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.
Что такое уклон реки?
Итак, что такое падение реки, мы уже разобрались. Но с этой величиной тесно связано еще одно гидрологическое понятие, о котором тоже нужно рассказать подробнее.
Уклон реки – это соотношение величины падения к общей длине водотока. Оно обозначается латинской литерой I и выражается в метрах на километр (м/км). Реже – в процентах или промилле.
Величина уклона реки зависит в первую очередь от рельефа местности, геологического строения, а также почвенного покрова той или иной территории. При этом его значения могут колебаться в огромных пределах. Так, уклоны равнинных рек ничтожно малы и обычно не превышают 0,2 м/км. В то же время уклоны горных водотоков могут быть в десятки, а то и в сотни раз выше.
Определение уклона реки чрезвычайно важно не только для науки, но и для целей народного хозяйства. Например, эти данные используются при планировании водных транспортных маршрутов, сооружении плотин или проектировании гидроэлектростанций
Правда, значение общего уклона какой-либо реки само по себе не очень информативно. Поэтому гидрологи чаще всего определяют этот показатель для отдельных участков русла водотока.
БАССЕЙН АМУРА
Амур — главная река Дальнего Востока — является пограничной рекой России, часть ее водосборной площади находится на китайской территории. Амур образуется от слияния двух притоков — Шилки и Аргуни. Длина реки от слияния до устья составляет 2850 км, площадь водосбора — 2050 тыс. км2. По водности Амур относится к числу наиболее значительных рек России: средний годовой расход воды в устье равен 12800 м3/с, среднемноголетний объем стока — 403 км2. Река судоходна на всем своем протяжении, большое развитие здесь получили водный транспорт и лесосплав.
В бассейне Амура построено 37 водохранилищ суммарным полным объемом 68676 млн. . м3. Зарегулированы также и отдельные малые реки, на которых создано 29 малых водохранилищ полным объемом от 1 до 10 млн. . м3 (суммарный объем 70,9 млн. . м3) и 5 водохранилищ полным объемом от 100 до 1000 млн. . м3 (суммарный объем 186,2 млн. . м3).
Основная часть водосбора находится под влиянием муссонного климата. Питание реки происходит преимущественно за счет летне-осенних муссонных дождей. Летние паводки становятся причиной частых наводнений, наносящих ущерб населению, проживающему в прибрежной зоне.
Являясь основной водной артерией региона. Амур подвергается мощному антропогенному воздействию. В реку поступает значительное количество недостаточно очищенных сточных вод. Качество поверхностных вод Амурского бассейна варьирует в широких пределах — от «слабо загрязненных» до «грязных» и «чрезвычайно грязных». Основные источники загрязнения – предприятия электротехнической, целлюлознo-бумажной, машиностроительной, горнодобывающей промышленности.
В Амур впадают многочисленные притоки, среди них такие крупные, как Зея, Бурея, Уссури, Аргунь, Шилка.
Длина Зеи составляет 1210 км. В верхнем течении река имеет горный характер, ее долина ограничена высокими склонами. В нижнем течении река выходит на равнину, ее долина расширяется, а русло делится на многочисленные рукава. Зея — река с высокой водностью:
средний годовой расход воды 1800 м3/с. На Зее построена крупная ГЭС и большое водохранилище многолетнего регулирования стока (площадь водного зеркала 2419 км2, полный объем 68,4 км3, полезный — 32,1 км3). Зейскин водохозяйственный комплекс используется для гидроэнергетических целен, защиты от наводнений, улучшения транспортных путей.
Река Бурея имеет длину 716 км и также относится к наиболее водным рекам Дальнего Востока: средний годовой расход воды равен 950 м3/с.
Река Уссури набольшей части своего течения является пограничной рекой (с Китаем). Это самая полноводная река Амурского бассейна: средний годовой расход воды составляет около 2000 м3/с. По качеству большинство притоков Уссури относится к классу «загрязненных» или «слабо загрязненных», некоторые малые реки характеризуется как «грязные» либо «очень грязные».
Шилка — левый приток Амура — имеет длину 555 км и почти на всем своем протяжении течет в долине, стесненной горами. Река относительно маловодна:
средний годовой расход воды около 440 м3/с.
