книги из ГПНТБ / Панов Б.П. Зимний режим рек СССР

более ранним установлением ледяного покрова в низовьях соз­ даются чрезвычайно специфические условия для протекания русловых масс воды, что хорошо видно на примере режима уров-

Таблица 3

Интенсивность падения уровней в предледоставный период при раз­ личных фазах ледообразования в {см сутки)

ней р. Оби (рис. 7). Несколько позже появления первых ледо­ вых образований уровни обнаруживают тенденцию к повышению, резко усиливающуюся при совместном проходе шуги, ледоходе

и заберегах, достигая наивысшего положения в начальный пе­ риод ледостава, вслед за которым начинается сперва быстрое, а

затем замедленное снижение.

Таким образом, создается впечатление, что установление ле­ дяного покрова приходится на пик паводка (рис. 8).

Продвижение вверх кромки ледяного покрова сопровождает­ ся таким же перемещением этого максимума подъема уровней.

Такой тип развития ледообразования неизбежно связан с усиленными зажорйо-заторными явлениями, в результате про­ мыва которых происходит весьма значительное снижение уров­ ней.

На таких реках уменьшения водоносности в начальный ледо­ ставный период не происходит, так как отсутствует фактор, его определяющий, — ранний верховой ледостав.

Малые и средние реки, а в Сибири значительные, замерзают более или менее одновременно на всем протяжении.

29

На реках с выраженным плесово-перекатным характером те­ чения на перекатах выше замерзшего плеса наблюдается явле­ ние подпора.

Рис. 8. Схема продвижения ледяного покрова вверх по реке.

у — установившийся уровень перед ледообразованием; 2 — под­ порные уровни выше кромки ледяного покрова; 3 - ледяной по­ кров в его последовательных положения*: * —схематический график колебаний уровней.

Расчет повышения уровней под ледяным покровом над уста­ новившимся предледоставным для случаев продвижения кромки льда снизу вверх по реке возможно производить на основе уче­ та величины этих подпорных влияний.

Таблица 4

Втабл. 5 представлены такого же рода данные, что и в табл. 4, но за многолетний период для одного пункта.

Вотдельные годы с аномально поздним установлением ледя­ ного покрова подъемов уровней подо льдом не происходит.

Как следует по рис. 9, в годы с обычным для этого участка реки характером образования ледяного покрова существует связь между высотою наивысшего уровня под ледяным покровом и положением установившегося предледоставного уровня Но.

Она обусловлена тем, что при более высоких преддедостав-

ных уровнях скорости течения больше, следовательно и подпор­

ное влияние льда больше.

30

Таблица 5

Предледоставные установившиеся и наивысшие под ледяным покровом уровни р. Оби у в/п г. Салехарда

Рис. 9. Зависимость наивысшего уровня под ледгным покровом //макс от установившегося предледоставного Но Р. Обь, г. Салехард, 1938—1947 гг. (числа при точках обозначают количество дней меж­ ду датами наступления установившегося уровня и

образования ледяного покрова).

31

При значительной заблаговременности появления этих по­ следних уровней по отношению к образованию ледяного покрова (25 и более дней) связь выражается одной закономерностью, а при малой — другой (кривые / и II на рис. 9).

В первом случае основное падение водоносности реки со­

вершается до наступления ледостава, который и образуется в условиях прохождения устойчивых расходов воды.

Во втором — снижение водоносности реки, вследствие умень­ шения поверхностного питания, сильно сказывается на уровняк под ледяным покровом.

СВЯЗЬ РЕЖИМА УРОВНЕЙ С ТЕМПЕРАТУРАМИ ВОЗДУХА

Впервые на связь между суммами отрицательных температур воздуха и высотой уровней рек обратил внимание В. Б. Шоста­ кович [12, 13], который высказал следующие соображения: чем

больше масса воды, т. е. чем выше уровень реки, тем труднее и медленнее происходит охлаждение и тем большее количество

холода необходимо для того, чтобы довести температуру воды

до 0° и тем самым подготовить возможность замерзания. Эти рассуждения им подтверждены рядом материалов, часть из ко­

В табл. 6 приведены данные по озерным рекам для створов, находящихся в более или менее одинаковых расстояниях от исто­ ка из озера, и тем не менее для каждой из них потребовались различного порядка суммы холода для замерзания.

Такое различие не может быть объяснено неодинаковой водо­ носностью рек, так как рр. Ангара и Нева более или менее близки в этом отношении, и тем не менее суммы отрицательных

температур их различны. Наоборот, у рр. Онеги и Невы эти суммы одного порядка, но водоносность сильно различается.

