Гидрология 2012

ЛЕКЦИЯ 6. Питание рек. РАСХОДОВЫВАНИЕ воды в бассейне реки. Водный баланс речных водосборов.

Вопросы:

2.Расходование воды в бассейне реки. Виды расходования воды.

3.Водный баланс речного бассейна.

1.Питание рек. Типы питания рек. Классификация рек по типам питания.

Речной сток формируется в результате поступления в реки вод атмосферного происхождения, при этом часть атмосферных осад­ков стекает с реками в океан или бессточные озера, другая часть - испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения в конечном счете всех речных вод непосредственные пути поступ­ления вод в реки могут быть различными.

Типы питания рек.

Выделяют четыре вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Атмосфер­ное происхождение вод, участвующих в дождевом, снеговом и лед­никовом питании рек, очевидно и не требует пояснения. Подзем­ное же питание рек, как следует из анализа водного баланса суши и изучения режима подземных вод, также формиру­ется, в конечном счете, в основном из вод атмосферного происхож­дения, но прошедших более сложный путь. Лишь в редких случаях можно говорить об участии в подземном питании рек вод не атмосфер­ного, а «ювенильного» происхождения.

Для рек в условиях теплого климата главный вид питания - дождевое. Сток таких крупнейших рек мира, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном за счет дождевых вод. Этот вид питания рек в глобальном масштабе является глав­нейшим. Вторым по важности служит снеговое питание. Его роль весьма велика в питании рек в условиях умеренного климата. Тре­тье место по объему поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходит­ся около 1/3 объема речного 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 приходится на ледниковое питание (около 1 % стока рек мира).

Дождевое питание . Каждый дождь характеризуется слоем выпав­ших осадков (мм), продолжительностью (мин,ч, сут), интенсивно­стью выпадения (мм/мин, мм/ч) и площадью распространения (км 2). В зависимости от этих характеристик дожди можно, например, подразделить на ливни и обложные дожди .

Интенсивность, площадь распространения, продолжительность и время выпадения дождей определяют многие особенности фор­мирования речного стока и пополнения подземныхвод. Чем боль­ше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше (при прочих равных условиях) величина дожде­вого паводка. Чем больше отношение между площадью распрост­ранения дождя и площадью бассейна, тем также больше величина возможного паводка. Катастрофические 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 питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от толщины снежного покрова и плотности может при таянии дать разный слой воды. Запа­сы воды в снеге (величину, очень важную для предсказания объема талого стока) определяют с помощью снегомерных съемок.

Запасы воды в снеге в бассейне зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бас­сейна обычно неравномерно - в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т. д. Вследствие переноса ветром в понижениях, ложби­нах, оврагах обычно за зиму накапливается больше снега, чем на ровной поверхности; много снега накапливается на опушках леса и в местах распространения кустарниковой растительности.

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.

Весеннее снеготаяние подразделяют на три периода: 1) началь­ный период (снег залегает сплошным покровом, таяние замедлен­ное, водоотдачи снежного покрова практически нет, сток еще не формируется); 2) период схода основной массы снега (начинается интенсивная водоотдача, возникают проталины, быстро нарастаетвеличина стока); 3) период окончания таяния (стаивают оставши­еся запасы снега). В течение первого периода стаивает около 30 % запасов снега, в течение второго - 50, в течение третьего - 20 %. Водоотдача максимальна в течение второго периода (более 80 % запасов воды в снеге). В это время снежный покров отдает воду, накопившуюся в снеге как за второй, так и за первый периоды.

Территорию, где происходит в данный момент таяние снега, называют зоной одновременного снеготаяния. Эта зона ограничена фронтом таяния (линией, отделяющей зону таяния от области, где таяние снега еще не началось) и тылом таяния (линией, отделяю­щей зону таяния от области, где снег уже сошел). Вся зона одно­временного снеготаяния перемещается весной на равнинах в Се­верном полушарии с юга на север, а в горах - вверх по склонам. Скорость распространения тыла таяния на равнинах обычно со­ставляет 40-80 км/сут, иногда достигая 150-200 км/сут.

Важной характеристикой снеготаяния служит его интенсивность. Она определяется характером изменения температуры воздуха в ве­сенний период («дружностью весны») и особенностями подстилаю­щей поверхности.

Объем весеннего половодья определяется в основном полным запасом воды в снежном покрове, а нарастание расходов воды в реке и величина максимального расхода воды половодья, помимо этого,- интенсивностью снеготаяния и фильтрационными свойства­ми почвы в период снеготаяния (мерзлая или влажная почва умень­шает инфильтрационные потери и увеличивает талый сток).

