Гидрология рек

Наряду с озерными котловинами, созданными внутренними процессами Земли, весьма многочисленны озерные  ванны, образовавшиеся вследствие экзогенных процессов.

Среди них наиболее распространены ледниковые (моренные) озера на равнинах и в горах, как в котловинах, выпаханных ледником, так и в понижениях между холмами при неравномерном отложении морены. Разрушительной деятельности древних ледников обязаны своим происхождением озера Карелии и Финляндии, которые вытянуты по направлению движения ледника с северо-запада на юго-восток вдоль тектонических трещин (фактически они смешанного ледниково-тектонического происхождения, как и Ладожское, Онежское и некоторые другие озера по периферии Балтийского и Канадского щитов). К ледниковым котловинам в горах относятся многочисленные небольшие каровые озера в чашеобразных углублениях на склонах гор ниже снеговой границы (в Альпах, на Кавказе, Алтае) и троговые озера – в корытообразных долинах в горах (Женевское, Боденское). С неравномерной аккумуляцией ледниковых отложений связаны озера среди холмистого моренного рельефа: на северо-западе Восточно-Европейской равнины, особенно на Валдайской возвышенности, в Прибалтике, Польше. Германии, Канаде и севере США. Эти озера обычно неглубокие, широкие, с лопастными берегами, с островами (Селигер, Валдайское и др.). В горах такие концевые озера возникли на месте бывших языков ледников (Комо, Гарда в Альпах). В областях былых оледенений многочисленны озера в ложбинах стока талых ледниковых вод – они удлиненные, корытообразной формы, обычно небольшие и неглубокие (Долгое, Круглое на Клинско-Дмитровской гряде).

Статья о ледниковых формах рельефа

Карстовые провальные озера  образуются в местах выщелачивания  горных пород (гипса, солей, известняков  и др.) подземными и отчасти поверхностными водами, они глубокие, но небольшие, часто округлые по форме (в Крыму,  на  Кавказе, в Динарских горах).

Статья о карсте

Суффозионные озера образуются в котловинах просадочного происхождения на месте интенсивного выноса подземными водами мелкоземистых минеральных частиц (на юге Западной Сибири).Термокарстовые провальные озера возникают при протаивании многолетнемерзлого грунта или вытаивании льда. Благодаря им Колымская низменность – один из самых озерных краев России. Много реликтовых термокарстовых озерных котловин находится на северо-западе Восточно-Европейской равнины в бывшей ледниковой и приледниковой зонах.

Эоловые озера возникают  в котловинах выдувания (озера Теке, Селекты в Казахстане).

Подпрудные озера образуются в горах, часто после землетрясений, в результате обвалов и оползней, перегораживающих речные долины. Самое  известное из них – Сарезское образовалось в 1911 г. после схода из-за землетрясения гигантского оползня, запрудившего реку Мургаб на Памире.

В долинах равнинных рек  самыми многочисленными являются пойменные  озера-старицы характерной подковообразной  формы, образующиеся в результате периодического спрямления излучин в руслах извилистых рек и их обособления от речных течений. При пересыхании рек  их плесовые лощины сохраняются в  виде бочагов – речных озер; в  дельтах рек возникают мелкие озера-ильмени на месте протоков, часто поросшие тростником и камышом (ильмени Волжской дельты, озера  Кубанских плавней).

На низменных побережьях морей характерны прибрежные озера  на месте лиманов и лагун, если последние отделяются от моря песчаными  намывными перемычками: косами, барами. К особому типу относятся органогенные озера среди болот и коралловых построек.

Таковы основные генетические типы озерных котловин, обусловленные  природными процессами. Но в последнее  время возникает все больше «рукотворных»  озер, созданных человеком,– антропогенных: озера-водохранилища на реках, озера-пруды  в каменоломнях, в соляных копях, на месте торфоразработок и т. д.

27. Водный режим озёр  определяется соотношением между  количеством осадков, выпадающих  на зеркало озера, испарением, поверхностным и подземным притоком  в озеро, поверхностным и подземным  стоком воды из озера; размерами  озера, его формой, закономерностью  изменения площади водного зеркала  при изменении уровня, деятельностью  ветра, определяющей размеры волн, высоту сгонов и нагонов уровня. Колебания уровня озера могут быть сезонные, годовые и кратковременные.

28. Основными составляющими теплового баланса озера, так же как моря и реки, являются: радиационный баланс, теплообмен с атмосферой и теплообмен с дном водоема. Дополнительные составляющие баланса (тепловой сток рек, тепло, выделяемое при ледообразовании и затрачиваемое при таянии льда, тепло, выделяемое и расходуемое при биологических и биохимических процессах, и т. д.) по удельному весу малы и ими часто можно пренебречь.

