ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 6178
Скачиваний: 506
Твердый сток. Твердые минеральные частицы, переносимые
речным потоком, называются
речными наносами.
Они образуются
за счет сноса частиц пород с поверхности бассейна и размыва
русла. Количество их зависит от энергии движущейся воды и от
сопротивляемости пород размыву.
Речные наносы разделяют на взвешенные и влекомые, или
донные. Деление это условно, так как при изменении скорости
течения одна категория наносов быстро переходит в другую. Чем
больше скорость потока, тем крупнее могут быть взвешенные
частицы. При уменьшении скорости более крупные частицы опу
скаются на дно, становясь влекомыми (движущимися скачкооб
разно) наносами.
Количество
взвешенных наносов,
проносимых потоком через
живое сечение реки в единицу времени (секунду), составляет
расход взвешенных наносов (R
кг/с). Количество взвешенных
наносов, проносимое через живое сечение реки за большой про
межуток времени,— сток взвешенных наносов.
Зная расход взвешенных наносов и расход воды в реке, можно
определить ее мутность — количество граммов взвесей в 1 м
3
воды: Р = 1000
-Q
г/м
3
. Чем сильнее размыв и чем больше частиц
сносится в реку, тем больше ее мутность. Для большинства рек
СССР характерна незначительная мутность (менее 50 г/м
3
).
Большой мутностью отличаются реки бассейна Амударьи (от
2500 до 4000 г/м
3
). Максимальную мутность (11800 г/м
3
) имеет
р. Аксай (Дагестан).
Средний годовой сток взвешенных наносов некоторых рек
приведен в таблице 29.
Т а б л и ц а 2
Реки
Хуанхе
Инд
Миссисипи
Нил
Амударья
Годовой сток взвешен
ных наносов (млн. т)
до 1500
450
211
62
96
Реки
Волга
Обь
Печора
Нева
Годовой сток взвешен
ных наносов (млн. т)
18
12,9
6,5
0,82
В течение года сток взвешенных насосов распределяется в за
висимости от режима стока воды и бывает максимальным на
больших реках Советского Союза в период весеннего половодья.
Для рек северной части СССР весенний сток взвешенных нано
сов составляет 70—75% годового стока, а для рек центральной
части Русской равнины — 90 %.
Влекомые (донные) наносы
составляют всего 1—5% количе
ства взвешенных наносов.
По закону Эри масса частиц, перемещаемых водой по дну
(М),
пропорциональна скорости
(V)
в шестой степени:
M=AV
6
292
(А
— коэффициент). Если скорость увеличилась в 3 раза, масса
частиц, которые река способна переносить, увеличится в 729 раз.
Отсюда ясно, почему спокойные равнинные реки перемещают
только песок, тогда как горные перекатывают валуны.
При большой скорости влекомые наносы могут передвигаться
слоем мощностью до нескольких десятков сантиметров. Передви
жение их происходит очень неравномерно, так как скорость
у дна резко изменяется. Поэтому на дне реки образуются песча-
-
ные волны.
Общее количество наносов (взвешенных и донных), проноси
мое через живое сечение реки, называется ее
твердым стоком.
Переносимые рекой наносы претерпевают изменения: обрабаты
ваются (истираются, дробятся, окатываются), сортируются по
весу и по величине, и в результате образуется
аллювий.
Химизм речных вод. Речная вода — раствор с очень малой кон
центрацией солей (0,2—0,3 мг/л). Химические особенности воды
в реке зависят от источников питания и гидрологического режима.
