأنبوب تحت الضغط، فإن السائل في أنبوب الضغط يرتفع إلى ارتفاع معين، اعتمادًا على الضغط في مكان معين في الأنبوب. تظهر التجربة أنه في المناطق الضيقة من الأنبوب يكون ارتفاع عمود السائل أقل منه في المناطق الواسعة. وهذا يعني أن الضغط أقل في هذه البقع الضيقة. ما الذي يفسر هذا؟

لنفترض أن مائعًا غير قابل للضغط يتدفق عبر أنبوب أفقي ذي مقطع عرضي متغير (الشكل 1). دعونا نختار عقليًا عدة أقسام في الأنبوب، نشير إلى مناطقها بـ و . في التدفق الثابت، يتم نقل كميات متساوية من السائل عبر أي مقطع عرضي للأنبوب خلال فترات زمنية متساوية.

اسمحوا أن تكون سرعة السائل من خلال القسم، ودع تكون سرعة السائل من خلال القسم. بمرور الوقت، ستكون أحجام السوائل المتدفقة عبر هذه الأقسام مساوية لـ:

وبما أن السائل غير قابل للضغط، إذن. لذلك، لسائل غير قابل للضغط. وتسمى هذه العلاقة معادلة الاستمرارية.

من هذه المعادلة أي. تتناسب سرعات الموائع في أي قسمين عكسيا مع مساحات المقطع العرضي. وهذا يعني أن جزيئات السائل تتسارع عند انتقالها من الجزء العريض من الأنبوب إلى الجزء الضيق. وبالتالي، تؤثر قوة معينة على السائل الذي يدخل إلى الجزء الأضيق من الأنبوب من السائل الذي لا يزال موجودًا في الجزء العريض من الأنبوب. لا يمكن أن تنشأ مثل هذه القوة إلا بسبب اختلاف الضغط في أجزاء مختلفة من السائل. وبما أن القوة موجهة نحو الجزء الضيق من الأنبوب، فإن الضغط في القسم العريض من الأنبوب يجب أن يكون أكبر منه في القسم الضيق. مع الأخذ في الاعتبار معادلة الاستمرارية، يمكننا أن نستنتج: أثناء تدفق السوائل الثابتة، يكون الضغط أقل في تلك الأماكن التي تكون فيها سرعة التدفق أعلى، وعلى العكس من ذلك، يكون أكبر في تلك الأماكن التي تكون فيها سرعة التدفق أقل.

كان د. برنولي أول من توصل إلى هذا الاستنتاج، ولهذا سمي هذا القانون قانون برنولي.

إن تطبيق قانون حفظ الطاقة على تدفق السوائل المتحركة يسمح لنا بالحصول على معادلة تعبر عن قانون برنولي (نقدمها بدون اشتقاق)

- معادلة برنولي للأنبوب الأفقي.

وهنا الضغوط الساكنة وكثافة السائل. الضغط الساكن يساوي نسبة قوة ضغط جزء من السائل على جزء آخر إلى منطقة التلامس عندما تكون سرعة حركتهما النسبية صفراً. سيتم قياس هذا الضغط بواسطة مقياس ضغط يتحرك مع التدفق. إن الأنبوب الأحادي الثابت ذو الفتحة التي تواجه التدفق سوف يقيس الضغط

المقاومة الهيدروليكية.

عندما يتدفق السائل عبر الأنابيب، فإنه يستهلك طاقة للتغلب على قوى الاحتكاك الخارجي والداخلي. في المقاطع المستقيمة من الأنابيب، تعمل قوى المقاومة هذه على طول التدفق بالكامل ويتناسب إجمالي فقدان الطاقة للتغلب عليها بشكل مباشر مع طول الأنبوب. وتسمى هذه المقاومة الخطية. ويعتمد حجمها (فقدان الضغط) على كثافة السائل ولزوجته، وكذلك على قطر الأنبوب (كلما كان القطر أصغر، زادت المقاومة)، وسرعة التدفق (زيادة السرعة تزيد الخسائر) ونظافة الأنابيب. السطح الداخلي للأنبوب (كلما زادت خشونة الجدران، زادت المقاومة).

بالإضافة إلى الاحتكاك في المقاطع المستقيمة، توجد مقاومة إضافية في خطوط الأنابيب على شكل انعطافات تدفق، وتغيرات في المقطع العرضي، والصنابير، والفروع، وما إلى ذلك. وفي هذه الحالات، يتعطل هيكل التدفق وتنفق طاقته على إعادة الهيكلة والاضطراب والتأثيرات. وتسمى هذه المقاومة المحلية. المقاومة الخطية والمحلية نوعان مما يسمى بالمقاومات الهيدروليكية، والتي يشكل تحديدها الأساس لحساب أي أنظمة هيدروليكية.

أنظمة تدفق السوائل: من الناحية العملية، لوحظ وجود نظامين مميزين لتدفق السوائل: الصفحي والمضطرب.

في الوضع الصفحي، تتدفق تيارات التدفق الأولية بالتوازي دون اختلاط. إذا تم إدخال تيار من السائل الملون في مثل هذا التدفق، فسوف يستمر في التدفق على شكل خيط رفيع بين تدفق السائل غير الملون، دون أن يتم غسله. نظام التدفق هذا ممكن بمعدلات تدفق منخفضة للغاية. مع زيادة السرعة فوق حد معين، يصبح التدفق مضطربًا، مثل الدوامة، حيث يتم خلط السائل داخل المقطع العرضي لخط الأنابيب بشكل مكثف. مع زيادة تدريجية في السرعة، يبدأ التيار الملون في التيار أولاً بالتذبذب حول محوره، ثم تظهر فيه فواصل بسبب الاختلاط مع تيارات أخرى، وبعد ذلك، ونتيجة لذلك، يتلقى التيار بأكمله لونًا موحدًا.

يعتمد وجود نظام تدفق أو آخر على قيمة نسبة الطاقة الحركية للتدفق 1 1

(■п-гпi2=ч-РУу2) لعمل قوى الاحتكاك الداخلي (/7 = Р5^/) - انظر. (2.9).

هذه نسبة بلا أبعاد

يمكن تبسيط ^-pVv21 (p,5^/) مع الأخذ في الاعتبار أن V يتناسب مع V. الكميات 1 وA/r لها أيضًا نفس البعد، ويمكن تقليلها، ونسبة الحجم V إلى المقطع العرضي 5 هو الحجم الخطي y.

ثم يمكن وصف نسبة الطاقة الحركية إلى عمل قوى الاحتكاك الداخلي، حتى العوامل الثابتة، بمركب بلا أبعاد:

وهو ما يسمى رقم رينولدز (أو المعيار) تكريما للفيزيائي الإنجليزي أوزبورن رينولدز، الذي لاحظ تجريبيا في نهاية القرن الماضي وجود نظامين للتدفق.

تشير القيم الصغيرة لأرقام رينولدز إلى غلبة عمل قوى الاحتكاك الداخلي في جريان المائع وتتوافق مع الجريان الصفحي. تتوافق القيم الكبيرة لـ E مع غلبة الطاقة الحركية ونظام التدفق المضطرب. الحد الأقصى لبداية الانتقال من وضع إلى آخر - رقم رينولدز الحرج - هو 1?cr = 2300 للأنابيب المستديرة (يتم أخذ قطر الأنبوب كحجم مميز).

في التكنولوجيا، بما في ذلك تكنولوجيا قاطرة الديزل، في الأنظمة الهيدروليكية (بما في ذلك الهواء والغاز)، يحدث عادة تدفق مضطرب للسوائل. يحدث التدفق الصفحي فقط في السوائل اللزجة (مثل الزيت) بمعدلات تدفق منخفضة وفي قنوات رفيعة (أنابيب المبرد المسطحة).