Расчет таяния снега и оценку его роли в формировании стока проводят различными способами. Простейшие из них основаны на данных об изменении температуры воздуха как главной причины снеготаяния. Так, нередко используют эмпирическую формулу вида

h =  T , (6.1)

где h -слой талой воды (мм) за интервал времени t;

T - сумма положительных средних суточных температур воздуха за тот же интервал времени,

 - коэффициент пропорциональности, называ­емый коэффициентом стаивания (это слой талой воды, приходя­щийся на один градус положительной средней суточной темпера­туры воздуха).

Среднее значение коэффициента стаивания а для открытой местности на территории, лежащей к северу от 55° с. ш., приблизи­тельно равно 5 мм на 1, для леса она изменяется от 1,5 мм/град для густых хвойных лесов до 3-4 мм/град для лиственных лесов средней густоты.

Интенсивность снеготаяния более точно можно определить с по­мощью метода теплового баланса .

Подземное питание рек.

Оно определяется характером взаимодей­ствия подземных (грунтовых) и речных вод. Подземные воды формируются в результате просачивания атмосферных осадков (таю­щий снег и дожди) через пустоты в почве и грунтах. При достижении просочившейся воды водо­упорного слоя (чаще всего глинистые отложения), она накапливается и образует водо­ носный горизонт , т.е. слой водопроницаемого пласта, насыщенного водой, которая движется по поверхности водоупора в сторону его уклона под влиянием силы тяжести. Там, где отрицательные формы рельефа (речные долины, овраги, озерные котловины) вскрывают водоносный горизонт, подземные воды выходят на поверхность в виде род­ников или рассредоточенного высачивания на участке склона.

При определенном геологическом строении грунтовые воды до выхода на по­верхность перекрываются другим водоупором, затем вторым и.т.д. Воды, перекрытые сверху водоупорными слоями, называются межпластовыми подземными водами. Питание этих вод осуществляется на участках, где соответствующий водоносный гори­зонт не перекрыт сверху водоупором. Для межпластовых вод характерно возникнове­ние напора, вследствие которого вода при вскрытии водоносного горизонта буровой скважиной или по естественным трещинам поднимается вверх. Уровень, до которого поднимается вода, называется пьезометрическим уровнем. Превышение этого уровня над уровнем воды в водоносном горизонте называется высотой напора. Подъем воды под действием напора может достигать земной поверхности. Особенно это свойственно артезианским водам, приуроченным к геологическим структурам синклинального типа - артезианским бассейнам.

Между водоносными горизонтами обычно существует связь вследствие циркуля­ции воды по трещинам в водоупорах или путем медленного просачивания через них по порам.

Подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, называются пласто­выми водами. В горных породах подземные воды чаще перемещаются по системе те­щин в породах (трещинные воды), по изолированным трещинам или жилам с повы­шенной трещиноватостью (жильные воды), по карстовым пустотам (карстовые во­ды).

В зоне распространения многолетнемерзлых пород различают подмерзлотные воды, залегающие под толщей мерзлых пород, межмерзлотные воды внутри мерзлой толщи и надмерзлотные воды, для которых мерзлые породы служат водоупором.

Грунтовые и тем более межпластовые воды существуют, как правило, в течение всего года и обеспечивают постоянное питание рек. В зоне распространения многолет­немерзлых пород это относится только к подмерзлотным водам.

Верхний слой грунта до уровня грунтовых вод назы­вают зоной аэрации. Воды зоны аэрации, оставшиеся в порах грунта, постепенно расходуются на испа­рение, в основном путем транспирации растений.

Временные скопления гравитационных вод, в зоне аэрации могут возникать над отдельными линзами водоупорных пород (верховодка) и над относительным водоупором, например, над иллювиальным горизонтом подзолистых почв, водопроницаемость которого значительно меньше вышележащих слоев. Перемещение воды по относитель­ному водоупору в сторону его уклона образует почвенный, или внутрипочвенный сток.

Глубина распространения межпластовых подземных вод, участвующих в круго­вороте воды на земле, достигает, как правило, нескольких сотен метров. Глубина зале­гания грунтовых вод, сильно изменяясь по территории в зависимости от локальных ус­ловий в целом, подчинена закону географической зональности, увеличиваясь от долей метра в зоне тундр до десятков метров в степной зоне.

