Лекция: Классификация рек по источникам питания и водному режиму
Первая классификация на основе указанных признаков была разработана А. И. Воейковым в 1884 г. На территории земного шара им было выделено девять типов рек, получающих различное питание с учетом времени года. К ним отнесены водотоки со снеговым питанием на равнинах и в горах, с дождевым питанием в теплый или холодный периоды года, пересыхающие реки аридных районов и временные водотоки полярных стран.
Использованные Воейковым принципы классификации рек получили дальнейшее развитие в трудах многих зарубежных и отечественных ученых. Наиболее полная и четкая классификация разработана М И. Львовичем. В ее основу положены два признака: источники питания и сезонное распределение стока. Для характеристики источников питания (снеговое, дождевое, ледниковое, грунтовое) в классификации условно принято три градации. В тех случаях, когда один из источников питания имеет более 80% годо-jro стока, ему придается наименование “почти исключительно”, остальные источники питания не учитываются. Если вклад данного источника составляет от 50 до 80% годового стока, то ему придается наименование “преимущественно”. Наконец, когда преобладающий вид питания не превышает 50% годового стока, то ему придается наименование “преобладает”.
Такие же градации приняты для характеристики сезонов года весна, лето, осень, зима). Таким образом, классификационная Львовича позволяет рассчитывать сочетание 12 групп источников питания (четыре источника питания, по три градации в каждом) с 12-ю группами распределения стока по сезонам четыре сезона, по три градации в каждом), т. е. всего 144 разноводности режима рек. Однако некоторые из них теоретически возможны, например, преобладание снегового или ледникового питания зимой, часть сочетаний, теоретически возможных, еще не обнаружена.
Естественные сочетания различных комбинаций источников питания с разными вариантами распределения стока позволили выделить основные зональные типы водного режима: полярный, субарктический, умеренный, субтропический, тропический и экваториальный.
Реки полярного типа питаются за счет таяния полярных льдов и снегов. Сток на них наблюдается только в период короткого полярного лета.
Реки субарктического типа питаются талыми снеговыми водами за счет многолетней мерзлоты. Многие из них промерзают зимой до дна. Подъем воды наблюдается в летнее время (Яна, Индигирка, Вилюй). Реки умеренного типа делятся на 4 подтипа: умеренный континентальный с преобладанием питания за счет весеннего таяния снежного покрова, умеренный морской с преобладанием дождевого питания при более или менее равномерном распределении осадков в течение года; умеренный муссонный (дальневосточный) с преобладанием дождевого питания летом за счет муссонных дождей; умеренный полупустынный и пустынный с кратковременным стоком за счет весенних талых вод
Реки субтропического типа питаются главным образом за счет дождей, максимум которых приходится на зиму.
Реки тропического типа отличаются малым стоком. Преобладает летнее дождевое питание, зимой осадков мало.
Реки экваториального типа имеют обильное дождевое питание в течение всего года. Реки всегда полноводные, уровень повышается к концу сезона дождей.
Рассмотренная выше классификация рек отражает влияние зональных и азональных факторов на распределение различных видов питания по территории и связанный с ним режим речного стока. Она облегчает географические обобщения характеристик режима стока рек и вскрывает основные закономерности его формирования.
Замерзание рек.Реки холодных и умеренных стран в холодный период года покрываются льдом. Замерзание рек начинается обыкновенно у берегов, где наиболее слабое течение. В дальнейшем на поверхности воды появляются кристаллики и ледяные иглы, которые, собираясь в большом количестве, образуют так называемое «сало». По мере дальнейшего охлаждения воды в реке появляются льдины, количество которых постепенно увеличивается. Иногда сплошной осенний ледоход продолжается несколько дней, а при тихой морозной погоде река «встает» довольно быстро, особенно на поворотах, где накапливается большое количество льдин. После того как река покрылась льдом, она переходит на питание грунтовыми водами, причем уровень воды нередко понижается, а лед на реке прогибается.
Лед путем нарастания снизу, постепенно утолщается. Толщина ледяного покрова в зависимости от условий климата может быть очень различна: от нескольких сантиметров до 0,5— 1 м, а в некоторых случаях (в Сибири) до 1,5—2 м. От таяния и замерзания выпавшего снега лед может утолщаться и сверху.
Выходы большого количества источников, приносящих более теплую воду, в некоторых случаях приводят к образованию «полыньи», т. е. незамерзающего участка.
Процесс замерзания реки начинается охлаждением верхнего слоя воды и образованием тонких пленок льда„ известных под названием сала. В результате турбулентного характера течения происходит перемешивание воды, что приводит к охлаждению всей массы воды. При этом температура воды может быть несколько ниже 0° (на р. Неве до — 0°,04, на р. Енисее —0°,1): Переохлажденная вода создает благоприятные условия для образования кристалликов льда, в результате чего возникает так называемый глубинный лед. Глубинный лед, образовавшийся на дне, называется донным льдом. Глубинный лед, находящийся во взвешенном состоянии, называют шугой.Шуга может находиться во взвешенном состоянии, а также всплывать на поверхность.
