1. Климатическая классификация А.И.ВОЕЙКОВА (1884)
Изучив влияние климатических условий, внутригодовое распределение стока А.И.Воейков сделал вывод: «при прочих равных условиях страна будет тем богаче текучими водами, чем больше осадков и меньше испарения».
В основу классификации положен тезис: «реки – продукт климата». Он делит реки на 4 группы и 9 типов.
Внимательно познакомимся с краткой характеристикой всех типам рек мира.
1 группа – ТАЛОЕ ПИТАНИЕ – 3 типа.
1. Реки, получающие питание от таяния снега, на равнинах и в невысоких горах до 1000 метров. Это реки Северо-востока Сибири, северной части Северной Америки. Реки протекают в области вечной мерзлоты, фильтрация незначительная, снежный покров устанавливается на 8-10 месяцев. Наблюдаются весенние паводки, вызванные талыми водами.
2. Питание от таяния снега в горах. Это реки Средней Азии. На этих реках наблюдаются регулярные паводки, размер которых зависит от количества снега (снегозапасов) и хода летних температур воздуха (быстрый рост – интенсивное снеготаяние).
3. Питание от таяния снега весной и в начале лета. Это реки стран с суровой и снежной зимой. На них хорошо выражено половодье весной от таяния снега. (Европейская часть России, Западная Сибирь, Скандинавия, Беларусь, Восточная Германия, северная часть США).
2 группа – ДОЖДЕВОЕ ПИТАНИЕ – 4 типа.
4. От дождей с половодьем в теплое время года (летом). Это реки районов выпадения тропических и муссонных дождей. Осадки в году распределены неравномерно. Выпадают преимущественно в летнее время и создают значительные паводки. Зимой реки маловодны – питание преимущественно подземными водами (реки Амур, Селенга, Амазонка, Конго, Нил).
5. Реки, питающиеся зимними дождями. Осадки сравнительно равномерно распределены в течение года. Водность этих рек увеличивается в холодное время года, но в целом колебания уровня рек невелики. Летние осадки не вызывают увеличения из-за потерь на испарение (реки Средней и Западной Европы).
6. Реки, питающиеся обильными зимними дождями в холодное время года. Летом осадков мало, реки пересыхают (Южная Европа, северное побережье Африки, Калифорния, Чили).
7. Отсутствие рек вследствие сухости климата (реки крупнейших пустынь мира – Сахары, Аравийского полуострова, Средней Азии). При больших количествах осадков возникают временные водотоки по понижениям эолового рельефа, по балкам. Вода стекает в котловины.
3 группа – ТАЛО-ДОЖДЕВОЕ ПИТАНИЕ – 1 тип.
8. Пересыхающие реки, получающие питание от дождей на короткое время года, а в остальное время года реки являются пересыхающими или превратившимися в отдельные озерца-лужицы по вымоинам в русле (реки Степного Крыма. Нижнего течения Куры. Аракса, части Монголии, северной части Казахстана).
4 группа – ПОДЛЕДНИКОВОЕ ПИТАНИЕ -1 тип.
9. Реки, получающие питание из-под материкового льда, при его таянии летом. Водная масса Мирового океана прогревается в летнее время, затем она прогревает прибрежную часть материков, что вызывает таяние внизу материкового льда (ручьи Антарктиды, Гренландии, северного побережья Арктики).
Классификация М.И.ЛЬВОВИЧА (для рек СНГ).
В основу классификации положены два признака:
· источники питания;
· внутригодовое распределение стока.
Они характеризуют происхождение речного стока (его генезис) и зональные географические закономерности водного режима рек. В классификации используется метод количественной оценки доли отдельных источников питания в годовом стоке, что дает возможность генетического анализа водного режима рек и классификации их по источникам питания.
Для количественной оценки каждого источника питания М.И.Львович пользовался методом расчленения гидрографа и выделения типов питания с учетом хода температур воздуха и выпадения атмосферных осадков (снег, дождь, град и т.д.).
Данную классификацию водного режима рек по преобладающему типу питания и сезонам года с преобладающим стоком можно представить так:
М.И.Львовичем для территории СНГ выделено 20 типов водного режима и 4 основных районов: снеговое, дождевое, преимущественно ледниковое и смешанное питание. Для каждого из 20 типов был дан индекс. Например, при записи Д 3 Л это означает – исключительно дождевое питание летом; С 2 В – преимущественно снеговое весной и т.д.
В основу его типологической схемы положены сочетания источников питания с распределением стока по сезонам года.
