книги из ГПНТБ / Зайков Б.Д. Очерки гидрологических исследований в России

чего для небольших водосборов получается формула

где А — основная норма, равная 1,39 м3 /с, и р, — коэффициент, ха­ рактеризующий ход таяния, характер бассейна и русла (вытянутость бассейна, крутизна склонов и русла и др.), равный по Тарловскому приблизительно 0,056.

«Но так как и суточный ход таяния не следует никакой пра­ вильности и топографические условия долин представляют неис­ черпаемое разнообразие, то о каком-нибудь одном значении ц и об универсальности формулы не может быть речи. Можно только

сится к капитальным трудам, заложившим основы и освещающим коренные вопросы гидрологической науки, в начале XX столетия публиковалось, особенно в периодической печати и ведомственных изданиях, много статей, докладов и отчетов, написанных различ­ ными специалистами, в которых излагались результаты произво­ дившихся ими наблюдений и исследований отдельных характери­

а также наблюдающиеся при этом изменения максимальных рас­ ходов и гидравлических элементов (скорости течения, уклонов, коэффициентов шероховатости).

В результате проведенных им исследований нагонных явлений Цишевский пришел к следующим основным выводам: 1) предель­ ной границей распространения нагонных волн является г. Енотавск; 2) скорость передвижения нагонной волны равна в сред­ нем 1,6 м/с; 3) зависимость между высотой волны и силой и направлением ветра выражается некоторой кривой, по которой с из­ вестным приближением можно определить возможное повышение уровня воды при начале действия ветра и 4) уже образовавшаяся волна при своем передвижении вверх по течению реки меньше всего искажается или понижается при наступлении тихой погоды, более значительно при продолжении попутного ветра и особенно при изменении его направления на сгонный.

В качестве приложений к названной работе Цишевский поме­ стил результаты поставленных им опытов на моделях дельты р. Волги и исследований нагонных уровней на р. Неве.

137

сменой направления и силы ветра, дующего ночью преимущест­ венно с северо-востока, а днем переходящего в юго-восточную четверть компаса, и зависит от действия каспийского бриза при

ного уровня. Вероятная ошибка составляет при этом ±1,06 см. Удовлетворительный результат (ошибка ±1,52 см) дает также

сочетание 1/3(7Л +13л + 21л ).

Исследованиями влияния ветров на уровень р. Северной Двины занимался В. В. Шипчинский [435, 436], а р. Невы — И. Б. Шпиндлер [456].

И. Н. Абрамов [1] сообщил, что летом 1910 г. уровень воды на р. Зее у ст. Бомнак в течение суток правильно то поднимался, то

ного происхождения, воды верховьев Волги на протяжении ее остального течения постепенно минерализуются. Особенно много сравнительно жесткой воды вносят притоки Ока и Сура и еще больше поступает ее из бассейна рек Камы и Белой, причем в пре­ обладающем количестве оказываются ионы кальция и углекис­ лоты.

Дальнейшее обогащение солями, преимущественно хлором и натрием и затем сернокислыми, происходит за счет притока с Кас- пийско-Волжской низменности, а также вследствие энергичного испарения в обширной низовой системе придаточных вод.1 Этому способствует попеременный сгон и нагон воды ветром в мелко­ водные ильмени; связанные с этим резкие колебания солености давали повод ошибочно предполагать возможность проникнове­ ния морской воды вверх по реке».

Рассмотренные выше труды, особенно Воейкова [79, 80], Оппокова [296 и др.], Ольдекопа [281] и Долгова [129], вписавших слав-

1 Имеются в виду озерки, ильмени, ергени в низовьях Волги и ее дельте.

138

Далее Рыкачев сделал вывод о том, что ранее всего вскрыва­

При построении карт Рыкачев не учитывал то обстоятельство, что малые реки вскрываются и замерзают раньше больших, вслед­

поляции между пунктами на малой и большой реках.