حساب المقاومة الهيدروليكية. يتم تحديد خسائر الضغط الخطي باستخدام صيغة دارسي-وايسباخ:

حيث X ("lambda") هو معامل المقاومة الخطية، اعتمادًا على رقم رينولدز. بالنسبة للتدفق الصفحي في أنبوب دائري R، = 64/E (يعتمد على السرعة)، بالنسبة للتدفقات المضطربة، تعتمد قيمة k قليلاً على السرعة ويتم تحديدها بشكل أساسي من خلال خشونة جدران الأنبوب.

تعتبر خسائر الضغط المحلي أيضًا متناسبة مع مربع السرعة ويتم تعريفها على النحو التالي:

حيث £ ("زيتا") هو معامل المقاومة المحلية، اعتمادًا على نوع المقاومة (الدوران، التمدد، إلخ) وعلى خصائصها الهندسية.

يتم تحديد معاملات المقاومة المحلية بشكل تجريبي، وترد قيمها في الكتب المرجعية.

مفهوم حساب الأنظمة الهيدروليكية. عند حساب أي نظام هيدروليكي، عادة ما يتم حل إحدى مشكلتين: تحديد فرق الضغط المطلوب (الضغط) لتمرير معدل تدفق مائع معين أو تحديد معدل تدفق المائع في النظام عند فرق ضغط معين.

على أية حال، يجب تحديد فقدان الضغط الإجمالي في نظام AN، وهو ما يساوي مجموع مقاومات جميع أقسام النظام، أي مجموع المقاومات الخطية لجميع المقاطع المستقيمة لخطوط الأنابيب والمقاومات المحلية لخطوط الأنابيب. عناصر أخرى للنظام:

إذا كان متوسط ​​سرعة التدفق هو نفسه في جميع أقسام خط الأنابيب، يتم تبسيط المعادلة (2.33):

عادة، هناك أقسام في النظام تختلف فيها سرعات التدفق عن بعضها البعض. ومن المناسب في هذه الحالة اختزال المعادلة (2.33) إلى شكل آخر، مع الأخذ في الاعتبار أن معدل تدفق المائع ثابت لجميع عناصر النظام (بدون فروع). استبدال القيم u = C)/5 في الشرط (2.33) نحصل عليه

الخاصية الهيدروليكية، أو معامل المقاومة الكلي للنظام.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن حساب خط الأنابيب ليس حلاً لمشكلة بإجابة واحدة محددة. تعتمد نتائجها على اختيار أقطار أقسام خطوط الأنابيب أو السرعات فيها. في الواقع، من الممكن أخذ قيم السرعة المنخفضة بعين الاعتبار والحصول على خسائر ضغط صغيرة. ولكن بعد ذلك، عند معدل تدفق معين، يجب أن تكون المقاطع العرضية لخط الأنابيب (الأقطار) كبيرة، وسيكون النظام ضخمًا وثقيلًا. من خلال قبول سرعات التدفق العالية في الأنابيب، سنقلل أبعادها العرضية، ولكن في الوقت نفسه، ستزداد خسائر الضغط وتكاليف الطاقة لتشغيل النظام بشكل كبير (بشكل متناسب مع مربع السرعة). لذلك، في الحسابات، عادة ما يتم تحديد بعض القيم المتوسطة "المثلى" لمعدلات تدفق السوائل. بالنسبة لأنظمة المياه، تبلغ السرعة المثالية حوالي 1 م/ث، لأنظمة الهواء ذات الضغط المنخفض - 8-12 م/ث.

المطرقة المائية هي ظاهرة تحدث في تدفق السوائل عندما تتغير سرعة تدفقها بسرعة (على سبيل المثال، عندما ينغلق فجأة صمام في خط الأنابيب أو تتوقف المضخة). في هذه الحالة، تتحول الطاقة الحركية للتدفق على الفور إلى طاقة محتملة ويزداد ضغط التدفق أمام الصمام بشكل حاد. ثم تنتشر منطقة الضغط المتزايد من الصمام نحو التدفق الذي لم يتم تثبيطه بالكامل بعد بسرعة قريبة من سرعة الصوت في هذا الوسط.

تؤدي الزيادة الحادة في الضغط، إن لم يكن إلى التدمير، إلى تشوه مرن لعناصر خط الأنابيب، مما يقلل من قوة التأثير، ولكنه يزيد من التقلبات في ضغط السوائل في الأنبوب. يتم تحديد حجم قفزة الضغط أثناء التوقف الكامل لتدفق السوائل، والتي كانت لها سرعة v، من خلال صيغة العالم الروسي البارز - البروفيسور ن. إي. جوكوفسكي، التي حصل عليها في عام 1898: Dr = paa، حيث p هي كثافة السائل.

من أجل منع حدوث الصدمات في الأنظمة الهيدروليكية الكبيرة (على سبيل المثال، شبكات إمدادات المياه)، تم تصميم أجهزة الإغلاق بحيث يتم إغلاقها تدريجيا.

تختلف سرعات التدفق المتوسطة على طول النهر بسبب تباين أبعاد المقطع العرضي للقناة. في مقطع عرضي معين، يتم العثور على متوسط ​​السرعة عن طريق حساب متوسط ​​السرعات المحلية المقاسة عند نقاط فردية من التدفق على طول عمق النهر وعرضه. وفي المقابل، تختلف السرعات المحلية عند نقاط مختلفة من التدفق بشكل كبير عن بعضها البعض. وهي عادة ما تكون أكبر عند السطح منها في القاع، وعلى الضفاف، على العكس من ذلك، تكون أصغر مما هي عليه في الجزء الأوسط من النهر.

ويتأثر هذا التوزيع بشدة بشكل المقطع العرضي للقناة وظروف حركة المياه في المنطقة.

يؤدي وجود الغطاء النباتي أو أي خشونة إضافية أخرى في قاع النهر إلى انخفاض في سرعات تدفق المياه في القاع. يؤدي تكوين الغطاء الجليدي على السطح الحر في الشتاء إلى خلق مقاومة إضافية لحركة الماء. ونتيجة لذلك، تنخفض سرعات التيار السطحي، وتنتقل السرعات القصوى إلى سمك التدفق. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن متوسط ​​\u200b\u200bالسرعات في المقطع العرضي للنهر في الشتاء ينخفض ​​أيضًا مقارنة بفترة الصيف، مع تساوي جميع الأشياء الأخرى.

لتحليل توزيع سرعات التدفق المحلية على طول المقطع العرضي الحي، يتم عمليًا قياسها عند نقاط فردية على طول عمق التدفق في سلسلة كاملة عمودية عالية السرعة، المبينة على طول عرض النهر. في التين. يوضح الشكل 4.4 المقطع العرضي لقاع النهر مع سرعات التدفق المقاسة على الخطوط الرأسية. في هذا المثال، تم قياس السرعات الحالية في 5 نقاط على طول عمق التدفق. يظهر الملف الشخصي للنهر متساوي الأقطاب –خطوط ذات سرعات متساوية في المقطع العرضي للقناة.

يظهر الجزء العلوي من البناء رسم بيانيتوزيع متوسط ​​سرعات التدفق على القطاعات الرأسية على طول عرض النهر، والخط المنقط هو قيمة متوسط ​​سرعة التيار فوق القسم المفتوح.

واستناداً إلى قياسات سرعات تدفق المياه في نقاط فردية على طول عمق التدفق، يمكن بناؤها رسم بيانيتوزيعهم العمودي. يظهر مثال على مثل هذا البناء في الشكل. 4.5. ويوضح المحور الرأسي في هذا الرسم البياني المسافات من السطح الحر للمياه إلى نقاط قياس السرعة على مقياس، ويوضح المحور الأفقي قيم هذه السرعات. متوسط ​​السرعة العمودية عادة ما تكون على مسافة 0.4 ساعة، العد من قاع النهر.

