IV. Реки

1. Реки и их типы. Физико-географические и геологические характеристики бассейна реки.

Река- водоток сравнительно крупных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное сформированное самим потоком русло. К рекам обычно относят водотоки с площадью бассейна не менее 50 тыс. км кв.

Реки типизируют по различным признакам:

1)по размеру

- большие реки, у которых площадь бассейна больше 50 000 км кв. Обычно бассейн расположен в нескольких географических зонах. Гидрологический режим в целом не свойственен рекам каждой географической зоны в отдельности, поэтому он полизонален.

- средние реки, площадь от 2 тыс. до 50 тыс. км кв. Гидр. режим- зональный, т.к. обычна река протекает в одной зоне.

- малые реки, бассейн которых меньше 2 тыс. км кв., расположенный обычно в одной зоне, но гидр. режим отличается от режима данной зоны под влиянием местных условий. Т.о. он азональный.

2) по условиям протекания реки

- равнинные (число Фруда (описывает характер потока по сост. водн. пов-ти) меньше 0,1)

- полугорные (0,1-1)

- горные (более 1)

3)по источникам питания ( в зависимости от вклада снегового, дождевого, дедникового и подземного питания в формирование речного стока)

4) по водному режиму (характер внутригодового распределения стока)

- с весенним половодьем

- половодьем в теплую часть года

- с паводочным режимом

5) по степени устойчивости русла

-устойчивые

- неустойчивые

6) по ледовому режиму

- замерзающие

- незамерзающие.

Так же выделяют промерзающие (замерзание всей толщи воды до дна на протяжении большого расстояния), перемерзающие (образование ледяных перемычек на отдельных участках русла) и пересыхающие. Но это все относится лишь к малым рекам, сильно зависящим от подземного питания.

Главнейшие физико-географические и геологические характеристики бассейна рении.

1. географическое положение б-а на континенте (выражено через удаленность (км) от океана, широту и долготы крайних точек и центра б-а)

2. географическая зона или высотные пояса

3. геологическое строение, тектоника, физические и водные свойства подстилающих грунтов, гидрогеологические условия

4. рельеф (характеризуется количественно через среднюю высоту бассейна и средний уклон по формуле)

5. климат (характер ЦА, режим температуры и влажности воздуха, количество и режим атмосферных осадков, испарение)

6. почвенно-растительный покров (хар-ся долей площади бассейна, занятой лесами и почвами того или иного типа)

7. характер речной сети

8. наличие и особенности других водных объектов- озер, болот, ледников (озерность, лесистость и пр. ищутся по формуле k=f/F, где f– площадь, занятая озерами, F- площадь бассейна, k выражается в процентах или долях единицы).

9. искусственное преобразование пов-ти бассейна (распашка земель, сведение лесов)

10. искусственное преобразование гидрографической сети бассейна и режима сами рек (сооружение платин, вдхр, каналов).

2. Водосбор и бассейн реки. Морфометрические характеристики бассейна реки.

Водосбор – часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда данная река получает свое питание.

Поскольку питание рек может быть поверхностным и подземным, различают поверхностный и подземный водосборы, которые могут не совпадать.

Бассейн реки – часть суши, включающая данную речную систему и ограниченная орографическим водоразделом.

Обычно Водосбор и Бассейн совпадают. Но если в пределах речного бассейна часть территории оказывается бессточной, то она, оставаясь частью бассейна, в состав водосбора реки не входит. Такие случаи весьма характерны для засушливых районов с плоским рельефом. Также несовпадение границ бассейна, выделяемых по орографическому водоразделу, и границ водосбора может быть в тех случаях, когда границы поверхностного и подземного водосборов не совпадают, т.е. когда часть подземного стока либо поступает из-за пределов данного бассейна, либо уходит за его пределы.

Выделяют главный водораздел земного шара, который разделяет бассейны рек, в падающий в Тихий и Индийский океаны, с одной стороны, и бассейны рек, впадающих в Атлантический и СЛО.

