Файл: Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища.pdf

С этими климатическими условиями связан и ионный состав вод. В составе вод рек районов избыточного идостаточного увлаж­ нения, протекающих по хорошо промытым почвам и грунтам, преобладают НСОд и Са", в аридных районах — S0'4 и С1', а из

катионов — Na‘ .

Минерализация вод выше при питании рек подземными и ниже при питании поверхностными (снеговыми и дождевыми)

водами.

Закономерности распределения речных вод различной мине­ рализации и ионного состава по территории хорошо видны на со­ ставленной О. А. Алекиным гидрохимической .карте СССР

(рис. 19). Воды большинства рек СССР относятся к гидрокарбо­ натному классу. Бассейны их занимают около 85% территории нашей страны. Это реки Европейской части СССР, за исключе­ нием засушливых районов юга Украины, Северного Кавказа, Прикаспия, большинство рек Западной Сибири, реки Восточной Сибири, Дальнего Востока, горных систем Кавказа и Средней Азии. Речные воды сульфатного .класса, встречающиеся в бас­ сейнах Онеги, Камы, Белой, Бирюсы, верховьях Колымы, азо­ нальны и связаны с геологическим строением водосборов.

Большая часть гидрокарбонатных вод мало минерализова­ на (до 200 мг/л). Наименьшая минерализация (до 50 мг/л) свой­ ственна рекам Кольского полуострова, Карелии, зоны вечной мерзлоты Сибири. Значительно меньше рек с гидрокарбонатны­ ми водами средней минерализации. Это реки средней полосы Ев­ ропейской части СССР, реки Лено-Вилюйской низменности и Ле- но-Алданекого междуречья. Рек с гидрокарбонатными водами повышенной минерализации еще меньше. К ним относятся водо­ токи лесостепной и частью степной зон (междуречье Днестра, Южного Буга, Днепра, некоторые притоки Среднего Дона, Ура­ ла, Тобола).

Бассейны рек сульфатного класса занимают всего 3—4% территории СССР. Они встречаются в засушливых степях Евро­ пейской части (Приазовье, Донбас), Северного Кавказа, в полу­ пустынях Средней Азии и Казахстана (бассейны Сарысу, Аягуза, Чу, Теджена). Минерализация их обычно превышает 1000, а в отдельных случаях достигает 4000 мг/л (Теджен, некоторые реки бассейна Амударьи).

Реки хлоридного класса встречаются, в полупустынях При­ каспийской, Западно-Сибирской низменности и Казахстана. Это главным образом временные водотоки. Их бассейны занимают около 6% территории СССР. Они отличаются высокой минера­ лизацией (например, минерализация меженных вод Туртая в Центральном Казахстане до 19 г/л).

Связь минерализации речных вод с увлажненностью терри­ торий хорошо прослеживается в различных .районах Земного ша­ ра. Весьма малой минерализацией отличаются реки экваториаль­ ной зоны (Амазонка около 35—50 мг/л). Минерализация речных

74

О o r Гринеича

ЕШ’И зП 1

В *

300 О 300 600км

Рис. 19. Схематическая гидрохимическая карта рек СССР (по О. А. Алекину):

вод более увлажненной восточной части США не превышает 130—140 мт/л, а в более засушливой западной достигает 500—

1500 мт/л (Алекин, 1970).

Минерализация и ионный состав речных вод подвержены значительным колебаниям в зависимости от метеорологических условий и характера питания рек. Наименьшая минерализация характерна для половодий и паводков, наибольшая — для меже­ ни. На рис. 18 хорошо видно резкое уменьшение минерализации в период весеннего половодья. На реках дождевого или леднико­ вого литания опреснение вод наблюдается летом.

Между расходами воды и минерализацией ее существует обратная связь: с увеличением расхода уменьшается минерали­

зация.

В связи с питанием рек меняется в течение года и соотноше­ ние основных ионов в речной воде. Во время половодий и павод­ ков, в большинстве рек возрастает относительное содержание НСО3 и Са” , в межень — SOI,', Cl' и Na‘. '

При значительных различиях состава поверхностных и под­ земных вод водосбора река может во время половодья отно­ ситься к одному гидрохимическому классу, а в межень — к друго­ му: Так, например, воды р. Лены зимой относятся к хлоридному классу, в половодье — к гидрокарбонатному; воды Амударьи ле­

в остальное время — к сульфатному. Еще резче могут быть эти изменения у малых рек.