При выпадении интенсивных летних ливней Амур, Зея, Бурея и другие реки бассейна часто выходят из берегов и заполняют поймы. В отдельные годы здесь наблюдаются сильные наводнения.
Уклоны крупнейших рек планеты
Любопытно сравнить величины уклонов десяти самых длинных рек Земли. Вся информация подана в следующей таблице:
|
№ |
Название реки |
Материк |
Длина, км |
Уклон, в промилле |
|
1 |
Амазонка |
Южная Америка |
6992 |
1,6 |
|
2 |
Нил |
Африка |
6852 |
5,1 |
|
3 |
Миссисипи |
Северная Америка |
6420 |
7,0 |
|
4 |
Янцзы |
Евразия |
5800 |
88,0 |
|
5 |
Хуанхэ |
Евразия |
5464 |
82,0 |
|
6 |
Обь |
Евразия |
5410 |
4,0 |
|
7 |
Енисей |
Евразия |
5238 |
8,5 |
|
8 |
Лена |
Евразия |
5100 |
32,0 |
|
9 |
Амур |
Евразия |
5052 |
5,9 |
|
10 |
Конго |
Африка |
4700 |
36,0 |
Как вы можете видеть, значения уклонов в таблице существенно отличаются друг от друга.
Важно отметить, что уклоны водотоков обычно уменьшаются в направлении от их истоков к устьям. Их значения максимальны, как правило, в верховьях реки
К примеру, уклон уже упомянутой здесь реки Прут у истока составляет 100 промилле, а в районе устья – всего 0,05 промилле.
Как изменяется уклон водотока на разных участках его русла, отлично видно на продольном профиле реки. Пример такого графика смотрите ниже:
Речная долина и русло реки
Реки обычно текут в узких вытянутых пониженных формах рельефа, характеризующихся общим наклоном своего ложа от одного конца к другому и называемых долинами. Элементами речной долины являются: дно, или ложе, долины, тальвег, русло реки, пойма, склоны долины, террасы и бровка. Дно, или ложе, долины — наиболее пониженная часть ее. Тальвег — непрерывная извилистая линия, соединяющая наиболее глубокие точки дна долины. Дно долины в продольном направлении пересекается речным руслом, представляющим собой эрозионный врез, образованный водным потоком. Часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, называется поймой. Склоны долины редко бывают ровными. На них часто образуются располагающиеся уступами на некоторой высоте над тальвегом более или менее горизонтальные площадки, называемые речными террасами. Пойма представляет собой нижнюю террасу. Линия сопряжения склонов долины с поверхностью прилегающей местности называется бровкой. Строение речных долин, их форма, размеры оказывают большое влияние на ряд гидрологических процессов, происходящих в них, на свойства реки и особенности ее режима. Большая или меньшая крутизна склонов долины способствует ускорению или замедлению стока поверхностных вод с них в русло реки, усилению или ослаблению процессов размыва поверхности склонов долины, а следовательно, и поступлению продуктов размыва в речное русло. Мощные аллювиальные отложения, скопившиеся в долинах рек, являются вместилищем грунтовых вод и тем самым оказывают влияние на питание рек грунтовыми водами.
Рис. 62. Схематический поперечный профиль речной долины (а) и живое сечение потока (б).
Размеры речной поймы имеют существенное значение для уровенного и расходного режима рек. В период высоких вод поймы задерживают большое количество воды с тем, чтобы позднее отдать их реке (при понижении уровней), являясь, таким образом, естественным регулятором водного режима рек. На пойме в период высоких вод проис-ходит накопление речных наносов.
Размеры и форма русла сильно меняются по длине реки в зависимости от ее водности, строения долины, характера пород, слагающих русло.
Морфологические особенности русла могут быть охарактеризованы при помощи плана русла с нанесенными на нем изобатами, или горизонталями, и поперечного профиля русла. Сечение русла вертикальной плоскостью, перпендикулярной направлению течения, называется водным сечением потока. Часть площади водного сечения, где наблю-даются скорости течения, называется площадью живого сечения. Та же часть площади водного сечения, где течение практически отсутствует, называется площадью мертвого пространства.
Элементами водного сечения являются его площадь w, смоченный периметр Р, представляющий собой длину линии, ограничивающей смоченную часть водного сечения, гидравлический paдиус R=w/P, ширина русла В, максимальная глубина hMакс и средняя глубина hcp=w/B. В пределах точности вычислений гидравлический радиус можно приравнять средней глубине.
