Меню

Формулы типов водного режима рек

Водный режим

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.

Фазы водного режима

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.

Типы водных режимов

Типичные водные режимы рек различаются по климатическим зонам:

  • Экваториальный пояс — реки многоводны в течение всего года, сток несколько возрастает осенью; поверхностный сток исключительно дождевого происхождения
  • Тропическая саванна — водность пропорциональна продолжительности влажного и сухого периодов; преобладание дождевого питания, при этом во влажной саванне половодье продолжается 6—9 месяцев, а в сухой —до трёх; довольно существенный летний сток
  • Субтропики средиземноморского типа — средняя и низкая водность, преобладает зимний сток
  • Приокеанические субтропики (Флорида, низовьяЯнцзы) и прилегающие районы Юго-Восточной Азии — режим определяется муссонами, наибольшая водность летом и наименьшая — зимой
  • Умеренный пояс Северного полушария — повышенная водность весной (на юге преимущественно за счёт дождевого питания; в средней полосе и на севере — половодье снегового происхождения при более или менее устойчивой летней и зимней межени)
  • Умеренный пояс в условиях резко континентального климата (Северный Прикаспий и равнинный Казахстан) — кратковременное весеннее половодье при пересыхании рек в течение большей части года
  • Дальний Восток — режим определяется муссонами, летнее половодье дождевого происхождения.
  • Районы многолетней мерзлоты — пересыхание рек зимой. На некоторых реках Восточной Сибири и Урала во время ледостава образуются наледи. В Субарктике таяние снежного покрова происходит поздно, поэтому весеннее половодье переходит на лето. На полярных покровных ледникахАнтарктиды и Гренландии процессы абляции происходят на периферийных нешироких полосах, в пределах которых образуются своеобразные реки в ледяных руслах. Они питаются исключительно ледниковыми водами в течение кратковременного лета.

Источник

Водный режим

Закономерно повторяющиеся изменения во времени взаимосвязанных характеристик водного потока — расхода и уровня воды, уклона водной поверхности, скоростей течения — определяют водный режим реки. В водном режиме выделяются годовые циклы, отражающие внутригодовое изменение климатических элементов и неравномерность поступления воды в течение года, а также изменения от года к году, обусловленные многолетними колебаниями стока.

Изучение водного режима представляет большой непосредственный интерес для народного хозяйства. Но оно необходимо также для понимания других сторон гидрологического режима: движения наносов, интенсивности переформирования русла, температуры и ледовых явлений, режима растворенных веществ.

Физико-географические факторы и основные фазы водного режима

Географическая зональность. Река является элементом ландшафта и ее режим отражает влияние всего комплекса физико-географических и климатических факторов, свойственных данной природной зоне. Среди них главная роль принадлежит осадкам и их распределению в году, режиму температуры воздуха, испарению и инфильтрации.

На равнинной территории природные факторы изменяются зонально. Соответственно зонально изменяется водный баланс и режим рек. Различают следующие гидрологические зоны (по В. А. Троицкому): очень влажная (тундровая), избыточного увлажнения (лесная), переменного увлажнения (лесостепь), полусухая (степная и полупустынная) и сухая (пустынная).

В горных областях ясно выражена высотная поясность климатов и ландшафтов и соответственно вертикальная гидрологическая зональность. В каждой зоне можно выделить районы, внутри которых однородность гидрологического режима проявляется более четко, чем во всей зоне.

В пределах каждой зоны или гидрологического района реки имеют общие черты водного режима, обусловленные общностью условий формирования стока. Эта общность проявляется в закономерном чередовании периодов повышенной и пониженной водности внутри года, называемых фазами водного режима. Вместе с тем отдельные реки, протекающие в пределах зоны, могут существенно отличаться по режиму, что обусловлено особенностями речного бассейна, являющимися азональными.

Азональные факторы режима рек. К числу их относятся: рельеф бассейна, геологическое строение, степень облесенности, озерность и заболоченность. Известное влияние оказывает также размер бассейна, его форма, а в горах — ориентация склонов по отношению к странам света и влагоносным воздушным потокам. Влияние всех этих факторов сказывается на режиме двояко: они изменяют климатические условия — осадки, температуру воздуха, испарение, а с другой стороны, влияют на добегание воды со склонов в русла и потери на инфильтрацию. Ниже будет показано влияние факторов подстилающей поверхности на отдельные фазы водного режима.

Фазы водного режима. Различают три основные фазы: половодье, межень и паводки.

Половодьем называется ежегодно повторяющийся в один и тот же сезон продолжительный и высокий подъем уровня и расхода воды, обусловленный поступлением воды от главного источника питания реки. Половодье обычно сопровождается затоплением поймы.

Половодье может быть как снегового или снего-ледникового, так и дождевого происхождения. На разных реках земного шара оно проходит в разное время года. На Европейской равнине оно наблюдается весной, в бассейне Амура летом и осенью, а в Средиземноморье — зимой. Начало половодья обычно определяют по дате устойчивого увеличения расхода воды, обнаруживаемого на гидрографе. Это не представляет трудности. Значительно сложнее определить его конец, особенно для рек с высокой естественной зарегулированностью или при частых дождевых паводках. Правильнее всего за конец снегового половодья принимать момент времени, когда через замыкающий створ пройдет остаток талой воды с наиболее удаленной части бассейна. Это делается с помощью данных о сходе снега, а также наблюдений за исчезновением ручьев в балках и оврагах.

