Гидрология рек

 

Измерив длину рек, образующих данную речную систему, можно построить так называемую гидрографическую схему, которая дает наглядное представление о том, куда какая река и после какой впадает, какова ее длина по сравнению с длинами других рек бассейна. При построении гидрографической схемы по горизонтальной линии откладывают в масштабе длину главной реки. Притоки вычерчиваются в том же масштабе в виде прямых линий, отходящих от места впадения под некоторым (произвольным) углом к этой горизонтальной линии.

Площадь водосбора рек, расположенных в одинаковых физико-географических условиях, непосредственно определяет водность реки: чем больше река, тем она полноводнее. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и измеряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам производится планиметром. Произведя определение водосборной площади главной реки и ее притоков, можно полученные данные обобщить в виде графиков, дающих наглядное представление о распределении всей площади между отдельными притоками и об увеличении площади бассейна в зависимости от увеличения длины реки. Для этой цели удобно предварительно выразить площади отдельных частных бассейнов в процентах от всей площади. Одним из способов графического изображения распределения общей площади водосбора реки между ее притоками является так называемый круговой график водосбора (рис. 12).

 

Рис. 12. Круговой график бассейна р. Оки.

 

На этом графике общая площадь водосбора изображается в виде круга, а площади отдельных притоков в соответствующем масштабе в виде секторов. Нарастание площади водосбора по длине реки можно представить в форме графика, показанного на рис. 13.

Рис. 13. График нарастания площади водосбора р. Оки.

 

На этом графике по горизонтальной оси откладывается длина главной реки в принятом масштабе, по вертикальной — площади водосбора главной реки между притоками и площади бассейнов притоков. Постепенное нарастание площади бассейна главной реки в местах впадения притоков сменяется резким увеличением водосбора, что на графике отмечается отрезком вертикальной линии в принятом масштабе, соответствующим величине водосбора притока.

Между площадью водосбора F и длиной реки L существует корреляционная зависимость.

Форма  речных водосборов  обычно  характеризуется  расширением в средней части и сужением к устью и истокам реки.

Наряду с этой наиболее часто встречающейся формой имеются водосборы с мало изменяющейся по длине шириной (равномерно развитые водосборы) и более расширенной частью в верховьях или, наоборот, в нижнем течении и, наконец, водосборы, характеризующиеся уменьшением ширины в средней части.

При географических обобщениях некоторых характеристик, например стока, бывает целесообразно относить их к центру бассейна. При этом обычно за такую точку принимают геометрический центр фигуры бассейна, хотя это и нельзя признать вполне правильным, особенно в тех случаях, когда в пределах речного бассейна сток распределяется неравномерно. Более правильным было бы отнесение данных по стоку не к геометрическому центру бассейна, а к центру питания, т. е. к точке, соответствующей среднему взвешенному стоку этого водосбора. Однако определить центр питания возможно лишь в тех случаях, когда имеются достаточно подробные данные, освещающие территорию речной системы.

Таблица 1

Отношение средней ширины водосбора к длине реки

Характеристика формы водосбора	Площадь водосбора, км2
	100	2000	5000	10000
Широкий (округлый) Обычный  (грушевидный) Узкий  (вытянутый)	0,85 0,40 0,20	0,65 0,30 0,15	0,55 0,26 0,13	0,50 0,24 0,12

 

Ширина водосборной площади реки не остается постоянной, она изменяется    по длине реки. Изменение ширины водосбора сказывается на количестве притекающей воды к руслу реки на различных участках, если на водосбор равномерно по его площади поступает вода, например от снеготаяния или дождя. Изменение ширины водосбора по длине реки может быть представлено в форме графика (идограммы). При построении этого графика (рис. 14) совмещают по оси абсцисс длины всех притоков с длиной основного водотока и откладывают последовательно на оси ординат средние ширины частных площадей водосбора.

Исходные данные для построения графика получают следующим образом. На плане водосбора (рис. 14а) выделяют бассейны более или менее крупных притоков и участки, где сток непосредственно поступает в основную реку, и для каждого из них по данным о длине и площади определяют средние ширины.

Затем по оси абсцисс откладывают в масштабе гидрографическую длину реки. Вдоль этой линии, как показано на рис. 14б, вначале откладывают частные ширины так называемых бесприточных участков основного водотока 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, а затем ширины водосборов притоков А, В, С; частная ширина первого притока А отложена вправо на протяжении 45 км от точки, находящейся на расстоянии 15 км по оси абсцисс от устья; эта частная ширина в соответствии с длиной притока А расположилась над шириной участков 3-4, 2-3, 1-2. Частная ширина второго притока В отложена от точки, находящейся на расстоянии 32 км по оси абсцисс; эта ширина отложена над суммарной шириной участков 2—3 и над шириной участка 1—2 и т. д. В результате получаем график, позволяющий судить об изменении ширины бассейна по длине реки. Это построение иногда называют графиком единичных ширин.

 

Рис. 14. Схема построения графика изменения   ширины    водосбора   по

              длине реки  (идограмма).

 

Физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

В настоящем разделе приводится краткое пояснение применяющихся понятий и в отдельных случаях рассматривается влияние их на режим рек.

Более подробное изложение взаимосвязи режима вод суши с физико-географическими факторами дается в дальнейшем при рассмотрении различных элементов режима.