Элементы водного сечения не остаются постоянными. Величины их находятся в прямой зависимости от уровня воды в реке.
БАССЕЙН ЛЕНЫ
Лена — одна из величайших и самых многоводных рек земного шара. По своей длине (4270 км) она занимает третье место среди рек России и десятое — среди рек мира. Годовой расход воды в устье составляет в среднем 15,5 тыс. м3/с, площадь бассейна 2478 тыс. км2, среднемноголетний объем стока 489 км3.
Лена берет начало в Байкальском хребте и впадает в море Лаптевых, образуя дельту площадью 30 тыс. км2, почти в 2 раза превышающую дельту Волги. Дельта Лены состоит более чем из 800 проток и множества островов различных размеров и форм.
Река судоходна почти на всем своем протяжении. Ее транспортное значение в условиях сравнительно слаборазвитой сети дорог очень велико. Однако интенсивное судоходство ухудшает качество речной воды и отрицательно влияет ил состояние богатой ихтиофауны. Источниками загрязнения реки являются предприятия золото- и алмазодобывающей промышленности, а также хозяйственно-бытовые сточные воды городов и населенных пунктов.
Главные притоки Лены — реки Витим, Олекма, Алдан, Вилюй.
Витим имеет длину 1820 км, среднегодовой расход воды в устье составляет 2000 м3/с, водный режим аналогичен рекам Дальнего Востока. Река представляет собой горный поток, протекающий в основном по узкой долине, русло изобилует каменистыми порогами со скоростями течения 3-5 м/с.
Длина Олекмы составляет 1810 км, среднегодовой расход воды около 2000 м3/с. Долина реки глубокая и узкая, сжатая горами, в русле часто встречаются пороги, на которых скорости течения достигают 3-4 м/с.
Алдан — правый приток Лены, имеющий длину 2240 км, площадь водосбора 702 тыс. км2 и среднегодовой расход воды 5,2 тыс. м3/с, принадлежит к числу самых крупных и многоводных рек России. В верхнем течении Алдан пересекает плоскогорье, в нижнем — межгорную равнину.
Река Вилюй имеет среднегодовой расход 2300 м3/с и характеризуется водностью и ледовым режимом, аналогичным режиму других рек Восточной Сибири.
Из года в год сроки замерзания и вскрытия рек Ленского бассейна почти не меняются. При замерзании в них образуется внутриводный лед, скопления которого забивают русла и вызывают мощные заторы. Лед прочно прирастает ко дну и берегам рек, поэтому весеннее половодье часто идет поверх льда до тех пор, пока он не растает и не оторвется от берегов.
В бассейне Лены создано 12 водохранилищ суммарным объемом 36200,7 млн. . м3. Самая крупная ГЭС построена на р. Вилюй, ее водохранилище имеет площадь 2,2 тыс. км2, полный объем 35,9 км3, полезный — 17,8 км3.
РЕКИ САХАЛИНА
Главным водоразделом Сахалина служит Западный Сахалинский хребет. Речная сеть принадлежит бассейнам двух морей — Охотского и Японского.
Всего по территории острова протекает 10 рек, главные из них — Тымь и По-ронан. Обе реки имеют примерно одинаковую длину (около250 км) и площадь водосборов (8 тыс. км2), характеризуются значительной водностью — средние расходы воды превышают 100 м3/с. Остальные реки Сахалина представляют собой короткие и очень полноводные горные водотоки.
Режим рек сложный, с тремя волнами половодий. Весной наблюдается половодье, формирующееся от таяния снега в пределах равнинны частей бассейнов. В начале лета проходит половодье, образующееся за счет таяния снега в горах. В середине лета бывают паводки, вызванные муссонными ливнями
РЕКИ КАМЧАТКИ
Полуостров Камчатка вытянут в меридиональном направлении на 1200 км, по устройству поверхности это горная страна. С севера на юг через полуостров тянется Срединный хребет, образующий главный водораздел, с которого берут начало реки.