Все природные воды, согласно О. А. Алекину, делятся по пре
обладающему аниону на три класса: гидрокарбоиатные и карбо
натные, сульфатные, хлоридные. В каждом классе по преобла
дающему катиону выделяются три группы: кальциевая, магние
вая и натриевая. По степени минерализации природные воды
могут быть: малой минерализации (до 200 мг/л), средней (200—
500 мг/л), повышенной (500—1000 мг/л) и высокой (более
1000 мг/л). Большинство рек относится к гидрокарбонатному
классу, к группе кальциевых вод. Гидрокарбонатные воды нат
риевой группы встречаются редко, в СССР преимущественно
в Средней Азии и Сибири. Среди карбонатных вод преобладают
воды слабоминерализованные (менее 200 мг/л), меньше распро
странены воды средней минерализации (200—500 мг/л) — в сред
ней полосе Европейской части СССР, на Южном Кавказе и ча
стично в Средней Азии. Сильно минерализованные гидрокарбо
натные воды (более 1000 мг/л) — явление очень редкое. Рек суль
фатного класса встречается довольно мало. Как пример можно
привести реки Приазовья, некоторые реки Северного Кавказа,
Казахстана и Средней Азии. Еще реже встречаются хлоридные
реки. Они протекают на пространстве между нижним течением
Волги и верховьями Оби. Воды рек этого класса сильно минера
лизованы, например в р. Тургай минерализация воды достигает
19 000 мг/л.
В течение года в связи с изменением водоносности рек хими
ческий состав воды настолько изменяется, так что некоторые
реки «переходят» из одного гидрохимического класса в другой
(например, р. Теджен зимой относится к сульфатному классу,
летом — к гидрокарбонатному).
В зонах избыточного увлажнения минерализация речных вод
незначительна (например, минерализация воды Печоры равна
293
40 г/л), в зонах недостаточного увлажнения высока (папример,
Эмба — 1641 мг/л, Калаус — 7904 мг/л). При переходе от зоны из
быточного к зоне недостаточного увлажнения изменяется состав
солей, увеличивается количество хлора и натрия.
Таким образом, химические свойства речной воды обнаружи
вают зональный характер. Присутствие легкорастворимых пород
(известняк, соли, гипс) может привести к значительным местпым
особенностям в минерализации воды рек.
Количество растворенных веществ, приносимое за 1 сек через
живое сечение реки, составляет
расход растворенных веществ.
Из суммы расходов складывается
сток растворенных веществ,
измеряемый тоннами (табл. 30). '
Т а б л и ц а 30
Среднегодовой сток растворенных веществ в устьях некоторых рек
(по О. А. Але кину, 1970)
Реки
Волга
Обь
Амур
Сток растворенных
веществ (млн. т в год)
54,4
33,8
9.11
Реки
Амударья
Печора
Нева
Сток растворенных
веществ (млн. т в год)
19,3
5,5
2,9
Общее количество растворенных веществ, выносимых реками
с территории СССР, составляет около 340 • 10
6
т в год. Около
73,7% растворенных веществ выносится в Океан и около 26,3%
в водоемы области внутреннего стока.
Тепловой режим рек. Тепловой режим реки определяется по
глощением тепла прямой солнечной радиации, эффективным из
лучением водной поверхности, затратами тепла на испарение,
его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой
и ложем русла. От соотношения приходной и расходной частей
баланса тепла зависят температура воды и ее изменения.
В соответствии с тепловым режимом рек их можно разделить
на 3 типа: 1) реки очень теплые, без сезонных колебаний темпе
ратуры; 2) реки теплые, с заметным сезонным колебанием тем
пературы, не замерзающие зимой; 3) реки с большими сезон
ными колебаниями температуры, замерзающие зимой.
Так как тепловой режим рек определяется прежде всего кли
матом, большие реки, протекающие через разные климатические
области, имеют неодинаковый режим в различных частях. Наибо
лее сложный тепловой режим у рек умеренных широт. Зимой при
охлаждении воды несколько ниже температуры ее замерзания,
начинается процесс льдообразования. В спокойно текущей реке
прежде всего возникают
забереги.
Одновременно с ними или не
сколько позже на поверхности образуется тонкий слой мелких
кристалликов льда —
сало.
Сало и забереги смерзаются в сплош
ной ледяной покров реки.
294
При быстром движении воды процесс замерзания задержи
вается ее перемешиванием и вода может переохладиться на не
сколько сотых долей градуса. При этом условии в толще воды
возникают мелкие кристаллики, образующие вместе с салом и
снежурой так называемую
шугу.
Процесс кристаллизации у дна
приводит к возникновению донного льда. Донный лед может от
рываться и всплывать. Скапливаясь подо льдом, шуга, всплыв
ший донный лед, сало, снежура могут закупорить русло, и воз
никает
зажор.