Паводки в отличие от половодья характеризуются непродолжительным и быстрым подъемом воды, вызванным ливневыми дождями в теплый период или оттепелями зимой. Они возникают нерегулярно, хотя в некоторых климатических условиях наблюдаются в определенные сезоны года. На реках лесной и лесостепной зоны европейской части СССР, например, они проходят в осенние месяцы, а на реках северо-востока страны (в бассейнах Лены, Индигирки, Колымы) — с июля по октябрь.

Меженью называется период низкой водности, когда река питается преимущественно подземными водами. Летняя межень наблюдается на реках, где снег сходит весной, а летние дожди не настолько значительны, чтобы вызвать подъем уровня воды. Зимняя межень свойственна рекам районов с устойчивой отрицательной температурой воздуха зимой.

Половодье

Особенности прохождения половодья в различных физико-географических условиях. На большей части территории СССР сток за время половодья составляет свыше 50% годового стока, а в отдельных районах, как, например, на юго-востоке европейской части СССР и в Северном Казахстане, его доля значительно больше. Во время половодья расходы воды обычно достигают максимальных в году значений и в несколько раз, нередко в десятки раз, превышают средний годовой расход.

Размеры и время прохождения половодья изменяются по территории главным образом под влиянием зональных факторов. Каждой географической зоне присущ свой водный режим и характер половодья.

Сток за период половодья наибольшей абсолютной величины достигает в зоне избыточного увлажнения. К югу, в зоне степей, он уменьшается, а Б пустынных областях снижается до нуля. В пределах Восточно-Европейской равнины в лесной зоне он колеблется от 40 до 150 мм (без подземного питания), в лесостепной — от 30 до 100 мм, в степной — от 25 до 64 мм и в полупустынной не превышает 20-25 мм.

В противоположность этому относительная величина стока за половодье наибольшая в полупустынной зоне — более 80% годового стока, а наименьшая в лесной — в среднем 50-60%.

В зависимости от географического положения бассейна время прохождения половодья сильно различается: на юге Европейской равнины половодье проходит в среднем в марте — апреле, а на реках севера и северо-востока — в мае — июле.

В горах с повышением местности возрастают осадки и особенно запасы воды в снежном покрове, которые увеличиваются еще и в связи с возрастанием продолжительности холодного периода. Увеличивается и сток за период половодья (как по абсолютной, так и относительной величине). Начало и конец половодья сдвигаются на более поздние сроки, так как снеготаяние запаздывает.

На большей части территории СССР весеннее или весенне-летнее половодье образуется главным образом талыми водами сезонных снегов, а в горах — также ледников. Выпадение дождей в период таяния снега и ледников увеличивает сток половодья.

Продолжительность его зависит от дружности таяния снега в бассейне. На равнинах одновременное таяние может охватить бассейны площадью до миллиона и более квадратных километров. В этих условиях половодье бывает высоким и продолжается не более 1,5-3 месяцев. С увеличением бассейна длительность его возрастает, так как снег неодновременно тает на всей площади и, кроме того, возрастает время добегания от верхних створов к нижним.

В горах одновременное таяние снега на всей площади бассейна наблюдается редко — только во время интенсивных фенов, когда температура выравнивается в большом диапазоне высот. Обычно же таяние постепенно распространяется вверх по склонам. Ранней весной снег сходит в предгорьях, далее таяние распространяется на средние зоны, а летом, в самые жаркие месяцы тают ледники. Чем больше диапазон высот, тем продолжительнее половодье. Время добегания здесь играет второстепенную роль, так как оно измеряется немногими днями.

Читайте также:  Картины русских художников река лодка

Половодье на горных реках длится в течение 3-6 месяцев и в ледниковых бассейнах заканчивается в конце сентября — начале октября. На Кавказе, например, продолжительность его изменяется на разных реках от 100 дней на малых реках Малого Кавказа до 180 дней на Тереке и Кубани. В связи с неравномерным таянием снега и выпадением дождевых осадков наблюдается несколько пиков, перемежающихся понижениями уровня.

Максимальные расходы половодья. На большинстве рек СССР максимальные расходы формируются талыми водами во время половодья. Но при этом большое влияние могут оказать дожди. Максимумы чисто дождевого происхождения наблюдаются лишь в немногих районах — на Дальнем Востоке, в Карпатах, местами на Кавказе и в Крыму.

На европейской территории страны дождевые максимумы превышают снеговые лишь на реках с малыми водосборами, которые могут быть целиком охвачены интенсивными ливнями. В лесной зоне они преобладают на реках с площадями водосборов менее 200 км 2 , а в лесостепной и степной — лишь в балках и ручьях.

Модули максимального снегового стока 1-2%-ной обеспеченности на малых равнинных реках достигают 1000-1500 л/с*км 2 . Приближенные зональные значения их приведены в табл. 41.

Если рассматривать отдельные реки, находящиеся в пределах какой-либо одной природной зоны, то высота половодья на них будет сильно различаться в связи с местными особенностями водосборов — рельефом, почвогрунтами, растительностью, озерностью и заболоченностью и т. д. Различия будут тем больше, чем меньше водосборы.