Выделяютследующиетипы водного режима грунтовых вод:

1) сезонный (преимущественно весеннего и осеннего питания): максимальный уровень грунтовых вод весной, меньшее повышение осенью, низкий уровень в конце лета и особенно в конце зимы; наблюдается на большей части территории стран СНГ;

2) кратковременный летнего питания : максимальный уровень в июне - июле (иногда августе-сентябре); наблюдается в зоне многолетней мерзлоты;

3) круглогодичный, преимущественно зимне-весеннего питания : максимальный уровень в феврале-апреле, минимальный - в летне-осеннее время (юг и запад террито­рии бывшего СССР с непромерзаемой зоной аэрации).

При оценке подземного питания следует учитывать следующиетипы взаимодействия подземных и поверхностных вод:

1) Двухсторонняя гидравлическая связь. При низком уровне воды в реке уровень грунтовых вод находится выше, река получает грунтовое питание. При высоком уровне воды в реке уровень грунтовых вод оказывается ниже. Происходит инфильтрация реч­ной воды в грунт. Этот тип характерен для средних и крупных равнинных рек.

2) Односторонняя гидравлическая связь. Уровень воды в реке постоянно выше уровня грунтовых вод. В течение всего года речная вода питает грунтовые воды. Ха­рактерно для некоторых засушливых, а также карстовых районов.

3) Отсутствие гидравлической связи. Водоупор расположен выше максимального уровня воды в реке. Происходит постоянное питание реки грунтовыми водами, разгру­жающимися на склонах долины в виде ключей или рассредоточенного высачивания. Наиболее характерно для горных районов.

Ледниковое питание. Это питание имеют лишь реки, вытекаю­щие из районов с высокогорными ледниками и снежниками.

Ледники представляют собой движущиеся скопления фирна и льда на поверхности суши, образо­вавшиеся в результате преобразования твердых атмосферных осадков. Способность ледника перемещаться под влиянием силы тяжести обусловлено пластичностью льда.

Ледники образуются в результатепревышения накопления снега над его таяни­ем и испарением.Граница между территорией, покрытой снегом и свободной от него, называется снеговой линией. Ее среднее положение - климатическая снеговая линия - опреде­ляется температурными условиями и количеством твердых осадков. Высота климати­ческой снеговой линии над уровнем моря: в Антарктиде 0 м, на Земле Франца-Иосифа - 50-100 м, на Кавказе - 2700-3800 м, в экваториальной области - 4500-5200 м, в тро­пиках - > 6000 м.

Выделяют два основных типа ледников - покровные и горные . Покровные лед­ники занимают сплошным покровом обширные площади на материках и крупных ост­ровах. Образование горных ледников связано с горными поднятиями. Среди них выде­ляют ледники вершин; ледники склонов, занимающие отдельные впадины, кары; до­линные ледники, располагающиеся в горных долинах, часто имеющие сложную фор­му. Отдельные горные ледники, соединяясь, образуют ледниковые системы. Горные поднятия с наибольшей площадью оледенения (в тыс. км 2): Гималаи (33), Тянь-Шань (17,9), Каракорум (16,3), Береговые хребты Кордильер Сев. Америки (15,4).

Площадь ледника, где происходит накопление массы ледника, называется обла­стью питания. Избыток льда под влиянием силы тяжести и градиентов давления сме­щается в область, где расход льда на таяние и испарение превышает его накопление. Это область абляции; у горных ледников ее часто называют языком ледника.

Изменение его объема (массы) и фор­мы ледника называется режимом ледника , и он проявляется в наступании и отступании ледника. Эти изменения имеют различ­ную продолжительность геологического, векового, многолетнего, внутригодового масштабов. Наступание ледников наблюдается обычно в холодные и влажные клима­тические периоды, отступание - в теплые и сухие. Во внутригодовом разрезе это соот­ветственно зима и лето.

Доля ледникового питания в речном стоке тем больше, чем больше оледенение бассейна:

Ледники влияют на водный режим следующими путями:

Многолетним регулированием стока - в жаркие засушливые годы снижение осад­ков компенсируется повышенным ледниковым питанием и наоборот;

Сезонным перераспределением стока - перемещением половодья с весеннего сезона на летний;

Возникновением внутрисуточных колебаний стока на участках рек вблизи лед­ников.

Классификация рек по видам питания.