Осенью они создают осенний ледоход. Во время
ледоходов на поворотах рек, в сужениях русла образуются
за
торы,
вызывающие, как и зажоры, подъемы уровня на 4—6 мет
ров. При прорыве зажора уровень катастрофически быстро
падает.
Установление на реке сплошного устойчивого ледяного
покрова —
ледостав.
Ледяной покров и ложащийся на него снег
предохраняют воду от дальнейшего охлаждения. Если потеря
тепла продолжается, лед нарастает снизу. Так как в результате
замерзания воды живое сечение реки уменьшается, вода под дав
лением может изливаться на поверхность льда и замерзать, уве
личивая его мощность. Мощность ледяного покрова на равнин
ных реках Советского Союза — от 0,25 до 1,5 м и более.
Время замерзания рек и продолжительность периода, в тече
ние которого на реке сохраняется ледяной покров, очень раз
лично: Лена в среднем покрыта льдом 270 дней в году, Мезень —
200, Ока — 139, Днепр — 98, Висла у Варшавы — 60, Эльба у
Гамбурга — 39 дней.
В результате быстрого течения (>0,6—0,7 м/сек), обильпых
выходов грунтовых вод или вследствие притока более теплой
озерной воды на некоторых реках в течение всей зимы могут
сохраняться
полыньи
(майны).
Вскрытие рек начинается близ берегов под влиянием солнеч
ных лучей, тепла атмосферы и поступающих в реку талых вод.
Приток талых вод вызывает подъем уровня, лед всплывает, от
рываясь от берегов, н вдоль берегов протягивается полоса воды
без .льда —
закраина.
Лед начинает всей массой смещаться вниз
по течению и останавливается. Сначала происходят так назы
ваемые подвижки льда, а затем начинается весенний ледоход.
На реках, текущих с севера на юг, ледоход проходит более спо
койно, чем на реках, текущих с юга на север. В последнем случае
вскрытие начинается с верховьев, в то время как среднее и ниж
нее течение реки сковано льдом. Волна весеннего половодья пере
мещается вниз по реке; при этом образуются заторы, возникают
подъемы уровня воды, лед, еще не начиная таять, взламывается
и выбрасывается на берег, создаются мощные ледоходы, разру
шающие берега.
На реках, вытекающих из озер, часто наблюдаются 2 весен
них ледохода — сначала идет речной лед, затем озерный.
295
Жизнь в реках. Условия жизни в пресных водах существенно
отличаются от условий жизни в океанах и морях. В реке большое
значение для жизни имеют вода, постоянное турбулентное переме
шивание воды и сравнительно небольшие глубины, доступные
для солнечных лучей. Течение оказывает механическое воздей
ствие на организмы, обеспечивает приток растворенных газов и
удаление продуктов распада организмов.
По условиям жизни река может быть разделена на 3 участка,
соответствующие верхнему, среднему и нижнему течению ее.
В верхнем течении горных рек вода движется с наибольшей
скоростью. Здесь нередко бывают водопады, пороги. Дно обычно
каменистое, илистые отложения почти отсутствуют. Температура
воды благодаря абсолютной высоте места понижения. В общем,
условия для жизни организмов менее благоприятны, чем в дру
гих частях реки. Водная растительность обычно отсутствует,
планктон беден, фауна беспозвоночных очень скудна, питание
рыб не обеспечено. Здесь могут жить только некоторые рыбы.
В среднем течении горных рек, а также в верхнем и среднем
течении равнинных рек скорость движения воды меньше, чем
в верховьях горных рек. Температура воды выше. На дне появ
ляются песок и галька, в заводях — ил. Условия жизни здесь бо
лее благоприятны, но далеко не оптимальны. Количество особей
и видов рыб больше, чем в верхнем течении в горах; распростра
нены ерш, угорь, налим, усач, плотва и другие рыбы.
Наиболее благоприятны условия жизни в нижнем течении
рек: малая скорость течения, илистое дно, большое количество
питательных веществ. Здесь водятся главным образом корюшка,
речная камбала, осетр, лещ, карась, карп. Проникают рыбы,
живущие в море, в которое впадают реки: морская камбала,
акуловые и др. Далеко не все рыбы находят условия для всех
стадий развития в одном месте, места размножения и обитания
многих рыб не совпадают, и рыбы мигрируют (нерестовые, кор
мовые и зимовальные миграции).
