Меню

От чего зависит источник питания рек

Питание и режим рек

Питание и режим рек

Известным фактом является то, что не существует даже двух рек которые обладали бы одинаковым химическим составом, одинаковой фауной, имели бы одинаковый цвет и другие характеристики. То же самое можно сказать и о речном режиме, который претерпевает изменения на протяжении всего времени существования самой реки. Согласно определению, данному в литературе географической направленности, режим реки представляет собой обычный для каждой реки ход изменений уровня, скорости и температуры, а также движения, состава и берегового рельефа, который отвечает за форму реки.

Питание рек

Поступление воды в реки называется их питанием. Различают четыре основных источника питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Питание рек, как и их режим, зависит главным образом от климатических условий. Дождевое питание свойственно рекам тропических и муссонных областей, а также многим рекам Западной Европы, отличающейся мягким климатом; снеговое — рекам, где в течение холодного периода накапливается много снега (большая часть рек СССР); ледниковое— рекам высоких горных областей; подземное — рекам, текущим в широких долинах. Однако значительно чаще встречаются реки со смешанным питанием.

Режим рек

Режим рек — закономерное изменение состояния реки во времени (изменение уровня, расходов, стока, скорости, температуры и т. д.). В годовом водном режиме рек выделяются периоды с типично повторяющимися уровнями, которые называются меженью, половодьем и паводком. Межень — наиболее низкий уровень воды в реке. В межень расход и сток рек незначительны, главным источником питания являются подземные воды. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень. Летняя межень наступает в результате большого поглощения осадков почвой и сильного испарения, зимняя — в результате отсутствия поверхностного питания.


Рис.1. Паводок в устье Совца (г. Дзержинск, Россия)

Половодье — высокий и длительный подъем уровня воды в реке, обычно сопровождающийся затоплением поймы; наблюдается ежегодно в один и тот же сезон. В половодье реки имеют наибольшую водность, на этот период приходится значительная часть годового стока (нередко до 60—80 %). Половодья вызываются весенним таянием снега на равнинах, летним таянием снега и льда в горах и в полярных странах, обильными дождями. Время наступления и продолжительность половодья в разных географических условиях различны.

Паводок — быстрое, но кратковременное поднятие уровня воды в реке и значительное увеличение ее водности; в отличие от половодья возникает нерегулярно. Образуется обычно от дождей, иногда в результате быстрого таяния снега, а также пропусков воды из водохранилищ. Вниз по реке паводок распространяется волной. Постепенно распластываясь, волна затухает. Наиболее высокие подъемы воды приводят к наводнениям — затоплениям местности, расположенной в речной долине выше ежегодно затопляемой поймы. Образуются наводнения в многоводные годы в результате обильного притока воды в период снеготаяния или ливней, а также вследствие загромождения русла льдом во время ледохода. На устьевых участках некоторых равнинных рек наводнения возникают вследствие ветровых нагонов воды со стороны моря и подпора речного потока, например на Неве, для предупреждения чего ведется строительство защитных сооружений со стороны моря.

Наводнения часты на реках Дальнего Востока, где вызываются обильными муссонными дождями, случаются на Миссисипи, Огайо, Дунае и других реках. Они причиняют большой вред. Высота подъема воды в половодье и паводки весьма различна. Так, весенний подъем воды на большинстве крупных рек европейской части СССР достигает 4 м; на больших сибирских реках в связи с заторами льда подъем воды может доходить до 15—20 м. Человек активно воздействует на сток рек. Он строит плотины, водохранилища, каналы, изменяет поверхностный сток путем лесонасаждения, устройства прудов и снегозадержания. Накопленные весенние воды в летний сезон поддерживают более высокий уровень рек. Реки холодных и умеренных стран в холодный период года покрываются льдом. Мощность ледяного покрова может достигать 2 м и более.


Рис.2. Последствия наводнения на реке Кроуфиш (Висконсин, США, 2008 г.)

Однако некоторые участки рек зимой не замерзают. Эти участки называются полыньями. Чаще всего полыньи наблюдаются в местах быстрого течения, при выходе реки из глубокого озера, на месте большого количества источников. Замерзание и вскрытие рек сопровождаются ледоходом, при котором наблюдаются заторы и зажоры. Заторы — скопления плывущего льда, вызванные какими-либо препятствиями. Зажоры — скопления внутриводного льда. Те и другие вызывают уменьшение поперечного сечения реки (иногда на 30 %), подъем уровня воды, а при прорыве — быстрое ее движение вместе со льдом. Заторы особенно характерны для рек, текущих с юга на север (Северная Двина, Макензи, Лена и др.), вскрытие которых начинается с верховьев.

Тепловой режим рек, уравнение теплового баланса участка реки

Уравнение теплового баланса Sсн+Scp+Sиа-Sив+-Sта+-Sик,

где Sсн — итоговый приход тепла к снегу в кал/(см2-мин); Sср — суммарная радиация; Sиа, Sив — излучение атмосферы и воды; Sта — турбулентный теплообмен с атмосферой; Sик — теплообмен с атмосферой при испарении и конденсации.

Процессы и факторы, влияющие на температуру воды в реках. Нагревание и охлаждение воды в реках и озерах происходит под влиянием теплообмена, совершающегося между массой воды и окружающей ее средой, выражением чего является тепловой баланс участка реки. Процесс обмена теплом водной массы с окружающей средой происходит по границе раздела воды с атмосферой и грунтами. Перенос тепла от поверхности раздела в толщу водной массы осуществляется в результате турбулентного перемешивания.

Некоторую роль в распространении тепла вглубь, помимо перемешивания, особенно в озерах и застойных участках рек, играет непосредственное проникновение солнечной энергии в воду. Таким путем в зависимости от мутности и цвета воды на глубину 1 м проникает от 1 до 30%, а на глубину 5 м —от 0 до 5% падающей да поверхность воды лучистой энергии. Процесс теплообмена существенно изменяется в течение суток я по времени года с изменением метеорологических условий и высоты солнца.

