logo
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 ЕШИ выражается формулой

EmH = 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

Ешн = pQv2At/2. (2.12)

Потенциальная энергия массы воды Епт равна

Епт = mgH, (2.13)

где Н— высота центра тяжести объема воды над некоторой плос­

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

Enm = 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 Екин, Епт, 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.

  1.