Зона Площадь водосбора, км 2
100 500 5000 20000
Тундра 400-600 350-420 250-280 180-240
Лесная зона 350-1000 190-600 65-310 35-230
Степная зона 120-1600 70-850 30-450 30-300
Полупустынная зона 1400-2300 600-900 190-320 90-190

В бассейнах с густой речной и овражно-балочной сетью стекание воды происходит быстрее, чем в условиях плоского рельефа. Поэтому в расчлененных водосборах половодье проходит более дружно, продолжительность его меньше, а максимальные расходы больше, чем в слабо расчлененных.

В лесу снег тает с меньшей интенсивностью и с некоторым запозданием по сравнению с полем. Талая вода задерживается на поверхности и затем большей частью фильтруется в почву. Вследствие этого на лесных реках половодье несколько запаздывает, а высота его ниже, чем на открытых. Лес способствует переводу поверхностного стока в подземный, за счет этого весенний сток понижается, а водность летней и зимней межени увеличивается. Однако регулирующая его роль неодинакова в разных климатических зонах и зависит, кроме того, от многих факторов: распределения насаждений на водосборе, видового состава, возраста и сомкнутости леса, почво-грунтов и рельефа. Именно поэтому количественная оценка влияния леса на сток половодья у разных авторов сильно расходится. Сложность учета влияния леса объясняется еще и тем, что факторы, связанные с залесенностью, действуют часто в противоположных направлениях, и выделить влияние каждого из них весьма трудно.

Снижение максимальных расходов в лесных бассейнах зависит от степени дренирования подземных вод. В больших бассейнах глубина вреза русел больше, чем в малых. Поэтому можно ожидать, что снижение максимумов в малых водосборах больше, чем на больших. При полном облесении в больших бассейнах максимальные расходы талых вод снижаются в 2-2,5 раза, а в малых — до 5 и более раз.

Озера и болота также оказывают регулирующее воздействие на режим рек — они способствуют снижению максимального стока и выполаживанию половодья. Влияние болот сказывается главным образом на снижении летних максимумов, когда уровень грунтовых вод в болотных массивах понижается и аккумулирующая емкость их возрастает.

Величина модуля максимального расхода талых вод уменьшается с увеличением площади водосбора и зависит также от направления течения реки. В больших бассейнах снеготаяние происходит не одновременно на всей площади. По этой причине талая вода поступает в русло в разное время, и половодье более низкое. Кроме того, выполаживание происходит за счет неодновременности добегания талых вод с разных частей бассейна. Если к тому же река течет с севера на юг, т. е. из районов с большими запасами снега в районы с меньшими запасами и в направлении, противоположном движению фронта снеготаяния, то половодье еще больше выполаживается и модуль снижается, так как поступление талых вод из верховий отстает.


Рис. 84. Гидрографы р. Угры у с. Товарково за периоды половодья 1937 г. (1) и 1940 г. (2)

Зависимость половодья от гидрометеорологических факторов. Размеры и форма гидрографа половодья одной и той же реки сильно различаются по годам в зависимости от метеорологических условий (рис. 84). Главными факторами, влияющими на размеры половодья, являются:

запас воды в снежном покрове;

осадки, выпавшие на снежный покров и обнажившуюся почву;

испарение с почвы и снежного покрова во время снеготаяния;

инфильтрация воды в почву.

Следует отметить также температуру воздуха, которая влияет на испарение, а также на интенсивность таяния снега и ледников. На рис. 84 видим, что, например, на р. Угре в 1937 г. при раннем и дружном таянии половодье началось рано, развивалось интенсивно и было высоким. В 1940 г. при перебойном затяжном таянии наблюдались две сравнительно невысокие волны, и максимальный расход примерно при таких же снегозапасах оказался значительно ниже, чем в 1937 г. При больших снегозапасах и бурном таянии иногда формируются катастрофические по размерам половодья, как это наблюдалось, например, весной 1908 г., когда очень большое половодье охватило огромную территорию в бассейне Волги, в верховьях Западной Двины, Днепра и Дона.

Осадки и температура воздуха в предзимние месяцы влияют на влагосодержание почвы. А это, в свою очередь, сказывается на потерях воды на инфильтрацию и размерах будущего половодья. Вследствие различного увлажнения почвы перед началом половодья водопроницаемость ее колеблется в больших пределах, особенно в зоне недостаточного увлажнения.

Низкие зимние температуры воздуха обусловливают более глубокое промерзание почвы и меньшее просачивание воды во время снеготаяния при одинаковом насыщении почвы водой. Необходимо заметить, что колебания глубины промерзания почвы в лесу меньше сказываются на величине потерь на инфильтрацию, чем в поле, так как в лесу проникновение воды в почву сильно зависит от некапиллярных пустот, незаполненных льдом. Эту особенность лесных почв можно сравнить с горными почвогрунтами, в которых имеется много крупных пустот.

Солнечная радиация и температура воздуха являются главными факторами, определяющими размеры половодья на реках ледникового питания.