Кроме того выделяют бессточные области земного шара, откуда находящиеся там реки не доносят воду до Мирового океана.

Основными морфометрическими характеристиками речного бассейна служат:

1. Площадь бассейна F

2. Длина бассейна Lб, обычно определяемая как прямая, соединяющая устье реки и точку на водоразделе

3. Максимальная ширина бассейна Bбmax, которая определяется по прямой, нормальной к длине бассейна в наиболее широкой ее части

4. Средняя ширина бассейна, вычисляемая по формуле: Bбср = F/Lб

5. Длина водораздельной линии Lвдр

Важной характеристикой бассейна служит распределение площади бассейна по высотам местности, представленное гипсографической прямой, показывающей, какая часть площади бассейна расположены выше любой заданной отметки местности.

С помощью гипсографической кривой можно рассчитать среднюю высоту бассейна.

Среднюю высоту бассейна можно определить и без гипсографической кривой по формуле:

Где, - средняя высота любых высотных интервалов в пределах бассейна, вычисляемая как среднее из отметок горизонталей (изогипс), ограничивающих эти интервалы; - площадь части бассейна между этими горизонталями; – полная площадь бассейна, n – число высотных интервалов.

Средний уклон поверхности бассейна определяют по формуле

где – длины горизонталей; – разность отметок смежных горизонталей (сечение рельефа); F – полная площадь бассейна; n – число высотных интервалов.

3. Река и речная сеть. Долина и русло реки.

Гидрографическая сеть бассейна – совокупность водотоков, воемой и особых водных объектов в пределах речного бассейна. Совокупность естественных и искусственных водотоков –это русловая сеть. Длина реки L- это расстояние вдоль русла между истоками и устьем реки.

Исток – место начала реки. Устье реки- место впадания реки в море, озеро или другую реку. Слепое устье- когда река заканчивается из-за нехватки воды.

Коэффициент извилистости k_извил=L_i/l_i,

где l расстояние от участка реки по прямой. Поскольку на отдельных участках реки извилистость разная, общую изв-ть считают как отношение суммы длин отрезков на сумму расстояний.

Сумма длин всех рек в пределах бассейна- протяженность речной сети ∑L_i.

Густота речной сети определяется так: , f-площадь рассматриваемой территории.

Речная сеть по характеру рисунка может быть древовидной, прямоугольной, центростремительной.

Речные долины - продольные углубления на земной поверхности, сформирован­ные в результате эрозионно-акумулятивной деятельности реки. Элементы речной долины: русло, пойма, надпойменные террасы, коренные берега.(см. стр. 175) Русло - наиболее низкая часть долины, занятая рекой в маловодные периоды года. Бывают прямолинейные, извилистые, разделенные на рукава, блуждающие (СМ. СТР.176). Морфологические элементы: излучины, затопляемые подвижные повышения дна –осередки и более высокие, стабильнее и закрепленные растительностью- острова, глубокие и мелкие участки русла- плесы и перекаты, а так же донные гряды различного размера. Основные морфометрические характеристики: площадь поперечного сечения ω, ширина русла между урезами русла при заданном его наполнении B, максимальная глубина русла h_max. Среднюю глубину считают по формуле: . Для большинства русел эта величина приблизительно равна 2/3 от мах. Часто используют в гидравлических расчетах еще 2 характеристики: длину смоченного радиуса и гидравлический радиус R: . Смоч. периметр- длина подводного контура поперечного сечения ручного русла, т.е. линия контакта воды с ограничвающими её твердыми поверхностями.

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 ‰.

4. Питание рек. Классификация рек по видам питания Львовича. Расчленение гидрографа реки по видам питания.

1. Дождевое

2. Снеговое

3. Ледниковое

4. Подземное

Дождевое питание. Интенсивность, площадь распространения, продолжительность и время выпадения дождей определяет многие особенности формирования речного стока и пополнения подземных вод.

