Гидрология рек

9. Морфология речных долин определяется геологическими и физико-географическими условиями местности, псресекаемой рекой, историей развития долины.

При интенсивном  врезании, обусловленном поднятием  горной страны, возникают долины типа теснины, ущелья или каньона. Теснина  -это глубоко врезанная эрозионная форма с вертикальными или почти вертикальными склонами. Ущелье отличается от теснины У-образным поперечным профилем, часто с выпуклыми склонами. Каньон морфологически сходен с ущельем: имеет У-образный поперечный профиль, отличается ступенчатостью склонов, обусловленной препарировкой стойких пород. В более поздние стадии развития долины, когда в ее формировании важную роль уже играет боковая эрозия, образуется ящикообразный поперечный профиль речной долины. Такая долина имеет широкое плоское дно, а русло занимает лишь небольшую часть дна долины. Кроме пойм, на склонах ящикообразных долин могут быть развиты речные террасы. Долины этого типа наиболее характерны для равнинных стран. Многие реки берут свое начало в горах, а затем выходят на равнину. Соответственно, на разных участках течения характер их долин может испытывать значительные изменения. Эти изменения, в частности, включают не только различия в поперечном и продольном профилях долины, но и в поведении террас. Так, например, на участках усиливающегося врезания, обусловленного поднятием территории, всегда отмечается нарастание высот террас над уровнем долины. По мере удаления от такого участка высота террас снижается. При переходе в область погружения происходит не только снижение террас, но и уменьшение их числа, а на наиболее сильно прогибающейся территории террасы, как говорилось об этом выше, «ныряют», погружаются под уровень поймы.

Долины чутко  реагируют на изменения геологической  структуры. Часто участки, сложенные  очень прочными породами или испытывающие интенсивное 'поднятие, обходятся речными  долинами. Иногда речной поток не отклоняется  под действием поднимающейся  структуры, а сечет ее по нормали  или в близком к нормали  направлении, образуя так называемые сквозные долины. Возможны, но крайней  мере, три различных способа их образования.

Сквозная  долина может быть антецедентной, т. е. образовавшейся в результате «перепиливания»  возникшего на ее пути медленно растущего  поднятия. Сквозные долины могут быть также эпигенетическими, т. е. наложенными  сверху, или возникнуть вследствие регрессивной эрозии при перепиливании  горным потоком водораздельного  хребта. При этом может произойти  перехват реки, расположенной по другую сторону водораздела и менее  глубоко врезанной.

Существенное  влияние на морфологию долин оказывают  состав и характер залегания горных порода бассейне реки.

В областях с горизонтальным залеганием пластов  и однообразным литологичсским составом слагающих пород морфология речных долин в наименьшей степени зависит от геологической структуры. Такие долины называют нейтральными пли атектоническими. В областях нарушенного залегания пластов одни долины обнаруживают совпадение с простиранием тектонических структур (осей складок, линий разломов, полос простирания стойких и податливых пород). Это долины, «приспособившиеся» к геологической структуре. Другие долины секут геологические структуры под каким-либо углом. Поэтому в дислоцированных областях различают долины продольные, поперечные и диагональные. В зависимости от типа геологической структуры, в которых заложены продольные долины, различают долины синклинальные, антиклинальные, моноклинальные, долины, совпадающие с линиями продольных разломов и долины-грабены. Каждая из этих типов долин характеризуется своими, свойственными только ей морфологическими чертами , и характером .процессов, протекающих на их склонах.

10. Питанием рек называется поступление воды в их русла; ее приносят поверхностный и подземный стоки. В питании рек принимают участие дождевые, талые снеговые, ледниковые и подземные воды. Роль того или иного источника питания, их сочетание и распределение во времени зависят, главным образом, от климатических условий. В зависимости от преобладающего источника питания находится внутригодовое распределение стока – режим реки. Годовой сток – количество воды, которое река выносит за год. В зависимости от питания количество воды в реке меняется в течение всего года. Эти изменения проявляются в колебаниях уровня воды в реке, получившие названия половодье, паводок и межень.

Половодье –  ежегодно повторяющееся в один и  тот же сезон относительно длительное и значительное увеличение количества воды в реке.

Паводок –  относительно кратковременные и  непериодические подъемы уровня воды в реке, вызываемые поступлением в реку дождевых (талых) вод.

Межень –  наиболее низкое стояние воды в реке при преобладании подземного питания.

Первая классификация  рек по условиям питания предложена в 1884 году известным русским климатологом А.И. Воейковым, который рассматривал реку как «продукт климата», им выделено три типа рек:

1) питающиеся  исключительно талыми водами  снегов и льдов (реки пустынь,  окаймленных горами со снежными  вершинами – Амударья, Сырдарья, и реки полярных стран);

2) питающиеся  только дождевыми водами (реки  с зимним разливом – реки  Европы и Средиземноморского  побережья, реки тропических стран  и муссонных областей с летним  разливом – Инд, Ганг, Нил, Амур, Амазонка, Конго, Янцзы);

3) смешанного  питания (реки Восточно-Европейской  равнины, Западной Сибири, Северной  Америки).

Кроме приведенной  классификации существуют и другие классификации рек, учитывающие  как климат, так и другие факторы, например сток и режим.

11. Во́дный режи́м — 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.

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.

Ледоход —  движение льдин и ледяных полей  на реках.

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.

12. Главной характеристикой речного стока являются расходы воды.Все остальные характеристики речного стока, по сути, являются производными от соответствующих расходов воды. Рассмотрим наиболее часто употребляемые характеристики речного стока.

Объем стока W— количество воды, стекающей с  водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.).

Модуль стока  —количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени.

