7. ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ - ΥΔΡΟΓΡΑΦΙΑ

7.3. Επιφανειακό νερό

Τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα που δεν κατεισδύουν στο έδαφος και δεν εξατμίζονται αποτελούν μαζί με το νερό των πηγών, το επιφανειακό νερό. Παρακάτω θα εξετάσουμε τη ροή του επιφανειακού νερού από την πτώση του στο έδαφος μέχρι την εκβολή του στη θάλασσα.

Το νερό της βροχής αμέσως μετά την πτώση του στο έδαφος ρέει προς τα κατάντη εξαιτίας της δράσης της βαρύτητας με τη μορφή επιφανειακού μανδύα μεταβλητού συνήθως πάχους και ακανόνιστης ροής. Πολύ γρήγορα όμως οργανώνεται μέσα σε ένα δίκτυο ρυακιών, χειμάρρων και ποταμών δημιουργώντας ένα δίκτυο επιφανειακής αποστράγγισης της επιφάνειας της γης, το οποίο ονομάζεται υδρογραφικό δίκτυο. Η διανυόμενη απόσταση μεταξύ του σημείου πτώσης της βροχοσταγόνας και των δημιουργούμενων υδατορευ-μάτων ονομάζεται μήκος επίγειας ροής.

Στο επιφανειακό νερό συγκαταλέγονται και τα νερά των λιμνών. Πρόκειται για νερά που κατακλύζουν επιφανειακές κοιλότητες της γης και είναι είτε απομονωμένες από την θάλασσα, ή υπάρχει μια πολύ μικρή υπερχειλιστική ροή προς αυτή.

Όταν η ροή του επιφανειακού νερού μεταβληθεί από επιφανειακού μανδύα σε γραμμική, τότε το νερό συγκεντρώνεται σε μια στενή κοίτη με πλευρικές όχθες και ρέει ευκολότερα προς τα κατάντη με την μορφή ενός επιμήκους υδάτινου ρεύματος.

Με τον όρο υδάτινο ρεύμα  ονομάζουμε μια στενή, επιμήκης μάζα νερού που συγκεντρώνεται στη βάση μιας κοιλότητας ή κατά μήκος μιας κοίτης και μετακινείται προς τα κατάντη με την δύναμη της βαρύτητας.

Η κοίτη ενός ποταμού είναι μια στενή αύλακα που διοχετεύει τη ροή της υδάτινης μάζας του ποταμού προς τα κατάντη. Διαμορφώνεται από τις δυνάμεις του τρεχούμενου νερού με τέτοιο τρόπο ώστε να μεταφέρει όσο το δυνατόν καλύτερα προς τα κατάντη, εκτός από τη μάζα του νερού και τις φερτές ύλες που αποτελούν προϊόντα της ποτάμιας διάβρωσης. Το μέγεθος της κοίτης ενός ποταμού ποικίλει από λίγα μέτρα έως χιλιόμετρα (κοίτη ποταμού Μισισιπή ~ 1,5 km).

Καθώς το νερό ρέει στην κοίτη εξαιτίας της δύναμης της βαρύτητας, η ταχύτητα των μορίων του δεν είναι ίδια σε όλα τα σημεία μιας διατομής της κοίτης του. Έτσι τα μόρια του νερού που βρίσκονται κοντά στα τοιχώματα της κοίτης εξαιτίας της δύναμης της τριβής από την επαφή τους με την κοίτη κινούνται με μικρότερη ταχύτητα (Σχήμα 7.3.α). Αντίθετα τα μόρια του νερού που βρίσκονται προς το κέντρο και την επιφάνεια της υδάτινης διατομής εξαιτίας των μικρότερων τριβών αποκτούν με τη δράση της βαρύτητας μεγαλύτερη ταχύτητα (Σχήμα 7.3.β). Σε καμπές ποτάμιων κοιτών μεγαλύτερες ταχύτητες παρατηρούνται στις εξωτερικές των καμπών όχθες.

Σχήμα 7.3.: Χαρακτηριστικά της υδάτινης ροής. Οι ταχύτητες αυξάνονται προς το κέντρο και την επιφάνεια της υδάτινης μάζας.

Όταν η επιφάνεια του πυθμένα μιας κοίτης δεν είναι ομαλή τότε δημιουργούνται τοπικοί στροβιλισμοί της υδάτινης μάζας και η ροή μεταβάλλεται από γραμμική σε τυρβώδης.

Η ταχύτητα του νερού εξαρτάται επίσης και από την κλίση της κοίτης. Όσο μεγαλύτερη είναι η κλίση, τόσο μεγαλύτερη είναι η δράση της βαρύτητας και κατ’ επέκταση και η ταχύτητα. Σε τμήματα κοιτών με περίπου ίδια κλίση, για να έχουμε αύξηση της ταχύτητας του νερού θα πρέπει να έχουμε αύξηση της ποσότητας του μέσα στην κοίτη. Η αύξηση αυτής της ποσότητας ισοδυναμεί με αύξηση της παροχής του.

Με τον όρο παροχή ενός υδάτινου ρεύματος ονομάζουμε τον όγκο του νερού ανά μονάδα χρόνου που περνάει από μια συγκεκριμένη διατομή της κοίτης του ποταμού, δηλ:

Q = V / t

Η παραπάνω σχέση με την αντικατάσταση του όγκου V μεταβάλλεται σε:

Q = S * U

Σε ποταμούς όπου κατά τον ρου τους προς τη θάλασσα συμβάλουν μικρότεροι παραπόταμοι, παρατηρούμε μια σταδιακή αύξηση των διαστάσεων της κοίτης τους. Αυτό οφείλεται στις μεγαλύτερες ποσότητες νερών που συγκεντρώνονται στις κοίτες τους με αποτέλεσμα την αύξηση των παροχών τους. Αν λοιπόν θεωρήσουμε ότι η μεταβολή των παροχών τους είναι δυσανάλογα μεγαλύτερη της μεταβολής της ταχύτητας του νερού, για να έχουμε αύξηση της παροχής θα πρέπει να έχουμε ανάλογη αύξηση της διατομής της κοίτης (S) δηλαδή μεγαλύτερων διαστάσεων κοίτες.

Στο σχήμα 7.4. η μεταβολή των διαστάσεων της κοίτης, ως αποτέλεσμα της μεταβολής της κλίσης της, με δεδομένη σταθερή παροχή, οδηγεί στη μείωση της ταχύτητας του νερού στο τμήμα με την μεγαλύτερη διατομή.

Σχήμα 7.4.: Η μεταβολή της ταχύτητας του νερού σε ένα υδάτινο ρεύμα με σταθερή παροχή, εξαιτίας της μεταβολής της κλίσης και της διατομής της κοίτης.