книги из ГПНТБ / Земляновский, Д. К. Общая лоция внутренних водных путей учеб. пособие

стекает опять в океан; м а л ы й , когда вода, испарившаяся с по­ верхности океана, снова возвращается в виде осадков непосред­ ственно в океан или, испарившись с суши, выпадает в виде осад­ ков снова на сушу.

37 тыс. км3 воды. Наряду с реками эту работу выполняют и под­ земные воды.

Уровень океана сохраняет относительно стабильное положе­ ние. Это говорит о том, что в общем круговороте воды в природе существует известное равновесие (баланс) между испарением, осадками, просачиванием и стоком.

Подсчитано, что с поверхности суши и морей за год испаряется 518,6 тыс. км3 воды. Следовательно, такое же количество воды

также выходящая из земли в виде ключей, стекает по склонам земной поверхности небольшими ручьями, сливающимися сначала в речки, а затем в реки. Появление равнинных рек относится ко времени формирования земной поверхности. Процесс образования рек длился многие миллионы лет. Создавшиеся впадины посте­ пенно наполнялись водой, образуя озера. При переполнении озер из них начали вытекать ручьи, заполнившие водой нижележащие впадины.

ной территории земной поверхности, сливающихся вместе и выно­ сящих свои воды с этой территории в виде общего потока. Речная система состоит из главной реки и притоков 1-го порядка, впадаю­ щих в главную реку, 2-го порядка, впадающих в притоки 1-го по­ рядка, и т. д. (рис. 1). Например, Волга — главная река, Кама, впадающая в Волгу,— приток 1-го порядка, Белая, впадающая в Каму,— приток 2-го порядка и т. д.

10

в отдельную реку, речную систему, озеро или море. Бассейны со­ стоят из поверхностного и подземного водосборов, которые могут территориально не совпадать. Водосборные бассейны крупных рек занимают большие площади земной поверхности (см. табл. 1). Притоки также имеют водосборные бассейны, которые входят в

поверхностные и подземные. Линия поверхностного водораздела проходит по наивысшим точкам земной поверхности, а линия под­ земного водораздела — по точкам наибольшего возвышения уров­ ня подземных вод. Например, водораздел между Енисеем и Леной

жить ручей, ключ, болото, озеро или ледник. Истоком Волги слу­ жит ключ на Валдайской возвышенности у деревни Волгино. Ча­ сто за начало принимается место слияния двух других рек (на­ пример, у Оби — место слияния Вии и Катуни).

У с т ь е м называется место впадения реки в другую реку, озе­ ро, водохранилище или море. Иногда реки, не имея ясно выра­ женного устья, теряются в песках (р. Мургаб в Туркмении).

Речная долина и русло. Д о л и н о й р е к и называется пони­ женная часть земной поверхности, по которой протекает река. Об­ разование долины связано с геологическими процессами, дефор­ мацией земной коры, действием ледников и размывающей деятель­ ностью рек. Широкие места речных долин чередуются с узкими. Ширина долин может быть от нескольких десятков метров до де­ сятков и более километров, а глубина — от десятков до сотен и более метров. Под воздействием речного потока долины постоянно видоизменяют свою форму. Наши большие реки Волга, Енисей, Обь, Иртыш, Лена и др. имеют долины, где горные участки чере­ дуются с равнинами, степями, тайгой и т. п.

11

Т е р р а с ы — относительно горизонтальные площадки, распо­ ложенные уступами на разной высоте над современным дном до­

лины.

П о й м а 2 — часть речной долины, затопляемая водой при вы­ соком подъеме уровня воды, ВУ.

Р у с л о 3 — это пониженная часть долины, выработанная по­ током, по которой происходит сток воды при низком уровне, Н У 1.

Правый берег наших рек обычно высокий, обрывистый, на не­

кающегося к реке двумя уступами. Ширина полицы 5—10 м. Во время высоких уровней полица скрыта водой.

наносного песка, находящийся против яра. Иногда в практике су­ довождения все песчаные отложения называют песками.