Речная сеть характеризуется значительной густотой. С западных склонов Срединного хребта стекают многочисленные и сравнительно короткие реки, принадлежащие бассейну Охотского моря. У восточных склонов хребта берут начало реки, принадлежащие бассейну Берингова моря либо непосредственно впадающие в Тихий океан. К этой группе относится и самая большая река полуострова — Камчатка, имеющая длину 758 км и площадь бассейна 55,9 тыс. км2. Камчатка принадлежит к числу рек с высокой водностью: средний расход воды составляет около 1000 м2/с. Река судоходна на протяжении 486 км, сплавная, является нерестилищем лососевых рыб.
Все реки полуострова условно делятся на три типа: хребтовые, ключевые и тундровые. Хребтовые реки имеют горный характер, основное питание получают оттаяния снегов и ледников, которое продолжается в течение всего лета, отличаются очень высокой водностью. Ключевые реки менее распространены, их водный режим характеризуется малыми колебаниями уровней и расходов воды. Температура воды постоянна, зимой эти реки не замерзают. Тундровые реки представляют собой типично равнинные потоки, протекающие по заболоченным низменностям.
Для рек Камчатки характерны замедленные процессы самоочищения, поэтому водохозяйственная деятельность в этом регионе должна быть направлена на прекращение сброса неочищенных сточных вод, содержащих органические загрязнения.
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.
БАССЕЙН НЕВЫ
Нева берет начало в Ладожском озере, течет по долине, называемой Приневской низменностью, и впадает в Невскую губу Финского залива, образуя вблизи устья целый ряд рукавов и проток, создающих широкую дельту. Площадь водосборного бассейна составляет 281 тыс. км3.
По сравнению с другими крупными реками Нева — короткая река (ее длина всего 74 км), но глубокая (преобладающая глубина на стрежне 8-11 м) и очень полноводная в течение всего года (средний расход воды 2600 м:3/с, средний годовой сток около 83 км3). Нева практически не имеет поймы, берега, как правило, высоки, ширина реки — около 500 м, но есть и очень широкие места — до километра и более. В низовьях случаются наводнения.
Водосборная территория густо заселена. На островах дельты и берегах Невской губы расположен один из крупнейших городов России — Санкт-Петербург, занимающий площадь в 80 тыс. км2.
Нева относится к категории умеренно загрязненных рек. Неудовлетворительная водохозяйственная обстановка является прежде всего результатом медленных темпов строительства в Санкт-Петербурге общегородских очистных сооружений и сетей канализации, а также отсутствием на многих промышленных предприятиях локальных станций по очистке сточных вод.
Водные ресурсы (оглавление)Эстуарий >>
БАССЕЙН ОБИ
Обь — одна из пяти величайших рек земного шара: ее длина (от истока Кагуни) составляет 4345 км, площадь водосборного бассейна 2975 тыс. км2, среднемноголетний расход в устьевой части 12,8 тыс. м3/с, объем речного стока 403 км3. Обь начинается от слияния Бии и Катуни в районе Алтая и на всем своем протяжении, кроме истока, представляет собой типично равнинную реку с малыми уклонами и широкой заболоченной долиной, достигающей местами ширины несколько десятков километров. Впадая в Обскую губу Карского моря, река образует дельту с многочисленными рукавами и островами.
Из-за интенсивного хозяйственного освоения качество воды в Оби постепенно ухудшается. В Верхнюю Обь продукты загрязнения поступают в основном со стоком впадающих рек, которые протекают по районам с развитой промышленностью. Помимо прямого сброса сточных вод, на качество поверхностных вод оказывают влияние заболоченные лесные массивы, «обогащающие» водные объекты органическими веществами. Особенно неблагополучная обстановка складывается на реках Обь-Иртышского бассейна, где ведется интенсивная нефтедобыча.
Наиболее крупными притоками Оби являются реки Томь и Иртыш. Иртыш берет начало из ледников на юго-западных склонах Алтайских гор в Китае и по своей протяженности превышает Обь. Верхняя часть водосборного бассейна Иртыша принадлежит Казахстану и зарегулирована двумя ГЭС — Усть-Каменогорской и Бухтарминской.
Речной сток в бассейне Оби зарегулирован в основном малыми и небольшими водохранилищами, их полный объем составляет 1876 млн. м\ Кроме того, имеется 13 средних водохранилищ (суммарный объем 5523,1 млн. м3) и два крупных (58421 млн. . м3). Возле Новосибирска создана ГЭС с водохранилищем комплексного назначения, площадь которого 1070 км2, полный объем 8,8 км3, полезный-4,4 км3.