В соответствии с изменением теплового потока и ход температуры воды имеет периодический характер. Днем, весной и летом преобладает возрастание температуры, ночью, осенью и зимой — уменьшение. Особенно существенные изменения в процесс теплообмена вносит появление ледяного и снежного покрова. С его возникновением теплообмен с атмосферой резко уменьшается: прекращается турбулентный теплообмен и влагообмен с атмосферой и проникновение в воду лучистой энергии. В это время непосредственный обмен теплом между водной массой и атмосферой осуществляется только путем теплопроводности сквозь лед и снег.

Распределение температуры по живому сечению реки, длине и по времени

Распределение температуры по живому сечению реки. Турбулентный характер течения в реках, обусловливающий непрерывное перемешивание водных масс, создает условия для выравнивания температуры по живому сечению реки. В летнее время днем вода на поверхности несколько теплее, чем у дна, ночью же температура у дна несколько выше.

При установлении ледяного покрова более низкие температуры (0° С) наблюдаются у поверхности воды. При образовании ледяного покрова и появлении на нем снега толщиной 10—20 см практически прекращается доступ к воде лучистой энергии и исключается встречное излучение воды. При отсутствии же лучистого теплообмена тепловой режим воды будет целиком определяться потоком тепла от дна и берегов реки, что» приводит к возникновению теплового потока, направленного от придонных слоев воды к ее поверхности. Различия в температурах воды отдельных точек живого сечения обычно невелики: они находятся в пределах десятых и сотых долей градуса, редко достигая 2—3° С. В условиях сложного очертания русла при наличии заводей и зон с малыми скоростями течения распределение температуры по живому сечению и по глубине может быть более сложным. Но эти случаи являются исключениями из общей картины распределения температур по живому сечению.

Изменение температуры воды во времени. Изменение интенсивности теплового потока, поступающего в воду, и расходования полученною тепла в течение суток и года, вызывает соответствующие колебания температуры воды.

Суточный ход температуры воды наиболее четко выражен в теплую часть года. Основным фактором, определяющим амплитуду суточных колебаний температуры воды, является водность реки: чем больше водность реки, тем меньше суточная амплитуда. Кроме водности, амплитуда колебаний температуры воды зависит также от широты места. Меньшая амплитуда на северных реках является следствием того, что в этих районах в весенне-летний период ночь коротка и, следовательно, нет условий для большого ночного охлаждения. Суточные амплитуды колебания температуры воды в значительной степени зависят от условий погоды: при ясной погоде они больше, при пасмурной — меньше. Годовой ход температуры воды характеризуется следующими особенностями. В течение зимних месяцев температура воды весьма мало отличается от 0° С и практически принимается равной 0° С.

Изменение температуры по длине реки. Температура воды рек, особенно имеющих достаточно большую длину, изменяется и вдоль по течению в соответствии с изменением прежде всего климатических условий и характера водного питания. Изменение температуры воды равнинных рек, текущих в меридиональном направлении (с юга на север или с севера на юг), зависит от многих причин: времени года, источника питания, приточности, наличия в бассейне реки озер, а также от смены ландшафтных зон, через которые протекает река. По мере удаления от истока вода в реке нагревается. Достигнув наиболее высокого для данной реки значения, далее на некотором участке вниз по течению температура воды существенно не меняется. Длина участка с относительно более высокими температурами зависит, в частности, от длины самой реки: чем меньше река, тем короче этот участок.

В период охлаждения происходит выравнивание температуры воды по длине реки, в некоторые моменты времени и в нижнем ее течении температуры могут быть выше, чем в верхнем. Это объясняется более высокой водностью реки в нижнем течении и, следовательно, большей тепловой инерцией. Температура воды рек, текущих с севера на юг, обычно повышается до самого устья, но это повышение различно и зависит от ряда указанных выше причин.

Зимний режим рек. Фазы зимнего режима – замерзание, ледостав, вскрытие рек

Ледовый режим рек. При охлаждении воды до 00С и продолжающейся после этого отдаче тепла с водой поверхности на реках возникают ледовые образования- реки вступают в фазу зимнего режима. За начало зимнего периода условно принимают установление отрицательных температур воздуха, сопровождающихся возникновения на реке ледовых образований. Концом зимнего периода считают момент очищения реки ото льда. Для многих рек отождествление конца зимнего периода с моментом очищение их ото льда зачастую может оказаться нецелесообразным, так как часто даже максимум весеннего половодья сопровождается ледоходом или значительная часть паводка проходит поверх льда. Поэтому правильнее с точки зрения выделения зимней фазы стока за момент окончания зимнего режима принимать момент начало первой интенсивной прибыли весенней воды.


Рис.3. Ледостав на реке Томь (Западная Сибирь, Россия)

Период жизни реки, связаны с ледовыми явлениями, может быть разделен на 3 характерные части: замерзание реки, включающее время осеннего ледохода, ледостав и вскрытие реки. В зимний период реки бывшего СССР живут исключительно за счет питания грунтовыми водами. Только на юге и в период сравнительно кратковременных оттепелей в северных районах может наблюдаться более или менее значительный поверхностный сток. В огромном же большинстве случаев расходы рек в зимний период резко уменьшаются (на некоторых реках до полного прекращения стока) за счет промерзания грунтов и иссякания запасов грунтовых вод.

Читайте также:  Обо всем расскажет река

Ледостав. С увеличением числа льдин и их размеров скорость движения ледяных полей уменьшается и в местах сужения русла, на мелких участках, у островков и у искусственных сооружений происходят временные задержки, приводящие в условиях отрицательных температур воздуха к быстрому смерзанию ледяных полей и образованию сплошного ледяного покрова, или ледостава. Описанный процесс замерзания рек является наиболее типичным, однако на малых реках и даже на отдельных участках больших рек с очень спокойным течением ледостав может установиться в течение короткого периода времени с низкими температурами без осеннего ледохода.