У каждой реки доля отдельных видов питания может быть различной. Определение в каждом конкретном случае вклада раз­личных видов питания в речной сток - задача исключительно слож­ная. Наиболее точно ее можно решить либо с применением «мече­ных атомов», т. е. путем радиоактивной «маркировки» вод различ­ного происхождения, либо путем анализа изотопного состава при­родных вод. Более простой, но приближенный способ выделения различных видов питания - это графическое расчленение гидро­графа.

Известный русский климатолог А. И. Воейков пред­ложил классификацию рек земного шара по видам питания. Классификация Воейкова одновременно была и районированием земного шара по характеру питания рек. Были выделены области, где реки получают питание преимущественно от таяния сезонного снега и ледников; области, где реки получают воду преимуществен­но от дождей; области, где постоянных водотоков нет.

В России, в основном, используется классификация рек по источникам или видам питания, М. И. Львовича. Она предложена в 1938 г. В основу определения типов положены два признака: источники питания рек и внутригодовое распределение стока. Для оценки источников питания использован метод расчленения гидрографа. Сезонное распределение стока бралось средним за многолетний период. Всего выделено четыре основных вида питания – снеговое (S), дождевое(R), ледниковое(G) и подземное(U). В каждом виде выделено 3 подтипа по степени преобладания ->80% (почти исключительное), 50-80% (преимущественное), <50% (преобладающее). Внутригодовое распределение подразделяется по величине стока за сезон – весеннее (P), летнее (E), осеннее (A) зимнее (H) и на три подтипа по степени преобладания. Схема приведена в таблице 1.

Если один из видов питания дает более 80 % годового стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (другие виды питания не учитываются). Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80 % стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания учитываются лишь, если на их долю приходит­ся больше 10 % годового стока). Если же ни один из видов питания не дает больше 50 % годового стока, то такое питание называют сме­шанным. Указанные диапазоны градаций (80 и 50 %) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового пита­ния соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25 %.

Таблица 1

Типологическая схема водного режима рек по М.И.Львовичу

Распределение стока по сезонам Источники питания

Снеговое

Не обнаружено

Дождевое

Ледниковое

Подземное

Отсутствует

Не обнаруже

х – другие районы земного шара

Большая часть рек на территории СНГ имеет преоб­ладающее снеговое питание. Почти исключительно снеговое пита­ние имеют реки Северного Казахстана и Заволжья. Реки дождевого питания занимают южную часть территории к востоку от Байкала, а также бассейны Яны и Индигирки, Черноморское побережье Кавказа и Крыма, Северный Кавказ. Ледниковое питание имеют реки на Кавказе и в Средней Азии.

Все мы прекрасно знаем, что по территории России протекает несколько крупнейших рек нашей планеты, ширина которых достигает 50-60 километров.


Но истоком даже самой большой реки является тоненький неприметный ручеёк. Лишь пробежав многие сотни километров, напитавшись влагой множества крупных и маленьких притоков, река становится по-настоящему мощной и широкой. А знаете ли вы, что такое питание реки, и каковы его источники? Да, река тоже питается, но, конечно, не котлетами с картофельным пюре, а водой из своих притоков.

Питание и режим реки

Как измерить реку? Можно замерить её длину, ширину русла и глубину дна. Ещё одной немаловажной характеристикой является расход воды, т.е. количество воды, которое протекает по руслу в единицу времени. Если делать эти замеры в течение года, то обнаружится, что уровень и расход воды в разные периоды неодинаковы.

Продолжая наблюдения в течение нескольких лет подряд, можно заметить, что весной и осенью река становится более полноводной, а летом и зимой количество воды в ней уменьшается. Эти сезонные колебания учёные называют режимом реки.

Принято выделять три основных периода в режиме любой реки:

— – длительный период, когда количество воды достигает максимума, как правило, благодаря весеннему таянию снега;

— – периоды снижения уровня воды, обычно наступают летом и зимой;

— – кратковременное и резкое, длящееся всего несколько дней, повышение уровня воды из-за обильных дождей или резкого таяния снега.

Несложно заметить, что колебания уровня воды в реке вызваны увеличением или уменьшением её питания, т.е. воды, поступающей в реку от притоков, ручьёв и подземных источников. Гидрологи (специалисты, изучающие «поведение» природных вод и водоёмов) выделяют четыре основных источника питания рек – снеговой, ледниковый, дождевой и подземный. Один из них обычно является преобладающим, но и от остальных река тоже не отказывается.

Дождевое, снеговое питание

Для рек, питающихся исключительно дождями, характерны частые и внезапные паводки. Как правило, это тропические и субтропические реки, стекающие с вершин или возвышенностей.


