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

22 станциях, расположенных на 13 реках, а также отрывочные и путевые наблюдения разных лиц. Большая часть наблюдений отно­ сится к коротким периодам времени — 1—3 года, максимум 9 лет (р. Ангара — с. Усолье). Эти данные, будучи обобщены, позволили Шостаковичу сделать следующие выводы:

1. Из путевых наблюдений за температурой поверхности воды, которые велись Гольдбергом при следовании по рекам Ангаре и Енисею в 1898 и 1900 гг., выявляется, что минимальной темпера­ тура воды, по всей вероятности, бывает около 7 ч, максимум при­

2.Суточные колебания температуры воды зимой, когда реки покрыты льдом, настолько незначительны, что могут быть выяв­ лены только очень чувствительными приборами. В период же, сво­ бодный ото льда, амплитуды даже средних месячных суточных ко­ лебаний температуры воды, определенные из 3-срочных наблюде­ ний, отличаются большим разнообразием. В среднем за период наблюдений на разных реках они изменяются от 0,2 до 3,2°, а в от­ дельные месяцы достигают даже 5,5°. Большие величины суточных колебаний температуры воды являются следствием высокой конти­ нентальное™ климата. Значительное влияние на величину суточ­ ного колебания температуры воды оказывает облачность. При яс­ ном небе суточные колебания температуры воды сильнее благодаря большему дневному нагреванию солнечными лучами и большему ночному охлаждению путем лучеиспускания. Максимум суточных колебаний чаще всего приходится на летние месяцы и вообще соот­ ветствует наибольшему суточному колебанию температуры воздуха.

3.В годовом ходе температуры воды и воздуха выделяются четыре периода: ледостав, вскрытие, свободный ото льда и замер­

В среднем за период, свободный ото льда, вода оказывается теплее

а поздней осенью теплее, что объясняется влиянием Байкала, уме­ ряющего летнее нагревание и зимнее охлаждение воды.

4. Медленность осеннего охлаждения воды объясняется не только ее большой теплоемкостью, но и температурой почвы (теп­ лоотдачей дна — Б. 3.). В общем, конечно, влияние теплоотдачи дна незначительно, но при охлаждении воды осенью становится заметным. Оно обнаруживается обычно и после замерзания реки, сказываясь на повышении температуры воды.

5. Замерзание реки наступает тогда, когда потеря тепла в хо­ лодный воздух достигает такой степени, что теплопередача от дна не в состоянии поддержать температуру воды выше 0°; это может случиться или при продолжительном действии температуры немно-

148

гим ниже 0°, или при кратковременном действии очень низкой тем­ пературы. В этом лежит причина того, что иногда (при слабых морозах) температура воды долгое время держится около 0°, а река тем не менее не замерзает. Этим же обусловливается тот факт, что одна и та же река может замерзнуть при самой разнооб­ разной температуре воздуха.

6. Температура воды больших сибирских рек — Оби, Енисея и Лены — в их низовьях, особенно во вторую половину лета и осе­ нью, обусловливается не только температурой воздуха в низовьях, но и в значительной степени зависит от притока с верховьев боль­ шой массы нагретой воды. Благодаря этому температура воды Енисея и Лены на севере летом и осенью много выше, чем ей сле­ довало бы быть на данной широте. Высокая температура воды в низовьях этих рек замедляет наступление замерзания: они замер­ зают много позднее других рек севера. Благодаря огромной массе нагретой воды эти реки оказывают влияние и на температуру воз­ духа на их берегах. По словам знатоков края, земледелие в долине Лены возможно значительно севернее, чем в других местах Якутии. Еще Норденшельд объяснял появление далеко на севере лесов вдоль берегов больших рек согревающим влиянием речной воды.

Запас тепла, переносимый этими реками в моря, не может не влиять на климатические особенности Полярного бассейна. А. М. Полилов в статье [315], написанной в 1907 г., с большой убе­ дительностью доказывал, что сибирские реки для Северного Ледо­ витого океана играют роль отеплителей и сравнивал их с Гольфст­ римом.