Вскрытие рек. С наступлением периода положительных температур начинается таяние льда и поступление воды в реки за счет поверхностного стока. Вследствие таяния снега появляется вода поверх льда сначала у берегов, затем снег на всем ледяном покрове пропитывается постепенно скапливающейся водой. Таяние льда наиболее интенсивно происходит вдоль берегов как за счет поступления талых вод с бассейна, так и в результате того, что почва нагревается быстрее. Вследствие подъема уровня воды лед несколько вспучивается. Вдоль берегов образуется понижение, по которому течет вода и размывает ледяной покров. Образующиеся при этом полосы воды, свободные ото льда, называются закраинами.

Испарение и его роль в балансе влаги. Испаряемость и суммарное испарение

Характеристика процесса испарения с водной поверхности. Процесс испарения состоит в том, что вода из жидкого или твердого состояния превращается в газ (пар). Молекулы воды, находясь в непрерывном движении, преодолевают силу взаимного молекулярного притяжения и вылетают в воздух, находящийся над поверхностью воды. Чем выше температура воды, тем больше скорость движения молекул и тем, следовательно, большее количество молекул воды отрывается от ее поверхности и переходит в атмосферу — испаряется. Поэтому интенсивность испарения зависит, прежде всего, от температуры испаряющей поверхности. Кроме того, часть молекул, оторвавшихся от поверхности воды и находящихся в воздухе, в процессе движения может снова попасть в воду.

Если количество молекул, переходящих из воздуха в жидкость, окажется больше, чем количество молекул, вылетающих из жидкости в воздух, происходит процесс, обратный испарению. Такой процесс называется конденсацией. Испарение зависит от разности между упругостью водяного пара, насыщающего пространство при температуре испаряющей поверхности, и упругостью водяного пара, фактически находящегося в воздухе. Интенсивность испарения возрастает, если в прилегающем к испаряющей поверхности слое воздуха существуют восходящие и нисходящие токи, называемые конвекционными. Они возникают в том случае, когда температура воздуха, непосредственно прилегающего к испаряющей поверхности, выше, чем температура вышележащих слоев.

Над большими водными пространствами, где испарение происходит одновременно с большой площади, горизонтальное перемещение воздуха не может обеспечить сколько-нибудь значительный горизонтальный приток более сухих масс воздуха. Однако с увеличением горизонтальной скорости ветра увеличиваются и вертикальные составляющие, вызывающие вертикальное перемещение масс воздуха, проходящих над поверхностью водоема. Это вертикальное перемещение воздуха и является основным для процесса испарения над обширными водными пространствами (океаны, моря, крупные озера). Испарение с поверхности почвы и испарение растительным покровом протекает значительно сложнее. Испарение с поверхности почвы определяется не только разностью упругости водяного пара и коэффициентом обмена, но и количеством влаги, находящейся в почве, и особенностями строения почвы. Суммарное испарение с поверхности почвы и растительным покровом (транспирация). С участков суши, покрытых растительностью, суммарное испарение формируется из трех составляющих: испарение непосредственно с почвы, испарение растительностью в процессе ее жизнедеятельности (транспирация), испарение осадков, задержанных растительной массой. Для определения испарения могут быть использованы следующие методы: а) испарителей, б) водного баланса, в) турбулентной диффузии, г) теплового баланса.

Тип питания рек. Фазы водного режима

Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Поверхностное питание в свою очередь подразделяется на снеговое, дождевое и ледниковое.

Снеговоепитание рек обусловлено таянием снега весной, который накопился в течение зимы.

Для большинства равнинных рек Европейской территории РФ (ЕТС) сток весеннего половодья составляет более 50% суммарного годового стока.

Дождевое питание рек происходит в основном за счет выпадения обложных дождей и ливней. Отличается значительным колебанием в течение года. Обложные дожди охватывают большие территории.

Поэтому дождевой сток может длится более или менее продолжительное время. Напротив, ливни распространяются на небольшие территории.

Они, как правило, кратковременны, но могут вызвать большой максимальный сток. Для рек юга РФ и Дальнего Востока дождевое питание может достигать 70…80 % и более от годового стока.

Ледниковое питание происходит в результате таяния ледников и вечных снегов в высокогорных районах.

Наибольший ледниковый сток наблюдается в самые жаркие летние месяцы года.

Питание рек подземными водами является наиболее устойчивым и равномерным в течение года.

Его имеют почти все реки. Доля подземного питания в годовом стоке изменяется в очень широких пределах: от 10 до 50…60% и зависит от геологических условий и степени дренирования водосбора.

Наибольшее распространение имеет смешанноеводное питание.

Питание водных объектов закономерно изменяется в течение года, формируя их гидрологический (водный) режим.

Под гидрологическим режимом понимается совокупность закономерно повторяющихся изменений состояния водного объекта, присущих ему и отличающих его от других водных объектов.

Гидрологический режим проявляется в многолетних, сезонных и суточных колебаниях: уровня, стока и температуры воды, ледовых явлений, наносов, состава и концентрации химических веществ в воде, русловых процессов

В гидрологическом режиме рек РФ выделяют три фазы: половодье, паводки и межень, каждая из которых имеет характерное состояния водного режима, повторяющееся в определенные гидрологические сезоны, в связи с изменением условий питания.

Половодье – фаза, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон, характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и длительным подъемом уровня воды.

Вызывается на равнинных реках снеготаянием (весеннее половодье), на высокогорных – таянием снега и ледников (летнее половодье), выпадение летних обложных дождей в муссонных и тропической зонах (например, летнее половодье на реках Дальнего Востока).

Паводок– фаза, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, характеризуется интенсивным, обычно, кратковременным увеличение расходов и уровней воды, вызываемых дождями или снеготаянием во время оттепелей.

Межень – фаза, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны и характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня воды и возникающая при уменьшении питания реки.

Преобладает подземное питание. К летней (летне-осенней) межени относят период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии до начала зимнего периода. Летняя межень может быть устойчивой, продолжительной, а также прерывистой и неустойчивой.

Зимняя межень совпадает обычно с периодом ледостава.

Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижаются, достигая минимума перед вскрытием, что связано с истощением запасов подземных вод, питающих водотоки.

Тема № 3

Гидрограф стока. Характеристики и факторы

Стока. Режим уровней воды в водотоках.

Связь расходов и уровней воды. Ледовый режим Рек.

Мониторинг состояния водных объектов

Гидрограф стока

Общее представление о гидрологическом режиме реки даёт гидрограф стока – хронологический график изменения расхода воды в течение года или сезона в данном конкретном створе водотока.

Установление закономерностей в распределении стока внутри года имеет важное практическое значение для различных водохозяйственных целей, например, для определения основных параметров водохранилищ и гидротехнических сооружений.

При гидрологических расчетах обычно оперируют типовым гидрографом стока, т.е. с гидрографом, отражающим общие черты гидрографов за ряд многоводных, маловодных или средних по водности лет.

При построении типового гидрографа по оси ординат проводят осреднение модульных коэффициентов расходов, а по оси абсцисс — время наступления характерных точек гидрографов (начало, максимум, конец) также в относительных единицах времени.

Типовой гидрограф уровней воды, идентичный гидрографу стока для равнинных рек РФ, приведен на рис. 6.

Рис. 6. Гидрограф уровней воды в реках

На нем можно выделить и оценить объемы стока, сформированные из различных источников водного питания. При этом учитывается характер гидравлической связи подземных и поверхностных вод . Наиболее простой способ расчленения гидрографа стока по типам водного питания это соединение ординат, соответствующих последнему дню зимней межени и первому дню летней межени по прямой (при отсутствии гидравлической связи между подземными и речными водами ) или плавной кривой.

Аналогичным образом выделяется дождевое питание путем соединения ветвей подъема и спада паводков.

Водный режим — изменения во времени расхода воды, уровней воды и объёмов воды в водотоках (реках и других), водоёмах (озёрах, водохранилищах и других) и в других водных объектах (болота и другие).

В районах с тёплым климатом на водный режим рек основное влияние оказывают атмосферные осадки и испарение. В районах с холодным и умеренным климатом также очень существенна роль температуры воздуха.

Фазы водного режима

Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень, ледостав, ледоход.

  • Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы.
  • Паводок — сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей.

Следующие один за другим паводки могут образовать половодье. Значительные паводки могут вызвать наводнение.

  • Межень — ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках.

Обычно к межени относят маловодные периоды продолжительностью не менее 10 дней, вызванные сухой или морозной погодой, когда водность реки поддерживается, главным образом, грунтовым питанием при сильном уменьшении или прекращении поверхностного стока.

В умеренных и высоких широтах различают летнюю (или летне-осеннюю) и зимнюю межень.

  • Ледостав — период, когда наблюдается неподвижный ледяной покров на водотоке или водоёме. Длительность ледостава зависит от продолжительности и температурного режима зимы, характера водоёма, толщины снега.

Неравномерный в течение года режим питания рек связан с неравномерностью выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда и поступления их вод в реки.

Колебания уровня воды вызываются в основном изменением расхода воды, а также действием ветра, ледовых образований, хозяйственной деятельностью человека.

Типы водных режимов

Типичные водные режимы рек различаются по климатическим зонам:

  • Экваториальный пояс — реки многоводны в течение всего года, сток несколько возрастает осенью; поверхностный сток исключительно дождевого происхождения
  • Тропическая саванна — водность пропорциональна продолжительности влажного и сухого периодов; преобладание дождевого питания, при этом во влажной саванне половодье продолжается 6—9 месяцев, а в сухой —до трёх; довольно существенный летний сток
  • Субтропики средиземноморского типа — средняя и низкая водность, преобладает зимний сток
  • Умеренный пояс Северного полушария — повышенная водность весной (на юге преимущественно за счёт дождевого питания; в средней полосе и на севере — половодье снегового происхождения при более или менее устойчивой летней и зимней межени)
  • Умеренный пояс в условиях резко континентального климата (Северный Прикаспий и равнинный Казахстан) — кратковременное весеннее половодье при пересыхании рек в течение большей части года
  • Дальний Восток — режим определяется муссонами, летнее половодье дождевого происхождения.
  • Районы многолетней мерзлоты — пересыхание рек зимой.
Читайте также:  Эрин хантер знак трех темная река

На некоторых реках Восточной Сибири и Урала во время ледостава образуются наледи. В Субарктике таяние снежного покрова происходит поздно, поэтому весеннее половодье переходит на лето. На полярных покровных ледникахАнтарктиды и Гренландии процессы абляции происходят на периферийных нешироких полосах, в пределах которых образуются своеобразные реки в ледяных руслах.

Они питаются исключительно ледниковыми водами в течение кратковременного лета.

Водоносность реки определяется ее питанием, которое в зависимости от физико-географических условий может быть дождевым, снеговым, ледниковым, подземным, озерным и болотным.

Чаще всего питание носит смешанный характер с преобладанием одного из видов.

Роль того или иного источника питания, их сочетание и распределение во времени зависят главным образом от климатических условий. Так, например, в странах с жарким климатом снеговое питание отсутствует, напротив в полярных областях играет главную роль. В умеренном климате, как правило, различные источники питания.

В зависимости от питания объем воды в реке изменяется, что проявляется в колебаниях уровня. На равнинных реках, питающихся в основном талыми водами, наивысшие уровни наблюдаются весной.

На реках Дальнего Востока—летом и осенью, в период выхода на этот район тропических циклонов. Уровень рек, вытекающих из озер, отличается плавным ходом в течение всего года.

Уровень воды в реке зависит от расхода.

Изменение во времени уровней и расходов воды в реках представляет собой водный режим реки.

Годовой цикл водного режима рек подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя).

Половодье — ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное значительное увеличение количества воды в реке, обычно сопровождается выходом воды из русла и затоплением поймы. Оно вызывается весенним таянием снега на равнинах, ранним таянием снега и льда в горах.

Время прохождения весеннего половодья зависит от географического положения водосбора. Так, на юге Европы оно проходит в среднем в марте—апреле, а на Севере — в мае—июле.

