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

5. Питание рек

Реки питаются водами атмосферных осадков, выпадающих на поверхность бассейна. Дождевые и талые снеговые воды частью испаряются, частью стекают по поверхности водосбора в речную сеть. Некоторая доля их просачивается в почвы и грун­ ты, пополняя запасы подземных вод. Подземные воды, дренируе­ мые речными долинами и руслами, также питают реки. В высо­ когорных и полярных районах реки, кроме того, питаются талы­

т. е. пополняется водами различного происхождения, но, как правило, один из источников питания преобладает над другими. Так, в питании большинства рек Европейской части СССР основ­ ную роль играют талые снеговые воды, дающие большую часть годового стока — количества воды, проходящего по реке за год. Значительно меньше в их питании участие дождевых (летние и осенние паводки),и подземных вод.

Подземное питание рек происходит главным образом вода­ ми зоны интенсивного надообмена, в которой выделяются два вида подземных вод. Первый из них — почвенные воды и грун­ товые воды верхних горизонтов, связанные с дневной поверхно­ стью; второй — грунтовые .воды глубоких горизонтов, связанные с дневной поверхностью на ограниченных участках, и напорные воды, дренируемые речной сетью. В связи с этим выделяется п о ч в е н н о-г р у н т OiB о е питание рек, малоустойчивое и под­ верженное колебаниям в связи с ходом метеорологических эле­ ментов, и г л у б о к о е подземное питание, значительно более устойчивое. Последнее на гидрографах выделяется линией, про­ ходящей по отметкам устойчивых низких расходов межени (см.

рис. 12).

Доля подземного питания в годовом стоке на территории-

СССР варьирует, уменьшаясь от 40—60% в лесной зоне до 0— 10% в пустынной. На большей части территории (примерно 60% площади СССР) преобладает снеговое питание, значение которого в годовом стоке возрастает с 30—50% на северо-западе и западе лесной зоны до 90—100% в полупустынной зоне в свя­ зи с более глубоким залеганием подземных вод и потерями дож­ девых вод на испарение. Преобладание дождевого питания' характерно для рек Дальнего Востока, Забайкалья, Крыма, Чер­ номорского побережья Кавказа, части Закавказья. Значение лед­ никового питания в годовом стоке невелико (не более 50% даже

ввысокогорных частях бассейнов), но оно играет большую роль

вводном режиме рек и обводнении территорий предгорий, так как максимальные расходы воды приходятся на период вегета­ ции.

51

Характер питания рек хорошо виден на гидрографе. Гидро­ графы рек с преимущественно снеговым питанием отличаются значительным увеличением расходов (половодьем) весной, пре­ обладание дождевого или ледникового питания дает летние половодья.

Поверхностный сток снеговых, дождевых и ледниковых вод весьма изменчив в связи с колебаниями метеорологических эле­ ментов как внутри года, так и в различные по увлажнению пе­ риоды. Подземный сток значительно более устойчив из-за мед­ ленного водообмена подземных вод и большей стабильности их запасов. В связи с этим режим рек наиболее устойчив в периоды их питания подземными водами.

По гидрографу можно не только судить о преобладании то­ го или иного питания в режиме реки, но и количественно оценить роль каждого вида питания в годовом стоке. Для этого произво­ дится расчленение гидрографа по типам питания. Наиболее важной и трудной задачей при расчленении гидрографов явля­ ется выделение подземного питания.

Особенности подземного питания рек определяются в пер­ вую очередь степенью гидравлической связанности водоносных горизонтов с рекой, режимом реки и подземных вод. В зависи­ мости от этих факторов подземные воды могут: 1) не иметь гид­ равлической связи с рекой (рис. 13, а); 2) иметь полную гидрав­ лическую связь с рекой (рис. 13, б); 3) иметь периодическую гидравлическую связь с рекой (рис. 13, а-\-б); 4) питаться как грунтовыми, так и артезианскими водами (рис. 13, а-\-б-\-в).