Дождевые паводки

Зависимость высоты паводков от гидрометеорологических факторов. Высота паводков различна в разных физико-географических районах. Она определяется климатом и ландшафтными особенностями территории, но зависит также от площади бассейна — модуль максимального стока уменьшается с увеличением бассейна. Поэтому, сравнивая модули разных рек, всегда следует учитывать размеры бассейна.

В данном бассейне величина паводкового стока зависит: а) от характеристик дождя — слоя выпавших осадков, их интенсивности и продолжительности, б) от влагонасыщенности бассейна к началу дождя — дефицита влаги в почве и наличия воды на поверхности.

При слабых, хотя и продолжительных дождях почва в состоянии поглощать всю воду и значительные паводки не образуются. Наиболее опасными являются интенсивные и продолжительные ливни. Если дожди следуют друг за другом в течение нескольких дней, например в случае прохождения серии циклонов, то каждый последующий дождь будет более эффективным с точки зрения формирования стока, так как насыщенность бассейна влагой постепенно повышается. Обычно большие паводки как на равнине, так к в горах образуются при продолжительных ливнях.

Основные потери дождевых осадков происходят в результате инфильтрации в почву. Часть воды расходуется на смачивание растительности и заполнение бессточных углублений. В лесу вода задерживается в моховом покрове и в подстилке, а в болотистой местности идет на насыщение торфяной массы. Испарение играет роль главным образом в промежутках между дождями.

Наиболее благоприятные условия для образования паводков наблюдаются после весеннего снеготаяния, когда почва увлажнена до состояния наименьшей влагоемкости. Летом почва иссушается испарением и транспирацией и способна интенсивно поглощать воду. Осенью вследствие уменьшения испарения и возрастания осадков инфильтрационная способность снова понижается.

В соответствии с ходом влажности почвы изменяется и паводкообразующая эффективность осадков. Сразу же после схода снега коэффициент дождевого стока высок. В горных странах (Кавказ, Средняя Азия, Алтай, Саяны) в отдельные паводки он может достигать 0,70-0,80, а на водосборах Дальнего Востока, даже залесенных, повышаться до 0,85-0,95. Летом величина его понижается, но затем снова возрастает к осени.

В некоторых районах нашей страны наблюдаются зимние паводки, возникающие при сильных оттепелях, иногда сопровождающихся дождями. Интенсивность зимних паводков связана с температурой воздуха, а также жидкими осадками. Наиболее значительные зимние паводки наблюдаются в западной части европейской территории страны как в лесной, так и в степной зонах.

Изменение высоты паводков в зависимости от площади водосбора. Исследуя распределение максимального (снегового и дождевого) стока по территории европейской части СССР, Д. И. Кочерин в 1926 г. пришел к выводу, что модули «во всех климатах и районах зависят от площади бассейна, всегда убывая с увеличением площади и возрастая с уменьшением ее». Характер этой связи, как установлено в дальнейшем, меняется по территории. Особенно явно она выражена в южных районах, где паводки образуются от ливней, очень интенсивных, но охватывающих сравнительно небольшие площади.

Интенсивность ливня быстро убывает по мере удаления от его центра и тем быстрее, чем больше сама интенсивность. Это и объясняет быстрое убывание модуля паводкового стока с увеличением водосбора. Кроме того, с возрастанием водосбора усиливается влияние неодновременности добегания вод с разных его частей.

В более северных районах, где преобладают дожди обложного характера, а также в районах муссонного климата, как например на Дальнем Востоке, связь максимальных дождевых модулей с площадью проявляется слабее.

Межень

Условия питания реки в межень. Летняя и зимняя межень несколько различаются по условиям питания. Летом, после окончания половодья, в подземном питании участвуют не только глубинные, более устойчивые по запасам подземные воды, но и воды сезонного накопления, более динамичные во времени. Последние накопились в грунте за период снеготаяния и выпадения жидких осадков весной. Кроме того, в летнюю межень реки могут получать дополнительное питание от дождей. Роль дождей возрастает в более северных районах. В лесной зоне, особенно на северо-востоке азиатской части страны (в бассейнах Лены, Яны, Колымы), летние паводки настолько часты, что летняя межень иногда почти не выражена.

Зимняя межень на большинстве рек страны совпадает с ледоставом. Поверхностный приток в это время ничтожно мал, и река питается преимущественно глубокими подземными водами. В некоторых районах наряду с подземными водами в питании участвуют талые воды зимних паводков. Последние особенно часты на северо-западе европейской части СССР — в бассейнах верхней Волги, Днепра, Западной Двины. То же наблюдается в низкогорьях Кавказа и Средней Азии.

Читайте также:  Тип речной долины равнинной реки

Уменьшение водности в летнюю межень происходит, как правило, быстрее, чем зимой.

Географическая зональность меженного стока. Зональные черты межени проявляются как в величинах удельного стока, так и в продолжительности летнего и зимнего меженных периодов.

В тундровой и лесной зонах летняя межень часто прерывается паводками. Зимняя межень ниже летней, за исключением западных районов европейской части, где вследствие зимних оттепелей зимняя водность не уступает, а в бассейнах рек Припяти, Немана и на малых реках, впадающих в Балтийское море, даже превышает летнюю.