В«Климатическом атласе Российской империи», изданном

Главной физической обсерваторией под редакцией Рыкачева (СПб., 1900), помещены уточненные варианты карт вскрытия и замерзания рек и продолжительности на реках ледяного покрова. При составлении этих карт Рыкачев использовал данные наблю­ дений по 1895 г. [338].

В 1903 г. Шостакович [441, 442, 443] показал, что указанная Рыкачевым зависимость между вскрытием и замерзанием рек и температурой воздуха 0° может быть выражена точнее с помощью «сумм тепла» и «холода», при которых происходит вскрытие и за­ мерзание данной реки. Под суммой тепла (холода) он понимает сумму всех положительных (отрицательных) суточных температур, начиная со дня наступления весною (осенью) температуры 0° до дня вскрытия (замерзания). Суммы тепла и холода, потребные для вскрытия и замерзания колеблются для каждой реки в изве­ стных больших или меньших пределах.

Вскрытие реки явление сложное, более простым представляется явление замерзания. Сущность его заключается в охлаждении массы воды в реке до 0°, после чего становится возможным обра­ зование на ней ледяного покрова. Чем больше масса воды, т. е. чем выше уровень реки, тем медленнее идет охлаждение и тем больше требуется холода. Таким образом, колебания сумм холода, требующихся для замерзания, должны быть пропорциональны ко­ лебаниям уровня реки. В подтверждение этого Шостакович при­

и замерзание вод Азиатской России» [449].1 В этом труде содер­ жатся сведения по годам, относящиеся к 947 пунктам, по которым имеется свыше 5000 данных наблюдений за вскрытием и замерза­ нием рек, что в несколько раз больше, чем в труде Рыкачева, где

1 Годом раньше под этим же названием Шостакович опубликовал статью, основанную на данных по 1902 г. [448].

140

собрано только около 900 данных наблюдений, относящихся к Азиатской России.

Рассматривая вопрос о точности средних из коротких рядов наблюдений, Шостакович пришел к заключению, что нормальные даты вскрытия в среднем выводе из 5-летних рядов определяются со средней точностью до ± 2 дней и даты замерзания — до ±2,5 дня; нормальное число дней, свободных ото льда, определяется со средней погрешностью до 4 дней. На севере Сибири, как указы­ вал еще Миддендорф [257], даты вскрытия и замерзания более устойчивы, чем на ее юге, что до известной степени возмещает недостаток имеющихся на севере данных для вывода средних.

Далее Шостакович остановился на вопросе о влиянии различ­ ных факторов на вскрытие и замерзание рек. Главную роль при вскрытии рек играет высота и интенсивность весеннего подъема воды, создающие необходимые усилия для взламывания ледяного покрова. Действие температуры воды и воздуха обычно выража­ ется в некотором утончении ледяного покрова и в ослаблении связи между отдельными кристаллами льда. В природных усло­ виях исчезновение льда на реках под влиянием исключительно теп­ лового воздействия воздуха и воды наблюдается только в редких

роль играет температура воздуха, и, кроме того, водоносность ре­ ки, температура воды, скорость течения и направление течения реки.

В работе приводятся средние и предельные даты вскрытия и замерзания рек и число дней, свободных ото льда, а также две карты — вскрытия и замерзания рек Азиатской России. На картах, кроме изохрон вскрытия и замерзания рек, показаны изохроны на­ ступления температуры воздуха 0°; при этом изохроны вскрытия располагаются более согласованно с изохронами температуры 0°, чем изохроны замерзания.

По времени вскрытия и замерзания из всех рек Сибири исклю­

рек данного района. Исследователи Сибири уже давно обращали внимание на эту особенность Ангары; они видели причину этого явления в очень быстром течении реки, препятствующем образо­ ванию ледяного покрова. Правильное объяснение этому явлению было дано академиком Миддендорфом [257] и позднее Шостако­ вичем [444], указавшим другую, гораздо более близкую к действи­ тельности причину: поступление из озера, поверхность которого покрыта слоем льда, теплой воды. Скорость же течения имеет второстепенное значение, препятствуя замерзанию реки выше Ир­ кутска и ускоряя вскрытие ее весною.