Донный лед, постепенно нарастая, отрывается от дна и в силу своей меньшей плотности всплывает на поверхность. При этом донный лед, отрываясь от дна, захватывает с собой и часть грунта (песок, гальку и даже камни). Донный лед, всплывший на поверхность, также называют шугой.
Скрытая теплота ледообразования быстро расходуется, и вода реки все время, вплоть до образования ледяного покрова, остается переохлажденной. Но как только возникает ледяной покров, потеря тепла в воздух в значительной степени прекращается и вода больше уже не переохлаждается. Понятно, что и образование кристалликов льда (а следовательно, и глубинного льда) прекращается.
При значительной скорости течения образование ледяного покрова сильно замедляется, что в свою очередь приводит к образованию глубинного льда в огромных количествах. В качестве примера можно указать на р. Ангару. Здесь шуга. и. донный лед, забивая русло, образуют зажоры. Закупорка русла приводит к высокому подъему уровня воды. После образования ледяного покрова процесс образования глубинного льда резко сокращается, и уровень реки быстро понижается.
Образование ледяного покрова начинается с берегов. Здесь при меньшей скорости течения скорее образуется лед (забереги). Но этот лед нередко увлекается течением и вместе с массой шуги обусловливает так называемый осенний ледоход. Осенний ледоход иногда сопровождается заторами, т. е. образованием ледяных плотин. Заторы (как и зажоры) могут вызывать значительные подъемы воды. Заторы возникают обыкновенно в суженных участках реки, на крутых поворотах, на перекатах, а также у искусственных сооружений.
На больших реках, текущих на север (Обь, Енисей, Лена), низовья рек замерзают раньше, что способствует образованию особенно мощных заторов. Поднимающийся при этом уровень вод в некоторых случаях может создать условия для возникновения обратных течений в нижних участках притоков.
С момента образования ледяного покрова река вступает в период ледостава. С этого момента лед медленно нарастает снизу. На толщину ледяного покрова, помимо температур, большое влияние оказывает снеговой покров, предохраняющий поверхность реки от охлаждения. В среднем толщина льда на территории СССР достигает:
Полыньи.Нередки случаи, когда некоторые участки реки зимой не замерзают. Эти участки называютполыньями. Причины их образования различны. Чаще всего они наблюдаются на участках быстрого течения, на месте выхода большого количества источников, на месте спуска фабричных вод и др. В некоторых случаях подобные участки наблюдаются также при выходе реки из глубокого озера. Так, например, р. Ангара при выходе из оз. Байкал километров на 15, а в некоторые годы даже на 30, не замерзает вовсе (Ангара «подсасывает» более теплую воду Байкала, которая нескоро потом охлаждается до точки замерзания).
Вскрытие рек.Под влиянием весенних солнечных лучей снег на льду начинает таять, в результате чего на поверхности льда образуются линзообразные скопления воды. Потоки воды, стекающие с берегов, усиливают таяние льда особенно у берегов, что приводит к образованию закраин.
Обычно перед началом вскрытия наблюдается подвижка льда. При этом лед то начинает двигаться, то останавливается. Момент подвижек является наиболее опасным для сооружений (плотин, дамб, мостовых устоев). Поэтому около сооружений лед заблаговременно обкалывается. Начинающийся подъем вод взламывает льды, что в конечном итоге приводит к ледоходу.
Весенний ледоход обыкновенно бывает много сильнее осеннего, что обусловливается значительно большим количеством воды и льда. Ледяные заторы весной также больше осенних. Особенно больших размеров они достигают на северных реках, где вскрытие рек начинается сверху. Приносимые рекой льды задерживаются на ниже расположенных участках, где лед еще крепок. В результате образуются мощные ледяные плотины, которые за 2—3 часа поднимают уровень воды нанесколько метров. Последующий прорыв плотины вызывает очень сильные разрушения. Приведем пример. Река Обь вскрывается у Барнаула в конце апреля, а у Салехарда в начале июня. Толщина льда у Барнаула около 70 см, а в низовьях Оби около 150 см. Поэтому явление заторов здесь совершенно обычно. При образовании заторов (или, как здесь называют, «зажоров») уровень вод за 1 час поднимается на 4—5 м и так же быстро понижается после прорыва ледяных плотин. Грандиозные потоки воды и льда могут уничтожать леса на больших площадях, разрушать берега, прокладывать новые русла. Заторы могут легко разрушать даже самые крепкие сооружения. Поэтому при планировании сооружений необходимо учитывать места сооружений, тем более, что заторы обычно бывают на одних и тех же участках. Для защиты сооружений или зимних стоянок речного флота лед на данных участках обычно взрывается.
Подъем воды при заторах на Оби достигает 8—10 м, а в низовьях р. Лены (у г. Булуна) — 20—24 м.
Гидрологический год.Сток и другие характерные черты жизни рек, как мы уже видели, в различные времена года различны. Однако времена года в жизни реки не совпадают с обычными календарными временами года. Так, например, зимний сезон для реки начинается с того момента, когда дождевое питание прекращается и река переходит к зимнему грунтовому питанию.