32

Географическое положение также не играет особой роли, так как р. Висла, протекающая много южнее, накапливает примерно те же суммы, что Нева и Онега.

Влияние выноса теплых озерных вод на процессы замерзания

рек изучалось рядом исследователей: В. Н. Вальманом [14] и Ф. И. Быдиным [15] на р. Свири, Е. И. Иогансоном [16] на р. Волхове, Б. Д. Победоносцевым [17] на реках Карельской АССР. Необходимо также упомянуть чрезвычайно обстоя­ тельную работу X. Симойоки [18] по исследованию зимнего режима рек Финляндии, в которой уделено большое внимание запасам тепла, накапливающимся в озерах.

На основании этих исследований можно полагать, что в предледоставный период в реки из озер выносятся как выхоложен­ ные воды верхних слоев, так и более теплые нижернеположен­ ные, что и определяет замедленное их замерзание.

С появлением на озере ледяного покрова вследствие влияния

его шероховатости максимум скоростей поступающих в реку вод перемещается от поверхности вглубь, где располагаются слои с

более высокой температурой.

Это изменение гидравлических факторов и обусловливает до­

полнительное повышение выноса тепла в реку.

Если река замерзла до появления ледяного покрова на озере, то после его образования отмеченное изменение режима скоро­ стей, увеличивающее приток тепла, может привести к «прогора­ нию» льда в истоке, как это наблюдается на рр. Свири, Вол­

хове и др.

В. Б. Шостакович [12, 13] пришел к выводу, что величина сумм отрицательных температур воздуха, накапливающихся к

замерзанию, зависит от следующих факторов:

1)от объема выхолаживающихся вод в реке (чем он больше, тем большая сумма будет накапливаться);

2)от скоростей течения (с увеличением скоростей увеличи­

вается и сумма отрицательных температур воздуха); 3) от направления течения (для крупных рек, протекающих

с юга на север, сумма отрицательных температур вниз по тече­ нию увеличивается, а для текущих в обратном направлении уменьшается);

4) от впадения больших притоков (на величину сумм отри­

цательных температур значительное влияние оказывают большие

притоки, как тем, что увеличивают в главных реках объем выхо­ лаживающейся воды, так и тем, что, принося воду с юга или с севера, значительно изменяют их температуру в главной реке ниже места слияния);

5) от изменения водоносности (ежегодные отклонения сумм холода от средней многолетней величины для каждого данного створа в значительной мере определяются изменением водонос­ ности реки). Кроме того, значительное влияние на величину сумм отрицательных температур оказывает степень облачности;

Общие соображения Шостаковича о связи между водонос­ ностью рек и скоростью их замерзания нашли себе подтвержде­ ние в исследованиях Л. К. Давыдова [19] по отношению к круп­ ным арктическим рекам, протекающим с юга на север.

Ф. И. Быдин [15] нашел, что скорость замерзания в значи­

тельной мере зависит от величины уклона рек. К тем же выво­

дам, что и Быдин, пришел и О. Девик [20] при исследовании процессов ледообразования на реках с различными падениями.

В. Д. Комаров [22] вывел зависимость между суммами отри­ цательных среднесуточных температур воздуха, накапливающих­ ся к моменту замерзания, от величины площади водосбора и от температуры воды в день перехода температур воздуха от поло­ жительных к отрицательным значениям. Кроме того, им же уста­ новлена связь между значениями этих сумм отрицательных тем­ ператур воздуха с высотою уровня и скоростями течения в пред-

ледоставный период.

Все эти связи могут быть заменены одной связью сумм отри­ цательных температур воздуха с величиною расхода воды в предледоставный период, т. е. с размерами тех объемов, какие

претерпевали выхолаживание.

На рис. 10 изображены такого рода связи для различных рек за разные годы. Из чертежа видно, что зависимость 2(—Z°) — = f(Mnp) имеет линейный характер. Данные по двум створам на р. Каме (в/п Пермь и в/п Тарловка) уложились с той же за­ кономерностью, как и точки связи р. Волги у Васильсурска и р. Сакмары у с. Сакмара. Данные по р. Тоболу легли на прямую

связи с углом наклона, близким к 90°, а Иртыша и Ишима —

даже превышающим 90°; т. е., если для рр. Волги, Камы, Урала, Сакмары с увеличением модуля предледоставного расхода повы­ шается и сумма накапливающихся к замерзанию отрицательных

исключительно высокой водоносностью в предледоставный пе­

риод, также является линейной, но она несколько отлична шэ своему характеру от получившихся для других рек.