В случае, когда подземные воды не имеют гидравлической связи с рекой и их уровень расположен выше уровня воды в ре­ ке, происходит « и с х о д я щ е е подземное питание. Подземные воды поступают в реку главным образом через нисходящие ис­ точники, расположенные выше ее уровня. Сток их не зависит от режима реки и связан с метеорологическими факторами. Ход подземного стока совпадает с ходом стока реки. Гидрограф под­ земных вод в общем повторяет гидрограф реки, различаются только моменты максимума и величины наибольших расходов воды.

При наличии гидравлической связи подземных вод с рекой питание носит подпорный характер. В этом случае во время по­ ловодья происходит береговое регулирование, заключающееся в том, что при высоком уровне воды в реке речные воды создают подпор грунтовых вод и проникают в грунт, пополняя их запа­ сы, при низких же уровнях происходит сток этих вод обратно в реку. Береговое регулирование приводит к уменьшению подзем­ ного стока вплоть до его прекращения на подъеме половодья и к постепенному увеличению на спаде. Уменьшение подземного стока_происходит и при значительных паводках.

В случае периодической гидравлической связи с рекой под­ земные воды при низких уровнях реки действуют, как при отсут-

52

ствии гидравлической связи, при высоких уровнях,— как при по­ стоянной 'Связи. На территории СССР полная гидравлическая связь с подземными водами и преимущественно подпорный тип подземного питания характерен для равнинных рек. Отсутствие гидравлической связи с подземными водами и преимущественно нисходящий пип подземного питания свойственны горным рекам.

Схема

расчленения

гидрографа рени ’ ,

Рис. 13. Схемы расчленения гидрографов в зависимости от гидрогеологиче­ ских условий бассейнов и режима подземных вод (по Б. И. Куделину):

/ —водоносные породы; 2— водоупорные породы; 3— поверхностный сток: 4—грун­ товый сток нз водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой; 5—^грун­ товый сток из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой; 6— ар­ тезианский сток; 7—уровень подземных вод; Т — время берегового регулирования

Наибольшие трудности при расчленении гидрографа пред­ ставляет выделение подземного питания в периоды половодья и паводков. Различия в методах расчленения касаются в основ­ ном оценки соотношения поверхностного и подземного стока в эти периоды. В настоящее время применяется две основные группы методов расчленения гидрографов.

Методы первой группы, исходящие из роста подземного пи­ тания во время половодья, впервые обоснованы В. Г. Глушко­ вым в 1928 г.,-затем усовершенствованы М. И. Львовичем, К- П. Воскресенским и другими. Согласно этим методам, под­ земное питание на гидрографе отделяется от поверхностного в период половодья прямой или плавной кривой линией, идущей от низкого расхода, наблюдающегося перед половодьем, к рас­

53

ходу в конце половодья, а в остальную часть года линией, соеди­ няющей точки, соответствующие низким устойчивым меженным расходам (см. рис. 12, а). Различия в методах заключаются главным образом в выборе точек максимального расхода под­ земного питания на гидрографе.

Методы второй группы, базирующиеся на том, что подзем­ ный сток в периоды половодий уменьшается вплоть до полного прекращения, разработаны Б. В. Поляковым и Б. И. Куделиным. Б. В. Поляков считал, что с момента начала половодья подзем­

рис. 12, б), идущей от минимального расхода перед половодьем к нулю при пике и к низкому расходу в конце спада. Б. И. Куде­ лин детализировал этот метод, учитывая время, за которое до­ стигнут данного створа подземные воды, поступившие ранее в русло с верхней части бассейна ([время дебета,ния). Метод бази­ руется на разработанной им теории берегового регулирования стока. Продолжительность периодов снижения подземного сто­ ка в начале и роста в конце половодья (отрезки ВК и FE на оси времени, см. рис. 12, в) равна времени добегания волны поло­ водья от истока реки до данного створа. .

Промежуточное положение между методами первой и вто­ рой групп занимает метод А. В. Огиевского (см. рис. 12, г), со­ гласно которому во время половодья изменяется только почвен­ но-грунтовое подземное питание, глубокое же (линия АА' на рис. 12, г) остается неизменным1.

Методы первой группы можно применять для рек, гидравли­ ческая связь которых с подземными водами отсутствует или слабо выражена, методы второй груп(пы — для равнинных рек с береговым регулированием стока.

