Гидрология учебник

Расход, энергия, работа и мощность водных потоков

Расход воды — это количество воды, протекающее через поперечное сечение потока в единицу времени.

Расход воды — одна из важнейших гидрологических и гидравлических характеристик, применяемых при исследовании различных водных объектов — рек, озер, морей, а также ледников, лавин (в последних случаях говорят о расходе льда, снега). Выражают расход воды обычно в объемных единицах (Q, м³/с). Если рассматривают расход массы вещества (воды, льда, снега), то используют единицы массы (R = pQ, кг/с, где р —плотность данного вещества).

Расход воды может быть представлен как произведение площади поперечного сечения потока (со, м²) на среднюю скорость движения воды (v, м/с):

Q=vcо. (2.10)

Кинетическая энергия движущейся воды Е_ШИ выражается формулой

E_mH = rnv²/2. (2.11)

За время At масса воды т, переместившейся через данное поперечное сечение, равна pQAt, поэтому для кинетической энергии водного потока получим выражение

Е_шн = pQv²At/2. (2.12)

Потенциальная энергия массы воды Е_пт равна

Е_пт = mgH, (2.13)

где Н— высота центра тяжести объема воды над некоторой плос

костью отсчета, например уровнем моря. Выразив т через pQAt, получим

E_nm = pgQAtH. (2.14)

Вода, перемещаясь вниз на высоту АН, совершает работу А, равную:

А = pgQAtAH. (2.15)

Мощность такого водного потока (N-A/At) равна:

N= pgQAH. (2.16)

А, как и Е_кин, Е_пт, выражают в Дж, N — в Дж/с или Вт.

По формулам (2.12) — (2.16) можно оценить энергию, работу и мощность не только движущейся воды, но и перемещающегося льда и снега.

Содержание