14 лет. В результате обобщения указанных материалов Шостако­ вич пришел к следующим заключениям:

1. Средняя годовая температура воды отличается малой измен­ чивостью, благодаря чему даже однолетние наблюдения могут дать величины, довольно близкие к нормальным.

2. Низкой средней годовой и особенно низкой средней за пе­ риод, свободный ото льда, температурой воды отличается р. Ангара у с. Усолья. Вода этой реки в период, свободный ото льда (7,1°), на 5,3° холоднее воды всех остальных рек, на которых велись на­ блюдения; даже вода р. Колымы у Среднеколымска на 3,4° теплее воды Ангары. Это объясняется тем, что Ангара вытекает из очень холодного оз. Байкал и ее вода до Усолья на протяжении 140 км не успевает сколько-нибудь значительно нагреться. В летние ме­ сяцы по мере удаления от истока температура воды Ангары ра­ стет, но только у с. Кежемского, в 1180 км от Байкала, средние температуры за различные месяцы совпадают с соответствующими температурами воды других рек района. Благодаря этой особенности и большой массе воды Ангара охлаждающе влияет на берега, что подтверждается общим характером растительности.

149

3. Значительные реки, текущие с севера на юг, отличаются бо­ лее низкой температурой воды, чем другие реки данного района, благодаря притоку с верховьев холодной воды. Наоборот, реки с направлением течения с юга на север несут в низовья более на­ гретую воду, поэтому температура воды в низовьях выше.

4. Вода небольших рек нагревается очень быстро; сразу же после вскрытия температура воды таких рек быстро повышается, и уже в июне вода их становится значительно теплее воздуха. Вода больших рек нагревается медленнее и становится теплее воздуха только начиная с июля или даже с августа. В среднем вода всех

и средней годовой температуры речной воды и приняв, что коэф­ фициент стока равен 0,30 (по Фритше), Шостакович рассчитал ве­ личину теплового стока в моря Карское, Лаптевых и Восточно-Си­ бирское. Полученная им величина, как показывают современные расчеты, оказалась в несколько раз меньше действительной, что объясняется, с одной стороны, принятой Шостаковичем преумень­ шенной величиной коэффициента речного стока, а с другой — под­

двухлетних регулярных одновременных наблюдениях за темпера­

чение средней суточной температуры, вычисленной по этой фор­ муле, отличалось при средней суточной амплитуде 2,5° от среднего из 24-часовых отсчетов всего на ±0,2°.

3.Амплитуды средних месячных суточных колебаний темпера­ туры воды, определенные из трех срочных наблюдений, незначи­ тельны и изменяются в году от 0,0° (февраль) до 1,6° (апрель); колебания температуры воздуха в несколько раз больше и изме­ няются от 1,3° (декабрь) до 5,7° (март).

4.«При свойственной местному климату незначительной облач-

150

ности и малой толщине или даже отсутствии в некоторые зимы снегового покрова тонкий прозрачный слой льда хорошо пропу­ скает солнечные лучи, так что поверхностный слой воды продол­ жает участвовать в теплообмене. Поэтому зимою почти все время не прекращаются суточные колебания температуры воды в преде­ лах до полуградуса. В средних же месячных выводах амплитуда воды подо льдом выходит 0,1°, и только в феврале, когда наступает максимум холода и наибольшая толщина льда, колебания стано­ вятся едва заметны, не превосходя в среднем 0,05°».

5. В годовом ходе температуры воды выявляется три периода: а) ледостав (декабрь—февраль), характеризующийся тем, что в то время как вода, защищенная слоем льда, сохраняет положитель­ ную температуру около нуля или равную 0°, температура воздуха оказывается значительно ниже 0°; б) период нагревания (март— июнь), когда средняя температура воды остается ниже темпера­ туры воздуха и в) период охлаждения (июль—ноябрь), на протя­ жении которого вода становится теплее воздуха. В среднем за год вода оказывается теплее воздуха, а в среднем за период, свобод­ ный ото льда (апрель—ноябрь),— холоднее воздуха на 0,14° (1911 г.) и 0,95° (1912 г.).