34

Величина добавочного члена в уравнениях прямых описывае­ мого графика, видимо, определяется особенностями местоположе­ ния по отношению к долине и реке, где располагается метеороло­ гическая станция, по которой использованы данные о суммах от­ рицательных температур воздуха, и гидравлическими условиями

протекания речных вод.

Рис. 10. Связь между суммами отрицательных среднесуточных температур воздуха и модулями предледоставных расходов.

I— р. Кама; II — р. Волга, р. Сакмара; III—р. Урал; IV — р. Тобол; V — р. Иртыш; VI —

р. Ишим; VII — р. Томь.

Угловой коэффициент этих прямых характеризует способ­ ность потока к выхолаживанию, так как показывает интенсив­ ность накопления сумм отрицательных среднесуточных темпера­ тур воздуха, необходимых для замерзания.

Способность речного потока в равных гидравлических усло­

виях накапливать к моменту замерзания те или другие суммы отрицательных температур воздуха определяется его теплозапасами и характером их пополнения, что для рек неозерных с не­

заболоченными бассейнами отчасти может быть охарактеризова­ но густотой речной сети.

Из системы притоков в главную реку воды приходят доста­ точно выхоложенными, и потому чем их приток больше, тем ме­

стный сток теплых грунтовых вод оказывает, как это показали работы В. В. Пиотровича [21], В. Д. Комарова [22], меньшее

Таблица 7

1 устота речной сети, tg углов наклона кривой связи S(—t)=f(M)

и приращения модулей стока

Приращение

36

условии питания этой реки в предледоставный период от усло­

вий, свойственных другим бассейнам.

• Данные по рр. Иртышу и Ишиму тоже не отклонились oi этой закономерности, хотя приращение расхода по длине реки у них весьма мало.

Эти две реки на значительном расстоянии не имеют притоков и их воды сверху вниз по течению двигаются транзитом без зна­

где QBep —расход воды, проходящей через верховый створ

участка, <7гр — приток местных грунтовых вод в пределах участ­ ка, a QCTOKa — расход воды, проходящей через нижний створ участка.

Воды верхового притока (QBep) подходят к участку уже вы­ холоженными. Температура же вод местного грунтового при­

Так как приток грунтовых вод практически постоянен, то из­ менение величины суммарного расхода определяется притоком

верховых вод (QBep), и чем он больше, тем ниже температура воды на данном участке, т. е. меньшая сумма отрицательных

температур воздуха будет накапливаться к началу замерзания.

Ф. И. Быдин [23], рассматривая связь между температурой

воды и воздуха, пришел к заключению о зависимости теплового состояния речных вод от предшествовавших температур воздуха, что раскрывает отмеченное В. Б. Шостаковичем явление.

Л. Г. Шуляковский [24]) дал формулу для расчета продол­ жительности периода указанного влияния температур воздуха на температуры воды; но находит ее мало применимой из-за большой изменчивости коэффициента охлаждения в осенний период.

37

Методом подбора Ф. И. Быдин [23] получил для р. Свири

наилучшую связь между температурой воды данного дня и средней температурой воздуха за предшествующие 20 дней. Л. Г. Шуляковский этим методом для рек бассейна Днепра установил, что наилучшая связь между температурами воды и воздуха получается за предшествующий период в 15 дней.

Ф. И. Быдиным было подмечено, что одни и те же суммы от­ рицательных температур воздуха вызывают неодинаковые сте­ пени охлаждения воды в условиях различной интенсивности их накапливания. При быстром накапливании этих сумм выхола­ живание вод происходит в меньшей степени, чем при медлен­ ном. Л. Г. Шуляковский объяснил это различие уменьшением теплоотдачи водной поверхностью на каждый градус отрица­

тельной температуры воздуха с ее понижением.

рр. Оке, Каме, Вятке, также следует, что прямого соответствия в ходе среднесуточных температур воздуха и в процессах ледо­

сторону запаздывания; то же можно отметить и относительно понижений уровней в это время.

В ноябре на каждый сантиметр падения уровня р. Оки при­ ходились снижения температур воздуха у.Орла — 0°,54, у Муро­ ма— 2°,0, а в декабре во всех трех пунктах эти величины отри­ цательных температур воздуха были более или менее одина­ ковы и в среднем равны—• Г,5 (табл. 9).

Таблица 9

Суммы отрицательных среднесуточных температур воздуха и величины понижения уровней на р. Оке в 1939 г.

На р. Оке запаздывание реакции уровней на влияния тем­ ператур воздуха отмечалось в 1—2 дня, а на р. Каме для створа

у г. Перми оно определяется в 5—6 дней (табл. 10).

38