وفي كل حالة محددة، يعتمد توزيع سرعات التدفق عموديًا وعبر عرض القناة على ظروف حركة المياه في المنطقة. عادة، يتم ملاحظة الحد الأقصى لسرعات التدفق السطحي وأعلى متوسط ​​لسرعات التيار على العمودي في منطقة الأعماق القصوى في القسم الحي من القناة. على البنادق، يتماشى مخطط متوسط ​​سرعات التيار مع عرض النهر مقارنة بمجرى الوديان. لوحظ أكبر تفاوت في توزيع السرعات عبر عرض النهر في المناطق التي تدور فيها القناة. في هذه الحالة، تتركز سرعات التدفق القصوى بالقرب من ضفة النهر المضغوطة المقعرة. في التين. يوضح الشكل 4.6 مخططات لتوزيع متوسط ​​السرعات الرأسية في قسم البندقية من النهر.

أرز. 4.6. توزيع متوسط ​​السرعات الحالية

على قسم بندقية من النهر

يُظهر تحليل توزيع سرعات التدفق عبر عرض النهر أنه في قلب التدفق، في أعمق جزء من القناة، تكون سرعات التدفق الفعلية للمياه دائمًا أكبر من متوسط ​​المقطع العرضي الحي.

ولذلك، عند إجراء الحسابات الفنية والاقتصادية، يتم تقديم هذا المفهوم سرعة التشغيل الحاليةوالتي يمكن إيجاد قيمتها من العلاقة التالية:

, (4.8)

أين: فاف –متوسط ​​سرعة التدفق على طول المقطع العرضي الحي في قسم النهر قيد النظر، م/ث؛

د.ف.- الفرق بين سرعة التدفق على محور القناة الملاحية ومتوسط ​​السرعة على طول الجزء المفتوح في مقطع نهر معين، m/s.

يمكن تحديد متوسط ​​السرعة الحالية باستخدام صيغة Chezy أو بناءً على القياسات الميدانية. يتم قياس السرعات الحالية في النهر بأدوات خاصة - متر الهيدرومترية(الشكل 4.7) أو عن طريق إطلاق العوامات. تحديد قيمة الكمية د.ف.يبدو أن القياسات المباشرة على طول جزء ممتد من النهر صعبة للغاية.

أرز. 4.7. القرص الدوار الهيدرومتري:

1 - شفرات. 2 - الجسم. 3 - قسم الذيل.

4 - قضيب. 5- المحطات الكهربائية

ومن الناحية العملية، يتم تحديد السرعة التشغيلية لقسم منفصل من النهر عن طريق قياس سرعة السفينة بالنسبة للشاطئ عند متابعة التيار فينوضد المد Vввوفقا للصيغة

. (4.9)

للحسابات التقريبية غالبا ما تؤخذ

بمعرفة سرعة تشغيل التيار، يمكنك معرفة سرعة السفينة بالنسبة للشاطئ:

عند التحرك في اتجاه مجرى النهر

, (4.11)

عندما تتحرك المنبع

, (4.12)

أين: مقابل –سرعة السفينة في الماء الهادئ (في غياب التيار)، م/ث.

يتم استخدام القيم التي تم الحصول عليها لسرعات السفينة عمليًا عند تخطيط أوقات تسليم البضائع ووضع جداول الإرسال.

شاهد المزيد:

عند إنشاء العديد من المنشآت الهندسية على الأنهار، من الضروري معرفة كمية المياه المتدفقة في مكان معين في الثانية، أو كما يقولون، تدفق المياه. وهذا ضروري لتحديد طول الجسور والسدود وكذلك للري وإمدادات المياه.

عادة ما يتم قياس تدفق المياه بالمتر المكعب في الثانية. يختلف تدفق المياه أثناء ارتفاع المياه كثيرًا عن التدفق أثناء انخفاض المياه، أي عند مستويات الصيف المنخفضة. ويبين الجدول 7 معدلات الجريان لبعض الأنهار كمثال.

إذا قطعنا النهر عقليًا عبر التدفق، فسنحصل على ما يسمى بـ "المقطع العرضي الحي" للنهر. إن توزيع سرعة التدفق عبر المقطع العرضي الحي للنهر غير متساوٍ للغاية. وتتأثر سرعة التدفق بعمق القناة وشكلها والعوائق التي يواجهها النهر على طول مساره، على سبيل المثال، دعامة جسر أو جزيرة وغيرها.

عادة ما تكون السرعة أقل بالقرب من الضفاف، ولكن في المنتصف، في الجزء الأعمق من النهر، تكون السرعة أعلى بكثير منها في الجزء الضحل. في الجزء العلوي من التدفق، تكون السرعات أكبر، وكلما اقتربنا من الأسفل، قل ذلك. في الجزء المسطح من النهر، تكون أعلى سرعة عادة تحت سطح الماء إلى حد ما، ولكن في بعض الأحيان يتم ملاحظة أعلى سرعة على السطح.

إذا واجه التيار عائقًا، على سبيل المثال، جسر داعم أو جزيرة، فيمكن للسرعات القصوى أن تقترب من قاع النهر. وفي بحيرات أوكسبو أثناء ارتفاع منسوب المياه، تنخفض السرعات بالقرب من القاع إلى الصفر.

يوضح الشكل 14 توزيع السرعات الحالية على طول المقطع العرضي المباشر لنهر الفولغا بالقرب من ساراتوف أثناء ارتفاع منسوب المياه. تبلغ السرعة على السطح في الذراع الأيسر 1.3 في الثانية، وفي الذراع الأيمن 1.7 في الثانية. وفي الجزيرة المغطاة بالمياه أثناء ارتفاع منسوب المياه، تنخفض السرعة إلى 0.5 في الثانية. وفي قاع النهر، تنخفض السرعات إلى 0.4. وفي الصيف كانت أعلى سرعة في هذا القسم في القناة الرئيسية لا تزيد عن 0.4 في الثانية.

على طول النهر، يمكن أيضًا أن تختلف السرعات بشكل كبير اعتمادًا على محيط القسم المباشر. على سبيل المثال، أربعة عشر كيلومترًا أسفل ساراتوف، بالقرب من أوفيك، حيث لا تحتوي القناة على جزر ومقيدة بالسدود، أثناء ارتفاع المياه، وصلت السرعة السطحية إلى 3 في الثانية، بينما في ساراتوف وصلت السرعة إلى 1.8 في الثانية.

في الأماكن العميقة على النهر، والتي تسمى الروافد، يكون المقطع العرضي الحي أكبر. في الأماكن الضحلة أو البنادق، يكون المقطع العرضي الحي أصغر بكثير. نظرًا لأن تدفقات المياه متساوية في مقطع قصير على طول النهر، وتكون المقاطع العرضية عند الوصول أكبر من تلك الموجودة على الصدع، فإن سرعات التدفق ستكون مختلفة: في مكان عميق يتدفق الماء بهدوء، ولكن على الصدع يتدفق بشكل أسرع بكثير.

تعتمد سرعة التيار أيضًا على ميل التدفق وخشونة القاع والعمق. كلما زاد المنحدر، كلما كان السرير أكثر سلاسة وأكثر انتظامًا في الخطوط العريضة، زادت سرعة التدفق. تظهر قيم السرعة التقريبية على الأنهار في الجدول 8.

يوضح الجدول "السرعة المتوسطة". يتم تحديد هذه السرعة من خلال تقسيم تدفق المياه على مساحة مقطع النهر. أعلى سرعة سطحية عادة ما تكون أكبر بمرة ونصف، والسرعة السفلية أقل بمرة ونصف من السرعة المتوسطة.

يتعامل علم القياس الهيدرومتري مع قياس سرعة وتدفق مياه النهر.

يمكن قياس سرعة تدفق المياه بطريقة بسيطة للغاية.

للقيام بذلك، تحتاج إلى قياس مسافة معينة على طول الشاطئ، على الأقل بالخطوات، ووضع علامات ورمي تعويم أو مجرد قطعة من الخشب في الماء أعلى قليلاً من العلامة العلوية. يتم قياس الوقت الذي تستغرقه العوامة للانتقال من علامة إلى أخرى بواسطة ساعة بعقرب الثواني. وبتقسيم المسافة بين العلامات على الوقت الذي تطفو فيه العوامة من علامة إلى أخرى، نحصل على السرعة السطحية للتدفق في ذلك الموقع.

