6.12.2. Термический режим рек
Поскольку температура воды в реке, как следует из анализа уравнения теплового баланса участка реки, реагирует на метеорологические факторы (изменения радиационного баланса, температуры воздуха), основная причина временных изменений температуры воды в реке — метеорологическая.
В условиях умеренного климата наиболее типичны сезонные изменения температуры воды в реках (рис. 6.22). Зимой под ледяным покровом вода у поверхности реки имеет температуру около 0 °С. Весной в период повышения температуры воздуха и осенью в период ее понижения изменения температуры воды следуют с некоторым отставанием за изменениями температуры воздуха. Максимальная температура воды по величине меньше максимальной температуры воздуха (например, на реках Подмосковья эти температуры соответственно равны 22—24 и 28—30 °С) и наступает несколько позже максимальной температуры воздуха. В связи с тем, что температура воды в реках, как правило, не может приобретать отрицательные значения (переохлаждение речных вод до отрицательных температур без замерзания иногда происходит в случае отсутствия ядер кристаллизации), средняя годовая температура воды в реках заметно выше, чем средняя годовая температура воздуха.
Помимо сезонных колебаний температура воды в реках испытывает и суточные изменения, которые также отстают от изменения температуры воздуха. Минимальная температура воды наблюдается обычно в утренние часы, максимальная — в 15—17 ч (максимум температуры воздуха обычно бывает на 1—2 ч раньше). На больших реках суточный ход температуры воды обычно не более 1—2 °С, на малых реках он может быть и выше. Суточные колебания температуры воды хорошо выражены на реках, берущих начало из ледников.
Температура речной воды имеет и пространственные изменения. Хорошо известно подчиняющееся широтной зональности изменение температуры воды вдоль крупных рек, текущих в меридиональном направлении. У таких рек наибольшее различие температуры воды вдоль реки отмечается в период нагревания. Для больших рек, текущих с юга на север, характерны большие контрасты между температурой воды и воздуха: летом нагревшаяся в южных широтах речная вода попадает в северных широтах в условия более холодного климата. Часто температура воды в реках изменяется ниже впадения крупных притоков. В летнее время существенно уменьшается температура воды в реках ниже водохранилищ, что объясняется поступлением в нижние бьефы гидроузлов глубинных вод из водохранилищ, имеющих пониженную температуру. Нередко температура воды в реках заметно возрастает в местах сброса отработанных вод промышленными предприятиями и тепловыми электростанциями. В таких случаях говорят о «тепловом загрязнении» речных вод.
Рис. 6.22. Типичное изменение температуры воздуха (1) и воды (2) для рек умеренного климата:
3 — ледостав; 4 — ледоход (I—XII — месяцы)
По ширине и глубине реки температура воды вследствие турбулентного перемешивания изменяется мало. На реках с быстрым течением различия в температуре в разных участках поперечного сечения потока обычно не превышают 0,1 °С, на реках с медленным течением— 1—2 °С. Однако иногда можно заметить различия в температуре воды на поверхности и у дна, на стрежне и у берегов. Летом у дна температура немного ниже, чем на поверхности, а у берегов выше, чем в середине реки. Осенью у берегов температура воды оказывается немного ниже, чем в остальной части поперечного сечения потока.
Вместе с текущими водами реки переносят и теплоту. Количество теплоты, переносимой речными водами за какой-либо интервал времени, называется тепловым стоком. Его можно рассчитать по формуле
WT=cpТW, (6.57)
где WT— тепловой сток, Дж, за интервал времени ∆t; cp — удельная теплоемкость воды; — ее плотность; Т— средняя температура воды; W— сток воды (м3) за тот же интервал времени ∆t.