Продольный профиль реки. Река течет с повышенных мест зем­ ной поверхности к пониженным, поэтому ее русло постепенно по­ нижается от истока к устью (например, исток Енисея находится выше устья на 1500 м).

П р о д о л ь н ы й п р о ф и л ь (рис. 4, где Н — высота над уров­ нем моря в метрах и L — расстояние от устья в километрах) пред­ ставляет собой графическое изображение продольного вертикаль­

мелких участков 1—3 м, поэтому для наглядности вертикальный и горизон­ тальный профили русла вычерчивают в разных масштабах. Дать в одном масштабе горизонтальный и вертикальный профили русла почти невозможно.

12

поверхности воды1. Продольный профиль дна имеет волнистое очер­

ный по протяженности участок реки в несколько сот километров,

В е р х н е е , с р е д н е е и н и ж н е е течения рек характеризу­ ются определенными гидрогеологическими особенностями. Обыч­ но в верховье реки по сравнению с низовьем больше скорость течения, меньше глубина, значительное число перекатов. Напри­ мер, Енисей в верховье имеет скорость течения от 7 до 10 км/ч и глубину 2—3 м, а в низовье — скорость около 2,5 км/ч и глубину 20—40 м. Северная Двина на верхнем участке — от Котласа до Березников (протяженностью 324 км) имеет 106 перекатов, а на нижнем участке — от Березников до Архангельска (протяженно­ стью 311 км) — только 40.

§ 3. ПИТАНИЕ РЕИ

Виды питания. Питание рек происходит за счет поверхност­ ных и грунтовых вод. Оно зависит от комплекса физико-географи­ ческих условий: климата, почвы, растительности, а также от вме­ шательства человека и т. д. Основным источником питания при­ нято считать источник, дающий более половины всего годового объема воды.

1 Длину и глубину реки на продольном профиле вычерчивают в разных масштабах.

13

реки с дождевым питанием находятся в основном на востоке. Бассейны рек со снеговым питанием занимают более ZU терри­

тории СССР: европейскую часть, Западную Сибирь, Казахстан, северо-восток Сибири и Среднюю Азию. Снеговое питание имеют такие реки, как Волга, Обь, Иртыш, Днепр, Дон, Урал и др. К рекам, питающимся от таяния ледников в горах, можно отне­ сти реки Кавказа и горной части Средней Азии.

Г р у н т о в о е п и т а н и е . Основным источником пополнения грунтовых вод являются осадки и пары воды, проникающие вме­ сте с воздухом в поры грунта и конденсирующиеся там. Вода про­ сачивается в толщу грунта до тех пор, пока не встретит водоне­ проницаемый слой (обычно глину). Грунтовые воды движутся по уклону поверхности водонепроницаемого слоя. Скорость их движе­ ния очень мала и измеряется метрами в сутки. На поверхность грунтовые воды выходят в виде отдельных ключей или пластового просачивания через склоны оврагов и рек.

При таянии снега, дожде, прибыли воды в реке запас грунто­ вых вод увеличивается, а зимой или при летней засухе и убыли воды в реке — уменьшается.

Для большей части рек СССР доля грунтового питания не превышает 20% всего годового количества воды, поступающей в них. Несмотря на небольшой объем, грунтовое питание имеет важ­ ное значение благодаря своей устойчивости и равномерности. В за­ сушливое время и зимой оно является единственным источником поступления воды в реки.

Грунтовое питание присуще всем рекам страны, за исключе­ нием рек равнинного Казахстана и Заволжья, где этот вид пита­ ния ничтожно мал. В районах вечной мерзлоты просачивание во­ ды в грунт незначительно, следовательно, запасы ее малы и быстро иссякают. Поэтому реки этих районов (Яна, Индигирка, Колыма, Зея, Шилка и др.) зимой промерзают до дна.

Распределение стока некоторых рек СССР по источникам пи­ тания приведено в табл. 4.