أثناء عمليات المسح، يتم الكشف عن مرور العوامات باستخدام أداة قياس الزوايا الخاصة.

الطريقة الأكثر دقة لقياس السرعة هي باستخدام العدادات الهيدرومترية (الشكل 15). يتم إنزال هذه الأقراص الدوارة الموجودة على قضيب معدني (على أعماق تصل إلى 4) أو على كابل (في أي عمق) من أوعية مجهزة خصيصًا في الماء إلى أعماق مختلفة. بمجرد أن يقوم القرص الدوار بعدد معين من الثورات، تغلق الأسلاك الكهربائية فيه، ويتدفق التيار عبر القرص الدوار، ويصدر جرس قصير في الأعلى. الفاصل الزمني بين المكالمات الفردية يتوافق مع سرعة تدفق معينة. من خلال خفض القرص الدوار إلى الأسفل والأسفل، يمكنك قياس السرعات في جميع أنحاء عمق النهر بالكامل عند مستوى رأسي معين.

يتم حساب تدفق المياه على النهر على النحو التالي. في كل من 10-20 عمودًا يقع عبر التدفق على نفس المسافة من بعضها البعض، يتم تحديد متوسط ​​سرعة التدفق، ثم يتم ضربها في مساحة المقطع العرضي للنهر بين العموديين. تتم إضافة التكاليف الخاصة الفردية التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة بين القطاعات. ويعطي المبلغ التدفق الإجمالي للنهر، معبرًا عنه بالمتر المكعب في الثانية.

وفي الختام سنقدم بعض المعلومات عن عبور الأنهار.

ويمكن إجراء الخوض، حسب السرعة، على أعماق مختلفة. كقاعدة عامة، بسرعة 1.5، يمكنك الخوض في عمق 1، على ظهور الخيل على عمق 1.2، وبالسيارة على عمق 0.5. بالسرعة 2 يمكنك الخوض على عمق 0.6، عبور النهر على ظهور الخيل - على عمق 1، بالسيارة - على عمق 0.3. إذا كانت المياه ساكنة، يتم تحديد أكبر عمق للخوض فقط من خلال ارتفاع الشخص وتصميم السيارة.

هناك عدة طرق لقياس سرعة النهر. يمكنك القيام بذلك عند حل المشكلات الرياضية، أو عند وجود بعض البيانات، أو يمكنك القيام بذلك من خلال تطبيق الإجراءات العملية.

سرعة تدفق النهر

تعتمد سرعة التيار بشكل مباشر على منحدر مجرى النهر. ميل القناة هو نسبة الفرق في ارتفاع قسمين، ويشير إلى طول القسم. كلما زاد المنحدر، زادت سرعة تدفق النهر.

يمكنك معرفة سرعة تيار النهر عن طريق الإبحار بقارب في اتجاه مجرى النهر ثم في اتجاه مجرى النهر. سرعة القارب مع التيار هي V1، وسرعة القارب ضد التيار هي V2. لحساب سرعة تدفق النهر تحتاج (V1 - V2): 2.

لقياس سرعة تدفق المياه، يتم استخدام جهاز تأخر خاص، دولاب الهواء، يتكون من شفرة وجسم وقسم ذيل ودوار.

هناك طريقة أخرى بسيطة لحساب سرعة النهر.

يمكنك قياس 10 أمتار في اتجاه المنبع بخطوات. سيكون طولك أكثر دقة. ثم ضع علامة على الضفة بحجر أو فرع وألق قطعة من الخشب في النهر فوق العلامة. بعد أن تصل الشظية إلى العلامة الموجودة على الشاطئ، عليك أن تبدأ في حساب الثواني. ثم قسّم المسافة المقاسة البالغة 10 أمتار على عدد الثواني خلال هذه المسافة. على سبيل المثال، قطعت قطعة من الجبن مسافة 10 أمتار في 8.5 ثانية. وستكون سرعة تدفق النهر 1.18 متر في الثانية.

عناصر النظام المائي وطرق مراقبتها

(بحسب إل كيه دافيدوف)

تحت تأثير عدد من الأسباب، والتي سيتم مناقشتها أدناه، تتغير تدفقات المياه في الأنهار، وموقع سطح المستوى، ومنحدراته وسرعات التدفق. ويسمى التغير التراكمي في معدلات تدفق المياه ومناسيبها ومنحدراتها وسرعاتها مع مرور الوقت بنظام المياه، وتسمى التغيرات في معدلات التدفق ومستوياتها ومنحدراتها وسرعاتها بشكل فردي عناصر النظام المائي.

تدفق المياه (Q) هو كمية المياه التي تتدفق عبر جزء حي معين من النهر لكل وحدة زمنية. يتم التعبير عن معدل التدفق بـ m3 / s. مستوى الماء (H) هو ارتفاع سطح الماء (بالسنتيمتر)، ويتم قياسه من مستوى مقارنة ثابت.

ملاحظات المستويات وطرق معالجتها

يتم إجراء ملاحظات تقلبات المستوى عند نقاط قياس المياه (الشكل 73) وتتكون من قياس ارتفاع سطح الماء فوق مستوى ثابت معين، يؤخذ على أنه المستوى الأولي، أو الصفر. عادةً ما يُنظر إلى مثل هذا المستوى على أنه مستوى يمر عبر علامة تقع أسفل أدنى مستوى للمياه بقليل. يُطلق على الارتفاع المطلق أو النسبي لهذا المستوى صفر الرسم البياني، وفي التجاوزات يتم تحديد جميع المستويات فوقها.

أرز. 73. محطة قياس مياه الخوازيق (أ) وقراءة منسوب المياه باستخدام السكك الحديدية المحمولة (ب).

يتم إجراء القياسات باستخدام قضيب قياس الماء بدقة 1 سم، وهناك نوعان من القضبان - الدائمة والمحمولة. يتم ربط الشرائح الدائمة بدعائم الجسر أو بكومة مدفوعة في قاع مجرى النهر بالقرب من الضفة. مع الضفاف المسطحة والمساحات الكبيرة من تقلبات المستوى، يتم إجراء الملاحظات باستخدام طاقم عمل متنقل. للقيام بذلك، يتم دفع عدد من الأكوام الموجودة في المحاذاة إلى قاع النهر والسهول الفيضية.

يتم ربط علامات رؤوس الخوازيق عن طريق التسوية بمعيار محطة قياس المياه المثبتة على الشاطئ، وتعرف علامتها المطلقة أو النسبية. يتم قياس مستوى الماء باستخدام قضيب محمول مثبت على رأس الكومة. وبمعرفة ارتفاع رأس كل كومة، يمكن التعبير عن جميع المستويات المقاسة بالتجاوزات فوق سطح الصفر، أو صفر الرسم البياني. عادة ما يتم إجراء الملاحظات في أعمدة قياس المياه مرتين في اليوم - الساعة 8 و 20 صباحًا. خلال الفترات التي تتغير فيها المستويات بسرعة، يتم إجراء ملاحظات إضافية بعد ساعة أو ساعتين أو 3 أو 6 ساعات طوال اليوم. للتسجيل المستمر للمستويات طوال اليوم، يتم استخدام مسجلات المستوى، والتي يمكن العثور على وصف لها في كتاب قياس السوائل (V.D. Bykov و A.V. Vasiliev). هناك يمكنك أيضًا التعرف على الموقع الهيدرولوجي للتسجيل التلقائي (مستوى الماء ودرجة الحرارة). يؤدي الانتقال إلى نظام المراقبة الآلي إلى تسريع عملية الحصول على المعلومات الهيدرولوجية وزيادة كفاءة استخدامها.

وبناء على كافة القياسات يتم حساب متوسط ​​المستويات لكل يوم ويتم تجميع جداول متوسط ​​المستويات اليومية لهذا العام. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه الجداول على متوسط ​​المستويات لكل شهر وسنة واختيار أعلى وأدنى المستويات لكل شهر وسنة.

