8.3. Питание и режим рек
Виды питания рек. Характер питания рек водой обусловлен комплексом природных условий. Различают следующие виды питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и грунтовое.
Д о ж д е в о е п и т а н и е происходит или от периодических дождей в определенные сезоны года, или от краткосрочных ливневых дождей. Этот вид питания является преобладающим на реках юго-западной части Кавказа, Крыма, Карпат и некоторых других районов южной части европейской территории СНГ. Периодические летние дожди играют существенную роль в питании многих рек Восточной Сибири и Дальнего Востока (Амура, Зеи и др.).
Ливневые дожди наблюдаются летом и осенью в различных районах европейской части СНГ. Благодаря большой интенсивности они способны вызвать на реках малых бассейнов подъемы уровней воды, превышающие весенние.
С н е г о в о е п и т а н и е является преобладающим на большинстве рек. Бассейны этих рек занимают более ¾ территории СНГ. Несмотря на сравнительно небольшую продолжительность таяния снегов, реки со снеговым питанием получают в период весеннего половодья до 60–80% общего объема воды, стекающей по ним за год.
Л е д н и к о в о е п и т а н и е характерно для рек высокогорных районов Кавказа и Средней Азии. Оно происходит от таяния ледников и вечных снегов в горах. Реки с ледниковым питанием имеют летние паводки, часто с резко выраженными суточными колебаниями уровней, обусловленными изменениями температуры в течение суток.
Г р у н т о в о е п и т а н и е происходит или за счет неглубоко залегающих грунтовых вод, или за счет подземных вод, расположенных на значительных глубинах. В чистом виде грунтовое питание встречается очень редко. Как правило, грунтовые и подземные воды служат источником питания рек в периоды уменьшения или отсутствия поверхностного стока.
Многие равнинные реки питаются летом преимущественно грунтовыми водами, а в зимний период этот вид питания является для них единственным.
В формировании речного стока в разные периоды года участвуют различные виды питания. Например, р. Кубань имеет в весенний период снеговое питание за счет таяния снегов в правобережной равнинной части бассейна; в летние месяцы – ледниковое питание с Кавказских гор; осенью – дождевое питание от интенсивных ливней и зимой – грунтовое питание.
Режим уровней и расходов. У р о в н е м в о д ы в реке называется возвышение поверхности воды над некоторой условной горизонтальной плоскостью.
Уровни воды в реках постоянно изменяются. Основной причиной колебания уровней является разница в количестве воды, поступающей в реки в разные периоды года. Помимо величины расхода воды, на высоту уровня могут оказывать влияние ряд других факторов: наличие ледяного покрова, размывы русла и отложение наносов, морские приливы и отливы на устьевых участках рек, естественный подпор от другой реки, искусственный подпор от гидротехнических сооружений и др.
Годовой график колебаний уровня воды в течение года составляется по данным фактических наблюдений (рис. 8.3).
Для анализа многолетних колебаний уровня на один график наносят несколько линий, характеризующих изменение уровня в разные годы. Характер колебания уровня зависит прежде всего от режима питания реки.
Равнинные реки с преимущественным снеговым питанием характеризуются большим подъемом уровней в весенний период от таяния снегов и сравнительно низкими горизонтами воды в остальную часть года. На многих из них наблюдаются подъемы уровней в осенний период за счет выпадающих дождей, а на малых реках этой группы – подъемы уровней, вызванные дождями, и в летние месяцы.
Рис. 8.3. Годовой график колебания уровня воды
Крупные реки с преимущественным дождевым или ледниковым питанием характеризуются растянутым периодом стояния высоких уровней в летние и осенние месяцы. Малым горным рекам с дождевым или ледниковым питанием свойственны резкие краткосрочные подъемы уровней от ливней и таяния снегов в горах в разные периоды года. Нередко на этих реках наблюдаются интенсивные внутрисуточные колебания уровней.
Реки, вытекающие из озер или болот, имеют плавный ход уровней. Благодаря регулирующей роли озер и болот подъем уровней, вызванный весенним половодьем, растягивается на этих реках до середины лета.