Положения, высказанные в работах Шостаковича, легли в ос­ нову разработки многих современных методов краткосрочных прог­ нозов ледового режима рек. Потери тепла через открытую водную

141

поверхность рек, как показали современные расчеты, хорошо сог­ ласуются с таким простым, хотя и грубым, показателем тепло­ обмена, как предложенная Шостаковичем «сумма холода». Поэ­ тому «сумма холода» («тепла») широко применяется в настоящее время в практике краткосрочных прогнозов ледовых явлений.

Об условиях образования ледяного покрова на реках Евро­ пейской России писали Н. И. Максимович [242], на р. Волхове — Е. И. Иогансон, на р. Енисее — Е. В. Близняк [247, вып. 59] и на р. Бодайбо — Я- В. Стефанович [372].

Толщина льда на реках Восточной Сибири, как сообщил Шо­ стакович [440], колеблется от 70 до 235 см в зависимости от тем­ пературы воздуха в течение зимы и толщины снежного покрова в данном месте. Шостаковичем впервые построена карта толщины льда на реках указанной территории. Из карты видно, что в За­ байкалье и западной части Амурской области, отличающихся почти полным отсутствием снега, лед достигает наибольшей тол­ щины, почти такой же, как на реках Крайнего Севера.

На эту особую роль снежного покрова обратил внимание еще Р. К- Маак [235], он сообщил, что местные жители (якуты) с целью помешать льду достигнуть в определенных местах значительной толщины набрасывают на такие места после первых морозов ело­

на стрежне, но бывают и исключения (на это указывал С. П. Мак­ симов еще в 1904 г. [88]), вызываемые разными причинами: об­ разованием заторов, выходами теплых ключей, неправильностью ложа и пр. В местах с быстрым течением, как например на Казачинском пороге, толщина льда была всего 30—45 см. Особенно толстый лед (до 180 см) наблюдался в сильно заторошенных ме­ стах.

Верхний слой ледяного покрова, образовавшийся из смерз­ шейся шуги или в результате таяния и последующего замерзания лежащего на поверхности льда снега, Близняк называет снеговым льдом. Этот лед имеет различную толщину: в тех местах, где торосов нет, его толщина крайне ничтожна (2—4 см) или его сов­ сем нет; в местах, где торосы есть, снеговой лед очень толст и иногда образует всю толщину ледяного покрова. В большинстве случаев главную массу льда составляет лед кристаллический, об­ разовавшийся путем замерзания воды.

В. Б. Шостакович [452] отметил, что в связи с малоснежием в Забайкальской и Амурской областях часто наблюдается промер­ зание до дна многих рек, главным образом на мелких местах и

142

перекатах; в омутах и ямах подо льдом остается вода. Река прев­ ращается, таким образом, в ряд разделенных между собою, более или менее значительных водоемов. Иногда на отдельных участ­ ках реки замечается слабый приток свежей воды, очевидно из бо­ лее глубоких, непромерзающих водоносных слоев. В большинстве же случаев эти участки оказываются совершенно изолированными со всех сторон мерзлой почвой.

С. А. Подъяконов [314] писал, что на некоторых реках бассейна верхнего Алдана встречаются места, где вода совсем не замерзает даже при морозе 55°. В таких местах, называемых якутами эим, по-видимому, существуют выходы подземных ключей с темпера­ турой воды выше 0°.

Е. В. Близняк [247, вып. 59] сообщал, что зимой 1911-12 г. на участке р. Енисея между Красноярском и Енисейском насчи­ тывалось 12 полыней, причинами образования которых являлись быстрота течения, влияние осенних заторов и выходы теплых ключей. На р. Зее в районе устья р. Тока под бьющими со дна реки ключами образуются во льду пропарины, а местами и по­ лыньи, не замерзающие всю зиму. Весной 1912 г. М. И. Сумгин

время везде, где пропарины отсутствовали, она не превышала 0,1°. О полыньях, встречающихся зимой на Средней Волге, сообщил Максимов [88]. Он предположил, что всякая полынья на больших равнинных реках, отличающихся малым падением и медленным течением, своим происхождением обязана какому-либо местному источнику тепла: выходу теплых грунтовых вод, теплоотдаче дна

от воды и воздуха. Известное значение имеет и непосредственное воздействие солнечных лучей. Шестилетние наблюдения на р. Се­ ленге у Харауза показали, что толщина льда на реке к моменту вскрытия уменьшается в среднем на 30% [449].

