Речной бассейн и морфометрические характеристики
Бассейн – территория, с которой вода по поверхности и подземным путём стекает в данную реку. Поверхностный водосбор – площадь земной поверхности, с которой вода поступает в реку или речную систему. Подземный водосбор образует толщи грунтов, из которых вода поступает в речную сеть. Поверхностный и подземный водосбор формируют бассейн реки. В зависимости от площади бассейна все реки делятся:
большие (более 50 тыс. км2)
средние (от 2 тыс. км2 до 50 тыс. км2)
малые (до 2 тыс. км2)
Длина бассейна – расстояние по прямой от устья реки до наиболее удаленной точки бассейна.
На процесс стока существенное влияние оказывают:
1) Географическое положение бассейна.
2) Климатические условия – количество выпадающих осадков, их интенсивность, температура, влажность, ветер и т. д.
3) Рельеф – влияет на характер осадков, их количество, а так же условия стекания воды.
4) Геологическое строение и тип почв бассейна – характер и размер подземного питания, наличие болот и т. д.
5) Растительный покров – перехват стока, испарение, скорость стекания воды, накопление снега и др.
6) Хозяйственная деятельность человека – распашка земель, забор воды, сброс сточных вод, вырубка лесов.
Элементы речных долин
Речные долины – это неширокие вытянутые в длину извилистые понижения земной поверхности, характеризующиеся общим уклоном реки от истока к устью. Процесс образования речной долины длиться тысячи и десятки тысяч лет. Начальные формы речных долин – балки и овраги.
Элементы на речных долинах – дно (ложе), русло, пойма, террасы, бровка (Материал изложен в методичке «Основы геологии и гидрогеологии).
Речные образования
Среди речных образований выделяют:
Остров – неразмываемая часть поймы, ограниченная рукавами или протоками.
Рукав – часть русла реки отделенная островом.
Залив – глубоко впадающее в берег речное образование.
Протока – ответвление реки, обычно отходящее далеко от основного русла и отличающееся меньшей шириной, глубиной и скоростью течения.
Отмель – мелководное место в русле, которое при низкой воде часто пересыхает (наблюдается в межень).
Пляж – широкая ровная береговая полоса, сложенная речными наносами.
Коса – входящая в русло, как правило, песчаное образование.
Питание и водный режим рек
Основным источником питания рек являются атмосферные осадки. Выделяют реки с дождевым питанием – основная доля годового стока формируется выпадающими в бассейне реки дождями. Снеговое и ледниковое питание в формировании стока играет главную роль – это таяние снегов и ледников.
Многие реки имеют смешанное питание, с преобладанием, того или иного вида питания, в зависимости от сезона года.
Совокупность характерных особенностей изменений расходов и уровней воды во времени называется водным режимом рек. Более широким понятием является понятие гидрологического режима водных объектов, который включает:
режим уровней
режим стока
ледовый режим
термический режим
режим твёрдого стока
Особое место среди характеристик гидрологического режима занимает режим стока, который включает несколько фаз:
половодье
паводок
межень
Половодье – повторяющееся ежегодно в один и тот же сезон фаза, характеризуется длительным и высоким подъемом уровня воды, который обычно сопровождается её выходом на пойму. Главным видом питания рек является:
на равнинах – снеготаяние
в горнах – таяние ледников
в муссонных и тропических областях – осадки.
Половодье может быть весенним и весенне-летним. Чисто весеннее – таяние снега, весенне-летнее – снеготаяние и таяние ленников.
Паводок – кратковременная фаза высокой водности реки, которая может многократно повторяться в различные сезоны в связи с интенсивным таянием снегов или выпадение осадков.
Межень – длительная маловодная фаза, возникающая в один и тот же сезон, из-за уменьшения питания реки (летняя и зимняя).
- летняя может быть устойчивой продолжительной или прерывистой и неустойчивой, прерываемой дождями;
- зимняя межень совпадает с началом ледостава.