Продолжительность половодья на малых реках колеблется в широких пределах и определяется интенсивностью снеготаяния; в нижнем течении больших рек она составляет два — три месяца.

Паводки — относительно кратковременные и непериодические подъемы уровня воды в реке, возникающие в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из водохранилищ. Обычно дождевые максимумы на средних и больших реках уступают по высоте максимума весенних половодий, но на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными дождями, они значительно превосходят их.

В районах с дождевым питанием рек (Дальний Восток), где доля талого стока в годовом цикле незначительна, максимальные расходы дождевых паводков независимо от размера реки превышают максимальные расходы половодий.

Межень — фаза водного режима продолжительностью не менее 10 дней, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью.

В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень.

Меженный сток зависит как от климатических условий (осадков и испарения), так и, главным образом, от количества и характера грунтового питания рек.

Питанием рек называют поступление воды в их русла; ее приносят поверхностный и подземный токи. Различают три виды питания: дождевыми, талыми снеговыми и талыми ледниковыми водами или, сокращенно, дождевое, снеговое и ледниковое.

До недавнего времени выделяли еще грунтовое питание, но оно составляет часть дождевого, снегового или ледникового.

Вода в реку может поступать из атмосферы – с осадками (жидкими – дождь, и твердыми – снег), от таяния ледниковых покровов, от подземных вод.

Соответственно, питание у реки может быть: атмосферное (снеговое, дождевое), ледниковое и подземное.

У большинства рек уровень воды в течение года меняется.

Периодическое изменение уровня воды в реке в течение года называется режимом реки. Режим каждой конкретной реки определяется источником питания и режимом атмосферных осадков.

Половодье – фаза в водном режиме рек, характеризуется ежегодным повторяющимся в один и тот же сезон длительным и значительным увеличением уровня воды, увеличением ее водности с частичным или полным затоплением поймы.

Паводком называется быстрое кратковременное поднятие уровня воды в реке, вызванное сильными ливнями, быстрым таяньем снега, загромождением русла льдом.

Вниз по реке паводок распространяется волной, высокой в лобовой части и сниженной в тыльной. Скорость движения паводковой волны изменяется от 45 в горах до 3 км/ч на равнинах.

Постепенно распластываясь, волна затухает. Иногда паводки сопровождаются наводнениями – значительными затоплениями местности.

Межень – фаза в водном режиме рек, характеризующаяся наименьшей водностью относительно половодья и паводков.

Классификацию рек впервые дал в 1884 г.

выдающийся русский ученый А.И. Воейков. Эта классификация известна в литературе под названием климатической классификации. Согласно этой классификации, различают три типа рек: I – реки, питающиеся исключительно талой водой (снегом или льдом), II – реки, питающиеся только дождевой водой, и III – реки, получающие воду как от талого снега, так и от дождя.

I реки, питающиеся исключительно талой водой (снегом или льдом), встречаются: 1) в пустынях, окаймленных высокими горами, и 2) на равнинах холодного пояса.

К первым относятся: Сырдарья, Амударья, Тарим и другие реки Средней и Центральной Азии, берущие начало в горах, где осадки выпадают преимущественно в виде снега.

Половодье у таких рек бывает летом или весной, т. е. во время таяния снега или льда в предгорьях или на горах. Реки полярных стран (реки в северных частях Северной Америки и Сибири) питаются также талой водой и отличаются сильным весенним разливом, который объясняется тем, что осадки вследствие мерзлоты почвы не могут просачиваться в глубину и стекают по поверхности.

II реки, питающиеся только дождевой водой. К ним принадлежат реки Западной Европы: Сона, Сена, Майн, Мозель, Неккар, Энс.

Источник

Источник питания рек

Основным источником питания рек на земном шаре является атмосферные осадки, дождевые и талые снеговые воды частично испаряются, Но большей частью стекают по поверхности водосбора в речную сеть. Некоторая доля их просачивается в почвы, грунты, тем самым, пополняя запасы подземных вод. Подземные воды, дренируемые речными долинами руслами, тоже питают реки. В высокогорных и полярных раёнах, реки питаются водами ледников и вечных снегов. Таким образом, различают типы питания рек:

В формировании суммарного стока реки участвуют все или некоторые из названных видов питания. В этом случае применяют термин смешанное питание. Питание равнинных рек на территории РБ большую роль играют талые снеговые воды. Преобладание дождевого питания наблюдается на реках западной части европейской территории, а так же в районе Карпат и Владикавказа.

Роль подземного: 40-60% — лесной зоне, 0-10% в пустынях.

В одних и тех же физико-географических условиях, доля подземного питания увеличивается с ростом площади водосбора, за счёт дренирования большого числа водоносных горизонтов.

Смешанное питание рек является самым распространённым.

Водность рек с ледниковым питанием, увеличивается в летнее время. Преимущественно ледниковое питание имеют верховья горных рек средней Азии.

2 .Допускаемые скорости течения воды в каналах

Наиболее широкое применение для оценки устойчивости проектируемых русел получил метод допускаемых скоростей.

Рассмотрим предельное равновесие элемента грунта объёмом W, находящегося на дне под воздействием руслового потока.

Основным усилием, действующим на элемент грунта является лобовое гидравлическое давление Px, создаваемое придонной скоростью νΔ. Оно может быть выражено как часть гидродинамического (скоростного) напора:

Px = ax * Fу * γb * (νΔ2 / 2 * g).

Подъёмная сила Pу, возникающая засчёт вертикальной составляющей актуальной скорости и несимметричности обтекания потоком элемента равна примерно 0,25 – 0,33 от лобового усилия и может быть также выражена через скоростной напор:

Pу = aу * Fx * γb * (νΔ2 / 2 * g).

Равнодействующая P лобового и подъёмного усилий (сдвигающая сила) будет равна:

P = √ (Px2 + Pу2), где:

ax, aу – коэффициенты лобового и подъёмного усилий, зависящие от условий обтекания и свойств грунта;

Fx, Fу, F – площадь проекции элемента грунта, соответственно, на плоскость горизонтальную, вертикальную и перпендикулярно направленную к равнодействующей силе.