Удельный вес основных элементов теплового баланса  водоема также неодинаков. Значения каждого из них меняются во времени  и различны как для озер, расположенных  в различных географических зонах, так и для озер одной зоны, но разных по размерам.

В замерзающих озерах в  теплое полугодие тепло поступает  через открытую водную поверхность. Основным источником тепла в этом случае является поглощенная прямая и рассеянная солнечная радиация. Она составляет в теплое полугодие 90—98% приходной части теплового баланса. Тепло, поступающее в водоем при непосредственном теплообмене с атмосферой, невелико и достигает 8—10% лишь в весенние месяцы, когда температура воды ниже температуры воздуха. Конденсация в водоемах редко преобладает над испарением, в связи с этим роль тепла, выделяемого при конденсации, мала. В отдельные месяцы в таких больших озерах, как Байкал, Ладожское, этот поток тепла оценивается долями процента.

29. В глубоких озерах  средней полосы в летнее время  устанавливается температурная  стратификация (буквально — «слоистость»). Вода самого верхнего слоя  — эпилимниона — хорошо прогревается солнцем и перемешивается ветром. Ниже, с определенной глубины (3–5 м), температура вдруг начинает резко падать. Это зона температурного скачка, или металимнион. Нижняя граница металимниона размыта, поскольку он плавно переходит в гиполимнион — обширную глубинную зону, температура воды в которой около 4–5°C, то есть та, при которой достигается максимальная плотность. С наступлением осенних холодов температура эпилимниона сильно снижается, а ветровое перемешивание затрагивает всё больший объем водной толщи. В конце концов возникает состояние гомотермии — одинаковой температуры от дна до поверхности. При этом вся водная масса легко перемешивается ветром. Зимой, когда поверхность сковывает лед, а перемешивание отсутствует, в озере устанавливается обратная температурная стратификация: непосредственно подо льдом самая холодная вода, 1–2°C, а ниже — теплее 4–5°C. Весной, после того как сходит лед, водная толща снова перемешивается, и в ней на некоторое время возникает состояние гомотермии. В дальнейшем, по мере прогревания верхних слоев, в озере постепенно формируется летняя стратификация.

30. С наступлением морозной погоды на озерах и водохранилищах на поверхности воды появляется сало. В дальнейшем появляется прозрачная корка льда толщиной до 5 см, называемая «склянка», или лед-резец. При дальнейшем охлаждении и тихой погоде образуются небольшие льдины, которые, сталкиваясь друг с другом, отбивая края принимают округлую форму, т. е. создается блинчатый лед толщиной порядка 10 см и примерно 0,5 м в диаметре,

В этот же период в озерах может наблюдаться появление  внутриводного льда (шуги), для образования  которого необходимы переохлаждение и  перемещение воды, а также наличие  ядер кристаллизации (мелких кристалликов льда и снега, попадающих в поверхностный слой).

При смерзании блинчатого льда и шуги возникают отдельные льди­ны и ледяные поля.

При быстром остывании  берегов около них появляются забереги, состоящие большей частью из смерзшегося сала. При сильных  ветрах забереги взламываются и, нагромождаясь  на берега, приобретают то­росистый  вид. Постепенно забереги увеличиваются  и образуют при­пай. Отдельно стоящие на мели торосистые образования льда носят . название стамухи,

В период образования льда на берегах во время прибоя образуются наплески — обледеневшая вода на охлажденных  берегах и скалах. В это же время  на отмелых берегах или заберегах образуются ледя­ные валы, высотой 1—3 м, которые на Ладожском озере называют­ся рупеси, на Байкале — сокуи, а также ледяные шары (на Байкале — колобовники), образующиеся при скатывании волнами гальки или шуги.

При дальнейшем охлаждении озера  забереги растут, к ним пример­зают сало и льдины, наконец озеро покрывается льдом.

На небольших озерах в  тихую погоду лед быстро может  распро­страниться от берегов к середине и озеро даже за одну ночь покрыва­ется гладким льдом. Средние и большие мелководные озера замерзают за 3—20 сут. Центральные части крупных глубоких озер длительное время остаются свободными, а в некоторые годы не замерзают совсем (Ладожское и Онежское озера).

При ветре, длительное время  имеющем одно направление, льдины становятся торчком, образуя торосы высотой  до 3 м. Отдельную льди­ну, стоящую вертикально или наклонно среди ровного льда, называют ропак.

После ледостава происходит нарастание ледяного покрова, завися­щее от температуры воздуха и снегового покрова. Интенсивно этот процесс идет в первые 2—3 декады после ледостава, а затем замедля­ется из-за малой теплопроводности льда.