Важнейшей характеристикой режима уровней реки является амплитуда колебаний, т. е. разность между наивысшими и наинизшими уровнями за определенный период времени. Различают амплитуды колебания годовых уровней, многолетнюю и отдельных периодов года. Амплитуда многолетних колебаний уровней на крупных реках достигает 15–20 м и более.
Колебания уровней воды в реке обусловлены изменениями расходов. График, изображающий связь между расходом и уровнем в определенном створе реки, называется к р и в о й р а с х о д о в.
Имея годовой график колебания уровня в рассматриваемом створе реки и кривую расходов, легко установить среднесуточные расходы для всех дней года. По найденным значениям среднесуточных расходов строят годовой график их изменения, который называется г и д- р о г р а ф о м. Поскольку между расходом и уровнем существует прямая связь, гидрограф имеет очертание, аналогичное с графиком колебания уровня.
Фазы в режиме рек. Характерные уровни и расходы воды. В водном режиме рек можно выделить ряд характерных фаз, каждой из которых свойственны определенные признаки.
На реках с преимущественным снеговым питанием такими фазами являются: весеннее половодье, летняя межень, летне-осенние дождевые паводки и зимняя межень.
В е с е н н е е п о л о в о д ь е является основной фазой в водном режиме большинства рек. Оно характеризуется резким подъемом уровня воды и менее крутым спадом. На крупных реках весеннее половодье длится от 1,5 до 3 месяцев, а на малых и средних реках – от 10–15 до 30–45 дней.
Л е т н я я м е ж е н ь наступает после окончания весеннего половодья и длится до наступления осенних дождей. Эта фаза характеризуется на большинстве рек низкими и устойчивыми уровнями. Некоторые малые реки южных и юго-восточных районов европейской части СНГ в летний период пересыхают.
О с е н н и е д о ж д е в ы е п а в о д к и наблюдаются на многих реках европейской части СНГ, западной и восточной Сибири. Они вызываются увеличением количества осадков и одновременным уменьшением испарения с поверхности речных бассейнов.
З и м н я я м е ж е н ь совпадает на большинстве равнинных рек с периодом ледостава. Наименьшие расходы воды наблюдаются в конце зимы. Небольшие северные реки в зимний период иногда промерзают до дна.
Основными характеристиками каждой из перечисленных фаз в режиме реки являются: ее продолжительность, величина характерных уровней и расходов, даты наступления и окончания фазы. Наряду со средними значениями этих характеристик часто бывает необходимо знать и их возможные колебания за многолетний период.
Водный режим реки в каждом году и за многолетний период характеризуется следующими основными уровнями:
наивысшим уровнем весеннего половодья;
наивысшим и наинизшим уровнями весеннего ледохода;
наивысшим и наинизшим уровнями очищения реки от льда;
наинизшим и средним меженними уровнями;
наивысшим и наинизшим уровнями летних и осенних паводков;
средним зимним уровнем.
К числу основных характерных расходов реки относятся: среднегодовой расход, максимальные расходы в весеннее половодье и в летне-осенние паводки, минимальные расходы в летнюю и зимнюю межени.
Зимний режим рек. С наступлением холодов реки на большей части территории СНГ замерзают. Продолжительность замерзания зависит от интенсивности похолодания и скорости течения. На малых реках она составляет 3–7 дней, а на больших – 8–15 дней. Нередко процесс замерзания рек сопровождается осенним ледоходом.
В течение зимы толщина льда постепенно увеличивается, достигая 0,6–1,0 м на реках центральных и северных районов европейской части СНГ и 1,0–1,5 м – на реках Сибири.
Весной в результате таяния снегов начинается вскрытие рек, за которым следует ледоход. Последний длится от 1–3 дней на малых реках, до 8–10 дней – на больших. Характер вскрытия рек весеннего ледохода зависит прежде всего от географического положения реки. На реках, текущих с севера на юг, от ледяного покрова сначала освобождается нижнее течение, что обеспечивает беспрепятственное продвижение льда с вышерасположенных участков. Поэтому ледоход на этих реках проходит сравнительно спокойно. На реках, текущих в северном направлении, условия ледохода очень тяжелые. Позднее вскрытие нижних участков этих рек препятствует ледоходу и на вышерасположенных участках образуются ледяные заторы, вызывающие значительные подъемы уровней воды, приводящие нередко к наводнениям.