2.6 Льодовий режим

При зниженні температури води до 0 С і появи на річці льоду вона вступає у фазу зимового режиму. Тривалість його відраховують із моменту встановлення мінусових температур повітря, які обумовлюють виникнення на річці льодових утворень, до початку інтенсивного весняного підняття рівня води та очищення річки від льоду.

У льодовому режимі виділяють три фази: замерзання, льодоставу і скресання (звільнення від криги). Характерними датами льодових явищ на ріках є дата початку осіннього льодоходу, дата замерзання ріки, дата скресання і дата весняного льодоходу. Замерзання ріки розпочинається за від’ємного теплового балансу. Швидке охолодження води призводить спершу до утворення на мілководді, а також у заводях (невелика затока, спокійне, затишне місце) і в застійних місцях, льоду на поверхні води; це так звані забережні ( смуги льоду біля берега).

Дещо пізніше на поверхні води з’являється накопичення змерзлих кристалів льоду голчастої форми, які називають салом.

Турбулентне перемішування сприяє зниженню температури води і її вирівнюванню по всьому перетину. Переохолодження всієї товщі води і наявність ядер кристалізації створює сприятливі умови для утворення кристалів не лише на поверхні, але і в усій масі води. Кристали об’єднуються в непрозору губчасту масу, утворюючи внутрішньоводний лід і скупчення донного льоду. Лід, який випливає на поверхню, змішується із салом, сніжурою (шматки водонасиченого снігу) і дрібно битим льодом. Вся ця кашоподібна маса формує шугу, рух якої на поверхні називають шугоходом.

Внутрішньоводний і доний лід та шуга на рівнинних річках утворюється на ділянках із швидкою течією і кам’янистим дном до встановлення суцільного льодового покриву (льодоставу), оскільки тепло, що виділяється при кристалізації, інтенсивно відводиться (в стоячій воді – не відводиться). На гірських річках шуга утворюється протягом всього періоду від’ємних температур.

При заповненні внутрішньоводним льодом і шугою живого перетину під льодом виникають зажери, внаслідок яких звужується живий потік і швидко піднімається рівень води, що призводить до пошкодження гідротехнічних споруд і виникнення повіней.

За подальшого зниження температури повітря змерзається сало, шуга, сніжура, дрібно битий лід і новоутворені кристали в окремі крижини різної величини і льодяні поля, що рухаються за течією ріки. Це – осінній льодохід, спостерігається лише на крупних ріках. Тривалість його декілька днів…місяць, залежить від водності ріки.

На мілководді, заворотах та місцях звуження ріки виникають затори – нагромадження крижин, що утворює перетинку, торосіння (торос) льоду. Окремі крижини змерзаються, утворюючи суцільний льодовий покрив. Оскільки затори утворюються неодночасно, то суцільний покрив на різних ділянках ріки виникає неодночасно. На малих ріках льодовий покрив утворюється внаслідок зростання забережень, ось чому його поверхня переважно рівна та гладенька. В гірських ріках льодостав майже не виникає, він формується лише на ділянках накопичення шуги. В Карпатах льодостав спостерігається в окремі роки, у Криму льодостав відсутній. Рівнинні ріки України лід вкриває в листопаді – грудні. Амплітуда коливань щорічних термінів початку льодоставу сягає 80 … 90 днів. Тривалість льодоставу 0…4 місяці.

За загального льодоставу на річках зберігаються окремі ділянки – ополонки, які не замерзають протягом зими. Ополонки мають динамічне або термічне походження. У першому випадку вони утворюються на ділянках із великими швидкостями течії; в іншому – утворюються при виході в русло відносно теплих ґрунтових вод або при спуску в ріку стічних вод промислових підприємств.

В період льодоставу на поверхні ріки утворюються нарости у вигляді нашарувань і потовщень – нальоди. Вони виникають за значного стиснення живого перетину ріки внаслідок потовщення льодового покриву або утворення зажеру.

У перші дні льодоставу лід наростає інтенсивно. Потім цей процес уповільнюється, особливо коли лід покривається снігом, оскільки теплопровідність снігу значно менша, ніж льоду. Лід наростає знизу. Потім встановлюється рівновага між надходженням тепла через лід і сніг та притоком тепла до нижньої поверхні льоду. Ріст льоду знизу припиняється, у другій половині зими лід наростає зверху. Внаслідок перевантаження снігом, а також зменшення живлення ріки, лід тріскається, на поверхню надходить вода, яка насичує сніг. Вся ця суміш змерзається. Товщина льоду на ріках України сягає 0,4…0,8 м. Товщину льодового покриву визначають за емпіричною формулою

(2.7)

де h – товщина льодового покриву;

– сума від’ємних середньодобових температур повітря.

При використанні середніх місячних температур повітря формула має вигляд

(2.8)

Весною за позитивних температур тане сніг, на льодовому покриву накопичується вода, яка сприяє проникненню тепла в лід. Температура руйнує міжкристалізаційні зв’язки льоду, спершу інтенсивно тане лід вздовж берега, оскільки темний ґрунт нагрівається швидше, ніж світлий лід. Вздовж берега утворюються смуги чистої води – закраїни. Із збільшенням швидкості течії лід тане знизу і втрачає 20…40 % передвесняної товщини, в ньому утворюються ополонки. Внаслідок піднімання рівня води лід спливає і рухається у бік ополонки, розташованої нижче, таких зрушень буває декілька. Потім льодовий покрив розпадається на окремі крижини і розпочинається весняний льодохід (березень для р. Дніпро, червень – для рік Заполяр’я).