Выделение летних, а для некоторых рек и зимних паводков производится по линиям, проведенным по точкам низких межен­ ных расходов (см. рис. 12). Значительные по расходам воды па­ водки, соизмеримые по величине с половодьем, расчленяются так же, как половодья.

6. Классификация рек по типам питания и водному режиму

Тип питания и связанное с ним распределение стока в тече­ ние года являются основными признаками, характеризующими водный режим рек и отражающими связь рек с географическими условиями их бассейнов. Поэтому классификации рек, основан­ ные на этих признаках, широко применяются в современной гид­ рологии и географии.

54

Первая классификация рек по типам питания и йодному ре­ жиму разработана А. И. Воейковым в 1884 г. Она основана на анализе источников питания рек и внутригодового распределе­ ния стока в связи с характером атмосферных осадков, снеготая­ ния и частично потерь воды на испарение. А. И. Воейковым вы­ делены девять типов рек, включающие водотоки со снеговым

РНоль/мо-орнмвь/о/е рТомо-гкорнеин

устья6oxfflvu(Qpp?0(}-j/bMftj /Ясргод-оьвмрс/

Рис. 15. Гидрографы рек различных типов (по Б. Д. Зайкову).

По оси ординат — отношение среднего суточного расхода воды к среднему годовому. Номера типов рек см. на рис. 14

питанием на равнинах и в горах, с дождевыми .максимумами водности в теплый или холодный период года, пересыхающие реки аридных районов и временные водотоки полярных стран.

Принципы классификации рек по водному режиму, выдви­ нутые А. И. Воейковым и наиболее полно раскрывающие приро­ ду естественных водотоков как географических объектов, полу­ чили дальнейшее развитие в трудах многих отечественных и за­

56

рубежных ученых. Водный режим рак наиболее тесно связывает­ ся с географическими условиями территорий в классификациях Б. Д. Зайкова, М. И. Львовича и П. С. Кузина.

В основу классификации рек, разработанной Б. Д. З а й м о ­ вым в 1946 г., положено распределение в году половодий и па­ водков. Классификация отражает и типы питания рек, которы­ ми обусловлен внутригодовой ход стока. Реки СССР разделены Б. Д. Байковым на три группы: 1) реки с весенним половодьем; 2) реки с половодьем ,в теплую часть года; 3) реки с паводочным режимом. Реки первых двух групп характеризуются периодиче­ ски повторяющимися из года в год большими скоплениями по­ верхностных масс воды, приуроченных к весне или теплой части года. В остальную часть года на реках этих групп наблюдается обычно низкий сток воды (межень) или паводки, большей частью случайные. Реки третьей труппы отличаются резкими, обычно кратковременными, систематическими паводками, воз­ можными в любое время года либо наиболее частыми в те или иные сезоны. В межпаводковые периоды на таких реках устанав­ ливается низкий ствк.

Б. Д. Замков выделяет 10 типов водного режима, детализи­ руя характер распределения стока в реках выделенных групп и учитывая соотношение средних годовых и' максимальных расхо­ дов воды. Распределение групп и типов рек по территории СССР

представлено на рис. 14, гидрографы различных типов рек — на рис. 15.

весенним половодьем и низким, часто до полного'пересыхания стоком в остальную часть года. Максимальный расход весенне­ го половодья в несколько десятков раз превышает средний го­ довой расход воды. Реки этого типа распространены в равнинной части Казахстана и в Прикаспии.

2. В ос т о ч и о-Е в р one йс к и й тип рек характеризуется высоким и более продолжительным, чем у рек первого типа, по­ ловодьем (от 1—2 до 3—4 месяцев), низким стоком летней и зим­ ней межени и повышением осеннего стока за счет дождей. Ле­ том бывают дождевые паводки. Максимальный расход весеннего половодья в 10—25 раз превышает средний годовой. Реки этого типа распространены на большей частиЕвропейской территории

сеннее половодье, низкая зимняя межень и повышенный сток летне-осеннего периода. Половодье растянуто из-за равнинности рельефа, широких пойм, обилия озер. Максимальный расход по­

57

ловодья превышает средний годовой примерно в 10 раз. К этому типу относится нижняя Обь и ее притоки.

