Гидрология рек

Река - это водоток, имеющий течение в продолжении большей части года, полу­чающий питание со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло, сформиро­ванное самим водотоком. Родник, дающий начало реки, или выход речного потока из озера, болота, ледника — исток реки; место (створ) впадения реки в другую реку или приемный водоем (море, озеро) — устье реки.

Характеристики реки и ее бассейна. Речная долина.

Основные морфометрические характеристики реки в целом — ее длина и площадь водосбора (бассейна).

Водосбор реки - часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда дан­ная река получает свое питание. Бассейн реки - это часть суши, по которой протекает данная река со всеми ее притоками, включая временные водотоки, и ограниченная во­доразделом. Бесточные территории внутри бассейна в водосбор не входят. В районах достаточного увлажнения водосбор и бассейн, как правило, совпадают.

Поверхностный и подземный водоразделы могут не совпадать. Для крупных и средних по размеру, а также большинства малых рек этим несовпадением можно пре­небречь, за исключением рек карстовых районов.

Основные морфометрические характеристики речного бассейна (водосбора): площадь, длина, наибольшая и средняя ширина, средняя высота, средний уклон по­верхности, коэффициент асимметрии.

Количественные физико-географические характеристики: густота речной сети, озерность, заболоченность, оледенение, лесистость, распространение почвогрунтов с той или иной степенью водопроницаемости.

Классификация рек по площади бассейна (F):

большие — F > 50000 км²,

средние — F = 2000-50000 км²,

малые — F < 2000км².

Большая река обычно пересекает две и более природных зон, гидрологический режим средней реки отражает условия одной зоны или подзоны, режим малых рек в значительной мере определяется местными условиями.

По длине (L) к малым рекам относят обычно реки с L от 10 до 100 км (иногда до 200), реки с L < 10км часто называют ручьями. Крупнейшие реки мира по площади бас­сейна (млн. км²): Амазонка(6,92), Конго (3,82), Миссисипи (3,22), Ла-Плата (3,1), Обь (2,99). Реки с наибольшей длиной: Нил (с Кагерой L = 6670 км), Амазонка (с Укаяли 6280), Миссисипи (с Миссури 5985), Янцзы (5520). Самая большая река Европы - Вол­га (F= 1,36млн. км², L = 3350км).

Речные долины - продольные углубления на земной поверхности, сформирован­ные в результате эрозионно-акумулятивной деятельности реки. Элементы речной до­лины: русло, пойма, надпойменные террасы, коренные берега. Русло - наиболее низ­кая часть долины, занятая рекой в маловодные периоды года. Пойма - часть долины, заливаемая при самом высоком уровне воды. Надпойменные террасы - относительно плоские участки долины, представляющие собой остатки пойм на предшествующих этапах развития долины. Коренные берега - склоны долины выше самой высокой тер­расы. Русло и пойма образуют дно долины, террасы и коренные берега - склоны до­лины. Высота поймы, террас, коренных берегов - превышения их бровок над уровнем воды в маловодный период года. Типы долин по генезису: тектонические, леднико­вые, эрозионные; по форме поперечного профиля: каньоны, ущелья, V-образные, ко­рытообразные (троги), трапециевидные, ящикообразные.

Продольный профиль реки - график изменения отметок водной поверхности и дна по длине реки. Падение реки - разность отметок водной поверхности или дна (∆ H) на каком либо участке реки. Полное падение — ∆Н между истоком и устьем реки. Уклон реки (I) - отношение падения реки на участке к его длине, выражается в долях единицы или промиллях (‰). Для средних по размеру равнинных рек, как правило, I < 1 ‰, для горных до нескольких десятков ‰.

Типы продольного профиля: вогнутый, прямолинейный, выпуклый, ступенча­тый. Главный базис эрозии реки - уровень приемного водоема или водотока.

Основные гидрологические характеристики реки - уровень и расход воды.

Расход воды (Qм³/с) - количество воды, проходящее через поперечные сечения реки за 1 секунду. Расход воды равен произведению площади водного сечения реки на среднюю для этого сечения скорость течения.

Количество воды, проносимое рекой через ее поперечное сечение за больший промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год) — это объем стока (V м³ или км³). V = Qм³·t, где Q - средний расход воды за рассматриваемый промежуток времени, t -количество секунд в этом промежутке (для года t = 31,54·10⁶ с).

Для сравнения величины речного стока с атмосферными осадками или испарени­ем сток характеризуют высотой слоя воды. Слой стока (мм) — это такой слой, который получается, если объем стока распределить равномерно по всей площади речного бас­сейна (F): y= 10⁶·V/F.

Для сравнения условий формирования стока в различных бассейнах часто исполь­зуют величину расхода воды, отнесенную к площади бассейна, т.е. количество воды, стекающее с каждого квадратного километра - это модуль стока М = 10³· Q / F л/с·км².

Отношение слоя стока к слою выпавших на площадь бассейна осадков (х), обу­славливающих возникновение данной величины стока, называется коэффициентом стока (η). Он показывает, какая часть осадков расходуется на образование стока: η = у/х.