Интенсивный водообмен и турбулентность движения вод рек способствуют выравниванию их гидрохимических показателей. С другой стороны, по ряду причин, главные из которых влияние притоков, изменения соотношения поверхностного и подземного питания, несинхронность поступления в реку ;вод различного про­ исхождения, наблюдается неоднородность речных вод. Сильнее она проявляется по длине рек, особенно пересекающих различ­

ные географические зоны, слабее— по живому сечению реки и почти не сказывается по вертикали.

Уменьшение минерализации вниз по течению наблюдается у рек, имеющих в верховьях сильное подземное питание. Воды их вниз по течению разбавляются с увеличением доли поверхност­ ного питания. Таковы некоторые реки Ленинградской области — Оредеж, Ижора, мелкие водотоки, впадающие с юга в Финский

залив и питающиеся в верховьях подземными водами силурий­ ских отложений.

Рост минерализации вниз по течению характерен для круп­ ных рек, протекающих через несколько географических зон (в СССР это реки, текущие с севера на юг), или для рек, питаю­ щихся в верховьях водами ледников или болот (Волга, Кама Урал и др.). Минерализация вод Волги возрастает от истока к устью примерно в 3 раза (от 100 до 300 мг/л). В составе ее вод

76

в верховьях преобладает НСО3 (около 45—60%), в низовьях суммарное содержание SO/j и СР почти равно количеству НСО'

Мало изменяются минерализация и ионный состав вод рек, вся территория бассейнов которых находится в одинаковых географи­ ческих условиях (Ока) и рек с озерным питанием (Нева, Свирь).

Гидрохимическая неоднородность по живому сечению реки возникает главным образом на участках впадения притоков. Так, в водах р. Камы после впадения слева р. Чусовой (август 1937 г., до строительства Камского водохранилища) обнаруживалось резкое (примерно в 1,5 раза) увеличение содержания SO^, Са" и

Mg" у левого берега. Резкие различия в ионном составе вод на­ блюдаются на Волге ниже владения Оки и на других реках. Не­ однородность слабее выражена и быстрее ликвидируется у ма­ лых рек, чем у крупных.

В процессе стока — движения и обмена вод на Земном ша­ ре ■— вместе с водами перемещаются значительные массы твер­ дых частиц и растворенных элементов. Основная роль в перено­ се и распределении этих элементов принадлежит рекам, водооб­ мен у которых совершается быстрее, чем у других водных объектов (в среднем ио Земному шару за 20—25 суток).

Под стоком растворенных веществ понимается количество неорганических и органических веществ, выносимых реками в ионно-молекулярном или коллоидальном состоянии за некоторое время с данной территории. Наибольшую часть растворенных веществ, выносимых реками, составляет ионный сток. Расход ос­ новных ионов (QH, кг/с) определяется как произведение расхода воды (Q) на ее минерализацию (5):Q „=Q S. Ионный сток (Ри) с какой-либо территории определяется ,в тоннах за некоторый промежуток времени (обычно за год) по формуле:

R = QJ,

где Т — время, с; или по формуле

77

Аналогично можно рассчитать характеристики стока орга­ нических веществ, биогенных элементов и т. д.

Ионный сток характеризует химическую эрозию и аккумуля­ цию, является основной составляющей расходной части баланса солей речного бассейна. Он служит связующим звеном в соле­ вом обмене суши и океана. 'Величина ионного стона и распреде­ ление его в году зависит от стока воды и ее минерализации. В связи с этим при прочих равных условиях наибольший ион­ ный сток дают многоводные крупные реки (см. табл. 7). Наряду с этим при одинаковых объемах водного стока наибольшим ион­ ным стоком отличаются реки аридных районов, воды .которых высоко минерализованы. Так, при почти одинаковом среднегодо­ вом водном стоке рек Амударьи (49 км3) и Индигирки (47 .км3) ионный сток первой более чем в 10 раз превышает ионный сток второй. Показатели (модули) ионного стока выше у рек, начина­ ющихся или протекающих в горных районах (Терек —72, Рио-

ни —146 т/км2-год).