Речной сток. Р е ч н ы м с т о к о м называется объем воды, протекающей в речном русле за какой-либо период времени. Го­ довой сток реки измеряется в кубических километрах воды у ее устья. Объем годового стока каждой реки изменяется в зависимо­ сти от водности года (в табл. 1 приведены данные о среднегодовом стоке основных судоходных рек Советского Союза).

14

Для сопоставления водности различных рек или одной реки у раз­ ных пунктов пользуются значением среднего расхода реки, опре­ деляемого за какой-либо длительный период (сведения о средних годовых расходах крупнейших рек СССР приведены в табл. 1).

На величину стока большое влияние оказывают различные факторы:

1) климатические — осадки, испарение, ветер, температура и др. Наиболее важными из них являются осадки и испарение, в свою очередь зависящие от температуры и влажности воздуха, си­ лы ветра и т. п.;

2) топографические — рельеф местности и площадь бассейна. Например, чем круче склоны, по которым стекает вода, тем быст­ рее она достигает реки и тем меньше потерь на испарение и про­

стения испаряют значительное количество влаги, что ведет к умень­ шению стока, в то же время они задерживают влагу и тем спо­ собствуют пополнению запасов подземных вод, а это увеличивает речной сток;

5)геологические и почвенные — степень водонепроницаемости грунтов, вечная мерзлота;

6)деятельность человека — вырубка леса увеличивает нерав­ номерность стока, а распашка земли, лесонасаждение, снегозадер­ жание, гидротехническое строительство уменьшают его неравно­ мерность.

15

Распределение стока в течение года. Сток реки распределяет­ ся неравномерно: различают весенний, летний, осенний и зимний стоки. В» различных районах СССР смена времен года проис­ ходит неодновременно: когда на юге страны весна, в северных районах еще держатся значительные морозы. Для правильного сравнения стока рек в разных районах приняты следующие услов­ ные четыре сезона, одинаковые для всей страны: весна — март, апрель, май; лето — июнь, июль, август; осень — сентябрь, октябрь;

дья. Большинство рек СССР весной выносит более 50% объема годового стока. У рек северо-востока и севера Сибири объем ве­ сеннего годового стока составляет 30—40%, так как таяние снега начинается позднее. Наибольший объем весеннего стока, состав­ ляющего свыше 90% годового, имеют реки Заволжья, Прикаспий­ ской низменности, Северного Казахстана и предгорий Средней Азии и Алтая.

Л е т н и й п е р и о д . Питание большинства рек в летний период происходит в основном за счет грунтовых вод и незначительно за счет дождей. В Арало-Каспийской низменности летний сток не превышает 5%, а многие реки вообще пересыхают. У равнинных рек европейской части СССР летний сток составляет около 10%

за счет грунтовых вод и дождей. В Сибири осенний сток не пре­ вышает 20%, на Русской равнине достигает 30%, в Арало-Каспий­

З и м н и й период. В зимний период питание рек происходит почти исключительно за счет грунтовых вод. Объем стока этого периода наименьший. Водоносность уменьшается по направлению с запада на восток, снижаясь с 20 до 5%, а в восточных районах Сибири, где многие реки промерзают до дна, бывает и менее 5%.

В табл. 5 приведены данные о внутригодовом распределении стока некоторых судоходных рек.

Характерные фазы водного режима рек. В водном режиме рек наблюдается несколько характерных фаз, повторяющихся из года

16

в год и обусловливаемых видом питания реки. Для большинства рек СССР основные фазы — половодье, межень, паводок.

Половодье характеризуется наибольшей в году водностью, вы­ соким и длительным подъемом уровня, обычно сопровождающим­ ся выходом воды из русла на пойму. Половодье наблюдается еже­ годно примерно в один и тот же период и является результатом таяния снега или выпадения обильных дождей. Весеннее поло­ водье продолжается от двух-трех недель до одного—трех месяцев.