تسمى المستويات المتوسطة والأعلى والأدنى بالمستويات المميزة. يتم نشر بيانات مراقبة المستوى في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في منشورات خاصة – الكتب السنوية الهيدرولوجية. في فترة ما قبل الثورة، نُشرت هذه البيانات في "معلومات عن مستويات المياه في الممرات المائية الداخلية في روسيا بناءً على الملاحظات التي تم إجراؤها في مراكز قياس المياه".

واستنادا إلى الملاحظات اليومية للمستويات، يتم إنشاء رسوم بيانية لتقلباتها، مما يعطي تمثيلا مرئيا لنظام المستوى لسنة معينة.

طرق قياس سرعات تدفق الأنهار

عادة ما يتم قياس سرعات تدفق النهر باستخدام العوامات أو أجهزة القياس. في بعض الحالات، يتم حساب متوسط ​​السرعة لقسم المعيشة بأكمله باستخدام صيغة Chezy. أبسط العوامات وأكثرها استخدامًا مصنوعة من الخشب. يتم إلقاء العوامات في الماء على الأنهار الصغيرة من الشاطئ، على الأنهار الكبيرة - من القارب. باستخدام ساعة الإيقاف، يتم تحديد الوقت t لمرور العوامة بين هدفين متجاورين، المسافة l المعروفة بينهما. السرعة السطحية للتيار تساوي سرعة الطفو

وبشكل أكثر دقة، يتم قياس السرعات الحالية باستخدام مقياس كثافة السوائل. يسمح لك بتحديد متوسط ​​سرعة التدفق عند أي نقطة في التدفق. هناك أنواع مختلفة من الأقراص الدوارة. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، يوصى حاليًا باستخدام الأقراص الدوارة الهيدرومترية الحديثة من Zhestovsky و Burtsev GR-21M و GR-55 و GR-11.

عند قياس السرعات، يتم إنزال القرص الدوار الموجود على قضيب أو كابل في الماء إلى أعماق مختلفة بحيث يتم توجيه شفراته ضد التيار. تبدأ الشفرات في الدوران، وكلما زادت سرعة التدفق. بعد عدد معين من الثورات لمحور القرص الدوار (عادة 20)، يتم إعطاء إشارة ضوئية أو صوتية باستخدام جهاز خاص. يتم تحديد عدد الثورات في الثانية من خلال الفاصل الزمني بين إشارتين.

تتم معايرة الأقراص الدوارة في مختبرات خاصة أو في المصانع التي يتم تصنيعها فيها، أي يتم إنشاء علاقة بين عدد دورات شفرة القرص الدوار في الثانية (n rpm) وسرعة التدفق (v m/s). ومن هذا الاعتماد، بمعرفة n، يمكننا تحديد v. يتم إجراء القياسات باستخدام دولاب الهواء على عدة قطاعات، في عدة نقاط في كل منها.

طرق تحديد تدفق المياه

يمكن تحديد تدفق المياه في قسم مفتوح معين بواسطة الصيغة

حيث v هي متوسط ​​السرعة لقسم المعيشة بأكمله؛ w هي مساحة هذا القسم. يتم تحديد الأخير نتيجة لقياسات أعماق قاع النهر على طول المقطع العرضي.

باستخدام الصيغة المذكورة أعلاه، يتم حساب معدل التدفق فقط إذا تم تحديد السرعة باستخدام صيغة Chezy. عند قياس السرعات باستخدام العوامات أو القرص الدوار على القطاعات الرأسية الفردية، يتم تحديد معدل التدفق بشكل مختلف. وليُعرف متوسط ​​السرعات لكل رأسي نتيجة القياسات. ثم يتم تقليل مخطط حساب استهلاك المياه إلى ما يلي. يمكن تمثيل تدفق المياه كحجم المسطح المائي - نموذج التدفق (الشكل 76 أ)، يقتصر على مستوى القسم الحي، والسطح الأفقي للمياه والسطح المنحني v = f (H، B) ، يوضح التغير في السرعة على طول عمق التدفق وعرضه. يتم التعبير عن هذا الحجم، وبالتالي معدل التدفق، بالصيغة

وبما أن قانون التغيير v = f(H,B) غير معروف رياضياً، يتم حساب معدل التدفق بشكل تقريبي.

أرز. 76 مخطط لحساب استهلاك المياه. أ - نموذج التدفق، ب - التدفق الجزئي.

يمكن تقسيم نموذج التدفق بواسطة مستويات رأسية متعامدة مع منطقة القسم المفتوح إلى أحجام أولية (الشكل 76 ب). يتم حساب معدل التدفق الإجمالي كمجموع معدلات التدفق الجزئي AQ، التي يمر كل منها عبر جزء من منطقة المقطع المفتوح، الموجودة بين عمودي سرعتين أو بين الحافة والرأسي الأقرب إليه.

وبالتالي فإن معدل التدفق الإجمالي Q يساوي

حيث K هي معلمة متغيرة تعتمد على طبيعة الساحل وتتراوح من 0.7 إلى 0.9. في وجود الفضاء الميت K = 0.5.

يتم حساب متوسط ​​السرعة لقسم المعيشة بأكمله عند معدل تدفق مياه معروف Q بواسطة الصيغة vcр =Q/w.

وتستخدم طرق أخرى أيضًا لقياس تدفقات المياه، على سبيل المثال، يتم استخدام طريقة الفيضان الأيوني على الأنهار الجبلية.

يتم تقديم معلومات مفصلة حول تحديد وحساب معدلات تدفق المياه في دورة قياس السوائل. هناك علاقة معينة بين معدلات ومستويات تدفق المياه، Q - f(H)، المعروفة في علم الهيدرولوجيا بمنحنى تدفق المياه. ويرد منحنى تجريبي مماثل في الشكل. 77 أ.

وقد استند إلى تدفقات المياه المقاسة في النهر خلال الفترة الخالية من الجليد. وتقع النقاط المقابلة لتدفقات المياه الشتوية على يسار منحنى الصيف، حيث أن التدفقات المقاسة أثناء فترة التجميد في فصل الشتاء (عند نفس المستوى من الارتفاع) أقل من QL الصيفية. الانخفاض في معدلات التدفق هو نتيجة لزيادة خشونة مجرى النهر بسبب التكوينات الجليدية وانخفاض مساحة المقطع العرضي المفتوحة. العلاقة بين Qwin وQl، معبراً عنها بمعامل الانتقال

ولا يبقى ثابتاً ويتغير مع مرور الوقت مع تغير شدة التكوينات الجليدية وسمك الجليد وخشونة سطحه السفلي. يظهر في الشكل مسار التغيرات في Kzim=f(T) من بداية التجميد إلى الفتح. 77 ب.

يتيح منحنى التدفق تحديد التدفق اليومي لمياه النهر بناءً على المستويات المعروفة التي يتم ملاحظتها في محطات قياس المياه. بالنسبة للفترة الخالية من الجليد، فإن استخدام المنحنى Q = f(H) لا يسبب أي صعوبات. يمكن تحديد التكاليف اليومية أثناء التجميد أو التكوينات الجليدية الأخرى باستخدام نفس المنحنى Q = f(H) والرسم البياني الزمني Kzim = f/(T)، والذي يتم من خلاله أخذ قيم Kzim للتاريخ المطلوب:

QZIM = كزيم قل

وهناك طرق أخرى لتحديد تكاليف الشتاء، على سبيل المثال، استخدام منحنى التدفق "الشتوي"، إذا كان من الممكن إنشاؤه.

في عدد من الحالات، يتم أيضًا انتهاك عدم غموض منحنى تدفق المياه خلال الفترة الخالية من الجليد. يتم ملاحظة ذلك غالبًا عندما تكون القناة غير مستقرة (الطمي، التآكل)، وكذلك عند حدوث مياه راكدة متغيرة بسبب عدم التطابق في مستويات نهر معين وتدفقه، وتشغيل الهياكل الهيدروليكية، ونمو القناة مع النباتات المائية والظواهر الأخرى. في كل حالة من هذه الحالات، يتم اختيار طريقة أو أخرى لتحديد تدفقات المياه اليومية، على النحو المبين في دورة قياس السوائل.