4. Рекам В о с т о ч н о-С и б и р с « о г о типа свойственно вы­ сокое весеннее половодье, систематические летне-осенние павод­ ки и низкий (вплоть до перемерзания .рек) сток зимней межени. Максимальный расход половодья больше среднего годового примерно в 25 раз. Реки этого типа распространены на всей тер­ ритории к востоку от Енисея и к северу от Саян и Видамо-Олек- минской горной страны, кроме горных частей Яно-Индигирекого района и полуострова Камчатки.

5. Для рек А л т а й с к о г о типа характерно невысокое, рас­ тянутое, обычно гребенчатого вида половодье, повышенный осен­ ний и низкий зимний сток. Половодье растянуто из-за разновре­ менности таяния снега по высотным зонам. Максимальный рас­ ход половодья примерно в 10 раз больше среднего годового. К этому типу относятся реки горных районов с водосборами, ле­ жащими ниже зоны вечных снегов (Алтай, Кавказ, Средняя Азия).

Реки с половодьем в теплую часть года

К этой группе относятся реки как с преобладанием дождево­ го, так и с преобладанием ледникового и высокогорного снегово­ го питания.

ности таяния по высотным зонам оно растянуто и невысоко. На гидрографе заметны отдельные пики, возникающие в результате дождей и колебаний температуры воздуха, определяющей ин­ тенсивность таяния.

Реки ,с паводочным режимом

Реки этой группы отличаются отсутствием половодья и дож­

девыми паводками. Типы их выделяются по распределению па­ водков в течение года.

9. Паводки рек К р ы м с к о г о типа проходят преимущест­ венно зимой и весной. Летне-осенний период характеризуется

58

низким стоком; паводки в это время редки, некоторые реки пе­ ресыхают. Такие реки распространены в горах Крыма, Ленкора­ ни, на западе Жмудских высот Прибалтики.

Недостатком классификации Зайкова является схематиза­ ция типов рек и объединение рек с различным генезисом стока. Нуждается в детализации Восточно-Европейский тип рек, не­ обоснованно отнесены к Казахстанскому типу районы пустынь Средней Азии, где снегового питания нет. Несмотря на это, клас­ сификация и выполненное на ее основе гидрологическое райони­ рование СССР правильно отражает распределение типов пита­ ния и внутригодового хода стока по территории в связи с геогра­ фическими условиями. Лаконичность классификации облегчает ее восприятие.

В основу классификации рек М. И. Л ь в о в и ч а (Львович, 1945, 1971) .положено сочетание источников .питания рек с распределением стома по жалвцда1р1НЫ1м сезонам (табл. 5). Значе­ ние того или иного источника питания или сезона в годовом сто­ ке охарактеризовано количественно. Если данный источник пита­ ния или сезон наибольшего стока дает более 80% годового сто­ ка, сток реки считается происходящим «почти исключительно» за счет данного источника питания или сезона. Если на источник питания или сезон приходится от 50 до 80% годового стока, он назван «преимущественным». Если же он дает менее 50% годо­ вого стока, но больше, чем каждый из других источников или се­ зонов, он считается «преобладающим». Всего на Земном шаре М. И. Львовичем выделено 38 типов режима рек, которые обозна­ чены в табл. 5 знаками X или + . Из них в СССР встречается 20. В классификации отмечено 10 основных зональных типов рек ми­ ра, названия которых даны по рекам с ярко выраженным режи­ мом соответствующего типа. Шесть из них (амазонский, нигерианский, меконгский, амурский, средиземноморский, одерианский) относятся к типам рек с .дождевым питанием, три (волжский, юконский, нуринский)— со снеговым, один (гренландский)— с ледниковым. Кроме того, выявлено два азональных типа рек — кавказский с преобладанием ледникового питания, характерный для горных областей, и лоанский с преобладанием подземного питания, встречающийся только в предгорьях. Внутри каждого типа реки различаются по значению основного питания и наибо­ лее водного сезона в годовом стоке.

Для типов рек приняты буквенные обозначения. Главный тип питания и наиболее водный сезон обозначаются большими буквами, если они дают более 50% годового стока, и малыми, если сток менее 50%. Наличие других видов питания обознача­ ется буквой х, стока в другие сезоны — у. Например, SP — бо-

59