Nуд. – удерживающая сила, создаётся вертикальными компонентом веса элемента грунта в воде, а также его силами трения и сцепления:

Nуд. = γ1 * W * f + Cp * F.

Приравнивая силы, сдвигающие и удерживающие элемент грунта в верхнем слое дна, получаем уравнение предельного равновесия:

aо * F * γb * (νΔ2 / 2 * g) = γ1 * W * f + Cp * F.

Принимая (W / F) = d и √ (2 / aо) = aΔ, получим формулу для определения допускаемой донной скорости потока (с учётом коэффициента условий работы ηу): νΔдоп. = aΔ * √ (ηу / ρв).

Для перехода от донной νΔ к средней по глубине скорости νв по вертикали принимаем степенной закон распределения скоростей по глубине:

(νΔ / νв) = (1 + x) * ( h / Δ )x, где:

x = (νmax — νв) / νв, где:

Δ — высота выступов шероховатостей на дне;

νmax — максимальная скорость по вертикали.

Тогда после соответствующих преобразований получим следующую формулу для определения допускаемой средней скорости потока:

νΔдоп. = a * (R / d)x * √ (ηу / ρв * PS), где:

R – гидравлический радиус поперечного сечения русла, м;

ηу – коэффициент условия работы, учитывающий влияние наносов в коллоидном состоянии на размывающую способность потока (при содержании в потоке глинистых частиц меньше 0,1 кг / м3 можно принимать ηу = 1).

PS – показатель прочности грунта, Па.

При содержании глинистых частиц ≥ 0,1 кг / м3 можно принимать ηу = 1,3 – 1,5 (для лёгких и средних песков).__

ηу = 1,5 — 1,7 (для крупных и гравелистых).

Значение коэффициента а и показатель степени x принимаются в зависимости от расчётной стадии движения наносов:

а = 2,06; x = 0,17 > для 1 стадии влечения отдельных зёрен грунта;

Источник



ПИТА́НИЕ РЕК

ПИТА́НИЕ РЕК, по­сту­п­ле­ние в ре­ки вод раз­лич­но­го про­ис­хо­ж­де­ния, оп­ре­де­ляю­щее их вод­ный сток и ре­жим. Весь реч­ной сток фор­ми­ру­ет­ся в ре­зуль­та­те вы­па­де­ния на зем­ную по­верх­ность осад­ков ат­мо­сфер­ных, в за­ви­си­мо­сти от пу­тей их не­по­сред­ст­вен­но­го по­сту­п­ле­ния в ре­ки вы­де­ля­ют 4 осн. ви­да П. р.: до­ж­де­вое, сне­го­вое, лед­ни­ко­вое и под­зем­ное (грун­то­вое). Кро­ме ос­нов­ных, су­ще­ст­ву­ют так­же озёр­ное и бо­лот­ное П. р., в слу­чае ес­ли ре­ки вы­те­ка­ют из озёр или бо­лот. При до­ж­де­вом, сне­го­вом и лед­ни­ко­вом П. р. до­ж­де­вые во­ды, та­лые во­ды снеж­но­го по­кро­ва и гор­ных лед­ни­ков не­по­сред­ст­вен­но по­па­да­ют в ре­ки при пло­ско­ст­ном или ру­чей­ко­вом сте­ка­нии по скло­нам. Часть до­ж­де­вых и та­лых вод по­па­да­ет в ре­ки бо­лее слож­ным пу­тём в ре­зуль­та­те их фильт­ра­ции в поч­во­грун­ты, на­ко­п­ле­ния в под­зем­ных во­до­нос­ных го­ри­зон­тах и по­сле­дую­ще­го под­зем­но­го сто­ка в дре­ни­рую­щие эти го­ри­зон­ты ре­ки. Из­ме­не­ние под­зем­но­го П. р. в те­че­ние го­да за­ви­сит от ха­рак­те­ра взаи­мо­дей­ст­вия по­верх­но­ст­ных (реч­ных) и грун­то­вых вод и ме­ст­ных гид­ро­гео­ло­гич. ус­ло­вий.