Чем больше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя. Тем больше величина дождевого паводка. Чем больше отношение между площадью распространения дождя, тем также больше величина возможного паводка.

Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию тем меньше величина паводка. Наоборот, дожди, выпадающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают большую величину дождевого стока.

Снеговое питание.

В основном в умеренных широтах. Запасы воды в бассейне зависят от величины зимних осадков. Запасы воды в снежном покрове распределяются неравномерно – в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова.

Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, т.е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температурой воздуха положительных значений и при условии положительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача начинается позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега – зернистости, капиллярных свойств и т.д. Сток возникает только после начала водоотдачи.

Весеннее снеготаяние подразделяется на три периода: 1) начальный период (снег залегает сплошным покровом, замедление водоотдачи снежного покрова практически нет, сток ещё не формируется), 2) период схода основной массы снега (интенсивная водоотдача, возникают проталины, нарастает величина стока) 3) период окончания таяния.

Территорию, где происходит в данный момент таяние снега, называют зоной одновременного снеготаяния. Эта зона ограничена фронтом таяния (линией, отделяющей зону таяния от зоны где не тает) и тылом таяния (линия отделяющая зону таяния от зоны где снег уже сошел)

Важной характеристикой снеготаяния служит его интенсивность. Определяется характером изменения температуры воздуха в весенний период и особенностями подстилающей поверхности.

Расчет таяния снега и оценка его роли в формировании стока.

где h – слой талой воды, мм за интервал времени ∆t; - сумма положительных средних суточных температур воздуха за тот же интервал времени, α – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициент стаивания (слой талой воды, приходящийся на один градус положительной средней суточной температуры воздуха)

Кроме того, интенсивность снеготаяния можно определить с помощью метода теплового баланса.

Подземное питание.

Определяется характером взаимодействия подземных и речных вод. Направленность и интенсивность зависит от взаимного положения уровня воды в реке, высоты водоупора и уровня грунтовых вод, в свою очередь зависящего от фазы водного режима реки и гидрогеологических условий.

Ледниковое питание.

Это питание имеют лишь реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками. Вклад ледникового питания в речной сток тем больше, чем больше доля общей площади бассейна, занятая ледниками.

Классификация Львовича.

Если один из видов питания дает больше 80% годового стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (другие виды питания не учитываются). Если на долю данного вида питания приходится от 50% - 80% стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды учитываются если на их долю больше 10%). Если же ни один из видов питания не дает больше 50% годового стока, то такое питание называется смешанным.

Количественная оценка доли различных видов питания в формировании стока обычно осуществляется с помощью графического расчленения гидрографа по видам питания.

Сложности в выделении подземного питания. При отсутствии гидравлической связи речных и грунтовых вод что обычно характерно для горных рек, подземное питание в период половодья или паводка в общих чертах повторяет ход гидрографа, но в более сглаженном виде и с некоторым запозданием максимума расхода воды. При наличии постоянной или временной гидравлической связи грунтовых вод и реки на подъеме половодья в результате подпора рекой грунтовых вод подземное питание уменьшается и достигает минимума при наивысшем уровне воды в реке. При длительном стоянии высоких уровней, что более свойственно крупным рекам, происходит фильтрация речных вод в грунт – отрицательное подземное питание , а на спаде половодья или в начале межени эти воды вновь возвращаются в реку.

Но на практике при недостатке сведений о взаимодействии грунтовых и речных вод часто для равнинных рек условно принимают величину подземного питания в момент пика половодья, равной нулю. Однако, иногда на малых реках, границу подземного питания на гидрографе проводят просто по прямой линии.

5. Водный баланс бассейна реки.

Уравнение водного баланса для интервала времени t: , где х – осадки (снег и дождь) на пов-ть, у1, у2 – поверхностный приток (отток) воды, w1, w2 – подземный приток(отток), z1 ,z2 – конденсация (испарение),± - изменение запасов воды в пределах объекта за заданный интервал времени.