Слой стока h (мм) — количество воды, стекающей  с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого  водосбора.

Высота слоя стока h – высота такого слоя воды, которым  можно покрыть площадь бассейна реки выше рассматриваемого пункта, если распластать на ней равномерно весь объем стока за изучаемый период времени.Норма стока – среднее значение любой из характеристик стока за многолетний период.Коэффициент стока — отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока.Сток рек зависит от комплекса физико-географических факторов, решающая роль в котором принадлежит климатическим условиям. На речной сток оказывают также существенное влияние рельеф бассейна, его почвенно-геологические условия, растительный покров и гидрографические особенности. К основным климатическим характеристикам, влияющим на речной сток, относятся: осадки, испарение, температура воздуха, влажность воздуха и воздушные течения. Осадки и испарение непосредственно определяют величину стока и его распределение во времени. Другие климатические факторы влияют на сток косвенно, увеличивая или уменьшая осадки и испарение.

Осадки являются одним из основных слагаемых уравнения  водного баланса. Чем больше осадков  выпадает в бассейне, тем при прочих равных условиях больше воды стекает  в реки. Испарение является составной частью водного баланса. Чем больше испарение с поверхности бассейна, тем меньше речной сток. Температура воздуха оказывает влияние как на величину годового стока, так и на его внутригодовое распределение.Рельеф бассейна оказывает большое влияние на осадки и испарение. С повышением высоты местности увеличивается количество осадков и уменьшается испарение. Существенное значение имеет ориентация горного склона, на котором расположен речной бассейн. Осадков выпадает больше на склоне действия влажных ветров.Вода стекает в реки по склонам местности. Чем круче эти склоны, тем скорость стекания воды выше, тем меньшее ее количество теряется на испарение и просачивание в грунт. Поэтому горный рельеф способствует увеличению стока.Почвенно-геологическое строение бассейна определяет возможность фильтрации воды в грунт и характеризует условия стекания ее в реки подземным путем. Легко проницаемые грунты (песчаные, галечниковые и др.) задерживают выпавшие осадки и тем самым уменьшают поверхностный сток. В то же время они способствуют более равномерному питанию реки в течение года за счет увеличения запаса грунтовых вод.Влияние растительности на речной сток проявляется разнообразно. Травяная растительность уменьшает поверхностный сток за счет большей фильтрации воды в грунт и увеличения потерь воды на испарение и транспирацию. Если расходование влаги на транспирацию растениями превышает поступление воды в грунт за счет большей фильтрации растительных почв, наличие растительности уменьшает не только поверхностный сток, но и подземный.На речной сток оказывают влияние размеры и форма водосборной площади, густота речной сети, наличие озер и болот в бассейне и другие гидрографические особенности.Влияние размеров водосборной площади сказывается заметно на внутригодовом распределении стока, особенно на формировании весеннего половодья и дождевых паводков. Чем больше площадь бассейна, тем сток реки распределяется в течение года более равномерно; половодье и паводки становятся более продолжительными, но относительно менее интенсивными.

13. Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые и пойменные отложения. Речные наносы образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв. Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке обычно подразделяют на взвешенные и влекомые. Такое подразделение наносов носит условный характер, так как в зависимости от крупности наносов и скоростей течения потока те или иные твердые частицы могут находиться то во взвешенном состоянии, то перемещаться по дну потока.

Наносы, подразделяют, кроме того, на транзитные и руслоформирующие. Малые частицы переносятся к устью реки по преимуществу транзитом. Более крупные частицы в зависимости от гидрав­лических свойств потока то переносятся потоком во взвешенном или влекомом состоянии, то задерживаются на отдельных участках реки, с тем, чтобы при изменении гидравлических свойств потока вновь перейти в движение. Таким образом, постоянно происходит переформирование русла. Очевидно, что большая часть взвешенных наносов является транзитной, а большая часть влекомых — руслоформирующей.

Влекомыми наносами называются те, которые перемещаются в придонном слое потока. Твердые частицы, лежащие на дне, подвергаются силе гидродинамического, или лобового, давления.

Движение  твердых частиц в придонном слое потока происходит в виде скольжения или перекатывания и перескакивания (сальтации). Такой характер движения осуществляется главным образом под влиянием восходящих вихрей и несимметричного обтекания твердой частицы струями воды. Частицы, оторвавшись от дна, могут находиться некоторое время во взвешенном состоянии и вновь опускаться на дно. В этом проявляется условность подразделения наносов на влекомые и взвешенные. Крупность влекомых наносов изменяется по сезонам года, возрастая при паводках и уменьшаясь в межень. При больших скоростях течения влекомые наносы дви­жутся большими массами. Размеры влекомых наносов постепенно уменьшаются по длине рек с уменьшением скоростей вниз по течению.

Количество  влекомых наносов в равнинных реках мало. Они транспортируют преимущественно взвешенные наносы. В горных реках доля влекомых наносов велика и при больших скоростях составляет основную часть твердого стока реки.

В текучей  воде вследствие турбулентного характера  течения твердые частицы могут  находиться во взвешенном состоянии  в тех случаях, когда вертикальная составляющая скорости течения потока превосходит гидравлическую крупность  частиц. При обратном соотношении  частицы будут осаждаться на дно, и начнется аккумуляция наносов  или влечение их по дну. Вертикальная составляющая скорости растет с увеличением  степени турбулентности потока и, следовательно, с увеличением скорости течения. Таким образом, чем больше скорости, тем более крупные частицы  находятся во взвешенном состоянии. По мере передвижения вниз по течению  в связи с общим уменьшением  скоростей течения размеры частиц, находящихся во взвешенном состоянии, будут уменьшаться, а аккумуляция  наносов усиливаться.