книги из ГПНТБ / Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник

перемещать обширные галечные скопления и изменять плановые очертания русла и распределение глубин в них. Примером могут служить реки Сельдара, Муксу на Памире.

Следует отметить, что при любом типе руслового процесса соот­ ношения между явлениями аккумуляции и эрозии тесно связаны с транспортирующей способностью потока и содержанием нано­ сов в нем. Там, где поток насыщен наносами в большей мере, чем он может переносить их, происходит аккумуляция наносов. На участ­ ках же, где транспортирующая способность потока превосходит со­ держание наносов, происходит размыв русла. Размыв же русла вызывает увеличение площади его живого сечения, а следовательно, и уменьшение скоростей, вследствие чего и размыв может прекра­ титься. Кроме того, на участках размыва происходит явление само­ отмостки. Более мелкие фракции наносов выносятся с участков раз­ мыва, и дно при этом оказывается покрытым крупными частицами. Шероховатость дна увеличивается, скорости уменьшаются и размыв замедляется. Аккумуляция наносов вызывает уменьшение живого сечения потока, увеличение скорости, и в конечном итоге она может смениться размывом. Таким образом, формирование русла является саморегулирующимся процессом.

Изучение закономерностей руслового процесса позволяет свое­ временно принимать меры (устройство струенаправляющих дамб, защитных сооружений и др.) по улучшению эксплуатации инженер­ ных сооружений на реках (водозаборов, мостов, причалов, перехо­ дов через реки, трубопроводов и пр.), предвидеть будущее перефор­ мирование русел рек при регулировании их стока водохранилищами

иулучшать судоходные условия.

§172. Основные особенности формирования устьев рек и их типы

Каждая река в устьевой части обладает некоторыми специфиче­ скими чертами, обусловленными особенностями ее режима и воз­ действием на нее изменчивых во времени явлений в конечном во­ доеме (море, озеро, другая река).

При впадении в море, океан реки образуют в основном два типа устьев: дельту и эстуарий. Д е л ь т а — многорукавное русло, обра­ зуется при впадении реки, несущей большое количество наносов в мелководную часть моря. Способствуют формированию дельт сла­ боразвитые морские течения, осуществляющие перенос речных на­ носов в сторону от устья, и эпейрогенические поднятия морского побережья. Э с т у а р и и — сравнительно узкие и глубокие заливы (губы) воронкообразной формы. Часто они представляют собой нижние участки долин, затопленные морскими водами при опуска­ нии суши, называемые лиманами. Накоплению наносов в эстуарии препятствуют приливо-отливные и береговые течения моря.

Устьевые области рек, впадающих в океаны и моря, состоят из приморского участка реки и предустьевого взморья (рис. 112). Этим делением подчеркивается взаимодействие речных и морских вод в устьевой области. Приморский участок в свою очередь подраз­

деляется на приустьевой и устьевой. Верхняя граница приустьевого участка определяется дальностью проникновения влияния на реч­ ной режим нагонов и приливов. Устьевой участок начинается от ме­ ста деления реки на рукава или от начала образования эстуария. Заканчивается он морским урезом края дельты или островными образованиями эстуария, иногда подводными отмелями, обсыхаю­

наносов в море. В этих условиях образование дельты затруднено. Наносы, выносимые рекой, а иногда приносимые морем, откла­ дываясь в устьях рек, образуют косы, острова и мелководье, назы­ ваемое б а р о м . Речной поток, встречая препятствие со стороны бара, обтекает образовавшееся поднятие дна, обычно раздваиваясь. Образуются рукава. Осаждение наносов и образование осередков в каждом из рукавов приводит к дальнейшему разветвлению русла. Образуются многорукавные русла — дельты. Дельта постепенно

цами.

Различают следующие типы дельт: дельты выполнения, выдви­ нутые, лопастные, клювовидные, сложные, бухтовые.

Дельты выполнения образуются при впадении рек в какой-либо залив или бухту. Дельта энергично нарастает, наносы заполняют защищенную от действия моря бухту и только после этого выно­ сятся в море. Примерами таких дельт могут служить дельты Ку­ бани, Дона и др.

