В гидрологии расход — это объемный расход (объем за единицу времени, в м 3 /ч или фут 3 /ч) потока . Она равна произведению средней скорости потока (с измерением длины за единицу времени, в м/ч или футах/ч) и площади поперечного сечения (в м 2 или футах 2 ). [1] Помимо самой воды, сюда входят любые взвешенные твердые вещества (например, осадок), растворенные химические вещества (например, CaCO 3(вод) ) или биологический материал (например, диатомовые водоросли ). Условия могут различаться в зависимости от дисциплины. Например, речной гидролог, изучающий естественные речные системы, может определить сброс как сток , тогда как инженер, эксплуатирующий систему водохранилищ, может приравнять его к оттоку , в отличие от притока .
Расход — это мера количества любого потока жидкости за единицу времени. Количество может быть как объемом, так и массой. Таким образом, расход воды из крана (крана) можно измерить мерным кувшином и секундомером. Здесь выделение может составлять 1 литр за 15 секунд, что эквивалентно 67 мл/секунду или 4 литрам/минуту. Это средний показатель. Для измерения расхода реки нам нужен другой метод, наиболее распространенным является метод «площадь-скорость». Площадь — это площадь поперечного сечения реки, а среднюю скорость на этом участке необходимо измерять за единицу времени, обычно за минуту. Измерение площади поперечного сечения и средней скорости, хотя и простое по своей сути, часто является нетривиальной задачей.
Единицы , которые обычно используются для выражения расхода воды в ручьях или реках, включают м 3 /с (кубические метры в секунду), футы 3 /с (кубические футы в секунду или кубические футы в секунду) и/или акр-футы в сутки. [2]
Широко применяемая методология измерения и оценки расхода реки основана на упрощенной форме уравнения непрерывности . Из уравнения следует, что для любой несжимаемой жидкости, такой как жидкая вода, расход (Q) равен произведению площади поперечного сечения потока (A) на его среднюю скорость ( ) и записывается как:
где
Например, средний расход реки Рейн в Европе составляет 2200 кубических метров в секунду (78 000 куб футов / с) или 190 000 000 кубических метров (150 000 акров футов) в день.
Из-за трудностей измерения расходомер часто используется в фиксированном месте на ручье или реке.
Гидрограф — это график, показывающий скорость потока (расхода) в зависимости от времени прохождения определенной точки реки, канала или трубопровода, несущего поток . Скорость потока обычно выражается в кубических метрах или кубических футах в секунду (см или кубические футы в секунду).
Гидрографы часто связывают изменения количества осадков с изменениями расхода воды с течением времени. [3] Это также может относиться к графику, показывающему объем воды, достигающей определенного водоотвода или местоположения в канализационной сети. Графы обычно используются при проектировании канализации , точнее, при проектировании систем поверхностной канализации и комбинированной канализации .
Водосбор реки выше определенного места определяется площадью всей суши, которая стекает в реку выше этой точки . Сток реки в этом месте зависит от количества осадков на водосборной или дренажной площади , а также от притока или оттока грунтовых вод в этот район или из него, модификаций рек, таких как плотины и отводы ирригационных систем, а также испарения и эвапотранспирации с земель и растений района. поверхности. В штормовой гидрологии важным фактором является гидрограф расхода реки, представляющий собой запись того, как расход меняется с течением времени после выпадения осадков. Река поднимается до пика после каждого выпадения осадков, а затем медленно спадает . Поскольку пиковый расход также соответствует максимальному уровню воды, достигнутому во время события, он представляет интерес для исследований наводнений. Анализу взаимосвязи между интенсивностью и продолжительностью осадков и реакцией расхода ручья помогает концепция единичного гидрографа , которая представляет собой реакцию расхода ручья во времени на применение гипотетического «единичного» количества и продолжительности осадков ( например, полдюйма за один час). Количество осадков коррелирует с объемом воды (в зависимости от площади водосбора), которая впоследствии вытекает из реки. Используя метод единичного гидрографа, можно математически смоделировать фактические исторические осадки для подтверждения характеристик исторических наводнений, а также можно создать гипотетические «расчетные штормы» для сравнения с наблюдаемыми реакциями рек.
Зависимость расхода в потоке в данном поперечном сечении от уровня потока описывается номинальной кривой . Средние скорости и площадь поперечного сечения потока измеряются для данного уровня потока. Скорость и площадь дают разряд для этого уровня. После проведения измерений для нескольких различных уровней можно составить рейтинговую таблицу или рейтинговую кривую. После оценки расход в потоке можно определить путем измерения уровня и определения соответствующего расхода по номинальной кривой. Если устройство непрерывной регистрации уровня расположено на номинальном поперечном сечении, расход потока можно определять непрерывно.
Более крупные потоки (более высокие расходы) могут переносить больше наносов и более крупных частиц вниз по течению, чем меньшие потоки, из-за их большей силы. Более крупные потоки могут также разрушить берега водотоков и нанести ущерб общественной инфраструктуре.
Г.Х. Дьюри и М.Дж. Брэдшоу — два географа , которые разработали модели, показывающие взаимосвязь между расходом воды и другими переменными в реке. Модель Брэдшоу описывает, как размер гальки и другие переменные меняются от источника к устью; в то время как Дьюри рассматривал взаимосвязь между расходом воды и такими переменными, как наклон реки и трение. Это следует из идей, представленных Леопольдом, Вулманом и Миллером в книге « Речные процессы в геоморфологии» . [4] и о землепользовании, влияющем на речной сток и питание русловых наносов. [5]
Приток – это сумма процессов внутри гидрологического цикла , которые повышают уровень воды в водоемах. [6] Большая часть осадков выпадает непосредственно над водоемами, такими как океаны, или на суше в виде поверхностного стока . [7] Часть стоков попадает в ручьи и реки, а другая часть впитывается в землю в виде просачивания грунтовых вод . [8] Остальное впитывается в землю в виде инфильтрации, часть которой проникает глубоко в землю, чтобы пополнить водоносные горизонты. [9]