Е. А. Безсонов [24] сообщил, что профессором Б. П. Вейнбергом были организованы ежегодные исследования плотности и прочности льда р. Томи перед ледоходом. Как общий вывод из

и неизменностью физических свойств.

Явление вскрытия р. Енисея на участке от Красноярска до Енисейска было описано Е. В. Близняком [247, вып. 59], р. Инди­ гирки в Русском устье — В . Зензиновым [154] и р. Бодайбо — Я. В. Стефановичем [372].

143

H. И. Максимович [244], а о заторах льда на р. Енисее писал Близняк [247, вып 59]. Р. К. Купфер [473] сообщил, что во время

и в предшествовавший период, наблюдалось многими учеными, пу­ тешественниками и другими лицами. Только в начале XX в. в связи

р.Неве), так и в лаборатории.

Кчислу лиц, описавших свои наблюдения за донным льдом на реках Сибири, относятся В. А. Обручев [277] и Я. В. Стефанович

[372], а на реках Европейской России — И. И. Словиковский [353], М. И. Алтухов [7], Г. Люшер [474], Л. Л. Владимиров [74, 75, 76], С. П. Максимов [239], Л. А. Ячевский [467] и др. Следует отме­ тить, что Словиковский впервые в России указал на важную роль движения воды при образовании донного льда и на наличие взве­ шенной фазы льда (внутриводного льда — Б. 3.).

Специальные исследования явления зажоров и наблюдения за донным льдом были поставлены впервые в 1903 г. на р. Неве

В результате произведенных исследований выяснилось, что ежегодные осенне-зимние зажоры на р. Неве происходят от скоп­ ления в крутых изгибах реки у Смольного монастыря и в так на­

ный лед, образовавшийся на верхних участках реки и затем всплывший, на что указывают найденные в этом льду камни, ча­ стицы ила и грунта. «Стоя на горе, на левом берегу реки, — пишет Ционглинский,— я замечал, как каждую минуту в разных местах реки ... выплывали со дна разной величины куски донного льда..., они выскакивали на поверхность с такою силою и с таким шумом, что издали даже обращали на себя внимание...

Подходивший с верхних частей реки донный лед увлекался течением под ледяной покров и вследствие своей легкости стал прижиматься давлением воды к нижней поверхности покрывав­ шего реку льда, стесняя тем живое сечение реки и вызывая под­ пор воды». В местах наибольшего скопления шорох занимал до 50% живого сечения реки.

Единственным средством для предупреждения образования зажоров и вызываемых ими подтоплений Ционглинский считал

144

покроется льдом. Борьба с уже образовавшимися зажорами пу­ тем взрывных работ и вырубка продольного канала во льду не

В результате исследований Лохтин пришел к следующим вы­ водам:

а) «Невская текучая вода несет откуда-то частицы льда в своей массе как ледяной насос и отлагает их на погруженных в воду предметах. Если во время сильных морозов взять пробу воды в по­ рогах Невы у самого дна, то на вид в первые моменты после из­ влечения она представляется мутной, желтовато-молочного цвета. Муть тотчас же начинает подниматься в сосуде кверху, вода про­ светляется, а на поверхности ее получается корка ледяного сала ', быстро превращающегося в слой крепкого льда. Если в сосуд была положена ветка, то она во время отстаивания от муки успевает покрыться ледяным наносом».

