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

Ленкоранской низменностей и реках на юге Туркмении ледовых явлений вообще нет (рис. 21).

Особенности гидрологического режима рек (скорости тече­ ния, водность, величина подземного питания) вызывают значи­ тельные отклонения от средних дат ледостава. Крупные реки за­ мерзают нередко на 10—20 дней позже малых в тех же районах. Более продолжителен и осенний ледоход на крупных реках. По тем же причинам сроки и характер замерзания рек на разных участках неодинаковы. На плесах ледостав устанавливается, как правило, раньше, чем на перекатах. На условия замерзания ока­ зывает влияние и деятельность человека (сброс теплых промыш­ ленных вод, регулирование режима и пр.).

Нарастание или таяние льда зависит от соотношения теплопотока, проходящего через лед в атмосферу (Q„), и теплопотока, поступающего из воды к нижней поверхности льда(Зв). ПриС2л> > QB лед нарастает, при QB> Qa тает.

Между толщиной льда (Л), нарастающего за время т, и фи­ зическими свойствами льда существует зависимость

р — плотность льда (в среднем 0,92 г/см3). При расчете от начала ледостава (ho— 0)

Из-за недостатка данных о температуре поверхности льда (*л) в расчетах она приравнивается к среднесуточной отрица­ тельной температуре воздуха (—t). Тогда произведение ta~ бу­ дет отвечать сумме отрицательных среднесуточных температур воздуха за расчетный период ( Щ —t). Подставляя значения

постоянных величин X, L и р,получаем /i= 3,56V"2 — t см. Формулы подобного вида применяются для расчетов'тол­

щины льда. Наиболее известная из них формула Быдина, выве­

Наиболее мощный ледяной покров образуется на реках рай­ онов с континентальным суровым климатом. На реках Восточ­ ной Сибири он достигает в среднем 1,5—2, на реках южных ^рай­ онов Сибири и Дальнего Востока 1,2—1,8 м. В Европейской ча­ сти СССР толщина льда достигает 1 м только на реках крайнего северо-востока. К югу и юго-западу мощность льда уменьшается и в бассейнах Днестра, Прута, Кубани не превышает 20—30 см.

85

Толщина льда на .средних и больших реках, как правило, боль­ ше, чем на малых. Так, например, толщина льда на Днепре при­ мерно в 1,5 раза больше, чем на его малых притоках.

В период ледостава на ряде рек сохраняются незамерзаю­ щие участки — п о л ын ь и . Наличие их может быть обусловле­ но большими скоростями течения (динамические полыньи) или термическими причинами (термические полыньи). Первые возни­ кают на порогах и быстринах. Они характерны, например, для рек Кольского полуострова, Карелии, горных рек Сибири. Вто­ рые образуются в местах выхода в русле подземных вод (мно­ гие водотоки бассейна рек северо-востока СССР: Яны, Колымы и др.) или в истоках рек из озер (Ангара, Свирь, Нева и др.). Образуются полыньи в нижних бьефах плотин водохранилищ, а также в местах сброса в реки теплых вод промышленными пред­ приятиями и населенными пунктами.

На реках, где уровень воды зимой значительно понижается, нередко наблюдается висячий ледяной покров («сушняк» на ре­ ках Восточной Сибири).

В результате стеснения русла льдом, особенно в районах вечной мерзлоты, вода может выходить по трещинам на лед, а часто и на пойму и замерзать, образуя н ал еди. На реках Ев­ ропейской части СССР наледи небольшие (редко занимают пло­ щади более 1 км2). В Сибири широко распространены гигантские наледи «тарыны» площадью до 100 и более квадратных километ­ ров и объемом сотни миллионов кубических метров. Они зани­ мают не только русло, но обычно и дно долины. Эти наледи являются своеобразными «водохранилищами», так как сохраня­ ются и летом, повышая при таянии меженный сток рек. Некото­ рые из них не успевают растаять за лето (наледи-перелетки). Так, площадь Момской наледи в долине р. Момы, притока Инди­ гирки, 160—180 км2, объем 500—600 млн. м3. Эта наледь летом

дает сток до 16—20 м3/с.

Перемерзание рек, т. е. прекращение в них зимой течения и заполнение русла льдом, наблюдается при истощении или пол­ ном прекращении грунтового стока. Перемерзают многие реки севера Европейской части СССР и особенно севера, востока и северо-востока Сибири и Забайкалья, где ослабление грунтового питания связано с вечной мерзлотой. Подвергаются перемерзанию даже реки со значительными площадями водосборов. К ни.м относятся Вилюй, Яна, Индигирка, площади бассейнов которых превышают 200 тыс. км2. В бассейнах Яны, Индигирки, Колымы перемерзает большинство рек с водосборами менее 6 тыс. км2, в бассейне Зеи (приток Амура) выше г. Зеи — реки с водосборами

5—10 тыс. км2.

Вскрытие рек происходит в результате воздействия на лед двух факторов: 1) тепла солнечной радиации, нагретого воздуха и талых вод и 2) механического действия речного потока. Теп­ ловое воздействие приводит к таянию льда, уменьшению его

87

толщины и прочности, механическое — к разрушению льда и движению льдин по течению (ледоход).

