15. Водний режим річок

Закономірні зміни в часі стоку, швидкостей течії, рівнів води та похилів водної поверхні називаються водним режимом річки. Витра­ти, рівні, швидкості, похили - це елементи водного режиму.

Знання водного режиму необхідне при вивченні термічного та льо­дового режимів, режиму наносів, гідрохімічного режиму тощо, при проектуванні різних господарських об'єктів (населених пунктів, мос­тів, електростанцій).

Водний режим залежить від сукупності фізико-географічних фак­торів, серед яких найважливішу роль відіграють метеорологічні та кліматичні. Оскільки ці фактори мають різноперіодні коливання, у водному режимі річок також проявляються коливання різної тривало­сті. Виділяють вікові, багаторічні, внутрішньорічні (сезонні) та корот­кочасні коливання. Вікові коливання водності відображають вікові зміни кліматичних умов та зволоження материків із періодом сотні і тисячі років. Багаторічні коливання водності річок також зумовлені коливаннями кліматичних параметрів. Періодичність таких коливань - десятки років. Короткочасні коливання водності можуть бути зумо­влені метеорологічними факторами (зливові дощі, коливання темпе­ратури повітря в льодовикових районах), геологічними процесами (прорив морен, загачування русел річок внаслідок зсувів) та антропо­генними факторами (попуски в нижні б'єфи гідровузлів). Внутріш­ньорічні коливання водності річок зумовлені сезонними змінами складових водного балансу річкового басейну.

У внутрішньорічному водному режимі річок відзначається законо­мірне чергування періодів підвищеної та низької водності, які відби­вають зміни умов живлення річки. Ці періоди називаються фазами водного режиму. Основними фазами останнього є водопілля, межень літня та зимова, фаза осінніх дощових паводків. На рівнинних річках помірних широт зазвичай спостерігаються всі чотири фази, на гірсь­ких річках частіше бувають лише дві фази: паводкова та меженна.

Водопілля - це щорічний, порівняно тривалий підйом рівнів та збільшення витрат води, зумовлений надходженням води від головного джерела живлення. За походженням водопілля може бути сніго­вим, снігово-дощовим або дощовим. За часом настання водопілля мо­жуть бути весняними (танення снігу на рівнинах та невисоких горах); весняно-літніми (танення снігу в горах), літніми (танення вічних сні­гів та льодовиків у горах та випадання мусонних дощів). За формою гідрографа (графіка коливання щоденних витрат води) весняне та весняно-літнє водопілля найчастіше буває одновершинним, а літнє - багатовершинним, що пов'язано з коливанням температури повітря та зміною інтенсивності випадання дощів. Кожне водопілля характе­ризується датою початку підйому та кінця спаду, датою проходження максимуму, об'ємом водопілля. Тривалість водопілля буває від кількох днів на малих річках до 4-5 місяців на великих. За час весняного во­допілля річки проносять близько 50 % річного об'єму стоку в північних районах і 90-100 % річного стоку - в південних.

Характер водопілля змінюється по довжині річки. У верхній течії воно характеризується швидким збільшенням витрат і рівнів води, по­рівняно коротким періодом стояння високих рівнів і тривалості водо­пілля. Вниз за течією під впливом збільшення водних мас, які надхо­дять у русло річки, максимальні рівні і витрати поступово теж збіль­шуються і, незважаючи на регулювальну роль русла і заплави, трива­лість та об'єм водопілля збільшуються. У середній течії максимальні рі­вні і витрати досягають, як правило, найбільших величин. У нижній течії регулювальна роль заплави і русла збільшується ще більше, а це спричиняє розтягування водопілля і зменшення максимальних витрат.

Різновидністю водопіль є повені - дуже високі водопілля, які приз­водять до затоплення значних площ у долинах річок.

Паводки - це відносно швидкі й короткочасні підйоми рівнів і збільшення витрат води в річці. На відміну від водопіль вони вини­кають нерегулярно, хоча в кожному конкретному районі настають в один і той же сезон. Паводки найчастіше формуються внаслідок ви­падання дощів і злив, а також сніготанення під час зимових відлиг. За часом настання паводки можуть бути зимовими, літніми та про­тягом усього року. Осінні паводки відрізняються від тих, що наста­ють в інші сезони, тим, що вони менш чітко виражені та менш регу­лярні. Гідрограф стоку паводків складний, багатовершинний. Паво­док характеризується тими ж елементами, що й водопілля. Паводки поділяються на місцеві (якщо їх сформували дощі, які випали в дано­му регіоні) та транзитні або верхові, які утворилися від дощів, що випали вище за течією. Як показують натурні спостереження та тео­ретичні дослідження, швидкість руху гребеня паводка по довжині рі­чки найчастіше більша за середню швидкість течії (для окремих річок у 1,5-2 рази) і залежить від похилу, характеру русла й величини ви­трати води. Паводки на гірських річках рухаються зі швидкістю до4 м/с і більше, рівнинних - 1,0-1,5 м/с. Об'єм води за паводок зале­жить від кількості опадів, які його спричинили, тривалості їх та ви­трат на просочування і випаровування. Висота паводка залежить від інтенсивності дошу і морфології русла та заплави.