«С этими данными, — пишет Балталон, — вполне согласуются измерения температуры воды и воздуха, весьма точно произведен­ ные П. Быстрицким [59] на р. Волге у г. Вольска, где в среднем за май—июль вода была холоднее воздуха на 1,3°».

Вероятной причиной такой разницы является то, что река течет с севера, из более холодной области в теплую, кроме того, не оста­ ется без последствий действие сухих ветров, способствующих повы­ шенному испарению.

вода, а температура воздуха весьма высока, характеризуется осо­

глубины, приближаясь к поверхности в июле, при достижении об­ щего летнего максимума температуры. Наконец, выдающаяся раз­ ность температур характерна для времени перед ледоставом, когда в нижней половине речного профиля стелется слой воды наиболь­ шей плотности (4°)».

Разность поверхностной и придонной температур изменяется от 0,00° в марте до 1,12° в ноябре, а в среднем за год составляет 0,21°.

7. Воздух над водой холоднее, а суточные колебания темпера­ туры, особенно в период, свободный ото льда, меньше, чем в воз­ духе над сушей (на высоте 10,7 м над средним уровнем воды и на расстоянии 66 м от реки). Температура воздуха над сушей в пе­ риод нагрева выше, чем над рекой, так как с верховьев прибывает

151

•более холодная вода; в период же охлаждения, когда вода отдает тепло более быстро остывающему над сушей воздуху, а также при ледоставе температура воздуха становится ниже над берегом.

В январе 1912 г. М. И. Сумгин [376] произвел рекогносцировку р. Зеи от ст. Бомнак до устья ее левого притока р. Купури с целью осветить зимний термический режим рек этого района, располо­ женного в области вечной мерзлоты. Обычно температура воды р. Зеи в это время в местах отсутствия выходов родниковых вод близка к 0,1°, но бывает и ниже этой величины. Там, где имеются выходы родниковых вод, температура заметно, а местами и весьма значительно повышается и колеблется от 0,2 до 1,8°. Самая высо­

Главной физической обсерватории Н. В. Розе были организованы наблюдения за температурой воды у городской водопроводной станции и в других местах. Наблюдения 1915 г. показали, что в зимнее время (1—3 апреля) колебания температуры воды подо

она достигала 0,26°, а в глубоких 0,06°. В отдельных точках глубо­ ких вертикалей отклонения от средней температуры вертикали ока­ зались ничтожными и измерялись сотыми долями градуса.

Летние наблюдения в верхнем 2,5-метровом слое воды выявили, что максимум температуры наступил в 13 ч, а минимум в 5 ч, на 2 ч позднее минимума температуры воздуха.

Ріаблюдения осенью 1916 г. обнаружили, что в период образо­ вания донного льда вода была всегда более или менее переохлаж­ денной, причем самая низкая температура воды составляла —0,16°. Этими наблюдениями было поставлено вне всякого сомнения явле­ ние переохлаждения воды в реке, установленное еще ранее, как уже отмечалось, эпизодическими наблюдениями русских (на Ан­

Е. В. Близняк [247, вып. 59] и др.

Водная эрозия и русловые процессы

В1878 г. В. В. Докучаев в труде «Способы образования речных долин Европейской России» [126] критически разобрал существо­ вавшие в то время взгляды, объяснявшие происхождение долин одной размывающей силой былых громадных и необычайно быст­ рых водных потоков.

Впротивоположность этим ошибочным взглядам Докучаев свя­ зал образование речных долин юга России с эрозионной деятель-

152

ностью текучих вод. Анализируя условия образования рытвин, ов­ рагов и балок, он пришел к выводу о генетической общности их с реками и создал стройную теорию постепенного развития эрози­ онных форм. Согласно этой теории, сами реки в теперешнем их виде расширяют и углубляют свои долины, «странствуют» в них.

