ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4689
Скачиваний: 7
Рис. 93. Типизация
рек по гидрологическому режиму (по Б. Д. Зайкову)
Характерные гидрографы для рек с разными типами режима: Реки с весенним половодьем: а –
Казахстанский тип; б – Восточно-Европейский тип: в – Западно-Сибирский тип; г – Восточно-
Сибирский тип; д – Алтайский тип. Реки с летним половодьем: е – Дальневосточный тип; ж – Тянь-
Шаньский тип. Реки с паводочным режимом в разные сезоны года: з – Причерноморский тип; и –
Крымский тип; к – Северокавказский тип. По оси ординат отложены относительные расходы
(относительно среднегодовых значений): они показывают, во сколько раз данный расход превышает
среднегодовой, по оси абсцисс отложены месяцы года
Замерзание рек начинается при температуре воздуха чуть ниже О °С с появления
кристаллов-игл,
потом
сала
и
блинчатого льда.
При обильных снегопадах в воде образуется
снежура.
Одновременно
появляются полосы льда у берегов –
забереги.
На перекатах – быстринах может возникнуть
донный
лед,
который потом всплывает, образуя вместе с блинчатым льдом, снежурой и оторвавшимися от
заберегов льдинами
осенний ледоход.
Ледяной покров на поверхности рек устанавливается в основном в результате заторов – скопления
льдин на мелководьях, в извилистых и узких местах и смерзания их друг с другом и с заберегами.
Малые реки замерзают раньше больших. Подо льдом температура воды в реках почти постоянна и
близка к 0°С. Продолжительность ледостава и толщина льда разная и зависит от зимних условий.
Например, Волга в среднем течении покрыта льдом 4 – 5 месяцев, а толщина льда на ней достигает
одного метра, Лена в среднем течении замерзает на 6–7 месяцев при толщине льда до 1,5– 2 м.
Толщина и прочность льда определяют возможность и продолжительность переправ через реки и
движения по их льду – по дорогам-зимникам. При ледоставе на реках могут наблюдаться такие
явления, как
полыньи:
динамические – на порожистых участках русла, термические – в местах
выхода относительно теплых подземных вод или сброса технических вод, а также ниже плотин
водохранилищ. В районах многолетней мерзлоты с сильными морозами часты
речные наледи
–
наросты льда в виде бугров при излиянии речной воды на поверхность вследствие сужения живого
сечения потока. Случаются и
зажоры
–
закупорка живого сечения реки массой внутриводного и
донного битого льда. Наконец, возможно и полное промерзание рек на северо-востоке Сибири и на
Аляске в условиях многолетней мерзлоты и при отсутствии у рек подземного питания.
Вскрытие рек весной происходит через 1,5 – 2 недели после перехода температуры воздуха через
0°С за счет солнечного тепла и прихода теплого воздуха. Таяние льда начинается под влиянием
поступающих в реку талых снеговых вод, у берегов появляются полосы воды –
закраины,
а при
таянии снега на поверхности льда –
проталины.
Потом происходят подвижки льда, он разрушается,
наблюдается
весенний ледоход
и половодье. На реках, вытекающих из озер, помимо основного
речного, наблюдается вторичный ледоход, обязанный выносу озерного льда. Высота половодья
зависит от годового количества снежных запасов на водосборе, интенсивности весеннего снеготаяния
и дождей в этот период. На реках, текущих с севера на юг, ледоход и половодье на разных отрезках
проходят разновременно, начиная с низовья; бывает несколько пиков половодий, и в целом все
проходит спокойно, но растянуто во времени (например, на Днепре, Волге и др.). На реках, текущих с
юга на север, вскрытие начинается в верховьях. Волна половодья смещается вниз по реке, где все еще
сковано льдом. Начинаются мощные ледоходы, часты разрушения берегов, возникает опасность для
зимующих судов, например, на Северной Двине. Печоре, Оби. Енисее и др. Часто образуются
ледовые заторы
–
торосистые нагромождения льдин, играющие роль плотин: выше их реки выходят
из берегов и затапливают не только поймы, но и низкие надпойменные террасы. При этом под
ледяной водой оказываются находящиеся на этих террасах населенные пункты. Так, в 2001 г. мощные
ледовые заторы образовались на Лене в среднем течении, в результате чего пришлось эвакуировать
население Ленска и окружающих деревень, стоящих на первой надпойменной террасе. Часто от
заторов страдает «родина Деда Мороза» – Великий Устюг, стоящий при слиянии рек Сухоны и Юга в
начале Северной Двины. Для борьбы с этим стихийным бедствием созданы службы слежения за
вскрытием льда и ледоходами и специальные подразделения, которые бомбят и взрывают ледовые
заторы для расчистки русел ото льда.