Выдвинутые дельты образуются в устьях рек, впадающих в море на участках с открытыми выпуклыми берегами. Таковы дельты Волги, Урала, Хуанхэ, Нила и др.

Лопастные дельты образуются в устьях рек, впадающих в море длинными и узкими рукавами, несущими большое количество нано­ сов. Лопастные дельты характерны, например, для Миссисипи и Куры.

Клювовидные дельты названы так потому, что они своими очер­ таниями напоминают клюв птицы. Примером может служить устье р. Сулак, впадающей в Каспийское море.

Сложные дельты образуются при соединении вместе двух дельт, как, например, у рек Ганга и Брахмапутры.

Бухтовые дельты образуются при впадении реки в лагуну — уча­ сток моря, отделенный от моря косой. Примером может служить дельта р. Камчатки.

При впадении одной реки в другую возникает подпор, достигаю­ щий максимума в периоды половодья и паводков. Совпадение или несовпадение фаз водного режима создает различный характер взаимодействия главной реки и притока. При совпадении полово­ дий на обеих реках подпорное влияние оказывается наименьшим. При несовпадении же этих явлений подпор бывает значительным, причем чем больше разница во времени прохождения половодья на обеих реках, тем сильнее выражено подпорное влияние их друг на друга. Подпор на притоке распространяется на десятки, а иногда даже и на сотни километров.

При нарастании подпора могут возникнуть обратные уклоны и обратное течение. Примером может служить р. Сухона, вытекаю­ щая из Кубенского озера. При прохождении половодья на р. Во­ логде, притоке р. Сухоны, создается подпор на главной реке выше устья р. Вологды. Уровни р. Сухоны повышаются настолько, что отметки их становятся больше отметок уровня Кубенского озера, и возникает обратное течение на р. Сухоне в сторону Кубенского озера. Когда же уровень воды в озере повысится вследствие при­ тока вод рек, впадающих в него, а уровни воды в устье р. Вологды понизятся в результате прекращения половодья, на рассматривае­ мом участке обратное течение сменится нормальным.

Под влиянием подпора скорости течения уменьшаются, проис­ ходит аккумуляция наносов, прежде всего влекомых, а затем и наи­ более крупных фракций взвешенных, что в ряде случаев приводит к образованию перекатов, а иногда рукавов в устьевых участках притоков.

При запаздывании половодья на главной реке по отношению к времени его прохождения на притоке в устье последнего возни­ кают повышенные уклоны и большие скорости. Происходит усилен­

ный размыв русла. В итоге образуются переуглубленные устьевые участки русла притока.

При впадении в озеро на режим устьевой части реки оказывают влияние главным образом уровенный режим озера и сгонно-нагон­ ные явления в озере. Уровни воды в озерах перед половодьем на ре­ ках, впадающих в них, обычно низкие. Волна половодья, аналогично тому как это происходит на притоках, впадающих в реку, при не­ совпадении фаз водного режима вызывает в устьевом участке реки перед впадением в озеро переуглубление русла. Размыв этих уча­ стков прекращается с падением уровней и уменьшением донных скоростей, неспособных уже размывать ложе реки. На переуглубленных участках в промежутках между половодьями наблюдается тихое течение и происходит отложение наносов, которые сносятся в озеро в период половодья. После подъема уровней воды в озере до наивысших отметок устьевой участок реки находится в подпоре, который может усиливаться нагонными явлениями. Реки, несущие достаточное количество наносов, образуют при впадении в озеро дельту, аналогичную дельте, образующейся при впадении в море.

При относительной стабильности водного режима озера и реки, впадающей в него, режим устьевого участка реки отличается одно­ образием, а русло реки — устойчивостью. Примером могут служить реки Свирь и Волхов.

ОЗЕРА И ВОДОХРАНИЛИЩА

ГЛАВА 38. ОЗЕРНЫЕ КОТЛОВИНЫ, ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ЭЛЕМЕНТЫ

§ 173. Общие понятия

Озера — естественные водоемы с замедленным водообменом. К водоемам замедленного водообмена относятся также и искусст­ венные водоемы — водохранилища (см. гл. 46).

По характеру водообмена озера делятся на две большие группы: сточные и бессточные.