Левая часть уравнения- приходная часть, правая- расходная часть уравнения водного баланса. Возможно упрощение в.б. . Чтобы избежать сезонных несоответствий (когда «прошлогодний» снег тает весной) ввели понятие гидрологического года, начало которого соответствует данным климатическим условиям (в России 1 октября или 1 ноября).

При осреднении за длительные периоды изменением запасов воды можно пренебречь. Тогда x= y+z. Это уравнение называют уравнением водного баланса речного бассейна для многолетнего периода.

Под структурой водного баланса понимают соотношение между различными приходными и расходными составляющими уравнения вод. баланса.

= , где - к-т стока, а – к-т испарения. В условиях избыточного и достаточного увлажнения альфа = 0,4-0,6. В засушливых районах близится к 0.

6. Фазы водного режима рек. Классификация рек по водному режиму Зайкова.

Половодье - это фаза, ежегодно повторяющаяся в данных климатических усло­виях в один и тот же сезон и характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и продолжительным подъемом уровня воды.

Паводок - это фаза водного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года и характеризуется интенсивным, обычно кратковременным уве­личением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Иногда паводок накладывается на волну половодья.

Межень - это фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в один и тот же се­зон, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания реки. Основной источник питания, как правило, подземные воды.

Классификация рек территории бывшего СССР по водному режиму Б.Д. Зайкова:

реки с весенним половодьем:

а) казахстанский (наблюдается исключительно резкая и высокая волна половодья, а в остальную часть год сток очень мал)

б) восточноевропейский (высокое весеннее половодье, низкая летняя и зимняя межень, несколько повышенный сток осенью)

в) западносибирский (невысокое растянутое весеннее половодье и повышенный летне-осенний сток)

г) восточносибирский (высокое половодье, летне-осенние паводки и низкая зимняя межень)

д) алтайский (невысокое растянутое весеннее половодье, повышенный летний сток и низкая зимняя межень)

реки с половодьем в теплую часть года:

а) дальневосточный (невысокое, растянутое, имеющее гребенчатый вид летнее дождевое половодье и низкий сток в холодную часть года)

б) тянь-шанский (летнее муссонное половодье, зимний сток выше, чем у пред. типа)

реки с паводочным режимом;

а) причерноморский (дождевые паводки в течение всего года)

б) крымский (зимние паводки и длительные летний (июнь-август) и летне-осенние (май-октябрь) периоды с очень низким стоком)

в) севе­рокавказский (паводки в теплую и низкую межень в холодную части года)

7. Понятие о стоке воды, наносов, растворенных веществ. Количественные характеристики стока воды: объем стока, слой стока, модуль стока, коэффициент стока.

Речной сток включает в себя сток воды, наносов, растворенных веществ и сток теплоты.

Сток воды – это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды. Сток воды – один из важнейших физко-географических и геологических факторов; изучение стока воды- главная задача гидрологии суши.

Сток наносов – это процесс перемещения носов в речных системах и характеристика количества перемещающихся в реках наносов. Сток наносов состоит из стока внешних наносов (наносов, переносимых в толще речного потока во взвешенном состоянии) и стока влекомых наносов (наносов, переносимых потоком по речному дну во влекомом состоянии).

Сток растворенных веществ – это процесс переноса в речных системах растворенных в воде веществ и характеристика их количества. Растворенные в речных водах вещества – это ионы солей, органические вещ-ва, газы и др.

Сток теплоты- это процесс переноса вместе с речными водами теплоты и его количественная характеристика.

Главнейшая характеристика стока воды – расход, т.е. объем воды, протекающий через поперечное сечение потока в единицу времени (Q, м3/с). К числу характерных расходов воды относят расходы различных фаз водного и ледового режима реки, например, максимальные расходы воды половодья и паводков, минимальные- межени, в начал ледохода.