Движение воды в реке. Работа рек.
Река – турбулентный поток, скорость которого непрерывно
изменяется по величине и направлению, что приводит к горизонтальному и вертикальному
перемешиванию воды. Скорость течения реки определяется поплавками и специальными приборами
–
гидрометрическими вертушками и выражается в метрах в секунду
(v,
м/с)
1
. При отсутствии
непосредственных измерений для вычисления средней скорости потока применяется уравнение
Шези:
V
cp
= C
√R *i,
где V – скорость в м/с,
С
–
коэффициент, зависящий от шероховатости русла и
глубины потока (коэффициент Шези),
R
–
гидравлический радиус,
i
–
уклон русла. Коэффициент
Шези определяется по формуле Маннинга: С=1/n * h
1/6
, где
h
–
глубина потока,
п
–
коэффициент
шероховатости русел, определяемый по таблицам М. Ф. Срибного. В руслах равнинных рек, ширина
которых на несколько порядков превышает их глубину, величина
R
мало отличается от глубины реки
h,
и поэтому формула Шези может быть записана в виде
V=C
√h * i.
Из формулы Шези видно, что
скорость потока растет с увеличением уклона и глубины (и соответственно гидравлического
радиуса), так как при этом ослабевает влияние шероховатости.
При открытой водной поверхности в штилевую погоду наименьшие скорости наблюдаются у дна, что
обусловлено трением, и нарастают к поверхности реки. При попутном ветре максимальная скорость
бывает на поверхности, при встречном ветре и зимой при наличии ледяного покрова, она опускается
на некоторую глубину. При наличии механических препятствий на дне или донной водной
растительности скорости внизу потока существенно уменьшаются. Кривые изменения скоростей по
вертикали называются
годографами
или
эпюрами
скоростей (рис. 94). Скорости течения по ширине
реки, как поверхностная, так и на всех других уровнях, меняются довольно плавно и закономерно,
повторяя распределение глубин в живом сечении, но у берегов всегда меньше из-за трения (рис. 95).
Линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями в живом сечении реки, называются
изотахами
(рис. 96).
Стрежень реки
–
линия вдоль реки, соединяющая точки наибольших
поверхностных скоростей течения.
Динамическая ось потока
–
линия вдоль реки, соединяющая
точки наибольших скоростей в поперечном сечении потока.
Знания о распределении скоростей в реке, положении стрежня и динамической оси потока имеют
большое значение для водного транспорта и лесосплава.
Движущаяся вода обладает энергией и способна производить работу. Энергия реки прямо
пропорциональна массе воды и скорости. В естественных условиях работа реки слагается из
процессов
эрозии
(размыва),
переноса
и
аккумуляции
(отложения) наносов. Твердые минеральные
частицы, переносимые рекой и отлагаемые в русле и на пойме, называются
аллювием.
Речные наносы
в зависимости от
характера движения
в потоке условно подразделяются на
взвешенные
и
влекомые
(донные). Для характеристики речных наносов применяется ряд показателей:
мутность
(р) –
количество взвешенных наносов, содержащихся в 1 м
3
воды (г/м
3
) или литре воды (г/л);
расход
наносов (R)
–
количество наносов, проносимое рекой через живое сечение в одну секунду:
R=pxQ
(кг/с). Различают расход взвешенных и расход влекомых наносов. Максимально возможный при
данных гидравлических характеристиках потока расход наносов называется
транспортирующей
способностью
реки.
Сток наносов
–
суммарное количество наносов в тоннах, проносимое рекой
через живое сечение за длительный промежуток времени (сутки, месяц, год). В настоящее время сток
наносов всех рек оценивается в 21.3 млрд т в год, что составляет около 36% от всего осадочного
материала, поступающего в Мировой океан (см. табл. 11).
в) при ледяном покрове г) при скоплении
шуги
Рис. 95. Распределение скоростей в реке по
горизонтали
Рис. 94. Эпюры скоростей (по Л. К. Давыдову
и др.)
Рис. 96. Изотахи в живом сечении речного
потока (м/с) (по Л. К. Давыдову и др.)
