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

Сибири. Так, например, И. Сивере [475] еще в конце X V I I I в. впервые в России констатировал парадоксальное явление образо­ вания льда на дне р. Ангары («грунтового» льда) и последующее всплывание его на поверхность. Позднее этот факт был подтверж­

рывно всплывали льдины со дна реки. Лед этот имел вид белой снегообразной массы и образовывался только на камнях и пли­ тах. Образование льда на дне реки Щукин объяснил действием холода, распространяющегося через «почвы» берегов под дном реки.

Миддендорф в 1844 г. наблюдал образование донного льда на

большими массами. Большое значение в его образовании Мидден­ дорф придавал теплопроводности валунов русла.

Особо обстоятельные по тому времени наблюдения за образо­ ванием донного льда были выполнены астрономом Шварцем в 1855—1856 гг. на реках Ангаре и Олекме. Свои ледовые наблю­ дения он сопровождал наблюдениями за температурой воды и воздуха и состоянием погоды. Измеряя температуру с точностью до сотых долей градуса, он установил, что образование донного льда начинается после того, как вся масса воды от поверхности до дна достигнет температуры 0°. Шварц приводит факты, под­ тверждающие, что донный лед, всплывая, уносит большое количе­ ство камней. Шварц полагал, что донный лед при медленном низо­ вом течении р. Олекмы образуется вследствие действия холода вечно мерзлой почвы.

зом: «...объяснение, данное Шварцем для Олекмы, и объяснение Щукина для Ангары, что холод будто бы распространяется через почву берегов под дном реки, оказывается несостоятельным вслед­ ствие медленности распространения холода в почве; подрывается даже объяснение Миддендорфа относительно образования грунто­ вого льда вообще...»

Имеющиеся в литературе того времени сведения об образова­

5Г

ледяного покрова и приставшего к нему шороха (так называется на Неве всплывший донный лед).

К. Дитмар [124], А. Ф. Миддендорф [257] и Г. Л. Майдель [236] впервые описали широко распространенные на реках Якутии и дру­ гих районов Северо-Востока Сибири наледи или, по-якутски, тарыны, и пытались дать объяснение этому явлению. Они описали также встреченные ими наледи на больших реках — Лене и Ангаре.

Миддендорф [257] сообщил о том, что под влиянием сильных морозов реки Якутии, промерзая на перекатах, превращаются в цепочки озер, а многие незначительные реки промерзают до дна на всем протяжении. Наряду с этим на некоторых реках в местах выхода теплых ключевых вод встречаются участки, свободные от ледяного покрова в течение всей зимы. Это явление наблюдал Майдель [236] в верховьях р. Кыры (система р. Индигирки), сте­ кающей с хребта Тас-Хаяхтак. Миддендорф сообщил также о на­ личии постоянной полыньи в истоках р. Ангары, а Майдель описал явление так называемых водяных заберегов (вода на льду вдоль берега), встреченных им весною при переездах через реки Обь и Енисей.

роде и свойствах речной теплоты, о зависимости ее от темпера­ туры воздуха и от ливней, выпадающих в бассейне реки, и уста­ новил, что дневные колебания температуры воды совершенно не­

возможно больше фактов, включил в свою анкету вопрос, каса­ ющийся асимметрии речных берегов (см. стр. 36). Позднее об этом явлении писали и подтвердили его рядом примеров П. С. Паллас [304], П. А. Словцов [29], К. М. Бэр [60] и др.

Паллас объяснял асимметрии речных берегов предпочтитель­ ным размывом правых берегов, но не мог указать причины этого явления.

а левый — луговым, что соответствует действительности.

58

Идея привлечь к объяснению этого явления силы суточного вращения Земли принадлежит сибирскому историку и натуралисту Словцову (1827 г.). Однако попытка Словцова более конкретно

в меридиональном направлении как с юга на север, так и с севера на юг. На реки, текущие по параллелям, вращение Земли, по Бэру, не оказывает отклоняющего влияния. На реках южного полуша­ рия по той же самой причине размыву подвергаются левые берега рек. Обобщение Бэра, что «.. .для всех по меридиану текущих рек в северном полушарии... правый берег более подмываем, не­ жели левый, и вследствие этого делается более крутым и высо­ ким», является зачатком гидрологической теории и известно, как закон Бэра.

В 1859 г. французский физик Бабине [29] (ссылаясь на Фуко, показавшего, что отклоняющая сила действует на тело, движуще­ еся в любом направлении) сделал единственно правильное обоб­ щение, распространив влияние вращения Земли на реки, проте­ кающие в любом (кроме экваториального) направлении.