Широко используется понятие о среднем расходе воды за какой-нибудь интервал времени t: , где Qi- средние суточные расходы воды, n- число суток в рассматриваемом интервале времени.

Объем стока воды – это объем воды, прошедший через данное поперечное сечение речного потока за какой-либо интервал времени, м3, W. W= t

Слой стока – это количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади водосбора и выраженного в миллиметрах: , F в км2, у в мм.

Модуль стока – это количество воды, стекающее с единицы площади водосбора в единицу времени, М л/(с*км2):

, Q- любой расход воды.

у=М t , а если время-год, то у=М*31,5

Коэффициент стока – отношение величины стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков: а=у/х=У/Х, величина безмерная, измеряется от 0 до 1.

8. Распределение стока воды по территории СНГ и факторы, его определяющие.

Поскольку сток воды – результат сложного влияния географических и геологических условий, а эти условия изменяются прежде всего в пространстве, то и величина стока воды распределена по территории Земли неравномерно.

Наиболее характерные особенности распределения среднего многолетнего годового стока по территории СНГ следующие:

1. Широтная зональность, особенно хорошо выраженная в равнинных областях СНГ и проявляющаяся в закономерном уменьшении слоя стока с севера на юг, например, от 300-400 мм на севере Европейской территории России до 5-20 мм в Прикаспии и Средней Азии (исключение составляют лишь районы Крайнего Севера, где вместе с уменьшением осадков отмечается некоторое уменьшение стока)

2. Уменьшение величин стока с удалением от источников влаги – от Атлантического океана, а на Дальнем востоке с запада на восток на больше части территории и в увеличении стока в приморских районах Дальнего востока

3. Увеличение стока в горных и предгорных районах

9. Распределение скоростей течения в речном потоке.

Для рек характерен турбулентный режим движения воды, и скорость течения в любой точке речного потока подвержена турбулентным пульсациям, большим, чем скорость течения. Поэтому в каждой точке речного потока и в каждый момент времени местная мгновенная скорость – это вектор, который можно разложить на три составляющие вдоль продольной, поперечной и вертикальной осей координат.

Местные осредненные во времени скорости течения распределены в речном потоке не равномерно: наибольшие скорости наблюдаются на поверхности потока над наиболее глубокой частью русла, наименьшие - дна и берегов. Линии, соединяющие точки с одинаковыми скоростями течения, называются изотахами. Продольная линия наибольших скоростей течения называется динамической осью потока или стержнем.

Наиболее закономерное распределение скоростей: максимум – на пов-ти, мин-у дна, средняя- на глубине 0,6 от полной глубины. Под влиянием лед. покрова, ветра, растительности, неровного рельефа дна и берегов это распределение нарушается.

Сред. ск-ть течения в поперечном сечении рассчитывают так: v=Q/w

10. Динамика речного потока. Формула Шези.

В речном потоке обычно действует лишь одна активная массовая сила – продольная составляющая силы тяжести, обусловлена продольным уклоном водной поверхности. При движении речного потока возникают сопутствующие движению пассивные силы – трения, центробежная, Кориолиса.

Продольное равновесии речного потока. При движении волы, близком к равномерному, в речном потоке устанавливается равновесие между продольной составляющей силы тяжести F'g и силой трения у дна и берегов Tдно. В этом случае получаем условие

и для скорости течения получаем формулу

Если коэффициент трения заменить на g / C², то получим формулу Шези

Где, v – средняя скорость течения, - средняя глубина, вместо нее иногда используют гидравлический радиус R = ω/p, I – уклон водной поверхности, С – коэффициент Шези, который вычисляют по эмпирическим формулам, например по формуле Маннинга:

n – коэффициент шероховатости.

Формула Шези иллюстрирует тот факт, что скорость течения в речном потоке тем больше, чем больше глубина русла и уклон водной поверхности и меньше шероховатость русла.