Размещение рек по территории СНГ по источникам питания подчинено определенной закономерности. Большая часть территории СНГ занята бассейнами рек снегового, преимущественно снегового и смешанного с преобладанием снегового питания. На равнинах это носит зональный характер.
На крайнем юге расположены области чисто снегового питания (С 3 ), т.к. дожди из-за сухости климата не дают стока, грунтовые воды залегают глубоко и в питании рек не принимают участия (реки Бол. и Мал. Узень, Еруслан, реки северного Казахстана и др.).
Далее к северу доля снегового питания уменьшается (С 2 ) , т.к. увеличивается подземный сток и количество атмосферных осадков. С продвижением на север уменьшается доля грунтового и увеличивается доля дождевого питания (Азиатская часть России, р.Вилюй).
На северо-западе Европейской части России протекают реки смешанного питания (С 1 ).
Рек с дождевым питанием меньше. Они протекают по Колхидской и Ленкоранской низменностям, на Дальнем Востоке.
В горных районах, выше границы вечных снегов (нивальная зона), реки имеют ледниковое питание.
Классификация Б.Д.ЗАЙКОВА.
Эта классификация основывается на особенностях водного режима рек Б.Д.Зайков разделил все реки СНГ на 3 группы и 10 типов.
Наиболее распространены на территории СНГ реки с весенним половодьем, но в зависимости от характера половодья, его продолжительности и режима рек в остальное время года группы разделяют на следующие типы:
1 группа – реки с ВЕСЕННИМ ПОЛОВОДЬЕМ
Типы : 1. Казахстанский;
2. Восточно-Европейский;
3. Западно-Сибирский;
4. Восточно-Сибирский;
5. Алтайский.
2 группа
Типы: 6. Дальневосточный;
7. Тяньшанский.
3 группа – реки с ПАВОДОЧНЫМ РЕЖИМОМ
Типы: 8. Причерноморский;
9. Крымский;
10. Северо-Кавказский.
Краткая характеристика типов рек по характеру водного режима
1 группа – реки с ВЕСЕННИМ ПОЛОВОДЬЕМ
 |
1. Казахстанский
.
Имеет
резко выраженное весеннее половодье продолжительностью менее 1
месяца, редкие и непродолжительные паводки в весенне-осенний периоды. Низкий сток весной, летом и осенью (реки Арало-Каспийского бассейна и южного Заволжья). |
 |
2. Восточно-Европейский . Имеет высокое, более длительное половодье продолжительностью 1-3 месяца. Летом дождевые паводки, осенью – обложные дожди (реки Русской равнины). |
 |
3. Западно-Сибирский . Имеет невысокое, растянутое весеннее половодье продолжительностью до 4 месяцев. Осенью – невысокие дождевые паводки (реки Обь, Кеть, Васюган и др.). |
 |
4. Восточно-Сибирский . Имеет высокое весеннее половодье, летне-осенние паводки, низкую зимнюю межень, промерзание в зимний период к востоку от Енисея (Витим, Индигирка, Колыма и др.). |
 |
5. Алтайский . Имеет невысокое, растянутое половодье гребенчатого типа, повышенный летне-осенний сток, низкую зимнюю межень (реки Алтая и Средней Азии). |
2 группа – реки с ПОЛОВОДЬЕМ В ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ ГОДА
3 группа – реки с ПАВОДОЧНЫМ РЕЖИМОМ
Для крупных и крупнейших рек (Обь, Енисей, Лена) черты водного режима изменяются в разных климатических зонах.
Генетическая классификация П.С.КУЗИНА.
Это классификация рек СНГ по главным фазам водного режима, на основе географической зональности. Сущность данной классификации заключается в связи основных типов водного режима с гидрологическими зонами, которые являются отражением на земной поверхности поясов. Причем, географической зональности подчинены не только отдельные элементы режима рек, но и основные фазы водного режима.
В основу классификации положены следующие принципы:
· тип питания рек и фазы водного режима;
· характер рельефа;
· географические зоны.
Кузин П.С. делит все реки СНГ на 3 типа, имеющих зональный характер.
Кузин П.С. рассматривал выделенные типы режима рек как категории, выражающие главные особенности водного режима рек СНГ.
По характеру рельефа реки делятся на:
1) горные (с проявлением высотной поясности в распределении элементов водного режима);
2) равнинные (с проявлением широтной зональности элементов водного режима).
Гидрологические зоны выделены в соответствии с географической зональностью, границы гидрологических зон совпадают с границами географических зон. Кузиным П.С. выделено 6 гидрологических зон: арктическая, тундровая, лесная, степная, полупустынная и пустынная.
