книги из ГПНТБ / Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища

река Птичь у Лучиц при такой же площади водосбора (8770 км2) и лесистости (17%), но с вдвое большей заболоченностью (44%) был в 2,5 раза меньше (800 м3/с). В том же году максимальный расход воды р. Сож у Гомеля (заболоченность 10%) равнялся 6600, а Припяти у Мостов Волянских (заболоченность 36%) только 1800 м3/е.

Паводки, возникающие в результате ливневых дождей, пол­ ностью поглощаются болотами. При низком стоянии грунтовых вод снижаются и паводки, вызванные обложными дождями. При высоком стоянии грунтовых вод снижение их меньше.

Внутригодовое распределение стока заболоченных водосбо­ ров увлажненной зоны несколько регулируется за счет увеличе­ ния продолжительности и общего объема весеннего половодья,

данным В. Ф. Шебеко, средний годовой сток при осушении бо­ лот со слабым подземным питанием не отличается от стока неосушенных болот и суходолов, а при осушении болот с обильным грунтовым и особенно напорным питанием он возрастает.

Режим дождевых паводков на осушенных болотах сущест­ венно не меняется по сравнению с неосушенными за исключени­ ем болот с обильным грунтовым питанием, где летне-осенний сток возрастает за счет увеличения притока грунтовых вод.

В недостаточно увлажненных районах болота уменьшают как весенний, так и летний сток и не регулируют его.

4. Распределение среднего годового стока по территории

Распределение стока по территории обусловлено соотноше­ нием элементов водного баланса водосбороП.

Характер водного баланса определяется сочетанием ряда ге­ ографических факторов, из которых главенствуют климатичес­

120

кие — тепло и влага. Распределение их зависит в первую очередь от поступления солнечной радиации, т. е. от широтной зональнос­ ти. Наряду с этим не меньшую роль играют особенности общей циркуляции атмосферы, связанные, помимо солнечной радиации, с взаимным расположением океанов и материков и их размера­ ми. В связи с этим важную, а в ряде случаев руководящую роль играет положение каждого участка территории по отношению

•к океанам, определяющее преобладание черт морского или кон­ тинентального климата. Макрорельеф суши весьма сильно пре­ образует внутри географических зон распределение тепла и вла­ ги, а следовательно, и стока.

Средний годовой объем стока с территории СССР равен 4360 км3, что соответствует слою стока 198 .мм и модулю стока 6,3 л/с-км2. Средний коэффициент стока равен 0,37. Распределе­ ние стока по территории определяется условиями переноса влаги с океанов на материки и потерями воды на испарение. Увлажнение территории СССР происходит главным образом в результате переноса с запада влажных воздушных масс с Атлан­ тического океана.. Второй путь влажных воздушных масс — пе­ ренос их с востока, с Тихого океана. Граница между областями

..преимуществен,ного влияния воздушных масс Атлантического и Тихого океанов проходит восточнее озера Байкал.

Соответственно зональному распределению атмосферных осадков и испарения с водосборов на равнинах распределение стока в общих чертах также зонально. В горных районах рас­ пределение осадков, испарения и стока определяется вертикаль­ ной поясностью.

Средний годовой сток СССР возрастает от 200—300 мм в тундре до 250—300 мм в лесотундре, незначительно,уменьшает­ ся в лесной зоне (до 200—300 мм) и все более резко уменьшает­ ся по мере перехода к засушливым территориям. В лесостепи он понижается до 50—150 мм, в степи (варьирует от 10—15 до 60— 70 мм, уменьшаясь на равнинах Северного Казахстана до 3— 5 мм. Сток полупустынь не превышает 3—5 мм, в пустынях он менее 3 мм и происходит эпизодически (только на глинистых такырах иногда бывает 10—15 мм).

Эти закономерности в ряде районов весьма существенно на­ рушаются под воздействием рельефа и других географических факторов (озерности, ■залесвнности, карста и др.).

На. рис. 27 представлено распределение среднего многолет­ него стока по территории СССР.