После перехода температуры воздуха через 0°С начинается таяние снега на льду. По мере стаивания снега все большая до­ ля падающей солнечной радиации поступает на поверхность льда, проникает в его толщу, вызывая таяние. Таянию способст­ вует также тепло, поступающее от нагретого воздуха и талых вод. Раньше всего лед подтаивает и разрушается у берегов, где образуются з а к р а и н ы — участки свободной воды вдоль бере­ га. При подъеме уровня закраины увеличиваются. В этот период часто происходят п о д в и ж к и — перемещение льда на некото­ рое расстояние по течению с последующей остановкой. Подвиж­ ки представляют большую опасность для гидротехнических со­ оружений (устоев мостов, пристаней и др.). При таянии льда прочность его уменьшается, он разламывается под механическим воздействием потока на отдельные льдины, начинается весенний ледоход.

Соотношение роли теплового и механического факторов в разрушении льда различно в зависимости от гидрологического режима рек и направления их течения, а также от метеорологи­ ческих условий периода таяния. У рек, текущих с юга на север, стаивание льда к моменту вскрытия, как правило, невелико. Лед их разрушается идущей с верховьев волной половодья. В процес­ се вскрытия рек, текущих в широтном направлении или с севера на юг, решающую роль играет таяние льда, начинающееся за 15—20 дней до вскрытия (например, реки Унжа, Ветлуга) и даже за 30 и более дней (Дон). На них к моменту вскрытия ста­ ивает около 50% от максимальной толщины льда. Лед тает как

сверхней поверхности под влиянием солнечной радиации, так и

снижней под воздействием теплых вод.

Весенний ледоход на многих реках, особенно текущих с юга на север, сопровождается мощными заторами. Весенние заторы обычно кратковременны, существуют в течение нескольких ча­ сов, реже суток, так как образовавший их лед непрочен и легко разрушается. Поскольку весной перемещаются огромные массы льда, заторы часто сопровождаются быстрым подъемом уровня и значительными разливами рек, представляющими опасность для населенных пунктов и сооружений. Например, максималь­ ный подъем уровня от весенних заторов на Енисее достигает 4—6, на Подкаменной Тунгуске 6, на Северной Двине 5 м. Осен­ ние заторы более прочны и долговременны, так как образующие их льдины смерзаются. Подъемы уровней при них меньше, по­ скольку они формируются из сравнительно небольших масс льда.

Вскрытие рек на территории СССР происходит в порядке, обратном порядку замерзания. В феврале — марте вскрываются реки юго-западных районов Европейской части СССР и При­ морья. Позже всего в Европейской части СССР вскрываются ре­ ки крайнего северо-востока (в начале мая). В Центральной и

88

Восточной Сибири вскрытие рек происходит в мае, а на севере и северо-востоке Азиатской части СССР — в начале июня.

Колебания сроков вскрытия и замерзания по годам меньшие в районах континентального климата (Центральная и Восточная Сибирь, где они не превышают 15—20 дней), чем в Европейской части СССР, подверженной воздействию циклонов и частой сме­ не воздушных масс. На крайнем юго-западе Европейской части

СССР сроки ледовых явлений колеблются в пределах 80—90 дней.

11. Русловые процессы

В' процессе движения речной поток взаимодействует с рус­ лом. Это взаимодействие проявляется, с одной стороны, в изме­ нении очертаний русла и его глубин под воздействием потока, с другой — в изменениях структуры потока, обусловленных раз­ мерами и формой русла.

Разнообразные изменения морфологического строения рус­ ла, постоянно происходящие под воздействием текущей воды, объединяются под названием р у с л о в о г о п р о ц е с с а (И. В. Попов, 1965).- Русловой процесс неразрывно связан с эро­ зией, происходящей как на территории бассейна, так и в руслах, а также с транспортировкой и перераспределением (размывом

инамывом) наносов, 'Осуществляемыми водным потоком. В свя­ зи с этим основными факторами, определяющими формирование

иизменение русла, являются водный режим и сток наносов. Эти факторы, в свою очередь, зависят от географических особенно­ стей бассейна и гидравлических свойств потока. В процессе эро­ зии происходит необратимый переход коренных или древних аллювиальных пород в современный аллювий. Отличительной особенностью транспортировки наносов рекой является ее обра­ тимость — непрерывное чередование в пространстве и времени размыва и намыва участков русла и поймы.

Помимо поступательного движения, связанного с уклоном

водной поверхности, для речного потока характерны циркуляци­ онные течения, впервые выявленные Н. С. Лелявеким в конце XIX в. Он отметил, что к стрежню, благодаря большим скоро­ стям течения на нем, подтягиваются водные струи, вызывая не­ который подъем уровня, который компенсируется расходящими­ ся струями у дна. Таким образом в поперечном сечении потока возникают два замкнутых поперечных циркуляционных течения, сходящихся у поверхности и расходящихся у дна. Сочетаясь с поступательным движением потока, эти течения создают общее винтообразное движение воды. Если русло извилистое, струи воды на изгибах его под влиянием центробежной силы образуют прижимающееся к вогнутому берегу сосредоточенное течение. После удара о берег течение через прямой участок русла, нахо­ дящийся между двумя его излучинами, переходит к другому

89