Зависимость Р и от увлажненности бассейна иная, чем мине­ рализации. В избыточно увлажненных районах минерализация мала и удельный вынос солей даже при большом стоке невелик. Но и в аридных условиях, при больших потерях на испарение и малом стоке, значительного удельного .веса солей не может быть даже при высокой минерализации вод. Поэтому величины Р„ рек Крайнего Севера и полупустыни близки (О. А. Алекин, 1970). Внутригодовое распределение ионного стока также в первую очередь связано с распределением водности. Максимум его при­ ходится на периоды половодий, когда вместе с 'большими объ­ емами слабоминерализованных вод выносится много растворен­ ных в них веществ.

У рек с преобладанием снегового питания весной проходит большая часть годового ионного стока (у р. Нуры в Северном Казахстане за апрель — май около 77%, у р. Дан за март — май около 60%). Ледниковое питание перемещает максимум ионно­ го стока на лето (yip. Терек за май — август около 45%).

Средний годовой ионный сток е территории СССР достига­ ет 384 млн. т, из которых 276 млн. т (72%) выносится в океан, остальные 28%— в области внутреннего стока. Наибольший ион­ ный сток приходится на бассейны Северного Ледовитого океана (около 202 млн. т, или 52%), наименьший — на бассейн Тихого океана (около 31 млн. т, или 8%). Наибольший показатель (мо­ дуль) ионного стока, свидетельствующий об интенсивной хими­ ческой эрозии, в бассейне Атлантического океана (около 24 т/км2-год) и в областях внутреннего стока (22 т/км2-год), среди которых резко выделяется бассейн Аральского моря (64,5 т/км2-год). Сток остальных растворенных веществ (органи­ ческое вещество, минеральные коллоиды, микроэлементы, неор­ ганические биогенные элементы) достигает 102 млн. т/год, или 20% общего стока растворенных элементов. Первое место среди

78

них занимают органические вещества (79 млн. т, или 16% обще­ го стока растворенных веществ). Суммарный сток растворенных веществ ютерритории СССР достигает 486 млн. т в год.

Ионный сток со всей суши Земного шара в океан 2,28 млрд, т в год, модуль ионного стока 22,7 т/км2, а сток всех растворенных веществ около 2,9 млрд. т. Наибольший ионный сток, так же как и водный, дает Азия (636 млн. т), наименьший — Австралия (62>млн. т ). П о модулю ионного стока на первом месте Малай­ ский архипелаг (36 т/км2-год)‘.

По соотношению стока взвешенных наносов и ионного стока резко различаются равнинные .и горные реки. Благодаря значи­ тельной кинетической энергии торных рек, механическая эрозия их бассейнов происходит более интенсивно, чем химическая. Зна­ чительная доля питания водами осадочных пород при относи­ тельно умеренной механической эрозии создает преобладание ионного стока равнинных рек над стоком взвешенных наносов.

При сравнении модулей стока взвешенных наносов (М„) и ионного стока (Ри) это различие выступает весьма резко. Для большинства (80%) исследованных равнинных рек СССР отно­ шение MJP„ меньше единицы, т. е. ионный сток превышает сток взвешенных наносов. Для большинства горных рек (около 80% J отношение MJP„ 'больше единицы, т. е. сток взвешенных нано­ сов преобладает над ионным. Для территории СССР среднее отношение M J Р„ около 1—1,3 .в связи с преобладанием стока крупных равнинных рек. Для Земного шара эго отношение око­ ло 51.

9. Термина рек

Основным источником' тепла для речных вод является сол­ нечная радиация. Меньшую роль играет теплообмен с дном и атмосферой. Потери тепла происходят за счет излучения, испа­ рения и турбулентного теплообмена с атмосферой. Проникнове­ ние тепла на глубины обусловлено 'главным образом турбулент­ ным перемешиванием.

Поскольку и температура воды и температура воздуха зави­ сят от солнечной радиации, суточный и годовой ход их в общих чертах одинаков, а в распределении по территории сказывается географическая зональность. Но в то время как температура воз­ духа резко меняется при адвекции теплых и холодных воздушных масс, температура воды сохраняет значительную инерцию и мед­ ленно реагирует на эти вторжения. Поэтому соотношение тем­ ператур воздуха и речной воды бывает различным как по терри­ тории в связи с преобладающим типом атмосферной циркуля­ ции, так и в одних и тех же районах при вторжении различных воздушных масс. При адвекции холодных воздушных масс тем-

1 Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л., 1974.

79