В Европейской части СССР изолинии стока отклоняются от широтного направления соответственно изменению осадков и ис­ парения, с северо-запада на юго-восток. В Западной Сибири рас­ пределение стока носит в основном, широтный характер. В Во­ сточной Сибири и на Дальнем Востоке расположение 'изолиний стока приближается к меридиональному (в связи с расположени­ ем .горных систем и распределением осадйов.

121

Область максимальных значений среднего годового стока (10—12, в горах до 25 л/с -км2) .связана с наиболее, благоприят­ ным сочетанием осадков и испарения и приурочена в основном к тундре и лесотундре. Севернее зоны максимального стока его величины постепенно уменьшаются (до 2—4 л/с -км2 на островах Северного Ледовитого океана) в соответствии с одновременным уменьшением осадков и испарения.

П.

Рис. 28. Распределение атмосферных осадков, стока и коэффици­ ента стока по широтным зонам суши:

I— осадки; 2— сток

К югу от зоны .максимума сток уменьшается более резко, так как в этом направлении по мере перехода от гумидных тер­ риторий к аридным осадки все меньше превышают испарение.

Зона минимального стока в основном расположена в степи, полупустыне, пустыне, частично в лесостепи и тайге— на Среднесибирском плоскогорье и в Якутии. Сток в этой зоне не превыша­ ет 0,5 л/с-км2 на юге Европейской части СССР, 0,1—0,2 л/с-мм2 в Прикасиии и на равнинах Казахстана и Средней Азии, 1— 4 л/с-км2 в Сибири и 0,5 л/с-,км2 ,на Центрально-Якутской низ­ менности. С юга она orpa)HiH4H®ae’TCH горными районами, где сочетание вертикальной поясности с ориентировкой горных хреб­ тов по отношению к направлениям движения влажных воздуш­ ных .масс обусловливает возрастание стока и сложное его распре­

деление.

Наибольший сток отмечен на Черноморском побережье Кав­ каза (88,5 л/с-.км2, или около 2790 мм — р. Чхалта, приток р. Ка-

дори).

Зональность распределения стока по Земному шару доста­ точно четко прослеживается при рассмотрении его значений, осредненных по широтным поясам (рис. 28). Максимум стока (Y), как и атмосферных осадков (X), располагается в приэкватори­ альных широтах: между 0 и 10° ю. ш. сток достигает значений около 550 мм при осадках около 1900 мм, между 0 и 10° с. ш.—

123

около 550 М'Мпри осадках около 1650 мм. В южном полушарии сток резко уменьшается до минимума между 20 и 30° ю- ш. (У около 120, X около 620 мм) и вновь возрастает до 40—60° ю. ш., где достигает второго максимума (около 500—600 мм) при осад­ ках около 800—1000 мм. Южнее 60° ю. ш. сток уменьшается до 80 мм и на этом уровне остается до приполярных широт при осад­ ках около 100 мм.

В северном полушарии после резкого снижения до значений около 200 мм на широтах 10—20° с. ш. при осадках около 750 мм сток незначительно колеблется (в пределах 160—250 мм между 20 и 50° с. ш.), хотя количество осадков снижается в том же ин­ тервале широт с 850 до 500 мм. От 50° с. ш. до приполярных ши­ рот как сток, так и осадки сохраняют постоянное значение (1 около 250, X около 320 мм).

Среднее значение коэффициента стока ( vj) для всей суши 0,39. От приэкваториальной области, где он на широтах 0—10° с. ш. равен 0,32, коэффициент стока убывает и к .северу и к югу:

до 0,2 на 20—30° ю. ш. и до 0,25—0,30 на 20—30° с. ш. При пере­ ходе к умеренным и полярным широтам он непрерывно возраста­ ет в связи с уменьшением испарения и достигает наибольших значений (0,8) в приполярных районах (70—80° северной и юж­ ной широты).