В северной полосе широко распространено перемерзание рек, причем на европейской территории перемерзают реки с водосборами 100-200 км 2 , а на территории Восточной Сибири — в отдельные годы даже реки с площадями бассейнов до 200 тыс. км 2 (Яна, Индигирка и др.). Летнее пересыхание здесь наблюдается лишь на малых реках.

В степной и полупустынной зонах летне-осенняя межень сливается с зимней, но годовой минимум стока нередко приходится на конец лета, когда наиболее интенсивно испарение. В отличие от северных районов, здесь распространено пересыхание рек. Пересыхают реки с водосборами до 5-10 тыс. км 2 .

Летний и зимний сток резко убывает с севера на юг, причем особенно резкое уменьшение наблюдается при переходе от степной к полупустынной зоне. На европейской территории страны минимальный сток в среднем уменьшается от 2,5 л/с*км 2 в тундровой и лесной зонах, до 0,7-1,0 в степной и до 0,05-0,06 л/с*км 2 в полупустынной. В Западной Сибири и Казахстане при переходе от лесной зоны к полупустынной меженный сток падает от 2,0 л/с*км 2 практически до нуля. Значительное уменьшение модулей минимального стока наблюдается с севера на юг и в пределах таежной зоны в междуречье Енисея и Лены.

В горных странах минимальный сток особенно сильно изменяется по территории вследствие изменений геологического строения водосборов. Но в целом наблюдается тенденция увеличения его с повышением местности вслед за увеличением количества осадков и снегозапасов. Модули меженного стока колеблются в широких пределах и в наиболее увлажненных зонах доходят до 6-10 л/с*км 2 .

Режим уровня воды и продольного уклона

Характерные уровни. Типовой график колебания уровня. Уровни воды, регулярно измеряемые гидрологическими станциями и постами, используются для определения расходов воды. Это делается с помощью графика связи расхода с уровнем (кривой расходов), техника построения которого рассматривается в гидрометрии.

Однако данные о самих уровнях также используются в народном хозяйстве. Наивысшие уровни половодья и паводков нужны при оценке возможного затопления местности и проектирования гидротехнических сооружений; летними минимумами интересуется судоходство, а зимние важны для гидроэлектростанций. При расчете прочности гидротехнических сооружений важно знать горизонты воды при ледоходе, заторах и зажорах льда и т. д.

Необходимые уровенные характеристики должны быть получены по многолетним наблюдениям. Для практических целей по каждому водомерному посту составляются таблицы характерных уровней, к которым относятся:

1) наивысший уровень половодья;

2) наивысший уровень весеннего ледохода без затора льда;

3) наивысший уровень весеннего ледохода при заторе льда;

4) наивысший уровень осеннего ледохода;

5) наивысший уровень летне-осенних паводков;

6) наинизший летний уровень;

7) наинизший зимний уровень.

Соответствующие данные сначала выписываются за каждый год, затем вычисляются средние и выбираются экстремальные значения за весь ряд наблюдений.

Кроме того, строятся типовые графики колебания уровня, а также кривые: а) частоты (повторяемости) и б) продолжительности уровня, рассматриваемые в гидрометрии. По кривой частоты определяют число дней, когда уровень воды имел значения в данном интервале. Кривая продолжительности получается путем последовательного суммирования числа дней, соответствующих интервалам уровня по кривой частоты. Абсциссы кривой продолжительности дают, таким образом, количество дней, за которое уровень не опускался ниже данного значения.

Уровенный режим рек разных типов питания. Уровень воды в реке зависит от расхода и отражает изменения водности реки во времени.

На равнинных реках, питающихся в основном талыми водами, наивысшие уровни наблюдаются весной или в начале лета во время половодья. Чем больше река, тем, как правило, выше подъемы. На одной и той же реке амплитуда колебания уровня увеличивается вниз по течению и достигает максимума на нижнем участке (выше устьевой области). В дельте она уменьшается вследствие растекания по рукавам.

Величина весенних подъемов зависит также от направления течения реки. Она больше на реках, текущих с юга на север, так как в этом случае таяние снега начинается в верховьях, а на среднем и нижнем участках запаздывает и вследствие этого половодье оказывается более дружным.

На больших реках европейской части СССР (Волга, Дон, Днепр, Ока) амплитуда уровня (до зарегулирования) достигала 14-18 м. На восточносибирских реках (Енисее, Лене) колебания уровня еще больше — например, на Енисее у г. Туруханска амплитуда равна 17-19 м.

На малых реках уровень воды во время дождевых паводков может превышать максимальный уровень половодья. Это характерно для речных бассейнов юго-западных районов европейской части страны, например, Припяти, Днестра, Прута, где наивысшие уровни наблюдаются в разное время в течение теплого периода.

На Дальнем Востоке, где наивысшие уровни связаны с муссонными дождями, дождевые паводки происходят летом или осенью. На Амуре и Зее амплитуда уровня достигает 10-14 м. На Среднем Амуре разливы в половодье распространяются на ширину до 10-25 км. При этом наводнения нередко принимают катастрофический характер, как например, в 1928 г., когда сильно пострадали железная дорога и крупные населенные пункты.