б) Воспроизведение явления донного льда на специальной ус­ тановке в Лесном выявило, что так называемый донный лед по существу является не донным, а поверхностным льдом, образую­ щимся от соприкосновения воды с морозным воздухом и смешива­ ется с водой в виде ледяного наноса. «Гей-Люссак, который выска­ зал эту мысль еще более полвека назад, . . . ошибся только в том, что присоединил к своему мнению совершенно ненужное охлажде­ ние ниже нуля обращенных в сторону воздуха поверхностей пла­ вающих на ней кристаллов льда, что очевидной своей несостоя­ тельностью дискредитировало и всю его теорию». Поскольку дон­ ный лед как таковой не существует, следует называть его не донным, а наносным льдом.

в) Существует тесная связь между характером ледостава и ук­ лоном реки. «Где скорость небольшая, там и ледостав наступает тихо... Большое падение и перелом уклона вызывает нагромож­ дение торосов, заторы и частичные замерзания рек на отдельных участках. Это частичное замерзание влечет за собою существова­ ние во время морозов открытых от льда мест или полыней, а эти последние служат источниками образования ледяного наноса и его скопления под водой на льдинах и подводных предметах в виде донного льда». Отсюда Лохтин делает вывод, что устранить явле­ ние зажора возможно только путем урегулирования уклона реки.

Гипотеза Лохтина впоследствии подвергалась критике со сто­

В 1905 г. Ционглинский, Шенрок и Ячевский опубликовали ре­ зультаты обработки анкеты по донному льду, разосланной в 1904 г. Русским географическим обществом. В результате этой обработки

1 Термин употреблен Лохтиным неверно, сало образуется на поверхности.

выяснилось, что явление образования донного льда на дне рек широко распространено по всей территории России. Была состав­ лена карта, показывающая распространение донного льда на реках Европейской России.

Анкеты подтвердили мнение, высказанное в свое время акаде­ миком Миддендорфом (см. стр. 57), что реки Сибири замерзают благодаря донному льду, который, поднимаясь на поверхность, об­ разует сплошной ледоход; лед же заберегов для «рекостава» не имеет почти никакого значения.

Большой интерес представляют составленное при обработке анкет собрание местных названий донного льда по губерниям и заметки о его образовании отдельных лиц [303].

1915 г. Ячевский [468], основываясь на наблюдениях за темпе­ ратурой металлических брусков, погруженных в воду, а также на наблюденных американцем Барнесом отрицательных температурах воды, пришел к заключению, что переохлаждение воды в реке остается недоказанным и что, по его мнению, имеет место переох­ лаждение предметов, погруженных в воду. На этих переохлажден­ ных предметах и нарастает донный лед.

1. Наблюдения за температурой воды в р. Неве в период ледо­ образования поставили вне сомнения факт переохлаждения воды, установленный ранее как русскими (Штеллинг, Близняк), так и иностранными (Барнес) исследователями. В период образования донного льда вода всегда была более или менее переохлажденной. Самая низкая температура составляла —0,16°.

2. «Необходимым и достаточным условием образования донного льда является наличие двух факторов: движение воды и легкое, но длящееся переохлаждение...

Из двух упомянутых факторов главным, первичным является движение, вторичным—переохлаждение, так как последнее в есте­ ственных условиях наступает благодаря первому. Благодаря дви­ жению задерживается образование сплошного льда на поверхно­ сти, в результате чего вся масса воды до дна приходит в переох­ лажденное состояние, после чего начинается образование льда, прежде всего на выступах дна. Выделяющееся здесь вследствие этого тепло передается через все вышележащие слои воды в воздух, так как в проточной воде разность температуры не может сохра­ няться длительно вследствие основательного перемешивания всех слоев, как это путем многочисленных измерений установлено с оп­ ределенностью. Поэтому если количество выделяющейся в единицу времени теплоты кристаллизации не превысит количества тепла, отдаваемого в то же время водою воздуху, то раз установившееся переохлажденное состояние остается таковым все время несмотря на непрерывное образование донного льда. Отсюда количество об­ разующегося льда обусловлено величиной тепловой отдачи (водою воздуху)» [9].

146