Более сложно распределение среднего годового стока по ма­ терикам (рис. 29). Для Западной Европы характерна общая тенденция убывания стока с запада на восток и резкое различие в обводнении равнинных и горных районов. Самый высокий сток (до 3—5 тыс. мм) наблюдается на западных склонах Скандинав­ ских гор. Река Вордальюэлыв в Норвегии имеет наибольший на Земном шаре сток (средний годовой 6540, максимальный 11 150 мм). Высоким стоком отличаются наветренные увлажнен­ ные склоны Альп (1000—2000, в отдельных малых бассейнах 2500—3000 мм), Пиринеев (до 1200 мм), Балкан (в отдельных районах до 1000—1500 мм).

В центральных районах Восточной Европы, с более континен­ тальным климатом сток уменьшается до 100—200, а на Нижней и Средней Придунайакой низменности до 50 mim и .меньше.

Распределение стока по территории зарубежной Азии отли­ чается резкой неравномерностью. Обширные пространства Цент­ ральной Азии, Ирана и Аравийского полуострова, изолирован­ ные от воздействия влажных морских воздушных масс высокими горными системами, отличаются крайне незначительным стоком, повсеместно не превышающим 10—50 мм, а на пустынных равни­ нах и горных плато носящим эпизодический характер.

Для южной, юго-восточной Азии, Японии, Малайского архи­ пелага, где четко выражена мусюонная циркуляция атмосферы, характерен повышенный (более 600 мм) сток. Наибольший сток, превышающий 1500 мм, а местами достигающий 2000—3000 мм, приурочен к южным склонам Гималаев, западному побережью

124

Индостана и Индокитая, Японии (остров Хонсю), большей час­ ти Малайского архипелага.

'Преимущественно широтное распределение стока Африки нарушается резкими различиями в обводненности западной, бо­ лее увлажненной, и восточной, более сухой, части материка в приэкваториальной полосе ('-примерно от 15° с. ш. до 15° ю. ш.) и .на юге, где сток несколько возрастает к (востоку.

Обширные территории пустынь-(Сахара в северной, Калаха­ ри и Намиб в южной части континента), занимающие около 1/3 площади материка, не имеют постоянного стока-, он осуществля­ ется эпизодически временными потоками — вади и не превышает в Сахаре 5, в Калахари 5—10 мм. При переходе от этих засушли­ вых областей сток возрастает к зоне приэкваториальных вечно­ зеленых лесов, на западе которой в наиболее увлажненных воз­ душными массами Атлантики районах побережья Гвинейского залива превышает 2000 мм. К востоку сток убывает до 600— 800 мм в бассейне Конго и до 50—80 мм восточнее водораздела Конго и Нила. На востоке Самодийского полуострова он не пре­ вышает 5—10 мм, на Абиссинском нагорье возрастает до 200—

500мм.

В районах Средиземноморского климата северо-западной

Африки (горная система Атласа) сток не превышает 200 мм. До 200—300 мм сток увеличивается и на крайнем юге и юго-во­ стоке материка.

Распределение стока Северной Америки отличается значи­ тельной .неоднородностью в связи с особенностями рельефа и рас­ положением областей климатического влияния Атлантического и Тихого океанов. Последним фактором обусловлено преимущест­ венно меридиональное изменение стока по материку. Наиболь­ ший сток (до 3—4 тыс. мм) приурочен к северной части Тихооке-. анского склона Кордильер. К югу сток уменьшается и в Калифорнии становится меньше 100 мм. В западной части мате­ рика сток убывает от 600—800 мм в Аппалачах до 400 мм на се­ вере Лабрадора. Вся центральная часть Северной Америки (Центральные и Великие равнины) отличается малымстоком — от 300 мм на западе до 20 мм на востоке.

В связи со значительным увлажнением Центральной Амери­ ки сток ее велик. Он почти повсеместно превышает 600 мм, а ме­ стами достигает 1000—3000 мм. Только полуостров Юкатан в связи с широким распространением карста отличается малым стоком (200—100 мм и менее).