М е ж е н ь — длительный период низкого уровня и расхода во­ ды в реке. Он наступает при уменьшении или прекращении по­ верхностного стока, когда реки питаются главным образом за счет грунтовых вод. Меженный период бывает летним и зимним. Обыч­ но за начало летней межени принимают конец половодья, а за

висит от интенсивности дождей. Большие паводки вызывают дли­ тельные разливы рек. На большинстве рек СССР паводки проис­ ходят осенью.

§ 4. КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В РЕКАХ

Причины колебаний. Рассмотрим основные причины, вы­ зывающие колебания уровней воды в реках.

И з м е н е н и е р а с х о д а воды. В случае увеличения расхода воды в реке соответственно увеличивается площадь живого се­ чения и поднимается уровень воды. Следовательно, чем больше расход воды, тем выше уровень, и наоборот.

зывает значительный подъем уровня воды.

П о д п о р ы в о д ы в у с т ь я х п р и т о к о в . В период половодья уровень воды в главной реке обычно поднимается выше, чем в притоках. Это вызывает подпор воды в притоке и, следовательно, повышение его уровня.

Д е й с т в и е п л о т и н г и д р о у з л о в . В результате построй­ ки плотины и гидростанции происходит предусмотренное в проек­ те изменение режима уровней воды выше и ниже плотины.

Д е й с т в и е п р и л и в о в и о т л и в о в в у с т ь я х рек. В усть­ ях рек, впадающих в приливные моря, приливная волна устрем­ ляется вверх по течению, подпирает речные воды, препятствуя их стоку в море, и вызывает повышение уровня воды.

В табл. 6 приведены наибольшие изменения уровня некоторых рек СССР в течение года.

Л и А л и п . ,

Понятие о нуле водпоста. В повседневной практической дея­ тельности необходимы сведения о высоте сооружений, точек зем­ ной поверхности, уровня воды и др. В технике часто вместо поня­ тия «высота» (какого-либо сооружения или уровня воды) исполь­ зуют термин о т м е т к а . На чертежах отметку делают треугольным значком с цифрой, обозначающей высоту; о ней говорят: «отметка гребня плотины», «отметка уровня воды» и т. д.

Высоту всегда отсчитывают от условной точки или плоскости. Так, высоту дома отсчитывают от земли, высоту берега реки — от уровня воды и т. д. Высоту над такой произвольной условной

также и от плоскости, которая была бы общей для всех точек земной поверхности и сооружений, находящихся на ней. Такой плоскостью может служить уровень моря или океана. Но уровни морей различны. Поэтому в нашей стране, например, высоту от­

а также за температурой воды и воздуха, осадками, замерзанием

тем наблюдений на этих постах, сообщаются в местные органы гидрометеослужбы и бассейновые управления пути МРФ и их ор­ ганизаций.

Такие посты организованы на всех больших и средних реках, водохранилищах, озерах и на некоторых малых реках. Государ­ ственная гидрологическая сеть является постоянной, и наблю­ дения на ее постах производятся в течение многих лет по одной программе и в одно и то же время. Это необходимо для того, что­ бы можно было сравнивать результаты наблюдений на отдель­ ных постах. При необходимости, например в местах строительст­ ва гидротехнических сооружений, могут быть организованы вре­ менные посты.

18

Для определения абсолютной отметки данной точки земной

ская метка на здании и т. д.), которые имеют номер и специаль­

абсолютную отметку сооружения или уровня воды в районе дан­ ного репера.

Репер

сравнивать отметки уровней за несколько лет и даже за период одной навигации.

ют отсчет верха самой нижней сваи или нуль водомерной рейки. Причем нуль водпоста устанавливают так, чтобы он был по воз­ можности ниже самого низкого уровня воды.

Для сопоставления уровня воды на отдельных участках рек и выполнения различных гидрогеологических расчетов высоту ну­ лей водпостов «привязывают» к уровню Балтийского моря. Для этого на каждом водпосту устанавливают репер, имеющий точно определенную абсолютную отметку Н (рис. 5). По этому реперу