Регулярные измерения уровня и расхода воды, а также температуры воды и тол­щины льда, фиксирование дат наступления различных ледовых явлений ведутся на гидрологических постах. Наиболее распространенное устройство для измерения уровня воды - свайный водомерный пост.

При определении расхода воды скорости течения на гидрологических постах из­меряются гидрометрической вертушкой, в экспедиционных условиях — часто по­верхностными поплавками. Измерение глубины (для вычисления площади водного се­чения) осуществляют с помощью наметки — размеченного на дециметры шеста, лота — груза, опускаемого на размеченном тросе, эхолота, определяющего глубину по вре­мени возвращения отраженного от дна звукового сигнала, поданного на поверхности воды.

Питание, водный режим рек, водный баланс речного бассейна

Источники питания рек - дождевые, снеговые, ледниковые и подземные воды.

Дождевое питание преобладает в теплом поясе и в районах умеренного пояса с муссонным климатом. Доля стекающих дождевых осадков увеличивается при выпаде­нии на увлажненную почву.

Снеговое питание преобладает в холодном и умеренном поясах. Стеканию сне­говых вод способствуют повышенная интенсивность снеготаяния, зимнее промерзание грунта и особенно наличие ледяной корки на почве.

Ледниковое питание происходит в результате таяния ледников. Основные фак­торы - площадь водосбора, занятая ледниками, и температура воздуха.

Подземное питание — поступление в реку грунтовых и межпластовых вод (сток в реки почвенных вод и верховодки условно относится к поверхностному питанию). Зависит от геологического строения и распространения в бассейне водопроницаемых почв, трещиноватых пород, от лесистости.

Основной отрицательный фактор формирования стока — испарение с поверхности бассейна, включающее транспирацию, физическое испарение с поверхности почвы и пустот внутри почвы, с поверхности водных объектов. Испарение зависит от темпера­туры воздуха и испаряющей поверхности (воды, льда, снега), влажности воздуха, ско­рости ветра, глубины залегания подземных вод. Для транспирации кроме указанных факторов важен вид растительности, для испарения с ледников — их высотное положе­ние и, следовательно, атмосферное давление. Перечисленные факторы определяют по­тенциальную возможность испарения, называемую испаряемость. Фактическое испа­рение лимитируется наличием испаряющейся влаги. Для водной поверхности рек, озер и ледников испарение практически равно испаряемости. В пустынях тропического поя­са испаряемость наибольшая, а испарение наименьшее. В полярных странах испаряе­мость наиболее низкая; испарение практически равно испаряемости.

Естественный водный баланс речного бассейна:

x + w₁ = z + у + w₂ ± ∆U,

где х — осадки на поверхность бассейна, z — суммарное испарение с его поверхности, у — речной сток, w₁ - приток подземных вод, получающих питание за пределами данного бассейна, w₂ - отток подземных вод, сформировавшихся в данном бассейне, за его пре­делы не в составе речного стока, ± ∆U - изменение запасов воды в бассейне, содержа­щейся в подземных водоносных горизонтах, в почве, в водоемах и русловой сети, в снежном покрове и ледниках.

При наличии антропогенного влияния в уравнение водного баланса вводятся со­ответствующие составляющие.

В среднем за многолетний период в целом за год ∆U = 0, величины w₁ и w₂ имеют значение, как правило, лишь для части малых рек, поэтому уравнение водного баланса можно записать в простом виде:

х = z + у.

Фазы водного режима рек: половодье, паводки, межень.

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

Паводок - это фаза водного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года и характеризуется интенсивным, обычно кратковременным уве­личением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Иногда паводок накладывается на волну половодья.

Межень - это фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в один и тот же се­зон, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания реки. Основной источник питания, как правило, подземные воды.

Классификация рек территории бывшего СССР по водному режиму Б.Д. Зайкова:

реки с весенним половодьем; типы: а) казахстанский, б) восточноевропейский, в) западносибирский, г) восточносибирский, д) алтайский;

реки с половодьем в теплую часть года; типы: а) дальневосточный, б) тянь-шанский;

реки с паводочным режимом; типы: а) причерноморский, б) крымский, в) севе­рокавказский.

Факторы формирования среднего многолетнего стока:

а) климатические — количество осадков и величина испарения, связанные с плане­тарными условиями - общий перенос влаги, траектории циклонов, влияние океана и морей.

б) подстилающей поверхности - рельеф, геология, почвы, растительность, хозяй­ственная деятельность.

Общие закономерности изменения стока по территории можно проследить на примере распределения стока на европейской части бывшего СССР. На широтах 60-65° наблюдается "климатический гребень стока" со значениями 350-400 мм. Отсюда пони­жение стока к северу до 300-350 мм из-за уменьшения осадков при более медленном уменьшении испарения. На севере Кольского полуострова повышение стока под влия­нием относительно теплого Баренцева моря. Понижение стока к югу до 50-100 мм в степной зоне, до 20 мм на побережье Азовского моря и 5 мм в Прикаспийской низмен­ности, связанное с уменьшением осадков и увеличением испаряемости. Некоторое уве­личение стока на возвышенностях (Валдайская, Донецкий кряжи др.) и существенное в горах - в Крыму с 20 до 150 мм, на Кавказе до 2000-3000 мм.

Дата добавления: 2014-01-07