Вытянутый в меридиональном направлении материк Южной Америки простирается от-влажной экваториальной зоны до уме­ ренно холодных районов Южного полушария. Водораздел Анд, вытянутый вдоль материка и прижатый к западной его окраине, отделяет обширную область стока в Атлантический океан от уз­ кой и почти в 12 раз меньшей по площади области Тихоокеанско­ го стока. В связи с этим сток распределяется неравномерно как

126

между бассейнами океанов, так и до материку. Наибольший сток (2000—4000 мм) наблюдается на севере и юге тихоокеан­ ских склонов Анд. Большая часть бассейна Амазонки дает сток 800—1000, местами. 2000—3000 мм. Наряду с этим значи­ тельная часть Южной Америки отличается засушливостью и ма­ лым стокомЭто пустыня Атакама на тихоокеанском побережье с эпизодическим стоком, внутренние равнины Пампы и ГранЧако, сток которых не превышает 10—20 мм, северо-восток Бра­ зильского нагорья со стоком менее 50 мм.

Наименьшим стоком, не превышающим в среднем для ма­ терика 50 м1м, отличается Австралия. Области внутреннего сто­ ка, заним-ающие около 60% ее площади, имеют лишь редкую сеть временных водотоков-криков. Сток здесь не превышает 5 мм. Даже наиболее многоводная река Австралии Муррей из-за боль­ ших потерь воды на испарение едва достигает океана, а ее при­ ток Дарлинг—'самая длинная река материка—ш засушливые периоды пересыхает. Несколько возрастает сток на севере, где он превышает 200 мм. Наибольший сток дает восточная периферия материка (в среднем 200—400, а ..на наветренных склонах Восточ- «о-Аветралийаиих тор местами более 1000 .мм).

Сток Новой Зеландии, расположенной в зоне умеренного теплого и очень влажного 'климата, значителен и местами пре­ вышает 2000 мм.

Сток с Антарктиды и островов Арктики в океан происходит в основном в виде льда (большей частью айсбергов). Он оцени­ вается ориентировочно (в пересчете на воду) для Антарктиды в 160, для островов Арктики — в 280 мм, из которых жидкий сток составляет только 3 и 35% соответственно.

Из общего стока рек мира (47 тыскм3) 31% дает Азия, 25% — Южная Америка, наименьший сток — Австралия (1%) и Европа (7%).

5.Колебания стока

Входе среднего годового стока рек наблюдаются периоди­ ческие колебания, связанные с колебаниями климата, которые 'в свою очередь обусловлены периодическими изменениями солнеч­ ной активности и соответствующим этим изменениям характе­

ром общей циркуляции атмосферы.

В результате ряда исследований выявлены колебания кли­ мата и стока различной периодичности, в том числе вековые цик­ лы, соответствующие периодам колебаний земной орбиты.

На фоне вековых колебаний климата и стока обнаружива­ ются более короткие периоды. Так, Г. П. Калининым (1968), ис­ следовавшим колебания стока северного полушария на примерах 205 речных бассейнов, показано, что из коротких периодов коле-

127

баний стока наибольшую повторяемость имеют циклы iB2—3, 5— 7, 10—12 и 22—28 -лет. Он справедливо отмечает, что из-за не­ однородности условий и различия географических процессов, происходящих на тех или иных участках Земного шара, одни и те же космические воздействия приводят к различнымчэффектам на этих участках. В результате образуются области с синхрон­ ными и асинхронными колебаниями климата и водности рак.

Различия в колебаниях водности рек по периодам увлажне­ ния хорошо видны из сравнения стока различных районов СССР

(П. С. Кузин, I960; Д. Л. Соколовский, 1968; К- П. Воскресен­ ский, 1962 и др.). Так, период 1931—1940 гг. характеризовался малой водностью рек центральной и досточной части Европей­ ской территории СССР (Волга, Дон, Урал)-и Западной Сибири,

вто время ,как бассейны рек Западной Двины, Немана, Днепра

иЮжного Буга отличались в этот период повышен,ной водностью. Синхронность колебаний стока в одних и асинхронность в