Эта классификация позволила привести в систему разрозненные сведения по рекам и объяснить закономерности в изменении главнейших фаз водного режима по территории и установить границы гидрологических зон и районов.
На стоке рек и их водном режиме в течение года лежит печать зональности, поскольку они определяются прежде всего условиями питания. Первая классификация рек по условиям питания и водному режиму была создана А. И. Воейковым в 1884 г. В дальнейшем она усовершенствовала М. И. Львовичем за счет количественной оценки роли отдельных источников питания рек и сезонного распределения стока. При определенных условиях каждый из источников питания может оказаться почти исключительным, если его доля составляет более 80%; может иметь преимущественное значение (50-80%) или преобладать над другими (менее 50%). Те же градации применяются им и для стока рек по сезонам года. По сочетанию источников питания (дождевое, снеговое, подземное, ледниковое) и сезонному распределению стока им выделено на Земле шесть зональных типов водного режима рек, хорошо выраженных на равнинах.
Реки экваториального типа имеют обильное дождевое питание, большой и относительно равномерный сток в течение всего года, увеличение его наблюдается осенью соответствующего полушария. Реки: Амазонка. Конго и др.
Реки тропического типа. Сток этих рек формируется за счет муссонных летних дождей в субэкваториальном климатическом поясе и преимущественно летних дождей на восточных побережьях тропического пояса, поэтому половодье летнее. Реки: Замбези, Ориноко и др.
Реки субтропического типа в целом имеют преимущественно дождевое питание, но по сезонному распределению стока выделяются два подтипа: на западных побережьях материков в средиземноморском климате основной сток зимний (Гвадиана, Гвадалквивир, Дуэро, Тахо и др.), на восточных побережьях в муссонном климате сток летний (притоки Янцзы, Хуанхэ).
Реки умеренного типа. В пределах умеренного климатического пояса выделяются четыре подтипа рек по источникам питания и сезонному распределению стока. На западных побережьях в морском климате у рек преимущественно дождевое питание с равномерным распределением стока в течение года с некоторым увеличением зимой за счет сокращения испарения (Сена, Темза и др.); в районах с переходным климатом от морского к континентальному у рек смешанное питание с преобладанием дождевого над снеговым, с невысоким весенним половодьем (Эльба, Одер, Висла и др.); в районах континентального климата у рек преимущественно снеговое питание и весеннее половодье (Волга, Обь, Енисей, Лена и др.); на восточных побережьях с муссонным климатом у рек в основном дождевое питание и летнее половодье (Амур).
Схема классификации рек по источникам питания (по М.И. Львовичу).
Реки субарктического типа имеют преимущественно снеговое питание при почти полном отсутствии подземного из-за многолетней мерзлоты. Поэтому многие небольшие реки зимой промерзают до дна и не имеют стока. Половодье на реках в основном летнее, так как они вскрываются в конце мая – начале июня (Яна, Индигирка, Хатанга и др.).
Реки полярного типа в короткий период лета имеют ледниковое питание и сток, большую же часть года они замерзшие.
Подобные типы и подтипы водного режима характерны для равнинных рек, сток которых формируется в более или менее однотипных климатических условиях. Режим крупных транзитных рек, пересекающих несколько природно-климатических зон, сложнее.
Рекам горных областей присущи закономерности вертикальной поясности. С увеличением высоты гор у рек возрастает доля снегового, а потом и ледникового питания. Причем в аридном климате у рек ледниковое питание является основным (Амударья и др.), в гумидном наряду с ледниковым осуществляется и дождевое питание (Рона и др.). Горные, особенно высокогорные, реки характеризуются летними половодьями.
Наиболее интенсивны и даже катастрофичны летние половодья на реках, которые начинаются высоко в горах, а в среднем и нижнем течении имеют обильное питание от муссонных дождей: Инд, Ганг, Брахмапутра, Меконг, Иравади, Янцзы, Хуанхэ и др.
Классификация рек Б. Д. Зайкова
Наряду с классификацией рек М. И. Львовича в России пользуется популярностью типизация рек по гидрологическому режиму Б. Д. Зайкова. Под гидрологическим режимом в данном случае понимается распределение и характер прохождения различных фаз водного режима: половодья, межени, паводков и т. п. Согласно этой типизации, все реки России и СНГ разделены на три группы:
- с весенним половодьем;
- с летним половодьем и паводками;
- с паводочным режимом.