Читайте также:  Приток впадает в реку или вытекает

Со­от­но­ше­ние ви­дов П. р. за­ви­сит от кли­ма­тич. ус­ло­вий во­до­сбор­но­го бас­сей­на ре­ки. В суб­тро­пич., тро­пич., суб­эк­ва­то­ри­аль­ных и эк­ва­то­ри­аль­ном поя­сах осн. роль при­над­ле­жит до­ж­де­вым во­дам (са­мые мно­го­вод­ные ре­ки ми­ра – Ама­зон­ка, Брах­ма­пут­ра, Ганг, Ира­ва­ди, Кон­го, Ме­конг, Ори­но­ко); в ус­ло­ви­ях уме­рен­ных, суб­ан­тарк­тич. и суб­арк­тич. кли­ма­тич. поя­сов пре­об­ла­да­ют сне­го­вое и до­ж­де­вое пи­та­ние (напр., Амур, Вол­га, Ду­най, Ени­сей, Ле­на, Обь, Рейн и др.); лед­ни­ко­вые во­ды пре­об­ла­да­ют в не­боль­ших ре­ках, сте­каю­щих с лед­ни­ков (напр., в ле­дя­ных рус­лах Ан­тарк­ти­ды и Грен­лан­дии), уча­ст­ву­ют в П. р., бе­ру­щих на­ча­ло в вы­со­ко­гор­ных рай­онах. В вод­ном сто­ке всех рек ми­ра в сред­нем во­ды до­ж­де­во­го про­ис­хо­ж­де­ния со­став­ля­ют ок. 40%, сне­го­во­го и под­зем­но­го – при­бли­зи­тель­но по 30%, лед­ни­ко­во­го – ме­нее 1%. Вклад раз­ных ви­дов П. р. в вод­ный сток из­ме­ня­ет­ся как по те­че­нию рек, так и по се­зо­нам го­да. Напр., в са­мом верх­нем те­че­нии круп­ной ре­ки, вы­те­каю­щей из вы­со­ко­гор­но­го мас­си­ва, су­ще­ст­вен­ную роль мо­жет иг­рать лед­ни­ко­вое пи­та­ние, в пред­гор­ной час­ти – сне­го­вое и до­ж­де­вое, в ни­зовь­ях – под­зем­ное. В ус­ло­ви­ях уме­рен­но­го кли­ма­та (напр., в бас­сей­не Вол­ги) в пе­ри­од ве­сен­не­го сне­го­тая­ния в по­ло­во­дья ре­ки по­лу­ча­ют сне­го­вое пи­та­ние, во вре­мя осен­них па­вод­ков – до­ж­де­вое, в лет­нюю и зим­нюю ме­жень – под­зем­ное (грун­то­вое). У рек в мус­сон­ном кли­ма­те (напр., у Ме­кон­га) обыч­но хо­ро­шо вы­ра­же­ны два се­зо­на: мно­го­вод­ный, «влаж­ный» с до­ж­де­вым мус­сон­ным по­ло­водь­ем и ма­ло­вод­ный, «су­хой», ме­жень с пре­об­ла­да­ни­ем под­зем­но­го пи­та­ния. На ре­ках, вы­те­каю­щих из вы­со­ко­гор­ных мас­си­вов и про­те­каю­щих в ус­ло­ви­ях за­суш­ли­во­го кли­ма­та (напр., у Аму­да­рьи), в тё­п­лое вре­мя го­да мо­жет про­хо­дить по­ло­во­дье, сфор­ми­рован­ное та­лы­ми во­да­ми гор­ных снеж­ни­ков и лед­ни­ков. У рек со сме­шан­ным вод­ным пи­та­ни­ем (напр., у Ду­ная) обыч­но на­блю­да­ет­ся дли­тель­ное ве­сен­не-лет­нее по­ло­во­дье сне­го­во­го и до­ж­де­во­го про­ис­хо­ж­де­ния.

Оп­ре­де­ле­ние в ка­ж­дом кон­крет­ном слу­чае вкла­да разл. ви­дов П. р. в об­щий реч­ной сток – за­да­ча слож­ная. Наи­бо­лее точ­но её мож­но ре­шить с при­ме­не­ни­ем «ме­че­ных ато­мов», т. е. пу­тём ра­дио­ак­тив­ной мар­ки­ров­ки вод разл. про­ис­хо­ж­де­ния, или при ана­ли­зе изо­топ­но­го со­ста­ва при­род­ных вод. Бо­лее про­стой, но при­бли­жен­ный спо­соб вы­де­ле­ния разл. ви­дов П. р. – гра­фич. рас­чле­не­ние гид­ро­гра­фа ре­ки (гра­фик из­ме­не­ния рас­хо­да во­ды в ре­ке в те­че­ние го­да) пу­тём, напр., вы­де­ле­ния сне­го­во­го ве­сен­не­го по­ло­во­дья, до­ж­де­вых осен­них па­вод­ков и лет­ней и зим­ней ме­же­ни, ко­гда пре­об­ла­да­ет под­зем­ное (грун­то­вое) пи­та­ние.

А. И. Во­ей­ков – пер­вый кли­ма­то­лог, пред­ло­жив­ший клас­си­фи­ка­цию рек зем­но­го ша­ра по ви­дам пи­та­ния. Эта клас­си­фи­ка­ция яви­лась од­но­вре­мен­но и рай­они­ро­ва­ни­ем зем­но­го ша­ра по ха­рак­те­ру П. р., в ко­то­ром бы­ли вы­де­ле­ны: об­лас­ти, где ре­ки по­лу­ча­ют пи­та­ние пре­им. от се­зон­но­го тая­ния сне­га и лед­ни­ков; об­лас­ти, где ре­ки по­лу­ча­ют во­ду пре­им. от до­ж­дей; об­лас­ти, где по­сто­ян­ных во­до­то­ков нет. В кон. 20 в. бы­ла раз­ра­бо­та­на и по­лу­чи­ла наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние клас­си­фи­ка­ция рек по ви­дам (ис­точ­ни­кам) пи­та­ния М. И. Льво­ви­ча. Для оп­ре­де­ле­ния сте­пе­ни пре­об­ла­да­ния то­го или ино­го ви­да П. р. при­ня­ты три гра­да­ции: 1) ес­ли один из ви­дов пи­та­ния да­ёт св. 80% го­до­во­го вод­но­го сто­ка ре­ки, сле­ду­ет го­во­рить об ис­клю­чит. зна­че­нии дан­но­го ви­да (др. ви­ды не учи­ты­ва­ют­ся); 2) от 50 до 80% го­до­во­го вод­но­го сто­ка – ви­ду пи­та­ния при­да­ёт­ся пре­иму­ще­ст­вен­ное зна­че­ние (др. ви­ды учи­ты­ва­ют­ся лишь ес­ли на до­лю ка­ж­до­го из них при­хо­дит­ся св. 10% го­до­во­го сто­ка ре­ки); 3) ес­ли ни один из ви­дов пи­та­ния не да­ёт боль­ше 50% го­до­во­го сто­ка ре­ки, пи­та­ние на­зы­ва­ют сме­шан­ным. Ука­зан­ные диа­па­зо­ны гра­да­ций от­но­сят­ся ко всем ви­дам пи­та­ния, кро­ме лед­ни­ко­во­го, для ко­то­ро­го со­от­вет­ст­вую­щие диа­па­зо­ны гра­да­ций умень­ше­ны до 50 и 25%. В пре­де­лах Рос­сии ис­клю­чи­тель­но сне­го­вое пи­та­ние име­ют не­боль­шие ре­ки в За­вол­жье; пре­им. сне­го­вое пи­та­ние (с боль­шой до­лей грун­то­во­го) – Ир­тыш, Ишим, верх­нее те­че­ние То­бо­ла, Дон; пре­им. сне­го­вое пи­та­ние (с уча­сти­ем до­ж­де­во­го и грун­то­во­го) – ре­ки Ал­тая, б. ч. бас­сей­на Вол­ги. Пре­им. до­ж­де­вое пи­та­ние у рек в бас­сей­нах Аму­ра, Ан­га­ры, в верх­них час­тях бас­сей­нов Яны и Ин­ди­гир­ки. Ре­ки с лед­ни­ко­вым пи­та­ни­ем встре­ча­ют­ся в го­рах Кав­ка­за и Ал­тая, со сме­шан­ным пи­та­ни­ем (с пре­об­ла­да­ни­ем сне­го­во­го) на­хо­дят­ся на се­ве­ро-за­па­де стра­ны, а так­же в пред­горь­ях Сев. Кав­ка­за, Сев. Ал­тая, в Сая­нах, в бас­сей­не Ле­ны.