С т о ч н ы м и называются озера, сбрасывающие часть своих вод в виде речного стока, б е с с т о ч н ы м и — озера, лишенные стока воды. К сточным озерам относится большинство озер районов влаж­

Примерами проточных озер служат оз. Зайсан, Кубенское, Чудское. Иногда сток из озер наблюдается периодически, во время наи­

Сточные озера обладают различной интенсивностью водообмена, или проточности, играющей большую роль во всех процессах — гид­ рологических, биологических и химических, протекающих в озере. По Б. Б. Богословскому, интенсивность водообмена D характери­ зуется отношением объема воды в озере V к объему воды W, выте­ кающей из него,

(15Ф>

Чем меньше D, тем быстрее обменивается вода в озере.

§174. Происхождение озер, типы озерных котловин

иих преобразование

Впонятии «озеро» котловина и водная масса, ее заполняющая, представляют собой неразрывное целое. Для возникновения озера необходимо образование котловины и заполнение ее водой на дли­

тельное время. Котловина заполняется чаще речными и подзем­ ными водами, атмосферными осадками, реже водами морского про­ исхождения.

Образование озерных котловин происходит под влиянием эндо­ генных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. Обычно в формировании современного облика озерных котловин участвует несколько процессов, однако один или группа этих процессов явля­ ются ведущими.

Наиболее известна генетическая классификация озерных котло­ вин, предложенная М. А. Первухиным (1937 г.), основные принципы которой взяты за основу и при разработке классификаций другими авторами (С. Д. Муравейским, Б. Б. Богословским, 3. А. Сваричевской). Детальная генетическая классификация озерных котловин опубликована Д. Хатчинсоном (1957 г.).

Основные генетические типы озерных котловин, или, иначе озер, по характеру их происхождения следующие.

Алаколь), в предгорных впадинах (Балхаш), в рифтовых впадинах (Байкал, Танганьика). Большинство тектонических озер большие по площади и глубине.

В у л к а н и ч е с к и е — возникают в кратерах и кальдерах по­ тухших вулканов (озера на о. Ява, озера Больсена, Альбено, Авернское в Италии, Кроноцкое на Камчатке), в углублениях лавовых покровов (оз. Комариное в Исландии), в маарах (оз. Лахерское

вмассиве Эйфель, ФРГ).

Ме т е о р и т н ы е — образуются в углублениях, возникших при падении метеоритов (оз. Каали в Эстонии).

Л е д н и к о в ы е — их возникновение связано с экзарационноаккумулятивной деятельностью древних и современных ледников. Экзарационной деятельности ледника обязаны своим происхожде­ нием многочисленные озера Карелии, Финляндии. Они часто вытя­ нуты по направлению движения ледника. К этой же группе отно­ сятся каровые и троговые озера. Каровые возникли в карах и цир­

вАльпах, на Кавказе, Тянь-Шане и в других горных странах.

Саккумулятивной деятельностью ледника связаны озера среди моренного холмистого рельефа. Моренные озера по форме разнооб­ разны: лопастные, вытянутые, овальные. Они характерны для обла­ стей древнего оледенения (север и северо-запад европейской части

СССР, север ГДР и ФРГ, Канада, север США). Распространены они также в горах на месте бывших языков ледников (озера Хим-

ское, Вюрмское, Гарда, Комо в Альпах и др.). Встречаются озера и на поверхности современных ледников.

В о д н о - э р о з и о н н ы е и в о д н о - а к к у м у л я т и в н ы е — это озера речных долин, дельт, морских побережий. К ним отно­ сятся: а) озера-старицы, часто располагающиеся в поймах рек,

почему и получили наименование пойменных; б) плёсовые — озеро­ видные расширения речных русел и разобщенные в межень плёсы пересыхающих рек; в) конечно-сточные (оз. Лобнор); г) озера, приуроченные к ложбинам стока ледниковых вод (озера Лаче, Воже) ; д) дельтовые — распространенные в дельтах крупных рек (озера Кубанских плавней, «ильмени» в Волжской дельте) ; е) ла­ гуны и лиманы — озера морских побережий, возникшие на месте бывших мелководных заливов и затопленных устьев рек, отрезан­ ных от моря намывными перемычками, а также вследствие транс­ грессии моря и его последующей работы; ж) фиордовые озера, воз­ никшие в отделенных от моря завалами или наносами участках фи­ ордов.