Внутри этих групп по характеру гидрографа выделяются реки с различными типами режима.
Среди рек c весенним половодьем выделяются реки: казахстанского типа (резко выраженное короткое половодье и почти сухая межень большую часть года); восточноевропейского типа (высокое недлинное половодье, летняя и зимняя межени); западносибирского типа (невысокое растянутое половодье, повышенный сток летом, зимняя межень); восточносибирского типа (высокое половодье, летняя межень с дождевыми паводками, очень низкая зимняя межень); алтайского типа (невысокое неравномерное растянутое половодье, повышенный летний сток, зимняя межень).
Среди рек с летним половодьем выделяются реки: дальневосточного типа (невысокое растянутое половодье с паводками муссонного генезиса, низкая зимняя межень); тянь-шаньского типа (невысокое растянутое половодье ледникового генезиса).
С паводочным режимом выделяются реки: причерноморского типа (паводки в течение всего года); крымского типа (паводки зимой и весной, летом и осенью межень): северокавказского типа (паводки летом, зимой межень).
Прогноз водности рек и режима их в течение года имеет большое значение для решения вопросов о разумном использовании водных ресурсов стран. Очень важен прогноз стока в период половодий, которые в отдельные годы бывают чрезвычайно высокими (например, на реках Приморского края в августе 2000 г.) и приводят к негативным последствиям.
Другая часть – испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения в конечном счёте всех речных вод непосредственные пути поступления вод в реки могут быть различными. Выделяют четыре вида (или источника) водного питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Для рек в условиях тёплого климата главный вид питания – дождевое. Сток таких крупнейших рек, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном дождевыми водами. Этот вид питания рек в глобальном масштабе – главнейший: на его долю приходится более трети всего водного стока рек . Вторым по важности служит снеговое питание. Его роль весьма велика в питании рек в условиях умеренного климата (не менее 1/3 водного стока). Третье место по объёму поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходится около 30% объёма речного водного стока). Именно подземное питание обусловливает постоянство или большую продолжительность стока реки в течение года, что и создает в конечном итоге реку. Последнее место по значимости в водном питании рек занимает ледниковое питание (около 1% стока рек мира).
Дождевое питание
Каждый дождь характеризуется слоем выпавших осадков (мм), продолжительностью (минуты, часы, сутки), интенсивностью выпадения (мм в минуту, мм в час) и площадью распространения (км 2). В зависимости от этих характеристик дожди можно подразделить, например, на ливни и обложные.
Интенсивность, площадь распространения и продолжительность выпадения дождей определяют многие особенности формирования речного водного стока и пополнения подземных вод . Чем больше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше величина дождевого паводка . Чем больше отношение между площадью распространения дождя и площадью всего бассейна реки , тем также больше величина возможного паводка. Экстремальные паводки происходят по этим причинам обычно лишь на малых и средних реках. Пополнение подземных вод, как правило, происходит при длительных дождях. Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию и тем меньше величина дождевого стока. Наоборот, дожди, выпадающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают большую величину дождевого стока. Таким образом, один и тот же дождь в зависимости от состояния подстилающей поверхности и влажности воздуха может быть в одних случаях стокообразующим, а в других – почти не давать стока.
Снеговое питание
В умеренных широтах основным источником водного питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от его плотности и толщины снежного покрова может при таянии дать разный слой воды. Запасы воды в снеге (величину, очень важную для предсказания объёма талого стока в период половодья) определяют с помощью снегомерных съёмок. Запасы воды в снеге в бассейне реки зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бассейна реки обычно неравномерно – в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т.д. Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, т.е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температурой воздуха положительных значений и при условии положительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача начинается позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега – зернистости, капиллярных свойств и т.д. Сток возникает только после начала водоотдачи.
Подземное питание
Оно определяется характером взаимодействия подземных (грунтовых) и речных вод. Направленность и интенсивность этого взаимодействия зависят от взаимного положения уровня воды в реке, высоты кровли водоупорного пласта грунта и уровня грунтовых вод, в свою очередь зависящего от фазы водного режима реки и гидрогеологических условий. Подземное питание рек обычно наибольшее в межень , когда грунтовые воды поступают в реку. В половодье уровень воды в реке, как правило, выше уровня грунтовых вод и поэтому в это время река питает грунтовые воды.
Ледниковое питание
Такое питание имеют лишь реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками . Вклад ледникового питания в речной водный сток тем больше, чем больше доля общей площади бассейна реки занята ледниками. Этот вклад наибольший в самых верхних частях горных рек.