Речной поток, русло, животные и растения, населяющие реку,
тесно взаимосвязаны. Они образуют единую систему, единый
природноаквальный комплекс. Любое изменение одного из ком
понентов этого комплекса непременно отразится на всех осталь
ных. К примеру, изменяется русло (увеличивается или умень
шается уклон, поперечное сечение), изменяется и скорость тече
ния, «проточность» воды, на это реагирует «население реки»,
а с ним связан состав воды и т. д. Происходит изменение количе
ства или состава воды, и снова цепочка изменений. Естественные
изменения речного комплекса совершаются непрерывно, но, как
правило, очень медленно. Зато влияние деятельности людей может
сказаться очень быстро и, к сожалению, часто неблагоприятно.
Примеров тому много, и связаны они в основном с загрязнением рек.
Особенность аквального природного комплекса — подвижность,
способность распространять полученные качества.
299
Каждая река — часть более или менее крупного и сложного
природного комплекса, занимающего его бассейн. В бассейнах
больших рек природные условия весьма разнообразны, и это
отражается на речном комплексе, сказываясь не только в данном
месте, но и в других частях реки, значительно усложняя его.
Сама река оказывает многостороннее влияние на включающий
ее природный комплекс. Она дренирует местность и питает грун
товые воды при низком их стоянии, влияет на температуру и
влажность воздуха, на местную его циркуляцию, создает особые
почвы, формирует рельеф, благоприятствует существованию одних
растений и животных и, наоборот, мешает существованию других.
Будучи частью географической оболочки, река подчиняется об
щим закономерностям этого планетарного природного комплекса.
Использование рек. Реки — один из важнейших природных ре
сурсов, с давних пор используемый людьми в различных целях^:
судоходство, водоснабжение, лесосплав. Судоходство было той
отраслью хозяйства, которая раньше всего потребовала изучения
рек. Соединение рек каналами позволило создать сложные тран
спортные системы. Протяженность речных путей в СССР в на
стоящее время превосходит протяженность железных дорог. Ве
лико значение рек для снабжения водой населения, промышлен
ности, сельского хозяйства.
В районах с большим количеством тепла и недостатком
атмосферной влаги вода рек в большом количестве идет на оро
шение (АРЕ, Индия, Средняя Азия). Все шире используется
энергия рек. Общие гидроэнергетические ресурсы па Земле оце
ниваются в 3750 млн. кВт, из них на долю Азии приходится
35,7 %, Африки— 18,7%, Северной Америки — 18,7%, Южной
Америки—16,0%, Европы —6,4%, Австралии — 4,5%. Степень
использования этих ресурсов в разных странах, на разных кон
тинентах очень различна.
Масштабы использования рек в настоящее время очепь вели
ки, и в дальнейшем они, несомненно, будут увеличиваться. Это
связано с прогрессивным ростом производства и культуры, с не
прерывно возрастающей потребностью промышленного производ
ства в воде (особенно это относится к химической промышлен
ности), с возрастающим расходом воды на нужды сельского хо
зяйства (увеличение урожайности связано с увеличением потреб
ления воды). Все это ставит вопрос не только об охране речных
ресурсов, но и о необходимости их расширенного воспроизводства.
ОЗЕРА
Озера
— водоемы замедленного водообмена, не имеющие дву
сторонней связи с Океаном. От реки озеро отличается, как пра
вило, отсутствием течения, обусловленного уклоном русла, от
моря — отсутствием непосредственной связи с Океаном. Озеро
состоит из массы воды и котловины, составляющих единое целое.
297
Морфометрические характеристики озера
— абсолютные п от
носительные величины, характеризующие его размеры, форму и
объем: длина, ширина, длина береговой линии, ее изрезанность,
площадь поверхности озера, глубина.
'
Длина озера (I)
— кратчайшее расстояние между двумя наибо
лее удаленными друг от друга точками береговой линии, изме
ренное по поверхности озера.
'Ширина озера
—
В;
средняя ширина ( 5
с р
) — отношение пло-
F
щади озера к длине
j.
Максимальная (Вмах) — наибольшее
расстояние между берегами по перпендикуляру к длипе озера.