بناءً على بيانات استهلاك المياه اليومي، يمكنك حساب متوسط ​​الاستهلاك لمدة عقد أو شهر أو سنة. ويطلق على متوسط ​​وأعلى وأدنى النفقات لسنة معينة أو لعدد من السنوات اسم النفقات المميزة. بناءً على بيانات التدفق اليومي، يتم إنشاء رسم بياني تقويمي (زمني) لتقلبات تدفق المياه، يسمى الرسم الهيدروغراف (الشكل 78).

أرز. 78. الهيدروغراف.

آلية تدفق النهر

(بحسب إل كيه دافيدوف)

الحركة صفحي ومضطرب

في الطبيعة، هناك طريقتان لحركة السوائل، بما في ذلك الماء: الصفحي والمضطرب. الحركة الصفحية موازية للطائرة. مع التدفق المستمر للمياه، لا تتغير السرعات عند كل نقطة من التدفق بمرور الوقت، سواء من حيث الحجم أو الاتجاه. في التدفقات المفتوحة، تزداد السرعة من الأسفل، حيث تكون صفرًا، بسلاسة إلى أعلى قيمة لها على السطح. تعتمد الحركة على لزوجة السائل، وتكون مقاومة الحركة متناسبة مع السرعة مرفوعة للقوة الأولى. الخلط في التدفق هو من طبيعة الانتشار الجزيئي. يتميز النظام الصفحي بالتدفقات الجوفية التي تتدفق في التربة ذات الحبيبات الدقيقة.

في تدفقات الأنهار تكون الحركة مضطربة. السمة المميزة للنظام المضطرب هي نبض السرعة، أي تغيرها بمرور الوقت عند كل نقطة من حيث الحجم والاتجاه. تحدث تقلبات السرعة هذه عند كل نقطة حول قيم متوسطة ثابتة، والتي يستخدمها عادة علماء الهيدرولوجيا. يتم ملاحظة أعلى السرعات على سطح التدفق. باتجاه القاع تنخفض ببطء نسبيًا وفي المنطقة المجاورة مباشرة للقاع لا تزال لديها قيم كبيرة جدًا. وهكذا، في تدفق النهر، تكون السرعة في القاع غير صفر عمليًا. تشير الدراسات النظرية للتدفق المضطرب إلى وجود طبقة حدودية رقيقة جدًا في الأسفل، حيث تنخفض السرعة بشكل حاد إلى الصفر.

الحركة المضطربة مستقلة عمليا عن لزوجة السائل. تتناسب مقاومة الحركة في التدفقات المضطربة مع مربع السرعة.

لقد ثبت تجريبياً أن الانتقال من الوضع الصفحي إلى الوضع المضطرب والعودة يحدث عند علاقات معينة بين سرعة الجريان vav وعمق التدفق. يتم التعبير عن هذه العلاقة من خلال رقم رينولدز بدون أبعاد

المقام (ν) هو معامل اللزوجة الحركية.

بالنسبة للقنوات المفتوحة، تختلف أرقام رينولدز الحرجة التي يتغير فيها وضع الحركة تقريبًا في حدود 300-1200. إذا أخذنا Re = 360 ومعامل اللزوجة الحركية = 0.011، عندها عند عمق 10 سم تكون السرعة الحرجة (السرعة التي تصبح فيها الحركة الصفحية مضطربة) 0.40 سم/ثانية؛ وعلى عمق 100 سم تنخفض إلى 0.04 سم/ث. تفسر القيم المنخفضة للسرعة الحرجة الطبيعة المضطربة لحركة المياه في تدفقات الأنهار.

وفقًا للمفاهيم الحديثة (A.V. Karaushev وآخرون)، تتحرك الكميات الأولية من الماء (العناصر الهيكلية) ذات الأحجام المختلفة داخل التدفق المضطرب في اتجاهات مختلفة وبسرعات نسبية مختلفة. وهكذا، إلى جانب الحركة العامة للتدفق، من الممكن ملاحظة حركة كتل المياه الفردية، مما يؤدي إلى وجود مستقل لفترة قصيرة. من الواضح أن هذا ما يفسر ظهور تدفق مضطرب من مسارات صغيرة على السطح - دوامات، تظهر بسرعة وتختفي بنفس السرعة، كما لو كانت تذوب في الكتلة الإجمالية للمياه. وهذا لا يفسر أيضًا نبض سرعات التدفق فحسب، بل يفسر أيضًا نبضات التعكر ودرجة الحرارة وتركيز الأملاح الذائبة.

إن الطبيعة المضطربة لحركة المياه في الأنهار تسبب اختلاط الكتلة المائية. تزداد شدة الخلط مع زيادة سرعة التدفق. ولظاهرة الخلط أهمية هيدرولوجية كبيرة. فهو يساعد على معادلة درجة الحرارة وتركيز الجزيئات العالقة والمذابة على طول المقطع العرضي المباشر للتدفق.

أرز. 65. أمثلة على تدفق سطح الماء المنحني. أ - دعم الصراخ، ب - منحنى الانخفاض (وفقًا لـ A. V. Karaushev).

حركة المياه في الأنهار

تتحرك المياه في الأنهار تحت تأثير الجاذبية F'. يمكن أن تتحلل هذه القوة إلى عنصرين: موازيين للأسفل Fx وطبيعي للأسفل F’y (انظر الشكل 68). تتم موازنة القوة F' بواسطة قوة رد الفعل من الأسفل. تتسبب القوة F'x، اعتمادًا على المنحدر، في حركة الماء في الجدول. هذه القوة، التي تعمل باستمرار، يجب أن تسبب تسارع الحركة. وهذا لا يحدث لأنه يتوازن مع قوة المقاومة التي تنشأ في التدفق نتيجة الاحتكاك الداخلي بين جزيئات الماء واحتكاك كتلة الماء المتحركة بالقاع والضفاف. التغيرات في الانحدار وخشونة القاع وتضييق واتساع القناة تسبب تغيراً في نسبة القوة الدافعة وقوة المقاومة مما يؤدي إلى تغير في سرعات الجريان على طول النهر وفي القسم الحي.

تتميز الأنواع التالية من حركة المياه في الجداول: 1) موحدة، 2) غير متساوية، 3) غير مستقرة. مع الحركة المنتظمة لسرعة التدفق، يكون المقطع العرضي المفتوح ومعدل تدفق المياه ثابتين على طول التدفق ولا يتغيران بمرور الوقت. يمكن ملاحظة هذا النوع من الحركة في القنوات ذات المقطع العرضي المنشوري.

مع الحركة غير المتساوية، لا يتغير الميل والسرعة والقسم المفتوح في قسم معين بمرور الوقت، بل يتغيرون على طول التدفق. ويلاحظ هذا النوع من الحركة في الأنهار خلال فترات انخفاض المياه مع تدفق المياه المستقر فيها، وكذلك في ظل ظروف المياه الراكدة التي يشكلها السد.

الحركة غير المستقرة هي تلك التي تتغير فيها جميع العناصر الهيدروليكية للتدفق (المنحدرات، السرعات، منطقة المقطع العرضي المفتوحة) في القسم قيد النظر سواء في الوقت أو في الطول. الحركة غير المستقرة هي سمة من سمات الأنهار أثناء الفيضانات والفيضانات.

مع الحركة المنتظمة، يكون ميل سطح التدفق I مساويًا للمنحدر السفلي i ويكون سطح الماء موازيًا للسطح السفلي المستوي. يمكن أن تكون الحركة غير المتساوية بطيئة وسريعة. ومع تباطؤ التدفق أسفل النهر، يأخذ منحنى سطح الماء الحر شكل منحنى المياه الراكدة. يصبح ميل السطح أقل من المنحدر السفلي (I< i), и глубина возрастает в направлении течения. При ускоряющемся течении кривая свободной поверхности потока называется кривой спада; глубина убывает вдоль потока, скорость и уклон возрастают (I >ط) (الشكل 65).