Интересно отметить, что механическая основа для обобщений Бэра и Бабине была дана Кориолисом еще в 1835 г. в статье аб­ страктно-математического содержания, которая осталась им, по-видимому, неизвестной.

Эрозионная деятельность рек привлекала внимание еще Ломо­ носова, который в своем труде «О слоях земных» [223] писал: «Обитатели по берегам больших рек тому свидетели, коль великие перемены в берегах и стрежах их течение воды, наипаче вешнее, причиняет. Не упоминаю песков, кои всякая весна и осень пере­ мывает, ни лугов, которые быстрина отнимая от переднего конца, наращивает к заднему, но токмо чем внутренность земная откры­ вается, представляю яры крутые, которых великие звена иногда с огородами и строениями отседают и в реки опровергаются, бу­ дучи подмыты. Нередко видны набережной горы части, опустив­ шиеся на самый берег, где стоят, как некоторый прилавок, прямо с лесом. Инде беспорядочная осыпь опрокинулась. Висят великие дубы и ели вниз вершинами, держась только за крутизну некото­ рыми кореньями. Иные деревья торчат горизонтально, и то еще дивно, что остаются немалое время зелены».

Реки, которые Ломоносов называет «сильными гигантами», в процессе эрозионной деятельности не только формируют рельеф, но и обнажают земные недра, открывая полезные ископаемые. «Все во всем свете рудокопы не перероют столько земли, не провергнут камней во сто лет, сколько одной весной разрушат оных льды и быстрина беспримерных вод российских», — восклицает Ломоносов.

59

В начале XIX в. было выявлено весьма важное обстоятельство, что русло р. Волги подвержено непрерывным изменениям. Про­ цессы формирования русла Волги достигают наибольшей интен­ сивности во время весеннего половодья. В межень, хотя и со зна­ чительно меньшей интенсивностью, происходят переформирования тех весенних образований в русле, которые не удовлетворяют условиям меженного состояния реки. Известные изменения в русле происходят и в зимнее время, особенно в суровые зимы, когда река местами промерзает до дна и вода роет дно в местах, наибо­ лее легко поддающихся размыву [375].

Позднее Четвериков [370], занимавшийся в 1862 г. исследова­ нием перекатов р. Дона на участке от Калача до Ростова, сооб­ щил, что «перекаты образовались и существование их поддержи­ вается единственно от действия весенних вод и что меженные воды не только не ухудшают перекатов, но образовывают на них фарватер».

Небезынтересно отметить, что в современной литературе (Г. И. Шамов [430], А. К. Проскуряков [319]) приоритет в выска­ зывании положения о господствующем значении полых вод в фор­ мировании русла ошибочно приписывается В. М. Лохтину, писав­ шему об этом примерно 30 годами позднее Четверикова.

К. М. Бэр [60] описал явление перемещения аллювиальных ост­ ровов в русле р. Волги. Начиная от Нижнего Новгорода волжские острова, состоящие из слоистых песков, имеют следующий харак­ терный вид: они заметно вытянуты в длину, причем низовая их часть сужена и полого спускается в воду, тогда как верховая часть шире, выше и круто обрывается к воде. В половодье верхо­ вая часть острова подмывается и обваливается, низовая же часть нарастает за счет откладываемого здесь речного песка, в резуль­ тате чего остров перемещается вниз по течению реки совершенно аналогично тому, как перемещаются дюны.

В «Судоходном дорожнике» [375] приводится целый ряд при­ меров, иллюстрирующих глубокие изменения, происшедшие со временем в русле р. Волги: «Город Юрьевец Поволжский, кото­ рый прежде лежал на самом берегу, теперь отдален от реки. У Ка­ зани Волга значительно удалилась от города. Развалины города Болгар находятся в 6 верстах от реки, тогда как прежде суда под­ ходили в этом месте к самому городу. Близ Самары, у так назы­ ваемой Кольцевой воложки, все течение реки перенеслось в про­ должение не более 5 лет с одной стороны осередка на другую. Близ Астрахани, при отделении Волгою рукава Болды, часть ма­ терика нагорного берега отмыта и увлечена течением вместе с на­ ходившимся на нем Болдинским монастырем, несмотря на приня­ тые против этого меры».