Колебания уровня заметно уменьшаются под влиянием озерного регулирования. На Северной Двине и Печоре амплитуда их порядка 10-12 м, в то время как на Онеге, сток которой зарегулирован озерами Лача и Воже, она менее 8 м. Аналогичное влияние оказывает и речная долина. Широкая пойма умеряет, а сужения, наоборот, обостряют колебания уровней. В ущельях подъемы бывают наибольшими. По литературным источникам известно, что в ущелье р. Янцзы подъем уровня достигал 40 м.

На горных реках амплитуда уровня в 1,5-3 раза меньше, чем на равнинных при равных площадях водосборов. Это объясняется неодновременностью таяния снега в разных высотных зонах.

Представление о режиме уровня воды в разных физико-географических зонах СССР можно получить, основываясь на классификациях рек по внутригодовому режиму П. С. Кузина и Б. Д. Зайкова, которые излагаются ниже.

Колебания уровня, не связанные с изменением водности реки. Такие колебания возникают под влиянием ледовых явлений, зарастания русел водной растительностью, естественных и искусственных подпоров, размывов и намывов в русле, а в устьевых областях также вследствие приливно-отливных и сгонно-нагонных явлений.

При замерзании рек вследствие возрастания сопротивления уровень повышается. В момент ледостава на больших реках он может повыситься на метр и более. В течение зимы уровень несколько снижается, но все же остается выше предзимнего. На горных реках, где русло полностью не замерзает, повышение уровня образуется под влиянием мощных заберегов.

В случаях образования зажоров, когда живое сечение забивается шугой и битым льдом, подъемы выше зажора могут достигать 2-4 м; в то же время ниже зажора уровни резко снижаются. В суровых климатических условиях зажоры иногда сохраняются до весны. В этом случае весной происходит резкий спад уровня, который позднее повышается уже под влиянием талых вод.

Особенно сильные повышения уровней — во время весенних заторов льда, образующихся при ледоходе. Наиболее ярко это выражено на реках Сибири и Дальнего Востока. На Енисее у г. Красноярска, на Лене в нижнем течении, Нижней Тунгуске и Амуре заторные подъемы достигают 15-20 м и более.

На реках Северо-Востока СССР, где суровые зимние условия благоприятствуют образованию мощного ледяного покрова, весной талая вода может двигаться поверх льда. В таких случаях уровни оказываются сильно повышенными. Другим фактором, нарушающим соответствие между расходом и уровнем воды, является водная растительность. Она оказывает влияние главным образом на небольших реках в летний период. Начиная с весны по мере развития растительности происходит возрастание шероховатости дна и стеснение потока, в результате чего уровень повышается. С отмиранием растительности начинается обратный процесс — падение уровня.

На устевых участках равнинных рек могут наблюдаться значительные колебания уровня, связанные со сгонно-нагонными явлениями. Сгоны и нагоны возникают под действием ветра на водную поверхность и носят эпизодический характер.

Наиболее значительные нагонные подъемы уровня наблюдаются в устьях рек, впадающих в моря и океаны. Нагонная волна на больших равнинных реках может распространяться вверх по течению на расстояния до 100-150 км от морского края. При одном и том же ветре подъем уровня в реке скажется тем дальше, чем меньше скорость течения.

Наибольшие подъемы на наших реках обычно не превышают 1-2 м; но в районах образования тропических циклонов они достигают Ими более. В дельте Миссисипи, например, в районе г. Нового Орлеана, имели место подъемы уровня до 5 м. Известны ленинградские наводнения на р. Неве, где подъемы уровня обусловлены нагонными ветрами юго-западного направления, которые особенно сильны в весеннее время.

Подъемы уровня, обусловленные приливами, также могут распространяться на большое расстояние от предустьевого взморья. На р. Хатанге, впадающей в Хатангский залив моря Лаптевых, приливная волна распространяется почти на 500 км. На Амазонке наблюдаются приливные волны высотой до 5 м, распространяющиеся вверх по течение до 900 км.

Изменение продольного уклона. Продольный профиль водной поверхности в общем повторяет профиль дна реки, но на отдельных участках уклоны могут изменяться в зависимости от наполнения русла. При низких уровнях на перекатах уклоны несколько больше, чем на плесах. При повышении уровня они начинают выравниваться и наступает момент, когда различие в уклонах на плесах и перекатах исчезает. При еще большем наполнении русла на плесах возникает дополнительное сопротивление движению воды за счет искривления русла, и уклоны соответственно возрастают. На этой стадии на плесах они становятся больше, чем на перекатах, которые располагаются на более прямолинейных участках.

Указанное чередование соотношения между уклонами на плесах и перекатах обусловливает сезонные изменения намыва и размыва русла: в половодье на плесах происходит размыв, а на перекатах намыв дна; на спаде же половодья картина меняется на обратную.

Читайте также:  Речка не глубокая а бурная как пишется

При выходе воды на пойму направление течения определяется уже направлением коренных берегов. Распределение уклонов по длине реки на этой стадии зависит от изгибов и сужений долины. В местах сужений уклон больше, чем на широких прямолинейных участках.

При прохождении высоких и непродолжительных паводков в каждом створе реки, как отмечалось выше, возникают дополнительные положительные или отрицательные уклоны.