Речные долины северной, ледниковой полосы России, отличаю­ щиеся четкообразным характером, образовались, по Докучаеву, путем естественного соединения обширной системы озер, покры­ вавшей поверхность в послеледниковый период.

Соглашаясь с озерной теорией происхождения некоторых, пре­ имущественно небольших долин северо-запада России, С. Н. Ники­ тин [272] полагал, что озеровидные расширения долины созданы не озерами, а блужданием реки по дну долины и подмывом то од­ ного, то другого берега в то время, когда уровень ее стоял выше, причем последующее понижение ее уровня он объяснял не умень­ шением количества воды в реке, а постепенным углублением ложа.

Следует отметить, что озерная теория происхождения речных долин северной ледниковой полосы и в настоящее время пользу­ ется популярностью.

В этом же труде Докучаев впервые в мировой литературе дал принципиальную динамическую схему развития продольного про­ филя устьев рек. Называя развитие (продвижение в водоем) дель­ ты процессом устьевого удлинения, он писал, что этот процесс «для своего резкого проявления не нуждается ни в поднятиях, ни в опу­ сканиях материка; для него нужно только, чтобы в том бассейне, куда впадает река, не было сильного бокового течения». Этот про­ цесс, писал Докучаев, может значительно осложняться под влия­ нием вертикальных движений материка, количества вносимых рекою наносов, уклона реки в нижнем течении и характера побе­ режья водоема, куда река впадает (отмелое, приглубое).

Опускание материка способствует укорочению реки, но при большом выносе наносов устьевое удлинение возможно и в этом случае. Поднятие материка способствует устьевому удлинению, но процесс этот протекает различно в зависимости от уклона реки и характера побережья. На отмелых берегах, особенно при значи­ тельном уклоне реки, устьевое удлинение будет больше, чем на приглубых берегах, где обычно развивается течение, относящее

всторону речные выносы.

В1878 г. за названную работу Докучаев получил степень ма­ гистра минералогии и геогнозии (геологии).

Вопросом формирования устьевых участков рек, кроме Доку­ чаева, занимался в рассматриваемый период целый ряд исследо­ вателей. Так, например, П. Ю. Крендовский [198] дал детальный анализ образования островов в дельте р. Днепра и развития этой дельты, а также исследовал Бугский, Днепровский и другие

153

2. Реки можно вообще разделить на две категории — с устой­ чивым и неустойчивым руслом:

а) реки с устойчивым руслом характеризуются постоянным расположением перекатов, резким делением русла на плёсы и пе­ рекаты, ступенчатым продольным профилем свободной поверхно­

метр частиц ложа (мм) и Ah — падение на 1 км (мм). Для р. Дне­ стра, отличающейся весьма устойчивым руслом, этот коэффициент равен, например, 166,0, а для р. Вислы с весьма неустойчивым рус­

лом он составляет всего 3,7—4,2.

В настоящее время при расчете устойчивости русла принято пользоваться не уклоном, а величиной скорости течения, поскольку при одном и том же уклоне скорость течения может изменяться в довольно широких пределах в зависимости от глубины и шерохо­ ватости ложа потока.

3. В высокую воду уклон водной поверхности на перекатах меньше, а при низкой воде больше, чем на плёсовых участках реки. Поэтому при высокой воде вследствие уменьшения скоростей течения перекаты заносятся наносами, а плёсовые участки размы­ ваются за счет увеличения скоростей течения при больших уклонах. При низкой воде наблюдается обратное явление.

В чередовании плёсов и перекатов и соответствующем им чере­ довании больших и меньших уклонов водной поверхности Лохтин видит определенный механизм, способствующий удалению наносов реками с устойчивым руслом, а само чередование плёсов и перека­ тов считает следствием равновесия в приходе и расходе наносов и вод, поступающих в русло реки.

Приведенные выше основные принципиальные положения Лохтина не потеряли своего значения и в настоящее время. Они, как писал А. К. Проскуряков [319], «намечают правильный путь иссле­

необходимость изучения руслового процесса в природной обста­

155