أرز. 68. مخطط لاشتقاق معادلة Chezy (حسب A.V. Karaushev).

سرعات تدفق المياه وتوزيعها على القسم المفتوح

إن سرعات التدفق في الأنهار ليست هي نفسها عند نقاط مختلفة من التدفق: فهي تختلف عبر عمق وعرض قسم التدفق. في كل رأسي فردي، يتم ملاحظة أقل السرعات في الأسفل، وذلك بسبب تأثير خشونة القناة. من الأسفل إلى السطح، تحدث الزيادة في السرعة في البداية بسرعة، ثم تتباطأ، ويتم الوصول إلى الحد الأقصى في التدفقات المفتوحة على السطح أو على مسافة 0.2 ساعة من السطح. تسمى منحنيات تغيرات السرعة العمودية بالرسومات المجسمة أو مخططات السرعة (الشكل 66). يتأثر التوزيع الرأسي للسرعات بشكل كبير بالتفاوت في تضاريس القاع والغطاء الجليدي والرياح والنباتات المائية. إذا كانت هناك مخالفات في الأسفل (التلال والصخور)، فإن سرعات التدفق أمام العائق تنخفض بشكل حاد نحو الأسفل. تتناقص السرعات في الطبقة السفلية مع تطور النباتات المائية، مما يزيد بشكل كبير من خشونة قاع القناة. في فصل الشتاء، تحت الجليد، وخاصة في وجود الطين، وتحت تأثير الاحتكاك الإضافي على السطح السفلي الخشن للجليد، تكون السرعات منخفضة. تنتقل السرعة القصوى إلى منتصف العمق وتكون في بعض الأحيان أقرب إلى القاع. تعمل الرياح التي تهب في اتجاه التيار على زيادة سرعتها على السطح. ومع وجود علاقة عكسية بين اتجاه الريح والتيار، تنخفض السرعات عند السطح، وينتقل موقع الحد الأقصى إلى عمق أكبر مقارنة بموقعه في الطقس الهادئ.

على طول عرض التدفق، تتغير كل من السرعات السطحية والمتوسطة على الخطوط العمودية بسلاسة تامة، مما يكرر بشكل أساسي توزيع الأعماق في القسم المباشر: بالقرب من الساحل تكون السرعة أقل، وفي وسط التدفق تكون أعلى. ويسمى الخط الذي يربط النقاط الموجودة على سطح النهر بأعلى السرعات بالقلب. إن معرفة موضع القضيب له أهمية كبيرة عند استخدام الأنهار لنقل المياه وركوب الرمث بالأخشاب. يمكن الحصول على تمثيل مرئي لتوزيع السرعات في قسم حي من خلال بناء الأيسوتا - خطوط تربط النقاط بنفس السرعات في قسم حي (الشكل 67). عادة ما تقع منطقة السرعات القصوى على عمق معين من السطح. يُطلق على الخط الذي يربط نقاط المقاطع الحية الفردية على طول التدفق بأعلى السرعات اسم المحور الديناميكي للتدفق.

أرز. 66. مخططات السرعة. أ - قناة مفتوحة، ب - أمام عائق، ج - الغطاء الجليدي، د - تراكم الحمأة.

يتم حساب متوسط ​​السرعة العمودية عن طريق قسمة مساحة مخطط السرعة على العمق الرأسي أو في وجود سرعات مقاسة عند نقاط مميزة في العمق (VPOV، V0.2، V0.6، V0.8، VDON) باستخدام إحدى الصيغ التجريبية، على سبيل المثال

متوسط ​​السرعة في القسم المباشر. صيغة شيزي

لحساب متوسط ​​سرعة التدفق في غياب القياسات المباشرة، يتم استخدام صيغة تشيزي على نطاق واسع. تبدو هكذا:

حيث Hav هو متوسط ​​العمق.

قيمة المعامل C ليست قيمة ثابتة. ذلك يعتمد على عمق وخشونة مجرى النهر. هناك العديد من الصيغ التجريبية لتحديد C. هنا اثنين منهم:

صيغة مانينغ

صيغة N. N. بافلوفسكي
حيث n هو معامل الخشونة الموجود وفقًا لجداول خاصة لـ M. F. Sribny. يتم تحديد المؤشر المتغير في صيغة بافلوفسكي بالاعتماد.

من صيغة تشيزي يمكن ملاحظة أن سرعة التدفق تزداد مع زيادة نصف القطر الهيدروليكي أو متوسط ​​العمق. يحدث هذا لأنه مع زيادة العمق، يضعف تأثير خشونة القاع على قيمة السرعة عند النقاط الرأسية الفردية وبالتالي تقل المساحة الموجودة على مخطط السرعة التي تشغلها السرعات المنخفضة. تؤدي الزيادة في نصف القطر الهيدروليكي أيضًا إلى زيادة في المعامل C. ويترتب على صيغة تشيزي أن سرعة التدفق تزداد مع زيادة الميل، ولكن هذه الزيادة تكون أقل وضوحًا أثناء الحركة المضطربة مقارنة بالحركة الصفحية.

سرعة تدفق الأنهار الجبلية والمنخفضة

يعد تدفق الأنهار المنخفضة أكثر هدوءًا من تدفق الأنهار الجبلية. سطح الماء في الأنهار المنخفضة مسطح نسبيًا. تتدفق العوائق حولها بهدوء، ويتوافق منحنى المياه الراكدة الذي يظهر أمام العائق بسلاسة مع سطح الماء في منطقة المنبع.

تتميز الأنهار الجبلية بالتفاوت الشديد في سطح الماء (التلال الرغوية، والصدوع العكسية، والانخفاضات). تحدث الأعطال العكسية أمام عائق (كومة من الصخور في أسفل القناة) أو مع انخفاض حاد في المنحدر السفلي. يُطلق على ارتفاع الماء في المكونات الهيدروليكية اسم القفزة الهيدروليكية (المائية). ويمكن اعتبارها موجة واحدة تظهر على سطح الماء أمام عائق ما. وسرعة انتشار الموجة الواحدة على السطح، كما هو معروف، هي c =، حيث g تسارع الجاذبية، وH هو العمق.

إذا تبين أن متوسط ​​سرعة التدفق vсpr للتدفق يساوي سرعة انتشار الموجة أو يتجاوزها، فإن الموجة المتكونة عند العائق لا يمكن أن تنتشر ضد التيار وتتوقف بالقرب من نقطة بدايتها. تتشكل موجة نزوح متوقفة.

دع فاف = ج. باستبدال القيمة من الصيغة السابقة في هذه المساواة، نحصل على vav = , أو

يُعرف الجانب الأيسر من هذه المعادلة برقم Froude (Fr). يتيح لنا هذا الرقم تقدير ظروف وجود نظام تدفق عاصف أو هادئ: عند الأب< 1 — спокойный режим, при Fr >1- الوضع العاصف .

وبالتالي، توجد العلاقات التالية بين طبيعة التدفق والعمق والسرعة، وبالتالي المنحدر: مع زيادة الميل والسرعة وانخفاض العمق عند معدل تدفق معين، يصبح التدفق أكثر اضطرابًا؛ ومع انخفاض المنحدر والسرعة وزيادة العمق عند معدل تدفق معين، يصبح التدفق أكثر هدوءًا.

تتميز الأنهار الجبلية، كقاعدة عامة، بالتدفقات السريعة، في حين أن الأنهار المنخفضة لديها نظام تدفق هادئ. يمكن أن يحدث نظام التدفق المضطرب أيضًا في مناطق منحدرات الأنهار المنخفضة. يؤدي الانتقال إلى التدفق الخام إلى زيادة اضطراب التدفق بشكل حاد.