Снег замедляет образование  льда. При большом количестве снега  лед погружается в воду, дает трещины, по которым вода выступает на поверхность  и замерзает вместе со снегом, образуя  наслуд. Толщи­на льда на водохранилищах европейской части СССР 0,5—1,1 м, на водохранилищах Сибири 1,0—1,5 м.

Резкие колебания температуры  вызывают в ледяном покрове тем­пературные напряжения, приводящие к разрыву льда и появлению тре­щин шириной до 1 м и более. При похолодании на верхний слой льда действует сила сжатия, и ледяной покров стремится изогнуться вниз. При потеплении происходит обратное и ледяной покров изгибается вверх, причем лед выпучивает до высоты 2 м на протяжении десятков километров.

Трещины возникают при  колебаниях уровня. При понижении  уров­ня происходят оседание льда на берегах и разрывы ледяного покрова.

Ветер на крупных озерах нередко  разрывает ледяное поле и льди­ны затем дрейфуют по свободной части озера. Ветер способствует сжа­тию и разрежению льдов, а также изменению направления и скорости их дрейфа, затрудняет или облегчает условия плавания. Под действи­ем ветра наряду с торосами нередко образуются полыньи и разводья. Как правило, разводья образуются у берегов, от которых дует ветер, отжимающий льды в озеро. Ветер, дующий в сторону берега, наоборот, пригоняет массы льда к берегу, что представляет опасность для судов, находящихся вблизи берега или кромки льда.

Ветер и волнение оказывают  существенное влияние на толщину  льда. Под их действием образуются подсовы льда, увеличивающие толщину ледяного покрова на отдельных участках. Такой набивной лед очень компактен. По внешнему виду он кажется легким, тогда как, наоборот, может оказаться труднопроходимым для судов.

Сгонно-нагонные и приливо-отливные колебания уровня воды, так­же как  и ветер, существенно влияют на условия  плавания во льдах. Подъемы воды способствуют разрушению льдов и сохранению ледовых  фарватеров. Спады воды вызывают сильные  подвижки, при которых увеличивается  густота плавучих льдов и быстро исчезают пробитые фарватеры.

Степень заснеженности льда (т. е. толщина сне­га и распределение по поверхности льда снежного покрова) влияет на толщину льда и проходимость его судами. Снег на льду повышает ле­довое сопротивление и увеличивает вероятность заклинивания судов. Свежий снежный покров обычно рыхлый и равномерно распределен по ледяному покрову. Старый снежный покров достаточно уплотнен и не­равномерно залегает в виде заструг и надувов.

Наблюдаются следующие образования  снежного покрова: сугробы, надувы и заструги.

Сугробы — скопление снега  у торосов чаще с подветренной стороны.

Надувы — крупные пологие  сугробы из уплотненного измель­ченного снега, сформированные под действием ветра с подветренной стороны торосов или на ровном месте.

Заструги — снежные  валы, имеющие гребни, пологие наве­тренные и крутые подветренные скаты; расположены заструги по­перек направления ветра.

Весной с повышением температуры  воздуха начинается таяние снега  и ледяного покрова. Когда снег сойдет, тепло скапливается в верх­них слоях воды и происходит сильное таяние льда снизу.

У берегов лед тает быстрее. Этому способствует приток талых  вод и подъем уровня озера. Лед  отрывается от берегов, возникают закраи­ны, достигающие ширины l—2 км.

Под действием ветра лед  взламывается и льдины плавают полозеру, постепенно разрушаясь и тая. Большие массы льда выталкивают­ся на берега, образуя завалы высотой в несколько метров, а на водо­хранилищах часть льда сбрасывается через плотину.

Вскрытие и очищение ото  льда происходит раньше всего у устьев и истоков рек. Вскрытие водохранилищ начинается сверху в зоне выклинивания подпора и носит здесь речной характер. Между вскрытием и очищением  ото льда проходит значительный промежуток времени (например, на Ладожском озере  в среднем 20 дней).

31. На каждом леднике можно выделить две области: верхнюю, где идет накопление снега, фирна и льда, и нижнюю, где лед, переместившийся из первой области, мает. Эти области называют соответственно областью питания (аккумуляции) и областью абляции (расхода).

Выпадающий на поверхность  ледника и поступающий с прилегающих  склонов снег постепенно накапливается, уплотняется под давлением вышележащих  слоев и под влиянием рекристаллизации и частичного таяния и замерзания просочившейся (инфильтрующейся) воды превращается сначала в зернистый снег, а затем в фирм, или зернистый лед, представляющий собой конгломеpат бесформенных зерен льда крупностью 0,5-5 мм. Свежевыпавший снег может иметь очень малую плотность (до 100 кг/мз). По меpе уплотнения и рекристаллизации его плотность возрастает до 200400 кг/м2. Фирм имеет уже плотность порядка 450 - 800 кг/мз(в среднем около 650 кг/м3).