Другое важное обстоятельство, выявленное в этот период, за­ ключается в том, что речные наносы формируются талыми снего­ выми и дождевыми водами и поступают в реки в основном вслед­ ствие не размыва берегов, а смыва с поверхности бассейна и ов­ ражных выносов. Об этом писал в 1861 г. Вангенгейм фон Квален

60

[63]: «Обыкновенно полагают, что все количество земли, песка и гальки, которое ежегодно вносится в Волгу со всего ее бассейна, происходит единственно от обрывающихся и обмывающихся бе­ регов притоков ее ... Частицы эти, без сомнения, увеличивают ко­ личество ила и песка, но не составляют еще главной причины обмеления... Главную причину увеличивающегося обмеления со­ ставляют многие тысячи оврагов, которые с незапамятных времен прорезывают по всем направлениям материк волжского бассейна, отчасти увеличиваются или ежегодно вновь образуются. Они-то и сносят в Волгу многие миллионы кубических футов плодородней­ шей почвы во время весенних разливов больших и малых прито­ ков. Настоящую причину обмеления должно искать не на берегах Волги, а в глубине материка волжского бассейна».

На этом явлении останавливался в 1869 г. и академик Гельмерсен [94]: «... когда Министерство путей сообщения несколько лет тому назад измеряло и описывало течение Волги то невы­ годное обстоятельство, что овраги, прорезающие берега реки в не­ исчислимом количестве, вносят в нее еще более обильный мате­ риал для образования островов и отмелей, чем размыв самих бе­ регов, достаточно обратило на себя внимание Министерства».

Отметим, что и в данном случае в той же современной лите­ ратуре [430, 319] приоритет в высказывании мысли о превали­ рующей роли смыва с поверхности бассейна в образовании реч­ ных наносов также ошибочно приписывается Лохтину.

Б. И. Статковский [371], проектировавший в 50-х годах ВоенноГрузинскую дорогу через Главный Кавказский хребет, положил начало изучению вопросов, касающихся формирования и режима селевых явлений и разработки мероприятий по борьбе с их раз­ рушительной деятельностью.

рек. Останавливаясь на факторах дельтообразования, Данилев­ ский говорит: «Главнейшие из этих влияний суть: присутствие или отсутствие приливов и отливов, глубина моря на границе за­ лива, количество и свойство твердых частиц, несомых или катимых рекою, степень солености воды заливов и моря, куда реки впа­ дают, и, наконец, возраст устья».

Рассматривая различные реки и типы берегов, Данилевский пришел к выводу, что реки, впадающие в открытое море, строят приустьевые косы, причем при преобладании волнения одного на­ правления реки поворачивают вдоль берега, отделяясь от водоема

61

пересыпью. Многообразие приводимых условий и различные их со­ четания способствуют образованию того или иного типа устьев рек. Эти положения стали основой для последующих классификаций устьевых участков рек.

Влияние деятельности человека на речной сток

В народе издавна считалось, что леса и болота являются регу­ ляторами питания рек. С начала XIX столетия этот вопрос все чаще начинает освещаться в русской печати и подвергаться об­ суждению, которое продолжается вплоть до наших дней. Впервые широко вопрос о роли леса в питании рек был поднят известным

для России» [166], опубликованной в 1817 г., писал: «Величествен­ ная Волга и синий, как праотцы наши его называли, Дон, и Днепр, и обе Двины, и вообще все прекраснейшие наши реки имеют ис­ ходы свои из лесов, или из озер, среди лесов лежащих. Переста­ нем удивляться, что воды их год от году убывают; губительная рука подсекает леса, необходимые для их жизни. Тщетно водоводное искусство будет истощать свои знания и государственную со­ кровищницу; оно не наполнит рек, не ускорит медленность судо­ вого хода, если леса не сохранятся или не вознасадятся некогда у их источника. Две причины еще содействуют к затруднению во­ дяных сообщений, и обе принадлежат к нашему предмету. Пер­ вая: деревья, растущие непосредственно у берегов, кореньями своими удерживают землю, не позволяют воде подмывать их и расширять русло ко вреду его глубины. Но сие последнее прои­ зошло повсюду, где прибрежные деревья посажены не были. Вто­ рая: тенистые леса, окружающие реки, речки и ручьи, в них вли­ вающиеся, долго останавливают в весеннее время действие сол­ нечных лучей и теплых ветров. Снег тает постепенно и наводнение бывает умеренным. Так учредила природа! Но человек, по коры­ столюбию или лености, обнажив берега на великом пространстве, дал стихиям полную волю. Растопленный скоропостижно снег об­ разует ревущие потоки. С высот устремляются они по разным на­ правлениям, мчат с собою ил и песок и, наконец, достигнув кру­

на затруднение судоходства вследствие сильного обмеления Верх­ ней Волги [279]. В них указывалось, что обмеление реки — резуль­ тат уменьшения количества атмосферных осадков, вызванный вы­

наметил план устройства сети метеорологических обсерваторий во главе с метео­ рологическим комитетом [414].