«
Длина береговой линии (L)
— длина уреза воды (линии со
прикосновения воды с сушей).
Изрезанность береговой линии —
отношение длины береговой
линии озера к длине окружности круга, имеющего площадь, рав
ную площади озера:
К^=-^-^.
"•Площадь поверхности озера (F)
— площадь водной поверхно
сти без островов.
Глубина максимальная
(Я
м а
х) находится непосредственно
измерениями.
Глубина средняя (Н
С
р)
получается от деления объема водной
массы на площадь поверхности.
Объем водной массы (W)
вычисляется как сумма объемов от
дельных слоев, заключенных между двумя смежными горизонталь
ными плоскостями, проведенными по изобатам. Горизонтальные
слои рассматриваются как усеченные конусы или как призмы.
Все морфологические характеристики озера изменяются при
изменении его уровня.
Размеры, форма озера, его глубина в значительной степени
определяются происхождением озерпых котловин, которые де
лятся на несколько генетических типов:
1)
тектонические
озера возникают в связи с образованием
прогибов земной коры, трещин, сбросов, отличаются значитель
ной глубиной и размерами, к ним относятся, например, Ладож
ское, Онежское, Иссык-Куль, Байкал, Танганьика;
2)
вулканические
озера занимают кратеры потухших вулка
нов (папример, Кроноцкое на Камчатке), маары-кратеры взрыва
(Лахерское в ФРГ) и располагаются среди лавовых полей (оз.
Комаринское в Исландии);
3)
ледниковые
озера образуются в результате разрушптель-
пой и созидательной деятельности ледников на равнинах и в го
рах. Это озера Кольского полуострова, Прибалтики, а также
Альп, Кавказа и других горных стран;
4)
водно-эрозионные и водно-аккумулятивные
— создаются
деятельностью рек (старицы) или представляют собой затоплен
ные морем участки речных долин (лиманы, лагуны), отделенные
от моря скоплением наносов, например озера Кубанских плавней,
лиманы Черноморского побережья;
298
5)
провальные
— следствие просадок и провалов при раство
рении (карстовые озера, их много между Белым морем и Онеж
ским озером) или вымывании и выносе частиц подземными во
дами (суффозионные озера,типичные для юга Западной Сибири).
К этому типу относятся также термокарстовые озера, возникаю
щие при оседании поверхности, вызванном таянием многолетне-
мерзлых пород или подземного льда;
6)
эоловые
озера расположены в котловинах выдувания,
созданных ветром, например оз. Теке в Казахстане;
7)
запрудные
(подпрудные) — появляются в результате пре
граждения речного русла обвалившимися горными породами,
лавой, ледником. Примером может служить Сарезское озеро на
Памире;
8)
органогенные
озера образуются внутри болот или среди
коралловых построек (аттолов).
Особо следует выделить котловины, созданные деятельностью
людей: старые карьеры, соляные копи, водохранилища.
Балатон Женевское
Онежское Ьалатон
Севан Аральское Виктория
никову, о. л. ^^ ^ _
; и с п а р
е в и е ; 5 - подрусловыи сток
299
Баланс озерной воды и режим озер. Большинство озерных кот
ловин заполнено водой атмосферного происхождения, но некото
рые возникшие на месте отступившего моря оказались заполнен
ными морскими солеными водами, постепенно изменяющими свои
качества под влиянием баланса воды и солей.
Приход воды в озера складывается из осадков на его поверх
ность
(X),
поверхностного притока
(У\),
подземного притока
(И\)
и конденсации на поверхности озера
(К)
'. Расход состав
ляют испарение (Z
2
), поверхностный сток из озера (Уг), подзем
ный сток из озера
(Иг).
Главная статья прихода озерной воды — русловой сток (скло
новый, как правило, заметной роли не играет). Значение подзем
ного стока в питании озера вообще невелико, но в карстовых об
ластях оно сильно возрастает. Конденсация влаги может дать
заметные результаты на поверхности больших озер, значительно
более холодной, чем воздух. Расходуется озерная вода в основ
ном на испарение
(Z);
некоторое значение может иметь подзем
ный сток из озера
(И%).