У каждой реки доля отдельных видов водного питания может быть разной. Определение в каждом конкретном случае вклада различных видов питания в речной водный сток – задача исключительно сложная. Наиболее точно её можно решить либо с применением «меченых атомов», т.е. путём радиоактивной «маркировки» вод различного происхождения, либо путём анализа изотопного состава природных вод. Более простой, но приближённый способ выделения различных видов питания – это графическое расчленение гидрографа реки.
В настоящее время наиболее распространена классификация рек по видам (или источникам) питания. Для определения степени преобладания того или иного вида питания приняты три градации. Если один из видов питания даёт более 80% годового водного стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (вклад других видов питания не учитывается). Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80% водного стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания упоминаются, если на долю каждого из них приходится больше 10% годового водного стока). Если же ни один из видов питания не дает больше 50% годового стока, то такое питание называют смешанным и иногда указывают некоторые виды питания в порядке убывания их вклада в сток реки. Указанные диапазоны градаций (80 и 50%) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового питания соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25%.
Бóльшая часть рек на территории бывшего СССР имеет преобладающее снеговое питание. Почти исключительное снеговое питание имеют реки Северного Казахстана и Заволжья. Реки с дождевым питанием занимают южную часть территории к востоку от Байкала , а также бассейны Яны и Индигирки , Черноморское побережье Кавказа, Крым и Северный Кавказ. Ледниковое питание имеют реки на Кавказе и в Средней Азии.
В.Н. Михайлов, М.В. Михайлова
Лекция № 2
Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Поверхностное питание в свою очередь подразделяется на снеговое, дождевое и ледниковое.
Снеговое питание рек обусловлено таянием снега весной, который накопился в течение зимы. Для большинства равнинных рек ЕТС РФ сток весеннего половодья составляет более 50% суммарного годового стока.
Дождевое питание рек происходит в основном за счет выпадения обложных дождей и ливней. Отличается значительным колебанием в течение года. Для рек юга РФ и Дальнего Востока дождевое питание может достигать 70…80 % и более от годового стока.
Ледниковое питание происходит в результате таяния ледников и вечных снегов в высокогорных районах. Наибольший ледниковый сток наблюдается в самые жаркие летние месяцы года.
Питание рек подземными водами наиболее устойчиво и равномерно в течение года. Его имеют почти все реки. Доля подземного питания в годовом стоке изменяется в очень широких пределах: от 10 до 50…60% и зависит от геологических условий и степени дренирования водосбора.
Наибольшее распространение имеетсмешанное водное питание.
В зависимости от условий питания формируется гидрологический режим водного объекта, под которым понимается совокупность закономерно повторяющихся состояний водного объекта, присущих ему и отличающих его от других водных объектов. Он проявляется в многолетних, сезонных, месячных и суточных колебаниях: уровня воды, водности реки, температуры воды, ледовых явлений, стока твердых наносов, состава и концентрации химических веществ и др.
В гидрологическом режиме выделяют три фазы водного режима (ФВР): половодье, паводки и межень.
Половодье – ФВР реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон, характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и длительным подъемом уровня воды. Оно вызывается на равнинных реках снеготаянием (весеннее половодье), на высокогорных – таянием снега и ледников (летнее половодье), выпадение летних обложных дождей в муссонных и тропической зонах (например, летнее половодье на реках Дальнего Востока).
Паводок – ФВР реки, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, характеризуется интенсивным, обычно, кратковременным увеличение расходов и уровней воды, вызываемых дождями или снеготаянием во время оттепелей.
Межень – ФВР реки, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны и характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня воды и возникающая уменьшением питания реки. Преобладает подземное питание. К летней (летне-осенней) межени относят период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии до начала зимнего периода. Зимняя межень совпадает обычно с периодом ледостава. Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижаются, достигая минимума перед вскрытием, что связано с истощением запасов подземных вод.
Общее представление о смене ФВР реки дают гидрографы стока – хронологический график изменения расходов воды в течение года или сезона в данном конкретном створе водотока. При гидрологических расчетах обычно оперируют с типовым гидрографом стока, т.е. с гидрографом, отражающим общие черты гидрографов за ряд лет. Установление закономерностей в распределении стока внутри года имеет важное практическое значение для различных водохозяйственных целей, например, для определения основных параметров водохранилищ и гидротехнических сооружений.
Типовой гидрограф стока для равнинных рек РФ приведен на рис. 5. На нем можно выделить объемы стока, сформированные из различных источников питания.