Расходы воды после замерзания реки уменьшаются и достигают минимума перед вскрытием. Амплитуда колебания рек (межень – половодье) может достигать на водотоке нескольких десятков метров.
Типовой гидрограф
Гидрограф – график изменения во времени расхода воды в реке.
Рис. 1 Типовой гидрограф
При построении типового гидрографа расходы и время, характерные особенности, усредняются за ряд лет наблюдений и по установленным опорным точкам строиться плавный график, таким образом, чтобы суммарный годовой объем стока, определенный по гидрографу, соответствовал его среднему значению за многолетний период.
Ледовый режим рек
В ледовом режиме рек выделяют три фазы:
замерзание (образование ледяного покрова)
ледостав (наличие ледяного покрова)
вскрытие (нарушение ледяного покрова).
Ледяной покров вначале возникает на мелководье у берегов, в заливах.
Полоски льда у берега – это забереги. Одновременно с заберегами, на реках возникает сало – поверхностные ледяные образования, состоящие из иглообразных и пластинчатых кристаллов, которые наблюдаются в виде пятен или сплошного слоя. При интенсивном выпадении осадков на незамерзающую водную поверхность – образуется снежура.
На некоторых участках забереги смыкаются и образуют сплошной ледяной покров. На участках где скорости воды высокие, образуются полыньи. Полынья – образуется под действием двух факторов: динамических и термических. Динамические – стремнины, участки с быстрым течением. Термические – выход тёплых грунтовых вод или сброс промышленных сточных вод.
Переохлаждение воды на участках с быстрым течением и турбулентным перемешиванием может приводить к образованию кристаллов внутриводного льда. Наиболее характерны в этом отношении перекаты. Ниже по течению отдельные кристаллы слипаются и образуют шугу. Шуга может находиться в движении и создавать шугоход. Если охлаждённые поверхностные слои отклоняются ко дну, то переохлаждённая вода кристаллизуется и образуется донный лёд. Донный лёд создаёт большие затруднения при эксплуатации ГЭС, водопроводов (так как забивает водоприёмники и водопропускные решётки).
На шугоносных реках довольно часто образуются зажоры - скопления шуги с включением мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъём уровня воды. Для борьбы с зажорами прибегают к ледокольным и взрывным работам.
Плывущие по реке льдины, ледяные поля, снежура, шуга образуют осенний ледоход. Осенний ледоход может отсутствовать на малых и средних реках. На больших равнинных реках, осенний ледоход протекает достаточно спокойно, но на отдельных участках (повороты, сужение русла) могут возникать заторы.
Ледостав – образование сплошного или с полыньями ледяного покрова. Этот покров может разрушаться в период оттепели и приводить к образованию торосов – нагромождений льдин на некоторых участках реки.
Из других явлений периода ледостава можно отметить наледь. Наледь – наросты льда, возникающие при замерзании речных вод, выходящих на поверхность ледяного покрова из–за закупорки водного сечения. Мощность наледей достигает 2 и более метров, а площади распространения – десятки квадратных км.
Процесс разрушения ледяного покрова под действием солнечной радиации и поступления тепла из воздуха и с талыми водами называется вскрытием. К моменту вскрытия, толщина льда уменьшается на 20-30 % , более быстрое таяние наблюдается у берегов. Полоски чистой воды у берега – называются закраинами. На участках с быстрым течением реки и выходом подземных теплых вод появляются промоины. Процесс разрушения происходит быстрее на перекатах, что создает условия для подвижек льда. В результате этих подвижек образуются пространство свободной воды – разводья. Дальнейший приток талых вод приводит к поднятию и разлому ледяного покрова – начинается весенний ледоход. Проблемы, связанные с весенним ледоходом, возникают на реках текущих с юга на север. Ледоход начинается на участках ближе к истоку, на юге, а ниже, на севере, наблюдается прочный ледяной покров. Поступающие с верховьев реки льдины встречают скопления льда, в результате чего образуются мощные заторы. Это приводит к повышению уровня воды и затоплению местности.