Изменение объема воды в озере (AF)
зависит от соотношения ее прихода и расхода, т. е. от водного
баланса. Полная балансовая формула озера:
X+Y
i
+H
1
+K+Y
2
+ H
2
-Z=± V.
0)
Такие озера называют сточными или, правильнее,
проточ
ными,
так как они не только имеют сток, но и принимают при
токи. Сточные озера без притоков, хотя бы временных, встре
чаются очень редко.
Озера, не имеющие стока, —
бессточные:
Х+У\ + И
х
+К + Ъ=
± А 7 ,
( 2 )
Озера, периодически превращающиеся из сточных в бессточ
ные, наоборот, называются озерами с
перемежающим стоком;
к ним в сточный период применима первая формула, в бессточ
ный — вторая. Небольшие бессточные озерки, не принимающие
притоков и питающиеся атмосферными осадками, выпадающими
на поверхность, известны под названием
глухих.
Водный баланс определяет колебание уровня озера. При по
ложительном балансе уровень повышается, при отрицательном —
падает. Чем больше разность прихода и расхода, тем значитель
нее колебания уровня.
Повышение уровня озера сопровождается увеличением испа
ряющей поверхности, а следовательно, и расхода воды; пониже
ние уровня соответственно приводит к сокращению расхода на
испарение. При увеличении прихода в бессточных озерах уро
вень поднимается и, если увеличивающийся расход на испарение
не уравновесит прихода, возникнет сток — бессточное озеро пре-
1
Величина конденсации на поверхности озер обычно так мала, что ею
пренебрегают.
300
вращается в сточное. При уменьшении прихода воды уровень
озера падает, площадь сокращается, испарение уменьшается, и
озеро может превратиться в бессточное.
В бессточных озерах при отрицательном балансе воды сни
жение уровня и уменьшение площади будет продолжаться до тех
пор, пока приход не уравновесит сократившийся расход на испа
рение. Озеро, имеющее приток, при увеличении расхода сокра
тится в размерах, но не высохнет. Озеро без притока воды при
отрицательном балансе может иссякнуть.
Колебания уровня озер носят периодический и непериодиче
ский характер. Первые отражают периодическое изменение эле
ментов водного баланса, вторые зависят от случайных изменений
того или иного элемента.
Особенно отчетливо выражены сезонные периодические коле
бания уровня, типичные для разных климатических поясов.
Уровень озер в
арктическом
и
субарктическом
климатических
поясах определяется режимом атмосферных осадков и стоком
талых вод. Испарение существенного влияния на уровень озер
в этих условиях не оказывает. Характерно низкое положение
уровня зимой и весной, резкий его подъем летом и снижение
осенью.
Озера
умеренного
пояса в условиях континентального кли
мата с избыточным увлажнением наибольшее количество воды
получают весной от таяния снега (весенний максимум). Сильное
испарение приводит к понижению уровня в конце лета (летне-
осенний минимум). Осенью наблюдается подъем уровня, связан
ный с уменьшением испарения и увеличением количества осад
ков (осенний максимум). В течение зимы уровень понижается
и к весне (к моменту вскрытия) бывает наименьшим (зимне-ве
сенний минимум). Амплитуда колебания уровня озер редко пре
вышает 1 м.
Озера областей
муссонного климата
умеренных широт отлича
ются наиболее высоким уровнем летом и осенью в связи с дождями.
В
засушливом климате
умеренных широт (степи и полупу
стыни) снеговые воды являются часто основным источником пи
тания озер, поэтому уровень их повышается весной. Летом в ре
зультате сильного испарения наблюдается снижение уровня.
Некоторые озера этой зоны летом пересыхают. В полупустынях
умеренных широт озера питаются водой, приносимой реками
с гор, и уровень их зависит от режима рек ледникового питания.
В
субтропическом поясе
максимальное количество воды в озе
рах — зимой, минимальное — летом. Сходный режим имеют озера
тропической зоны, но они бедны водой и летом могут пересыхать.
В
экваториальном поясе
изменения уровня озера определя
ются режимом атмосферных осадков. Наблюдается 2 максимума
(май — июнь и декабрь) и 2 минимума (февраль — март и ок
тябрь— ноябрь). В направлении от экватора к тропикам 2 мак
симума сливаются в 1, то же происходит с минимумами. Сезон-
301