62

куда поступил доклад комиссии, не согласился с ее заключением. Дело было передано в Академию наук, которая в 1838 г. учредила новую комиссию в составе академиков Паррота, Купфера, Бэра, Ленца и Кёппена для выяснения вопроса о влиянии истребления лесов на проточные воды.

Новая комиссия пришла к заключению [472], что влияние ис­

способствующее быстрому таянию снега, влечет за собою ускоре­ ние стока талых вод, следствием чего является увеличение весен­ него и уменьшение летнего стока рек. Комиссия признала также необходимым организовать учет стока р. Волги, без которого не­ возможно судить об уменьшении количества протекающей воды и изменении распределения ее по временам года, как следствия уменьшения площади лесов в ее бассейне.

Академик Бэр в предисловии к отчету комиссии разъяснил, что атмосферные осадки, выпадающие на какой-нибудь территории, не зависят от характера подстилающей поверхности, а обусловлива­ ются атмосферными процессами крупного масштаба. В такой рав­ нинной стране, как Россия, полагал Бэр, осадки выпадают за счет влаги, приходящей издалека. Поэтому некоторое сокращение пло­ щади лесов не может служить причиной уменьшения влаги в стране.

Развитию вопроса о значении вырубки лесов способствовали появившиеся за границей сочинения Г. Берггауза [469] и Ж- Б. Буссенго [52].

Географ Берггауз, анализируя материалы наблюдений за уров­ нем воды р. Эльбы у Магдебурга за 1731—1830 гг. и р. Одера у Кюстрина за 1778—1835 гг., пришел к заключению о прогрессив­ ном уменьшении количества воды в указанных реках. При этом он писал, что если этот процесс будет продолжаться, то судоход­ ство на р. Эльбе через 24 года должно будет прекратиться. При­ чиной этого Берггауз считал истребление лесов и особенно осуше­ ние болот в истоках р. Одера.

Буссенго, путешествовавший в 1822 г. в тропиках Южной Аме­ рики, привел в своем сочинении много интересных фактов, касаю­ щихся влияния лесов на текучие воды. В результате своих наблю­ дений он пришел к выводу, что, во-первых, истребление лесов способствует уменьшению количества проточных вод, причем невоз­ можно определенно сказать, происходит ли это за счет уменьше­ ния атмосферных осадков или за счет увеличения испарения с по­ верхности бассейна, и, во-вторых, леса сберегают количество про­ точных вод и умеряют их течение.

Инженер-полковник Термин [388], автор перевода сочинения Буссенго на русский язык, пытался подтвердить справедливость выводов последнего путем следующего весьма грубого расчета.

63

Он допустил, что при неизменных на Каспийском море количествах атмосферных осадков и испарения и одинаковых горизонтах моря за последние 100 лет уменьшение количества притекающих в море

равным 60 см. Следовательно, количество речных вод, притекаю­ щих в Каспий, уменьшилось на призму, имеющую основанием пло­ щадь поверхности моря и высоту 60 см. Понятно, что указанный расчет, основанный на грубых допущениях, не может служить под­ тверждением правильности выводов Буссенго.

Позднее некоторые исследователи, например Вангенгейм фон Квален (см. стр. 60), допускали, что главной причиной обмеле­ ния р. Волги является не уменьшение ее водности под влиянием вырубки леса, а увеличение склоновой и овражной эрозии, также прогрессивно растущей в связи с истреблением лесов.

Таким образом, вопрос об обмелении Волги не был решен окон­ чательно и продолжал волновать общество.

Интересно отметить, что мнение о положительной роли леса в питании источников и рек проникло и в художественную лите­ ратуру. Так, например, в повести С. Т. Аксакова «Детские годы Багрова-внука» (1858 г.) староста сообщает отцу Багрова: «.. .у нас на деревне, да и за пять верст выше, в Берлинских вер­ шинах, воды было много, и по всей реке (р. Бугуруслан — Б. 3.) рос лес, а старики наши, да и мы за ними, лес-то повырубили, род­ нички затоптала скотинка, — вода-то и пересохла...»

Гидрологические прогнозы и расчеты

В рассматриваемый период впервые была сделана попытка прогноза глубин на перекатах. В основу прогноза, как сообщил в 1885 г. И. И. Августовский [3], было положено правило, выведен­ ное из «ведущихся с давнего времени» параллельных наблюдений за уровнем р. Волги у г. Нижнего Новгорода (у завода Курба­ това) и глубиною воды на перекатах. Согласно этому правилу, когда уровень Волги по курбатовской рейке опускается до нуля, то при отсутствии прибыли воды в Рыбинске глубина на перека­

строительстве гидросиловых установок, так же как и в предшест­ вующий период, черпались из многолетнего опыта мастеров пло­ тинного дела. Впоследствии эти данные получали на основании

64