Прогнозування водопіль та паводків має велике практичне значен­ня. Якщо водопілля можна прогнозувати з великою завчасністю (2- 3 місяці), то дощові паводки прогнозуються з дуже малою завчасніс­тю (декілька годин).

Межень - це фаза водного режиму річки, що характеризується трива­лим (сезонним) стоянням низьких (меженних) рівнів і витрат води в річ­ці внаслідок різкого зменшення або припинення поверхневого стоку. У цей час річка живиться переважно підземними (ґрунтовими) водами.

За часом настання межень буває літньою та зимовою, за характе­ром коливання витрат і рівнів - стійкою (степові рівнинні річки) і не­стійкою, переривчастою (гірські річки); тривалою і короткою; за во­дністю - високою та низькою. Час настання і тривалість межені зале­жить від факторів, які визначають водний режим річок.

При вивченні водного режиму часто оперують гідрологічним роком, який не збігається з календарним роком. Гідрологічний рік включає повний цикл гідрологічних сезонів або фаз. Його початок відносять до початку яскраво вираженої фази водного режиму. Найчастіше це по­чаток зими, коли на річках з'являються льодові явища і річки перехо­дять на підземне живлення.

Спеціалісти-гідрологи використовують гідрологічний рік при про­гнозуванні весняного стоку, розрахунках внутрішньорічного розпо­ділу стоку та в інших випадках. Стандартна ж обробка і публікація матеріалів спостережень за витратами та рівнями ведеться за кале­ндарними роками.

Російський учений В. Зайков зробив спробу класифікувати річки за їхнім внутрішньорічним режимом стоку води. Він поділив усі річки колишнього СРСР на три основні групи: І - річки з весняним водопіл­лям; II - річки з водопіллям у теплу пору року; III - річки з паводко­вым режимом (рис. 3.5).

До групи річок із весняним водопіллям належить більшість річок. За характером весняного водопілля та іншими особливостями режиму річки цієї групи поділені на п'ять типів: казахстанський, східноєвро­пейський, західносибірський, східносибірський і алтайський.

Річки казахстанського типу характеризуються дуже різко вираже­ною високою хвилею весняного водопілля, в інші пори року вони дуже маловодні, а багато з них навіть пересихають. Розташовані такі річки в посушливих районах Казахстану, Заволжя, Туранської низовини, тобто там, де сніг є основним і майже єдиним джерелом живлення річок.

Східноєвропейський тип річок характеризується високим весняним ВОДОПІЛЛЯМ, низькою літньою і зимовою меженню та підвищеним осіннім стоком за рахунок дощів. Найбільш показовими прикладами річок цього типу є Волга, Дніпро, Дон.

Західносибірський тип річок відрізняється невисоким і розтягну­тим весняним водопіллям, підвищеним літньо-осіннім стоком та ни­зькою зимовою меженню. Згладжене водопілля зумовлюється як рів­нинним характером рельєфу, так і значною заболоченістю Західноси­бірської рівнини (річки Об, Іртиш).

Для річок східносибірського типу характерне високе весняне водо­пілля, літньо-осінні паводки і дуже низький стік у зимовий період (аж до повного перемерзання річок). Це пояснюється незначною роллю ґрунтового живлення в умовах багаторічної мерзлоти (річки Алдан, Колима та ін.).

Алтайський тип річок відзначається невисоким і розтягнутим во­допіллям, підвищеним літньо-осіннім і низьким стоком у зимовий пе­ріод. Такий характер водопілля в основному визначається режимом танення снігу в горах і умовами стоку дощових опадів. Сніг у горах тане поступово по окремих висотних зонах і схилах, через що талі во­ди надходять у річки з порівняно невеликих площ, а це розтягує во­допілля. Крім Алтаю (Том, Вія), річки з таким режимом є на Кавказі, в Середній Азії та на Сахаліні.

Групу річок із водопіллям у теплу пору року поділяють на два ти­пи: далекосхідний і тянъ-шанський. Для річок далекосхідного типу ха­рактерне невисоке і дуже розтягнуте водопілля в теплу пору і низький стік протягом решти року. Основним джерелом живлення річок є до­щові води. Багато річок взимку перемерзає. До цього типу належать річки Далекого Сходу (Амур, Зея), Східного Саяну, Забайкалля та Яно-Індигірського району (Яна).

Тянь-шанський тип річок за характером водопілля частково подібний до далекосхідного, проте водопілля на них формується не дощовими, а талими водами високогірних снігів і льодовиків, тобто тісно пов'язане з ходом температури. Цей тип характерний для гірських річок Тянь- Шаню, Паміру (Вахш, Нурек), Великого Кавказу (Терек), Камчатки.

Серед річок із паводковим режимом виділяють три типи: причор­номорський, кримський і північнокавказький.

Річки причорноморського типу мають паводковий режим протягом року, який зумовлений значними дощами. До цього типу належать річки Закавказзя (Сочі), а також карпатські притоки Дністра.

На річках кримського типу паводки спостерігаються протягом хо­лодного періоду року. Влітку та восени багато річок пересихають. Цей тип річок поширений у Криму (Салгір, Альма, Кача), Ленкорані та інших районах.

Річки північнокавказького типу в холодну пору року мають сталу межень, а в теплу - часті паводки. До них належать в основному во­дотоки східної половини північного схилу Великого Кавказу (річки Великий Зеленчук та Малий Зеленчук, Кума).