Классификация рек по водному режиму и гидрологическое районирование

Классификация Б. Д. Зайкова. Все многообразие режимов рек можно свести к некоторому ограниченному числу типов, которые имеют определенное пространственное распространение. Б. Д. Зайковым все реки СССР подразделены на три основные группы:

а) реки с весенним половодьем,

б) реки с половодьем в теплую часть года,

в) реки с паводочным режимом.

Для рек первых двух групп характерны ежегодно повторяющиеся примерно в одни и те же сроки большие подъемы воды и сравнительно низкая водность в остальное время года. Паводки большей частью редки и носят случайных характер.

Реки третьей группы отличаются кратковременными паводками, ежегодно наблюдающимися в определенные сезоны года.

На территории СССР наиболее распространены реки с весенним половодьем, формирующимся от талых вод сезонного снежного покрова. В разных климатических районах половодье проходит в разные месяцы в течение периода с марта по июнь.

В зависимости от характера половодья и режима стока в остальные месяцы реки первой группы Б. Д. Зайков делит на пять типов: 1 — Казахстанский, 2 — Восточно-Европейский, 3 — Западно-Сибирский, 4 — Восточно-Сибирский и 5 — Алтайский.

На реках второй группы половодье проходит в месяцы с мая по октябрь и формируется в одних условиях преимущественно за счет муссонных дождей, а в других — в результате таяния высокогорных снегов и ледников. Заметим, что название «реки с половодьем в теплую часть года» условно, так как и на реках первой группы половодье проходит в месяцы с положительной температурой.

Реки второй группы разделены на два типа: 6 — Дальневосточный и 7 — Тянь-Шанский.

Реки третьей группы наименее распространены. Они подразделяются на три типа: 8 — Причерноморский, 9 — Крымский и 10 — Северо-Кавказский.

Ниже дается характеристика отдельных типов, каждый из которых представлен гидрографом одной реки в относительных ординатах.

Источник



Водный режим рек и его типы

В зависимости от географо-климатических условий, водного питания, особенностей внутригодового (сезонного) распределения стока воды, половодья, паводков, межени реки по характеру водного режима могут быть подразделены на несколько групп и типов.

Широко распространена довольно простая классификация рек по водному режиму Б.Д. Зайкова Борис Дмитриевич Зайков (1897–1961), советский учёный-гидролог, доктор географических наук (1944), профессор. Внёс большой вклад в изучение водного режима рек, водного баланса Каспийского моря, процессов испарения. . В этой классификации все реки бывшего СССР (исключая искусственно или естественно сильно зарегулированные) разделены на три большие группы: с весенним половодьем, с половодьем в тёплую часть года и с паводочным режимом. У рек первой и второй групп ежегодно отмечаются повышенные расходы воды, приуроченные, соответственно, к весне или к тёплой части года. В остальную часть года наблюдаются межень и отдельные паводки. У рек третьей группы отмечаются паводки, носящие систематический характер.

Реки с весенним половодьем, обусловленным таянием снежного покрова, наиболее распространены на территории бывшего СССР. Реки этой группы подразделены Зайковым на пять типов. У рек казахстанского типа наблюдается исключительно резкая и высокая волна половодья, а в остальную часть года водный сток бывает очень мал, вплоть до полного пересыхания рек. Реки восточноевропейского типа характеризуются высоким весенним половодьем, низкой летней и зимней меженью, несколько повышенным стоком осенью. Реки западносибирского типа имеют невысокое растянутое весеннее половодье и повышенный летне-осенний сток. У рек восточносибирского типа наблюдаются высокое половодье, летне-осенние паводки и низкая зимняя межень. Для рек алтайского типа обычны невысокое растянутое весеннее половодье, повышенный летний сток и низкая зимняя межень.

Реки с половодьем в тёплую часть года находятся на Дальнем Востоке и в высокогорных областях Средней Азии и Кавказа. Реки этой группы подразделяются на два типа. Для рек дальневосточного типа характерны растянутое, имеющее гребенчатый вид летнее дождевое (муссонное) половодье и низкий сток в холодную часть года. Реки тянь-шанского типа также имеют летнее половодье (только в этом случае оно обусловлено не муссонными дождями, а таянием ледников и высокогорных снегов); зимний сток больше, чем у рек предыдущего типа.

Реки с паводочным режимом протекают в горных и предгорных районах Крыма, Кавказа, Карпат. Питание у рек этой группы в основном дождевое. Среди этих рек выделяют три типа. Реки причерноморского типа имеют дождевые паводки в течение всего года. У рек крымского типа отмечаются зимние паводки и длительные летний (июнь–август) или летне-осенний (май–октябрь) периоды с очень малым водным стоком (вплоть до полного пересыхания рек). Для рек северокавказского типа характерны паводки в тёплую и низкая межень в холодную части года.

Источник

ГИДРОЛОГИЯ РЕК

Река— это водоток, имеющий течение в продолжении большей части года, полу­чающий питание со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло, сформиро­ванное самим водотоком. Родник, дающий начало реки, или выход речного потока из озера, болота, ледника — исток реки;место (створ) впадения реки в другую реку или приемный водоем (море, озеро) — устье реки.

Характеристики реки и ее бассейна. Речная долина.

Основные морфометрические характеристики реки в целом — ее длина и площадь водосбора (бассейна).