Географическое положение бассейна определяется географическими координатами (широта и долгота), между которыми он находится. Общее, но достаточно ясное представление о географическом положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, горных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в большинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, характер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачивание, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы охарактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распределение осадков по территории бассейна, температуру воздуха и условия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, определяющим водность рек и характер их режима. Поэтому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении общих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно характеризуется сведениями об основных видах растительности, распространенной в пределах водосбора с указанием размеров занимаемых ими площадей. Важно знать, где расположены лесные массивы (в верхней, средней или нижней частях водосбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельскохозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является коэффициент лесистости, представляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдельных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в долях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и наличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имеющимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей площади речного бассейна.

В условиях горных водосборов водность реки существенно изменяется по высоте. Это изменение водности можно характеризовать гидрографической кривой бассейна. Она аналогична гипсографической кривой, характеризующей нарастание по высоте площади бассейна. Гидрографическая кривая, кривая связи стока с высотой и гипсографическая кривая являются основными характеристиками, наглядно иллюстрирующими распределение среднего стока по площади и высотным зонам бассейна.

 

Речные долины

Элементы долины и поймы. Долинами называются относительно узкие и вытянутые в длину, большей частью извилистые пониженные формы рельефа, характеризующиеся общим наклоном своего ложа к устью. Долины, встречаясь между собой, никогда не пересекаются, а сливаются вместе в одно общее понижение. Размеры долин, равно как и их очертания, а отчасти и происхождение, могут быть весьма различны, но отмеченные особенности свойственны всем долинам.

В долине различают следующие составные части:

1. Самая низкая часть долины  — дно, или ложе. Линия, соединяющая самые глубокие точки долинного ложа, называется тальвегом. Тальвег в общем совпадает с направлением линии наибольших поверхностных скоростей течения речного потока. Часть ложа долины, занятая водами реки, называется руслом. В долинах, по которым сток имеет место в редких случаях, наиболее глубоко врезанную часть их называют сухим руслом.

2. Повышенные участки суши, ограничивающие с боков ложе долины, называются склонами долины.

3. Места сопряжения дна долины  со склонами отмечаются часто более или менее заметным изломом в поперечном профиле и называются подошвой склонов.

4. Зона сопряжения склонов долины  с прилегающей местностью называется бровкой долины.

5. Относительно горизонтальные  площадки, располагающиеся уступами  по высоте в пределах дна и склонов долины, называются террасами.

Терраса, расположенная в пределах дна долины и заливаемая речными водами во время половодья, носит название поймы. Терраса, залегающая непосредственно над дном долины (поймой), считается первой террасой, следующая за ней, располагающаяся выше — второй и т. д.

В поперечном разрезе поймы различаются следующие ее части:

а) наиболее возвышенная полоса, непосредственно прилегающая к руслу реки, называемая прирусловой поймой;

б) средняя часть поймы, обычно более низкая и ровная, называемая центральной поймой;

в) наиболее пониженная часть, имеющая иногда вид заболоченной ложбины, прилегающая к коренному берегу долины, называется притеррасной поймой. Пойма может отсутствовать, например, у горных рек, которые не имеют развитой долины и протекают в глубоких и узких расщелинах гор.

6. Самая верхняя (по течению) часть  долины, где тальвег исчезает, а склоны утрачивают свои отчетливые очертания, называется в зависимости от своей формы началом долины, или долинным замыканием. В равнинных и холмистых странах долины в верховьях часто незаметно переходят в широкие, расплывчатые, без ясно выраженных склонов ложбины, которые служат путями для стока атмосферных вод и потому называются ложбинами стока.

Долина, служащая вместилищем водотока, называется речной долиной.

Долинное ложе обычно бывает извилистым в плане и изменчивым по ширине: расширения чередуются с более или менее резкими и внезапными сужениями. Это чаще всего наблюдается в долинах, пересекающих на своем пути различные горные гряды, разделенные понижениями, или же полосы пород различного состава и различной сопротивляемости выветриванию и размыву. Сужения долин могут нередко обусловливаться и другими причинами, например выносами продуктов размыва из боковых долин в главную (конусы выноса), обвалами, осыпями и пр.

 

Перекаты, перевалы и их элементы. Нормальный и сдвинутый перекаты. Эволюция перекатов в пределах перекатных участков. Закономерно связано с очертанием русла равнинных рек в плане распределение глубин. Произведя промеры глубин, можно на плане изобразить русло в изобатах (линиях равных глубин). Расположение изобат показывает, что равнинные реки представляют собой чередование плесов (глубоких участков) и перекатов (мелких частей).

Перекатом называется более или менее устойчивое образование в русле, обычно в виде косого поперечного вала из наносов, пересекающего русло. Перекаты имеют следующие основные элементы (рис. 15):

Рис. 15. Общая схема переката.

а — план, б — продольный профиль по фарватеру;

1 — верхняя коса (пески), 2 — нижняя  коса (пески), 3 — верхняя плёсовая  лощина, 4 — нижняя плёсовая лощина, 5 — седловина, 6 — корыто, 7 — напорный скат, 8 — подвалье, 9 — гребень (вал), 10 — фарватер, 11 — изобаты, 12 —затонская часть нижней плесовой лощины.