Источник

Водное питание рек и его виды

Речной водный сток формируется в результате поступления в реки с их водосборов вод атмосферного происхождения, при этом часть атмосферных осадков стекает с реками в океан или бессточные озёра, другая часть – испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения в конечном счёте всех речных вод непосредственные пути поступления вод в реки могут быть различными. Выделяют четыре вида (или источника) водного питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Для рек в условиях тёплого климата главный вид питания – дождевое. Сток таких крупнейших рек, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном дождевыми водами. Этот вид питания рек в глобальном масштабе – главнейший: на его долю приходится более трети всего водного стока рек. Вторым по важности служит снеговое питание. Его роль весьма велика в питании рек в условиях умеренного климата (не менее 1/3 водного стока). Третье место по объёму поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходится около 30% объёма речного водного стока). Именно подземное питание обусловливает постоянство или большую продолжительность стока реки в течение года, что и создает в конечном итоге реку. Последнее место по значимости в водном питании рек занимает ледниковое питание (около 1% стока рек мира).

Дождевое питание

Каждый дождь характеризуется слоем выпавших осадков (мм), продолжительностью (минуты, часы, сутки), интенсивностью выпадения (мм в минуту, мм в час) и площадью распространения (км 2 ). В зависимости от этих характеристик дожди можно подразделить, например, на ливни и обложные.

Интенсивность, площадь распространения и продолжительность выпадения дождей определяют многие особенности формирования речного водного стока и пополнения подземных вод. Чем больше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше величина дождевого паводка. Чем больше отношение между площадью распространения дождя и площадью всего бассейна реки, тем также больше величина возможного паводка. Экстремальные паводки происходят по этим причинам обычно лишь на малых и средних реках. Пополнение подземных вод, как правило, происходит при длительных дождях. Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию и тем меньше величина дождевого стока. Наоборот, дожди, выпадающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают большую величину дождевого стока. Таким образом, один и тот же дождь в зависимости от состояния подстилающей поверхности и влажности воздуха может быть в одних случаях стокообразующим, а в других – почти не давать стока.

Снеговое питание

В умеренных широтах основным источником водного питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от его плотности и толщины снежного покрова может при таянии дать разный слой воды. Запасы воды в снеге (величину, очень важную для предсказания объёма талого стока в период половодья) определяют с помощью снегомерных съёмок. Запасы воды в снеге в бассейне реки зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бассейна реки обычно неравномерно – в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т.д. Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, т.е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температурой воздуха положительных значений и при условии положительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача начинается позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега – зернистости, капиллярных свойств и т.д. Сток возникает только после начала водоотдачи.

Подземное питание

Оно определяется характером взаимодействия подземных (грунтовых) и речных вод. Направленность и интенсивность этого взаимодействия зависят от взаимного положения уровня воды в реке, высоты кровли водоупорного пласта грунта и уровня грунтовых вод, в свою очередь зависящего от фазы водного режима реки и гидрогеологических условий. Подземное питание рек обычно наибольшее в межень, когда грунтовые воды поступают в реку. В половодье уровень воды в реке, как правило, выше уровня грунтовых вод и поэтому в это время река питает грунтовые воды.

Ледниковое питание

Такое питание имеют лишь реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками. Вклад ледникового питания в речной водный сток тем больше, чем больше доля общей площади бассейна реки занята ледниками. Этот вклад наибольший в самых верхних частях горных рек.

У каждой реки доля отдельных видов водного питания может быть разной. Определение в каждом конкретном случае вклада различных видов питания в речной водный сток – задача исключительно сложная. Наиболее точно её можно решить либо с применением «меченых атомов», т.е. путём радиоактивной «маркировки» вод различного происхождения, либо путём анализа изотопного состава природных вод. Более простой, но приближённый способ выделения различных видов питания – это графическое расчленение гидрографа реки.

В настоящее время наиболее распространена классификация рек по видам (или источникам) питания М.И. Львовича Львович Михаил Исаакович (1906–1998), известный советский гидролог, доктор географических наук (1942). Внёс большой вклад в изучение мирового водного баланса, питания и режима рек. Создал первые в СССР карты стока рек мира и водного баланса страны. . Для определения степени преобладания того или иного вида питания приняты три градации. Если один из видов питания даёт более 80% годового водного стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (вклад других видов питания не учитывается). Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80% водного стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания упоминаются, если на долю каждого из них приходится больше 10% годового водного стока). Если же ни один из видов питания не дает больше 50% годового стока, то такое питание называют смешанным и иногда указывают некоторые виды питания в порядке убывания их вклада в сток реки. Указанные диапазоны градаций (80 и 50%) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового питания соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25%.

Бóльшая часть рек на территории бывшего СССР имеет преобладающее снеговое питание. Почти исключительное снеговое питание имеют реки Северного Казахстана и Заволжья. Реки с дождевым питанием занимают южную часть территории к востоку от Байкала, а также бассейны Яны и Индигирки, Черноморское побережье Кавказа, Крым и Северный Кавказ. Ледниковое питание имеют реки на Кавказе и в Средней Азии.

Источник