Формулу Шези путем умножения обеих частей уравнения на площадь поперечного сечения

И учета формулы Шези можно преобразовать

Из этой формулы следует, что при заданных расходах воды Q, ширине и шероховатости русла B и n, уклоне дна , равном уклону водной поверхности I (это справедливо при равномерном движении воды), в потоке формируется вполне определенная глубина

Скорость течения также будет вполне определенной:

Следовательно

1. Речной поток – это саморегулирующийся природный объект, в котором глубина и скорость течения формируются в соответствии с внешними определяющими факторами – расходом воды, шириной, уклоном и шероховатостью русла;

2. Между глубиной (и уровнем воды), с одной стороны, и расходом воды – с другой, в речном потоке складывается нелинейная связь

3. Увеличение шероховатости русла, например в результате образования на реке ледяного покрова или зарастания дна и берегов водной растительностью, также приводит к увеличению глубины (и повышению уровня воды); поэтому зимой на реках, покрытых людом уровень воды обычно выше, чем летом при тех же расходах воды.

Если движение речного потока неравномерное, что может быть обусловлено изменением вдоль русла его морфометрических характеристик, то скорость течения будет изменяться вдоль реки. При неизменно расходе воды можно записать

Отсюда следует, что увеличение площади поперечного сечения вдоль реки повлечет за собой уменьшение на данном участке скорости течения, уменьшение площади приведет к увеличению на этом участке скорости течения.

Поперечное равновесие речного потока. На изгибе речного русла центробежная сила приводит к отклонению течения в поверхностных слоях в сторону вогнутого берега, что создает поперечный перекос уровня воды. В результате избытка гидростатического давления у вогнутого берега в придонных слоях возникает течение, направленное в сторону выпуклого берега. Складываясь с основным продольным переносом воды в реке, разно-направленные течения на поверхности и у дна создают спиралевидное движение воды на изгиба русла – поперечную циркуляцию.

+ стр. 210

11. Характеристики речных наносов. Движение взвешенных и влекомых наносов. Режим стока взвешенных наносов и мутности воды.

12. Русловые процессы на реках и их типы.

Русловые процессы – изменения морфологического строения речного русла и поймы, обусловленные действием текущей воды. Русловые процессы проявляются во взаимодействии потока и русла реки. Конкретные проявления русловых процессов в виде изменения положения и размеров русла, поймы и отдельных русловых образований, т.е. в виде размыва или намыва дна и берегов, называют русловыми деформациями.

Русловые процессы подвергающиеся деформациям, - это скопления наносов, создающие характерные формы рельефа речного русла и поймы разного размера – микро, мезо и макроформы.

К микроформам относятся перемещающиеся в русле донные гряды, размеры которых меньше глубины русла. Мезоформы – также состоящие из наносов гряды, но более крупного размера, соизмеримые уже с поперечными размерами самого русла. К мезоформам относятся речные перекаты, осередки, небольшие острова. Макроформы – крупные, морфологически однородные участки речного русла, представленные относительно прямолинейными участками, извилинами (излучинами, меандрами), системами русловых и пойменных разветвлений, участками, так называемого разбросанного типа.

Русловые процессы неразрывно связаны с переносом в речном потоке наносов, в основном – влекомых.

Физической причиной русловых деформаций является нарушение баланса наносов на тех или иных участках речного русла. Изменение расхода наносов вдоль потока на бесприточном участке должно неизбежно сопровождаться русловыми деформациями: при увеличении расхода наносов вдоль реки должен происходить размыв руса (эрозия), при уменьшении – намыв русла (аккумуляция наносов).

Русловые деформации подразделяют на в е р т и к а л ь н ы е, когда происходит изменения отметок дна русла, и г о р и з о н т а л ь н ы е, когда наблюдается поперечные смещения русла. Обычно происходят одновременно.

Русловые процессы и русловые деформации подразделяют также на два типа:

П е р и о д и ч е с к и е (знакопеременные, обратимые) и н а п р а в л е н н ы е (необратимые).