Первое место в мире по объему стока наносов занимает Хуанхэ – Желтая река, название которой
связано с обилием наносов (лёсса), придающих воде желтый оттенок. Суммарный годовой сток
наносов Хуанхэ составляет 1504,8 млн т, из них 1500 млн т – взвешенные наносы, средняя мутность –
30 180 кг/м
3
(по Р. С. Чалову и Лю Шугану). Такая вода, как говорят китайцы, чересчур густа, чтобы
ее пить, но слишком жидка, чтобы ее пахать. Русло Хуанхэ быстро заиливается. Наносы
способствовали повышению русла в нижнем течении на 5–10 м выше прилегающих равнин. Для
защиты от наводнений Хуанхэ и ее притоки ограждены дамбами. Прорывы дамбы неоднократно
приводили к катастрофическим наводнениям и перемещению русла в стороны на большие
расстояния (вплоть до 800 км). Большой мутностью обладает и река Янцзы (суммарный годовой сток
наносов 525 млн т), которая тоже обнесена дамбами на 1800 км вверх от устья. Большой мутности
рек Китая и других районов способствуют слабая устойчивость пород к размыву (лёсс и др.),
возвышенный и горный рельеф, интенсивные дожди, вырубка лесов и распашка земель. Небольшой
мутностью обладают северные реки Евразии и Канады, где на них нередко «нанизаны» озера –
отстойники, сохранилась естественная растительность, грунты скованы многолетней мерзлотой,
преобладают низменные прибрежные равнины. Например, у Северной Двины годовой сток наносов
составляет 2,03 млн т.
Та блица 11
Поступление в океан осадочного
материала (по Р. К. Клиге и др.)
№ п/п
Типы осадков
млрд т в год
%
1
Сток наносов
+21,3 35.7
2
Размыв берегов
+ 16,7 27,9
3
Эоловые процессы
+ 11,6 18,4
4
Растворенные вещества
+3,5 5,8
5
Вулканогенная седиментация
+3,0 5,0
6
Вынос ледниками твердых веществ
+2,5 4,2
7
Биогенная седиментация
+ 1,8 3,0
8
Количество всего поступающего материала
+59.5 100
Соотношение стока взвешенных и влекомых наносов на равнинных реках зависит от мутности
рек: при высокой мутности (200–500 г/м
3
) преобладает сток взвешенных наносов, который
составляет 94–97% от стока всех минеральных наносов. Например, на сверхмутной Хуанхэ (р=30 180
г/м
3
) доля взвешенных наносов составляет 99,7% от общего их стока. При малой мутности эта
величина снижается в пользу стока влекомых наносов: на реках Северной Двине (р = 46 г/м
3
), Лене (р
=
40 г/м
3
) и им подобных на долю влекомых наносов приходится уже 35–40% от общего их стока. На
горных реках преобладают влекомые наносы.
За мутностью воды рек и стоком наносов ведутся постоянные наблюдения. Результаты измерений
особенно важно учитывать при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений.
Химизм речных вод.
В речных водах, помимо твердых частиц, содержится небольшое
количество растворенных веществ, которые попадают в реки с поверхностным и подземным стоком
при растворении горных пород, смыве почв и сбрасывании в реки различных отходов. В целом
минерализация речных вод небольшая, обычно малая – менее 200 мг/л и средняя – 200 – 500 мг/л, так
как поверхностные воды стекают с хорошо промытых поч-вогрунтов междуречий и в реках
происходит быстрая смена воды, по расчетам, в среднем 24 раза в год.
Химический состав речных вод зонален. В зонах избыточного увлажнения вода рек относится к
гидрокарбонатному классу, к группе кальциевых вод. В водах степных рек появляются сульфаты
(например, реки Приазовья), в реках полупустынь и пустынь – хлориды (например, реки Прикаспия –
Эмба и др.). Самая незначительная минерализация у горных рек, питающихся ледниковыми и
снеговыми водами, самая большая – у рек, питающихся преимущественно подземными водами
(например, реки Казахстана – Ишим – 12 г/л, Эмба – 16 г/л, Тургай – 19 г/л).
В течение года химические свойства речных вод могут меняться в соответствии с различными
условиями питания и погодой. В периоды с преобладанием поверхностного питания (дождевого,
снегового, ледникового) минерализация вод снижается, при переходе на подземное питание
возрастает. Эта особенность присуща рекам аридных территорий, начинающихся в горах и имеющих
ледниковое питание (например, Амударья).
Региональные особенности минерального состава и степени минерализации речных вод
обусловлены легкорастворимыми породами (соли, гипс и др.) в бассейне рек.
Расходом растворенных веществ
называется количество растворенных веществ, проносимое
через живое сечение реки за 1 секунду.
Сток растворенных веществ
–
количество растворенных
веществ, проносимое через живое сечение реки за длительный промежуток времени (сезон, год).
Например, годовой сток растворенных веществ Волги составляет 54,4 млн т.