التداولات المستعرضة

من سمات حركة المياه في الأنهار التدفق غير المتوازي للتيارات. يتجلى بوضوح على المنحنيات ويتم ملاحظته في المقاطع المستقيمة من الأنهار. جنبا إلى جنب مع الحركة العامة للتدفق الموازي للشواطئ، هناك عموما تيارات داخلية في التدفق، موجهة في زوايا مختلفة إلى محور حركة التدفق وتنتج حركات الكتل المائية في اتجاه عرضي للتدفق. وقد لفت الباحث الروسي إن إس ليليافسكي الانتباه إلى هذا في نهاية القرن الماضي. وأوضح هيكل التدفقات الداخلية على النحو التالي. عند القضيب، بسبب السرعات العالية على سطح الماء، يتم سحب النفاثات من الجانب، ونتيجة لذلك، يتم إنشاء زيادة طفيفة في المستوى في وسط التدفق. ونتيجة لذلك، في مستوى متعامد مع اتجاه التدفق، يتم تشكيل تدفقين للدوران على طول خطوط مغلقة، متباعدة في الأسفل (الشكل 69 أ). بالاشتراك مع الحركة الأمامية، تأخذ تيارات الدوران العرضية هذه شكل حركات حلزونية. وصف ليليافسكي التيار السطحي الموجه نحو القلب بأنه معيب، والتيار السفلي المتباعد بأنه تيار على شكل مروحة.

في الأقسام المنحنية من القناة، يتم إلقاء نفاثات المياه، التي تلتقي بضفة مقعرة، بعيدًا عنها. إن كتل المياه التي تحملها هذه النفاثات المنعكسة، والتي لها سرعات أقل، متراكبة على كتل المياه التي تحملها النفاثات التالية المصطدمة بها، تزيد من مستوى سطح الماء بالقرب من الشاطئ المقعر. ونتيجة لذلك، يحدث انحراف لسطح الماء، وتنزل نفاثات المياه الموجودة بالقرب من الشاطئ المقعر على طول منحدرها ويتم توجيهها في الطبقات السفلية إلى الشاطئ المحدب المقابل. يحدث تيار دوران في المقاطع المنحنية من الأنهار (الشكل 69 ب).

أرز. 69. تيارات الدوران على قسم مستقيم (أ) وعلى قسم منحني (ب) من القناة (بحسب N. S. Lelyavsky). 1 - مخطط النفاثات السطحية والسفلية، 2 - تيارات الدوران في المستوى الرأسي، 3 - التيارات الحلزونية.

تمت دراسة ميزات التدفقات الداخلية بواسطة A. I. Losievsky في ظروف المختبر. لقد أثبت اعتماد شكل تيارات الدورة الدموية على نسبة عمق وعرض التدفق وحدد أربعة أنواع من التدفقات الداخلية (الشكل 70).

يتم تمثيل النوعين الأول والثاني من خلال دورانين متماثلين. النوع الأول يتميز بالتقارب النفاث على السطح والتباعد في الأسفل. هذه الحالة نموذجية للمجاري المائية ذات القناة الواسعة والضحلة، عندما يكون تأثير البنوك على التدفق ضئيلًا. في الحالة الثانية، يتم توجيه الطائرات السفلية من الشواطئ إلى المنتصف. يعتبر هذا النوع من التداول نموذجيًا للتدفقات العميقة ذات السرعات العالية. ويلاحظ النوع الثالث مع دوران في اتجاه واحد في القنوات المثلثة الشكل. النوع الرابع - المتوسط ​​- يمكن أن يحدث أثناء الانتقال من النوع الأول إلى النوع الثاني. في هذه الحالة، يمكن أن تكون الطائرات في منتصف التدفق متقاربة أو متباعدة، على التوالي، بالقرب من الساحل - متباعدة أو متقاربة. تم تطوير فكرة تيارات الدورة الدموية بشكل أكبر في أعمال M. A. Velikanov، V. M. Makkaveev، A. V. Karaushev وآخرين، ويتم تقديم الدراسات النظرية لحدوث هذه التيارات في دورات خاصة حول الهيدروليكا وديناميكيات تدفقات القنوات. يتم تفسير ظهور التيارات العرضية عند انحناءات القناة من خلال قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي التي تتطور هنا والمنحدر العرضي المرتبط بسطح الماء. إن قوة الطرد المركزي للقصور الذاتي التي تنشأ على المنحنيات ليست هي نفسها عند أعماق مختلفة.

أرز. 70. مخطط التدفقات الداخلية (حسب A. I. Losievsky). 1 - طائرة سطحية، 2 - طائرة سفلية.

أرز. 71. مخطط إضافة القوى المسببة للتداول. أ - التغيير الرأسي في قوة الطرد المركزي P1، ب ​​- الضغط الزائد، ج - الرسم البياني الناتج لقوى الطرد المركزي والضغط الزائد المؤثرة على الدوران الرأسي، د - العرضي.
يكون أكبر على السطح وأقل في الأسفل بسبب انخفاض السرعة الطولية مع العمق (الشكل 71 أ).

اعتمادًا على اتجاه الانحناء، تعمل قوة كوريوليس المنحرفة على تقوية أو إضعاف التدفقات العرضية عند الانحناء. تثير نفس القوة التدفقات العرضية في المقاطع المستقيمة.

عند المستويات المنخفضة عند المنحنى، لا يتم التعبير عن تيارات الدورة الدموية تقريبًا. ومع زيادة المستويات، وزيادة السرعة وقوة الطرد المركزي، تصبح تيارات الدوران متميزة. عادة ما تكون سرعة التيارات المستعرضة صغيرة - أقل بعشرات المرات من المكون الطولي للسرعة. تتم ملاحظة الطبيعة الموصوفة لتيارات الدورة الدموية قبل أن تصل المياه إلى السهول الفيضية. منذ اللحظة التي تدخل فيها المياه إلى السهول الفيضية، يتم إنشاء تدفقين في النهر - تدفق علوي في اتجاه الوادي، وتدفق سفلي في القناة الرئيسية. إن التفاعل بين هذه التدفقات معقد وما زال غير مفهوم بشكل جيد.

يبدو أن الأدبيات الحديثة حول ديناميكيات تدفقات القنوات (K. V. Grishanin، 1969) تقدم تفسيرًا أكثر صرامة لظهور الدورات العرضية في تدفق النهر. يرتبط أصل هذه الدورانات بآلية انتقال تسارع كوريوليس إلى الأحجام الأولية من الماء في التدفق من خلال تدرج الضغط الناتج عن الانحدار العرضي (والثابت عموديًا) والفرق في الضغوط العرضية الناتجة عن حواف الأحجام الأولية من الماء عن طريق الاختلافات في سرعات التدفق العمودي.

هناك دور مشابه لتسريع كوريوليس يلعبه تسارع الجاذبية عند انعطاف القناة.

بالإضافة إلى الدوران العرضي، يتم ملاحظة حركات الدوامة ذات المحور الرأسي للدوران في التدفق (الشكل 72).

أرز. 72. رسم تخطيطي للدوامات ذات المحاور الرأسية (حسب ك. في. جريشانين).

بعضها متحرك وغير مستقر، والبعض الآخر ثابت وله أبعاد عرضية كبيرة. في كثير من الأحيان تنشأ عند التقاء التدفقات، خلف الحواف الساحلية شديدة الانحدار، عند التدفق حول بعض العوائق تحت الماء، وما إلى ذلك. لم تتم دراسة شروط تكوين الدوامات الثابتة بعد. يقترح جريشانين أن تكوين دوامة محلية مستقرة يتم تسهيله من خلال العمق الكبير للتدفق ووجود تدفق تصاعدي للمياه. هذه الدوامات في التدفق، والمعروفة باسم الدوامات، تشبه دوامات الهواء - الأعاصير.

تلعب الدورانات العرضية والحركات الدوامية دورًا كبيرًا في نقل الرواسب وتكوين القنوات النهرية.