К периодическим относятся такие изменения русла, которые неоднократно повторяются и после которых русло возвращается приблизительно в первоначальное положение. Эти русловые деформации наблюдаются при движении донных гряд, развитии излучин. Направленные русловые деформации выражены в односторонних изменениях русла, например при однонаправленном размыве или намыве, сопутствующих сооружению водохранилищ на реке.

13. Термический режим рек. Ледовые явления на реках. Толщина льда.

Основная причина временных изменений температуры воды в реке- метеорологическая. В условиях умеренного климата наиболее типичны сезонные изменения, когда зимой темп-ра на пов-ти меньше 0 (весной- повышается, летом- мах, осенью- понижается, несколько запаздывает относительно тем-ры воздуха). Так же сущ-ют суточные изменение тем-ры, кот. тоже отстают от воздуха. На больших реках сут. ход около 2 гр.

Температура имеет и пространственные измерения. Известны подчинения широтной зональности у рек, текущих по меридианам. Для рек, текущих с Ю на С, характерны большие контрасты между температурой воздуха и воды. Температура «расходуется» на притоки и вдхр., а увеличивается от сброса промышл. вод.

На реках с быстрым потоком температура в разных участках поперечного сечения различается на 0,1 гр, а с медленным- на 1-2 гр.Однако, сущ-ют различия относительно пов-ти и дна. Летом: на пов-ти и у берегов теплее. Осенью-ниже у берегов.

Вместе с текущими водами реки переносят и теплоту, её кол-во называется тепловым стоком: . В формуле- тепловой сток за интервал времени, удельная теплоемкость, плотность, ср. температура воды и сток воды за тот же интервал времени.

Реки по характеру ледового режима делятся на: замерзающие, с неустойчивым ледоставом, незамерзающие. На замерзающих реках выделяют три характерных периода: 1)замерзания, или осенних явлений; 2)ледостава; 3) вскрытия или весенних ледовых явлений.

Замерзание. Происходит, когда ср. сут. тем-ра переходит через 0. Через нек. время и начинаются ледовые явления. Начальная фаза – сало, т.е. плывущие куски ледяной пленки, состоящие из кристалликов льда в виде игл; плывет в течение 3-8 дней. Одновременно, у берегов – забереги – узкие полоски неподвижного тонкого льда. По мере охлаждения внутренней толщи воды образовывается внутриводный лед- непрозрачная, губчатая вод. масса, состоящая из хаотически сросшихся кристалликов дна; непременное условие – переохлаждение речной воды. Донный лед- на дне, шугу- скопление внутриводного льда в виде комьев на пов-ти, движение шуги – шугоход, снежура- скопление только что выпавшего снега на воду. Когда начинается образование льдин- начинается осенний ледоход. Длится около 1-2х недель.

Ледостав. Это когда льдин становиться много и образуется сплошной ледяной покров. Полыньи- те участки реки, которые не замерзают в течении длит. времени или не замерзают вообще.

Способы оценки нарастания льда- формула Быдина: и .

Толщина льда см. В первой формуле используется суточная, а во второй – средняя месячная температура воздуха. Чем больше толщина снега, тем меньше толщина льда под ним. Наледь- вторичный слой льда.

Вскрытие рек. С наступлением весны ледяной покров рушится под влиянием солнечной радиации и теплыми водами. Сначала тает снег на льду и ослабляет лед. У берегов под влиянием нагретого грунта и стекания талых вод со склонов образуются прибрежные полосы чистой воды – закраины. Сначала происходят подвижки – небольшие смещения ледяных полей, потом ледяной покров разбивается и начинается весенний ледоход!

Паводочная волна может образоваться в результате разрушения образовавшегося затора ( на фоне подъема половодья, уровень воды выше и ниже затора изменяется по-разному).

14. Гидрохимический режим рек. Источники загрязнения рек и меры по охране вод.