Водосбор реки— часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда дан­ная река получает свое питание. Бассейн реки— это часть суши, по которой протекает данная река со всеми ее притоками, включая временные водотоки, и ограниченная во­доразделом. Бесточные территории внутри бассейна в водосбор не входят. В районах достаточного увлажнения водосбор и бассейн, как правило, совпадают.

Поверхностный и подземный водоразделы могут не совпадать. Для крупных и средних по размеру, а также большинства малых рек этим несовпадением можно пре­небречь, за исключением рек карстовых районов.

Основные морфометрические характеристики речного бассейна (водосбора): площадь, длина, наибольшая и средняя ширина, средняя высота, средний уклон по­верхности, коэффициент асимметрии.

Количественные физико-географические характеристики: густота речной сети, озерность, заболоченность, оледенение, лесистость, распространение почвогрунтов с той или иной степенью водопроницаемости.

Классификация рек по площади бассейна (F):

большие — F > 50000 км 2 ,

средние — F = 2000-50000 км 2 ,

Большая река обычно пересекает две и более природных зон, гидрологический режим средней реки отражает условия одной зоны или подзоны, режим малых рек в значительной мере определяется местными условиями.

По длине (L) к малым рекам относят обычно реки с L от 10 до 100 км (иногда до 200), реки с L 2 ): Амазонка(6,92), Конго (3,82), Миссисипи (3,22), Ла-Плата (3,1), Обь (2,99). Реки с наибольшей длиной: Нил (с Кагерой L = 6670 км), Амазонка (с Укаяли 6280), Миссисипи ( с Миссури 5985), Янцзы (5520). Самая большая река Европы — Вол­га (F= 1,36млн. км 2 , L = 3350км).

Речные долины— продольные углубления на земной поверхности, сформирован­ные в результате эрозионно-акумулятивной деятельности реки. Элементы речной до­лины:русло, пойма, надпойменные террасы, коренные берега. Русло— наиболее низ­кая часть долины, занятая рекой в маловодные периоды года. Пойма— часть долины, заливаемая при самом высоком уровне воды. Надпойменные террасы— относительно плоские участки долины, представляющие собой остатки пойм на предшествующих этапах развития долины. Коренные берега— склоны долины выше самой высокой тер­расы. Русло и пойма образуют дно долины,террасы и коренные берега — склоны до­лины.Высота поймы, террас, коренных берегов — превышения их бровок над уровнем воды в маловодный период года. Типы долин по генезису:тектонические, леднико­вые, эрозионные; по форме поперечного профиля:каньоны, ущелья, V-образные, ко­рытообразные (троги), трапециевидные, ящикообразные.

Продольный профиль реки— график изменения отметок водной поверхности и дна по длине реки. Падение реки— разность отметок водной поверхности или дна (∆ H) на каком либо участке реки. Полное падение — ∆Н между истоком и устьем реки. Уклон реки (I) — отношение падения реки на участке к его длине, выражается в долях единицы или промиллях (‰). Для средних по размеру равнинных рек, как правило, I 1‰ , для горных до нескольких десятков ‰.

Типы продольного профиля:вогнутый, прямолинейный, выпуклый, ступенча­тый. Главный базис эрозии реки— уровень приемного водоема или водотока.

Основные гидрологические характеристики реки — уровень и расход воды.

Расход воды (Qм 3 /с) — количество воды, проходящее через поперечные сечения реки за 1 секунду. Расход воды равен произведению площади водного сечения реки на среднюю для этого сечения скорость течения.

Количество воды, проносимое рекой через ее поперечное сечение за больший промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год) — это объем стока (V м 3 или км 3 ). V = Qм 3 ·t, где Q — средний расход воды за рассматриваемый промежуток времени, t -количество секунд в этом промежутке (для года t = 31,54·10 6 с).

Для сравнения величины речного стока с атмосферными осадками или испарени­ем сток характеризуют высотой слоя воды. Слой стока(мм) — это такой слой, который получается, если объем стока распределить равномерно по всей площади речного бас­сейна (F): y= 10 6 ·V/F.

Для сравнения условий формирования стока в различных бассейнах часто исполь­зуют величину расхода воды, отнесенную к площади бассейна, т.е. количество воды, стекающее с каждого квадратного километра — это модуль стока М =10 3 · Q / F л/с·км 2 .

Отношение слоя стока к слою выпавших на площадь бассейна осадков (х), обу­славливающих возникновение данной величины стока, называется коэффициентом стока(η). Он показывает, какая часть осадков расходуется на образование стока: η = у/х.

Регулярные измерения уровня и расхода воды, а также температуры воды и тол­щины льда, фиксирование дат наступления различных ледовых явлений ведутся на гидрологических постах.Наиболее распространенное устройство для измерения уровня воды — свайный водомерный пост.

При определении расхода воды скорости течения на гидрологических постах из­меряются гидрометрической вертушкой,в экспедиционных условиях — часто по­верхностными поплавками. Измерение глубины (для вычисления площади водного се­чения) осуществляют с помощью наметки— размеченного на дециметры шеста, лота— груза, опускаемого на размеченном тросе, эхолота,определяющего глубину по вре­мени возвращения отраженного от дна звукового сигнала, поданного на поверхности воды.

Питание, водный режим рек, водный баланс речного бассейна

Источник

Adblock
detector