П р о в а л ь н ы е — озера, котловины которых возникли в резуль­ тате выщелачивания грунтов и горных пород поверхностными и главным образом подземными водами, а также при протаивании многолетнемерзлого грунта или вытаивании льда в нем. К проваль­ ным озерам относятся: а) карстовые (см. § 106), б) суффозионные (см. § 105) и в) термокарстовые озера (по якутски — аласы). По­ следние распространены в тундровой и таежной зонах области мно­ голетней мерзлоты. Котловины суффозионных и термокарстовых озер часто имеют овальную форму, малоизрезанные берега и незна­ чительные глубины.

Э о л о в ы е — озера, возникшие в котловинах выдувания, а также между дюнами и барханами. За редким исключением они неболь­ шие по размерам и неглубокие (озера Селеты, Теке в Казахстане).

П о д п р у д н ы е — возникновение этих озер связано с горными обвалами, оползнями, перегораживающими речные долины, подпруживанием рек потоками лавы, моренами ледников. Таким образом, подпрудные озера образуются при действии нескольких процессов. Так, в результате обвалов, вызванных землетрясением, возникло оз. Сарезское в долине р. Мургаб на Памире, оз. Гекгель — в долине р. Аксу в Азербайджане, оз. Севан, возникшее в тектонической впа­ дине, подпруженной лавовым потоком.

О р г а н о г е н н ы е — внутриболотные озера (см. § 210) и озералагуны среди коралловых построек (атоллы).

Широкое распространение имеют озера, созданные деятельно­ стью человека. Это озера-водохранилища (см. гл. 46) и озера, воз­ никшие на месте старых карьеров, соляных копей и т. п. (оз. Развал

.на Урале).

С момента возникновения озера между его водной массой, кот­ ловиной, окружающим его бассейном и заселяющими озеро орга­ низмами происходит взаимодействие, обусловливающее нормаль­ ный цикл развития озера. Внешний вид первоначальной котловины меняется: формируется озерное ложе с характерными особенно­ стями его очертания в плане и в разрезе. Наиболее сильное воздей­ ствие на котловину оказывает водная масса. Удары волн прибоя разрушают берега котловины. Продукты разрушения — каменистые

террасу. Мелкие фракции во взвешенном состоянии переносятся те­ чением и волнением в глубь озера и оседают на дне. Весьма часто при постоянно дующих ветрах и при преобладающем направлении прибоя происходит подмывание и разрушение одних частей берега и образование отмелей, береговых валов и пляжей в других его ча­ стях.

Котловина преобразуется также под влиянием вод, приносимых извне. Притоки вносят в озеро некоторое количество наносов. Часть их осаждается вблизи устьев рек, образуя «конусы накопления», превращающиеся в дельту. Иногда течения, направленные вдоль бе­ рега, образуют в озере отмели вдали от места впадения реки. Тон­ кий речной ил проникает в открытую часть озера и осаждается обычно по всему дну, при сложном же рельефе дна — преимущест­ венно в глубоких впадинах, которые являются своего рода отстой­ никами.

В зависимости от конфигурации берегов и характера пород, их: слагающих, в прибрежной части озера различают размываемые и намываемые участки. Первые представлены участками скал или ва­ лунного побережья, вторые — песчаными или гравелистыми пля­ жами.

Одновременно с образованием озера начинается заселение его организмами. В эволюции озер растительные и животные орга­ низмы играют выдающуюся роль. Отмирая, эти организмы на раз­ ных стадиях разрушения и разложения оседают на дно, смешиваясь с неорганическими частицами. Формируются илы (см. § 199), про­ исходит постепенное выравнивание дна котловины озера и era обмеление и зарастание (см .§ 198).

Накопление осадков в озерах и их зарастание являются нор­ мальными процессами развития озер, совершающимися непре­ рывно, но темп зарастания и «умирания» озер различен, так как проходит на фоне внутривековой изменчивости компонентов общей увлажненности. При обводнении озера (повышении уровня) или при его «усыхании» площади, занятые прибрежной растительно­ стью, либо сокращаются, либо увеличиваются. В связи с этим интен­ сивность заполнения котловины органическими остатками меняется.