Продольный профиль рек
Продольный профиль реки характеризуется продольным профилем русла и продольным профилем водной поверхности. Разность высот АЯ двух каких-либо точек водной поверхности по длине реки называется падением. Отношение величины падения к длине данного участка l называется уклоном I реки. Таким образом, I= H/l. Падение выражается обычно в метрах, уклон же представляет собой величину безразмерную и выражается в виде десятичной дроби или в промилле (в тысячных долях длины участка). Так, при падении 2 м на расстоянии 5 км уклон равен 2/5000 = 0,0004, или 0,4 промилле.
Продольные профили русел отдельных рек различаются в зависимости главным образом от уклона долины, свойств пород и грунтов, слагающих русло. По характеру распределения падений и уклонов по длине реки выделяют четыре основных типа продольных профилей рек.
1. Профиль равновесия, имеющий вид вогнутой кривой, более крутой в истоках реки и пологой ближе к устью. Этот тип характерен для большинства рек.
2. Прямолинейный профиль, характеризующийся более или менее равномерным распределением падений и уклонов подлине реки. Подобное очертание профиля имеют часто малые реки равнин.
3. Сбросовый профиль, имеющий вид параболической кривой с малым падением в верхней части и большим в нижней части реки.
4. Ступенчатый профиль, отличающийся чередованием участков с малым и сосредоточенным падением, иногда в виде отвесных уступов.
Участки рек с сосредоточенным падением и бурным течением, приуроченные к местам выходов на поверхность трудноразмываемых пород, носят название порогов. Падение воды с отвесного уступа называется водопадом. Ступенчатый продольный профиль с многочисленными порогами и водопадами свойствен горным рекам.
Рис. 63. Относительные профили рек. 1 — профиль равновесия, 2 — прямолиней-ный, 3 — сбросовый, 4 — ступенчатый.
Изломы в профиле и ступенчатый его характер наблюдаются и у равнинных рек. Так, например, река Поной (Кольский полуостров) в нижнем течении прорезает твердые коренные породы и на протяжении 50 км образует 11 порогов.
Если рассматривать продольный профиль реки более детально, то оказывается, что на отдельных участках он представляет собой кривую сложного вида. При этом про-дольный профиль дна реки меняется относительно мало, продольный же профиль водной поверхности претерпевает изменения в связи с изменением водности реки в периоды по-ловодья и дождевых паводков.
Речной бассейн. Водосбор
Часть земной поверхности, включающая в себя данную речную систему и отделенная от других речных систем водоразделами, называется речным бассейном этой системы. Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, называется водосбором или водосборной площадью бассейна. В большинстве случаев площади бассейна реки и водосбора совпадают. Но иногда водосборная площадь бывает меньше площади бассейна. Это наблюдается в тех случаях, когда внутри бассейна имеются либо площади внутреннего стока, либо площади, с которых стока не происходит вовсе. Площадь бассейна Оби, например, больше площади ее водосбора, так как включает области внутреннего стока между Обью и Иртышом, между Иртышом и Ишимом и между Ишимом и Тоболом, сток с которых не попадает в Обь.
Речные бассейны отличаются друг от друга размерами и формой. Основной морфометрической характеристикой речного бассейна является его площадь, выражаемая обычно в квадратных километрах.
Падение и уклон Волги
Решать подобные задачи учат в школе, на уроках по географии в 8 классе. Возьмем в качестве примера крупнейший водоток Европы – Волгу. Попробуем рассчитать падение и уклон реки.
Волга течет в европейской части России, в пределах 15-ти субъектов федерации. Она неоднократно меняет свое направление. Это важнейшая водная артерия страны, крупнейшая река мира из числа тех водотоков, которые не впадают в море или океан.
Волга берет свое начало на Валдайской возвышенности, на высоте в 228 метров над уровнем моря. В пределах Астраханской области она впадает в Каспийское море. При этом устье расположено на высоте (–28) метров. Таким образом, общее падение Волги – 256 метров. Теперь рассчитаем уклон реки.