других районах хорошо увязывается с преобладанием в те или иные периоды определенных типов атмосферной циркуляции (по Г. Я. Вангенгейму и А. А. Тирсу). При западном типе циркуля­ ции (W) происходит интенсивный перенос теплых и влажных воздушных масс с Атлантического океана и повышение воднос­ ти рек большей части Европейской территории СССР. С восточ­ ным типом циркуляции (£) Связано ослабление интенсивности циркуляции над Западной Европой и Европейской частью СССР, уменьшение количества зимних осадков, повышение летних тем­ ператур воздуха, а следовательно, снижение водности большин­ ства рек Европейской части СССР. В то же время на востоке Ази­ атской части СССР вплоть до Забайкалья и Прибайкалья при восточном переносе воздушных масс сказывается увлажняющее влияние Тихого океана и водность рек возрастает. Связь коле­ баний стока с преобладанием тех или иных типов циркуляции выявлено достаточно четко для различных районов СССР (на­ пример, А. С. Шкляевым для Урала, А. Г. Ковзелем для рек То­ бола и Иртыша, В. И. Коровиным для Верхнего Иртыша и др.).

Внутривековые колебания стока необходимо учитывать при выборе рядов наблюдений для определения нормы стока. Выб­ ранный ряд должен включить периоды как с повышенными, так и с пониженными значениями стока. Эти колебания рассчитыва­ ются методами теории вероятностей и математической статисти­ ки.

6. Внутригодовое распределение стока

Распределение стока внутри года является не менее важной характеристикой режима рек, чем норма стока. Оно тесно свя­ зано с типами питания рек, преобладающими в те или иные -се­ зоны, изменениями водоносности в году, естественной или искус­ ственной зарегулированностью.

128

Общий характер внутригодового распределения стока на лю­ бой территории определяется климатическими факторами, под воздействием которых формируется питание рек, .меняются по се­ зонам величины и соотношение составляющих водного баланса водосборов. Остальные физико-географические факторы, воздей­ ствующие на сток, о которых говорилось выше, действуют ,на фо­ не внутригодового хода стока, обусловленного климатическими факторами. Они ,в ряде случаев могут значительно изменять ход стока и его естественную зарегулированноеть. В общем случае чем меньше площадь водосбора, тем меньше естественная зарегулированность и тем сильнее сказываются на распределении сто­ ка местные географические факторы.

Поскольку основными фазами гидрологического режима рек являются половодья, паводки и меженные периоды, различия в распределении стока рек тех или иных географических районов определяются продолжительностью и водностью этих периодов, приуроченностью их к определенным сезонам.

В районах распространения рек с преобладанием снегового питания (большая часть лесной зоны СССР, северная Европа, северная часть Северной Америки, примерно до 45° с. ш.) наи­ больший сток приходится на весну, а ,на севере этих территорий сдвигается на лето в связи с поздним снеготаянием (рис. 30, а, б). Характерно увеличение доли весеннего стока в годовом по мере продвижения от увлажненных районов к районам с конти­ нентальным засушливым климатом.

Более разнообразно распределение стока рек с преимущест­ венно дождевым питанием. В районах муссонного климата чет­ ко выражен летний максимум стока (рис. 30, в). К этой группе принадлежат реки южной и юго-восточной Азии, Дальнего Вос­ тока: Инд, Ганг, Янцзы, притоки Амура. Преобладает летний сток и на большей части территории Южной Америки (южнее бассейна Амазонки), в северной, восточной и юго-восточной Ав­ стралии. В приэкваториальных районах максимум сдвигается на осень (рис. 30, г). К этому типу распределения стока относятся наиболее многоводные реки приэкваториальных районов: Конго, Нигер, Амазонка и большая часть рек ее бассейна.

Зимний сток резко преобладает в бассейнах рек Средизем­ номорья (рис. 30, б). Реки западного побережья Европы и Бри­ танских 'островов отличаются более равномерным .распределе­ нием стока, но также с преобладанием зимнего.

Почти исключительно ледниковым питанием отличаются ре­ ки побережий Гренландии, Антарктиды, островов Арктики; весь сток их проходит летом.

В питании гарных рек районов умеренного и жаркого клима­ та ледниковый сток комбинируется с другими видами питания, давая летний максимум (рис. 30, е). Равномерно распределяется ■сток в течение года у рек с преимущественно подземным питани­ ем, встречающихся в предгорьях (рис30, ж).