§ 175. Основные части озера и озерного дна

Наиболее пониженная часть озерной котловины, заполненная водой до высоты наибольшего подъема уровня, называется о з е р ­ ным л о ж е м . В озерном ложе выделяются две основные области: береговая и глубинная. В первой преобладают процессы разруше­

представлен береговым склоном и бровкой. Основание склона рас­ полагается на верхней границе воздействия прибоя волн. Берег по­ степенно разрушается и отступает от уреза воды в глубь суши.

2. Побережье — зона прибойной полосы. Часть этой зоны по­ крыта водой постоянно (подводное побережье), часть затопляется периодически, во время подъема уровня воды в озере (затопляемое побережье), часть, непосредственно примыкающая к берегу, водой не покрывается и подвергается лишь действию волнения (сухое по­ бережье) .

3. Береговая отмель — имеет вид подводной террасы, опускаю­ щейся в сторону озерной впадины более или менее крутым скло­ ном (отсыпь). Отмель возникает как в результате размыва (абра­ зии) коренных пород, так и в результате накопления (аккумуля­ ции) рыхлых обломочных пород.

Побережье и береговую отмель часто объединяют в одну зону — прибрежную, называемую по аналогии с делением морского дна л и т о р а л ь ю .

Нижняя граница литорали обычно определяется глубиной дей­ ствия волны, иногда границей проникновения солнечных лучей, ли­ митирующих зону распространения зеленой растительности. Глу­ бина литорали не превышает нескольких метров. Схема типичного профиля склона возвышенного эрозионного берега озера показана на рис. 113.

Границы между отдельными частями озерного ложа не всегда отчетливо выражены. Некоторые типичные части его могут вовсе отсутствовать. Наличие или отсутствие их зависит от местных усло­ вий, размеров озера и длительности его существования. При пре­ обладании аккумулятивных процессов в береговой области форми­ руются береговые валы, пляжи, конусы выносов речных отложений и т. п.

Водная масса озера соответственно делению донной области подразделяется на прибрежную, в пределах береговой отмели и при­

мыкающего к ней побережья, и область открытой воды, или п е л а - г и а л ь, в пределах профундали.

При сложном очертании береговой линии и расчлененном рель­ ефе дна в озере выделяются плёсы, заливы, бухты, губы. Плёсы — обособленные части озера, выделяющиеся по плановому очертанию береговой линии, распределению глубин и иногда по режиму и ха­ рактеру водной массы. Из нескольких плёсов состоят, например, озера Вуокса, Селигер, Псковско-Чудское. В крупных озерах мор­ фологически обособленные части имеют каждая свое название.

§ 176. Основные морфометрические характеристики озера

Озера отличаются друг от друга по величине и форме. Количе­ ственное выражение размеров озер и их формы называется морфо­ метрическими характеристиками озера. Основные морфометриче­ ские характеристики озера следующие: площадь озера, длина и изрезанность его береговой линии, глубина, объем водной массы и форма озерной котловины.

Для определения морфометрических характеристик озера тре­ буется наличие батиметрической карты, составленной на основании топографической съемки и промеров глубин.

П л о щ а д ь в о д н о й п о в е р х н о с т и (зеркала) озера Ко— различают площадь без островов и площадь озера с островами.

Д л и н а о з е р а / — кратчайшее расстояние между двумя наи­ более удаленными друг от друга точками его береговой линии, изме­ ренное по поверхности водоема.

Ш и р и н а о з е р а максимальная ДмаКс — расстояние между наиболее удаленными точками береговой линии по направлению, перпендикулярному длине озера, и средняя Вср — отношение пло-

сти круга, площадь которого равна площади озера, либо (по пред­ ложению С. Д. Муравейского) отношением L к периметру ломаной линии Li, обводящей контур озера. Таким образом,

Коэффициент Кг дает более правильное представление об изрезанности береговой линии.

О б ъ е м о з е р а V, или объем котловины, заполненной водой до определенного уровня Н, — вычисляется приближенно как сумма объемов отдельных слоев котловины, заключенных между