Волга имеет общую протяженность 3530 км. При этом она собирает свои воды с огромной территории площадью 1,36 млн. кв. км. Это в четыре раза больше, чем площадь Германии! Для вычисления уклона Волги следует выполнить следующее математическое действие: 256 метров / 3530 км = 0,07 м/км.
БАССЕЙН УРАЛА
Река пересекает Южный Урал, Прикаспийскую низменность и впадает в Каспийское море. По площади водосбора (231 тыс. км2) и длине (2428 км) Урал принадлежит к числу крупнейших рек европейской части России. Однако водность ее незначительна: средний расход воды в низовье составляет 250 м3/с, объем стока в устье — 7,8 км3 в год. По обеспеченности водными ресурсами бассейн Урала относится к дефицитным регионам, основным водопотребителем является промышленность. Для гарантированного водообеспечения на реке построен Ириклинский гидроузел с площадью водного зеркала 260 км2, полным объемом 3,26 км3, полезным — 2,2 км3.
БАССЕЙН ЕНИСЕЯ
Енисей — это самая многоводная река России: объем у стока в устье составляет в среднем 585 км3/год, средний годовой расход воды 18,6 тыс. м3/с, длина 3490 км.
Река образуется от слияния Большого и Малого Енисея (у г. Кызыла), впадает в Енисейский залив Карского моря. Бассейн реки занимает обширные области Центральной и Южной Сибири и имеет характерное асимметричное строение: на долю правобережной части, расположенной в пределах Среднесибирского плоскогорья, приходится около 82% поверхности водосбора, слева в Енисей впадают лишь сравнительно небольшие притоки.
Верхний Енисей — это горная река, прорезающая Западные Саяны и отроги Восточных Саян, ее долина представляет собой глубокое ущелье с руслом шириной 100 м. В этой части реки находится так называемый Большой порог, где в половодье скорости течения достигают 5-7 м/с.
Близ Красноярска правый берег образует живописные скалистые обрывы — знаменитые «Столбы».
После впадения Ангары Енисей становится особенно полноводным, местами его долина расширяется до 40 км. В этой части левый склон реки низменный, правый — преимущественно гористый.
Нижний Енисей представляет собой широкий, мощный поток с глубинами до 14-23 м. Многочисленными островами русло реки разделяется на рукава — общая ширина русла достигает 2-3 км.
Огромные гидроэнергоресурсы Енисея способны обеспечить потребности Красноярского края в воде не только на современном этапе, но и в отдаленном будущем. В целом по своим богатейшим природным ресурсам Енисейский бассейн считается одним из самых перспективных для освоения российских регионов,
Наиболее многоводный приток Енисея река Ангара в месте их слияния превышает Енисей по водности. Ангара вытекает из оз. Байкал, ее длина составляет 1779 км, площадь бассейна 1039 тыс. км2. На Ангаре ведется крупное гидроэнергетическое строительство. Первая ГЭС — Иркутская — была построена в 1956 г., позже были введены в строй Братская, Усть-Илимская и Богучанская ГЭС.
В бассейне Енисея насчитывается 39 водохранилищ суммарным полным объемом 368768 млн. . м3 в том числе 29 малых водохранилищ полным объемом от 1 до 10 млн. . м3, два небольших — обьемом 136,8 млн. . м3, одно среднее — объемом 116 млн. . м3 и 7 крупных — суммарным полным объемом 368446 млн. . м3. В настоящее время на Енисее действует каскад из трех ГЭС. Это прежде всего Красноярская ГЭС с крупнейшим водохранилищем, площадь водного зеркала которого составляет 2000 км2, полный объем 73,3 км3, полезный — 30.4 км3, и Саяно-Шушенская ГЭС, водохранилище которой имеет площадь 633 км2, полный объем 22, полезный -14,6 км3. В нижнем бьефе Саяно-Шушенскон ГЭС создана Майнская ГЭС, осуществляющая суточное регулирование за счет небольшого водохранилища, полный объем которого 0,1 км3.
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.
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 км2, а на территории Восточной Сибири — в отдельные годы даже реки с площадями бассейнов до 200 тыс. км2 (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. км2.
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*км2 в тундровой и лесной зонах, до 0,7-1,0 в степной и до 0,05-0,06 л/с*км2 в полупустынной. В Западной Сибири и Казахстане при переходе от лесной зоны к полупустынной меженный сток падает от 2,0 л/с*км2 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*км2.