Помимо минеральных веществ, в речной воде всегда содержатся биогенные вещества,
необходимые для жизни в самих реках.
Жизнь в реках.
Реки – своеобразные природно-аквальные комплексы. В них обитают растения и
животные с особой экологией, приспособленные к пресной воде, ее постоянному течению и
турбулентному перемешиванию, небольшим глубинам, пронизанным солнечным светом. Условия
жизни различаются на верхних, средних и нижних участках течений рек.
На верхних участках большие скорости течения, относительно низкая температура воды, беден
планктон, скудна растительность, мало видов рыб (форель, хариус). Горные реки имеют подобный
характер на всем своем протяжении. На средних участках равнинных рек скорости течения меньше,
температура воды выше, поэтому условия для жизни планктона и растений благоприятнее – здесь
возрастает число видов и особей рыб. Нижние течения рек наиболее благоприятны для жизни рыб:
малые скорости, илистое дно, обильное питание, хотя и ухудшается газовый режим и возможна
повышенная минерализация
воды при нагоне морских вод. В нижних течениях много проходных рыб, которым свойственны
миграции (нерестовые, кормовые, зимовальные).
Реки имеют большое хозяйственное значение. Прежде всего, они являются источником пресной
питьевой воды для городов и других населенных пунктов, снабжают пресной водой
промышленность, служат для орошения и обводнения земель. Реки используют для получения
электроэнергии, как транспортные пути, места ловли и разведения рыбы, отдыха и различных
спортивных мероприятий. Реки служат коллекторами – водоприемниками при мелиорациях
заболоченных земель.
К сожалению, многие реки сильно загрязнены промышленными и бытовыми стоками,
ядохимикатами и минеральными удобрениями с полей и стоками с животноводческих помещений.
Далеко не везде по берегам рек существуют водоохранные зоны. Реки нуждаются в заботе и
поддержке их естественного водного режима и его разумном улучшении путем создания
водохранилищ, каналов и различных работ в бассейнах рек.
15.3. Озера
Озеро
–
водоем с замедленным водообменом в природном углублении на поверхности суши. Это
углубление называется
озерной котловиной.
Общая площадь озер на земном шаре более 2,0 млн км
2
.
Самое большое озеро Каспийское – 376 тыс. км
2
. В геологическом плане оно является типичным
морским бассейном – с океаническим типом земной коры в южной его котловине, с морской соленой
водой. Это остаток океана Тетис, «отрезанный» от Мирового океана в неогене при столкновении
Евроазиатской и Африкано-Аравийской литосферных плит. Самое большое пресное озеро – Верхнее
–
82,4 тыс. км
2
, самое глубокое – озеро Байкал – 1620 м.
Основные морфометрические характеристики озера:
площадь озера
–
площадь зеркала воды;
длина береговой линии
–
длина уреза воды;
длина озера
–
кратчайшее расстояние между двумя
наиболее удаленными точками береговой линии;
средняя ширина
–
отношение площади к длине;
объем озера
–
объем котловины, заполненной водой;
средняя глубина
–
отношение объема водной
массы к площади;
максимальная глубина
находится непосредственными измерениями;
изобаты
–
линии одинаковых глубин.
Происхождение озерных котловин.
Озерные котловины могут быть как
эндогенного,
так и
экзогенного происхождения,
что самым существенным образом отражается на их размерах, форме,
водном режиме.
Самые крупные озерные котловины
тектонического происхождения.
Они расположены либо в
простых тектонических структурах – в
синеклизах
на равнинах (Ильмень, Чад), либо в предгорных и
межгорных
прогибах
(Балхаш), либо в
грабенах-рифтах
(Байкал, Ньяса, Танганьика). Но
большинство крупных озерных котловин имеет
сложное тектоническое происхождение,
в их
образовании участвуют как вогнутые складки, так и разрывы земной коры (Иссык-Куль, Виктория и
др.). Все тектонические озера отличаются большими размерами и значительными глубинами, а
рифтовые – вытянутой и узкой формой в плане, очень большой глубиной, крутыми склонами. Днища
многих глубоких озер лежат ниже уровня Мирового океана, имея зеркало воды выше уровня,– это
криптодепрессии
(Байкал, Ладожское и др.). В расположении тектонических озер наблюдаются
определенные закономерности: они сосредоточены вдоль разломов земной коры (Сирийско-
Африканская и Байкальская рифтовые зоны) либо обрамляют щиты: вдоль Канадского щита
расположились Большое Медвежье, Большое Невольничье, Виннипег, Атабаска, Великие Северо-