Речные воды имеют, как правило, сравнительно невысокую минерализацию и относятся к пресным водам. По величине минерализации О.А. Алексин выделяет реки с малой (до 200 мг/л), повышенной (200-500 мг/л) и высокой (>1000 мг/л) минерализацией.

Минерализация речных вод зависит от характера питания реки. В период дождевого, снегового питания минерализация наименьшая, больше в период подземного питания, поэтому для многих рек характерно сезонное изменение минерализации воды: уменьшение в половодье и увеличение в межень.

Средняя минерализация характерна для рек При­балтики, Белоруссии, Западной Украины, средней полосы европейской части РФ. По­вышенная минерализация наблюдается на реках центральной и северной части Украи­ны, Южного Урала, а высокая - полупустынь и сухих степей.

Внутригодовое изменение минерализации противоположно изменению расходу воды - минимум в половодье, максимум в межень.

Основные ионы в пресных речных водах: НСО₃^- и Са²⁺, в солоноватых (М> 1000мг/л) – SO₄^2-, Cl^- к Na+. Органическими веществами обычно богаты реки с заболоченными бассейнами. В таких реках в зимний период нередко возникает дефи­цит кислорода.

Произведение расхода воды Q на минерализацию M, выраженную в кг/м³ дает расход растворенных солей: , имеющий размерность кг/с, т.е. такую же как и расход наносов.

Изменение расхода растворенных солей в течение года зависит от характера связи Q и M.

Можно рассчитать сток растворенных солей или ионный сток:

Где – средний годовой расход растворенных солей, кг/с; – средний годовой расход воды м³/с;

– средняя годовая минерализация воды, кг/м³.

Химический состав речных од в целом весьма однообразен. Эти воды, как правило, относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе.

Помимо минеральных веществ речные воды содержат в растворенном виде органические и неорганические биогенные вещества. Из органических веществ главное место занимают различные гуминовые соединения, среди биогенных веществ наиболее важны соединения азота, фосфора, кремния.

Из газов растворенных в речных водах, наибольшее значение имеют кислород и диоксид углерода.

Источники загрязнения рек:

• промышленное производство

• речной транспорт

• животноводство

• городские территории

Одной из наиболее действенных мер по охране речных вод является перевод производства на замкнутый водооборот.

15. Устья рек и особенности их гидрологического режима.

16. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек. Регулирование стока.

Виды хозяйственного использования рек:

• гидроэнергетика

• водный транспорт

• водоснабжение городов

• с/х производство (ирригация и др.)

• рыболовство

• рекреация

Виды хозяйственной деятельности, влияющей на режим рек:

1. на поверхности бассейна – вырубка лесов, осушение болот

2. в русле – изъятие стока, переброска, регулирование

Промышленное и коммунальное водопотребление. В результате значительного увеличения водосбора из этих источников речной сток сокращается, а истощение вековых запасов подземных вод часто сопровождается понижением их уровня и образованием депрессионных воронок.

Орошение. Водозабор на орошение может быть самотечным, плотинным, машинным. Поступающие на поля речные воды идут частично на продуктивное испарение (растениями), частично на непродуктивное испарение с поверхности водохранилищ, каналов, подтопленных земель и т.д. и инфильтрацию, частично возвращаются в реки через коллекторно-дренажную сеть в виде возвратных вод. Нередко имеют повышенную минерализацию, содержат химикаты, вымытые из почв. Избыточное орошение ведет к нерациональному использованию вод, может вызвать повышение уровня грунтовых вод, что приводит к заболачиванию и засолению земель.

Вырубка лесов увеличивает сток, т.к. лес является крупным транспиратором ваги. Вырубка лесов увеличивает неравномерность стока.

Регулирование стока:

• многолетнее – постройка крупных водохранилищ

• сезонное – уменьшение уровня воды в половодье, увеличение – в межень

• недельное

• суточное

При создании водохранилища суммарный сток реки уменьшается из-за повышенного испарения с поверхности водохранилища. Особенно сильно среднегодовой расход воды уменьшается в засушливых районах.