В нашей стране тоже есть реки с преимущественно дождевым источником питания. Они текут с вершин Алтая, Кавказа, в Прибайкалье и других подобных регионах. Но для наших рек не менее мощным источником, чем дожди, является снег, вернее, его весеннее таяние. «Снеговые» реки, как правило, отличаются мягкостью воды и низким содержанием в ней солей. Весной для них характерно обильное половодье, после чего река входит в привычные берега. Аналогичная картина наблюдается и после сильных дождей.

Ледниковое питание

Основным источником воды в реке может быть горный ледник, таяние которого пополняет уровень воды в русле. Такие реки берут начало на высоких вершинах гор, покрытых многометровым слоем льда. Летом, когда ледник активно тает, уровень воды в них увеличивается, поток становится бурным и размывает берега, снося вниз плодородную почву.

Поэтому, как правило, ледниковые реки не пользуются популярностью у населения, а их берега пустынны и бесплодны. Порой ледниковая река, стекающая с горной вершины, в течение многих веков протачивает в скалах глубокое ущелье, дно которого становится её руслом.

Подземное питание

На равнинах и в низменностях встречаются реки, питающиеся преимущественно из подземных источников. Их не так много, и режим их питания до сих пор не слишком хорошо изучен. Установлено, что подземное питание может быть грунтовым, т.е. поступающим с верхнего водоносного горизонта, в котором скапливается впитавшаяся в почву дождевая вода, либо артезианским, поступающим из природной артезианской скважины.


Подземное питание характерно для маленьких речушек, а вот крупные водные потоки снабжаются в основном из притоков.

• «При прочих равных условиях страна будет тем богаче
• текучими водами,чем обильнее осадки и чем менее
• испарение как с поверхности почвы и вод,так и растений.
• Таким образом,
• реки можно рассматривать как продукт климата».
• А. И. Воейков

Питание рек. Типы питания рек. Источники питания рек.

Питание рек зависит от многих факторов. Основным из них является размер водосборного бассейна, так как большой и стабильный сток требует значительной дренируемой территории. Климат является решающим фактором; нередко более крупный бассейн реки сухого региона дает воды столько же, сколько и гораздо меньший бассейн реки региона с влажным климатом. При отсутствии осадков реки переходят на питание грунтовыми водами.

В настоящее время существует несколько классификаций рек по типам питания и водному режиму, авторами которых являются А. И. Воейков, М. И. Львович, и М. Б. Зайков. Первая классификация, взятая впоследствии за основу другими учеными, была предложена Александром Ивановичем Воейковым в 1884 году. Классификация А. И. Воейкова не потеряла своей актуальности и в наше время. Впоследствии данная классификация была усовершенствована другими учеными.

Классификация рек по питанию и водному режиму по А. И. Воейкову (Климатическая классификация рек).

Среди типов питания рек А. И. Воейков выделил два основных типа — снеговое и дождевое, и два производных – ледниковое и смешанное. В данной классификации, помимо различных типов питания рек (например, отсутствие или наличие на реках половодья), учтены и некоторые фазы водного режима рек, основные формы рельефа (горы и равнины), а также географическое положение выделенных типов рек. В круговороте воды Воейков рассматривал испарение как противоположность осадкам, и считал, что соотношение между данными противоположными процессами определяет режим рек и густоту речной сети.

В зависимости от источников водного питания и климата ученый выделил девять главных типов рек.

1) Тип А. Реки, которые получают воду от таяния снега на равнинах и на невысоких, до 1000 м, горах. В чистом виде этот тип нигде не существует. Наиболее приближены к нему реки в северной части Северо-Американского материка и Сибири, где продолжительность снежного покрова составляет 8-10 месяцев.

2) Тип B. Реки, которые получают воду от таяния снега в горах. В чистом виде данный тип также не существует, но существует большее приближение к нему, чем к типу А. Реки данного типа протекают в западных частях горных массивов, расположенных в центре Азии. Среди них такие реки, как Сыр-Дарья, Амур-Дарья, Верхний Инд, Тарим.

3) Тип С. Реки, которые получают от дождей и имеют половодье в летний период. Данный тип рек приурочен к тропическим дождям и дождям муссонов.

4) Реки Типа D. Для них характерно половодье в весенний период или в начале лета, связанное с таянием снега, при этом значительную часть воды получающие от дождей. Реками данного типа охвачена вся Европейская Россия, Северная и Западная Сибирь, Восточная Германия, север США и часть Канады.

5) Реки типа Е — получающие воду от дождей. Данные реки полноводнее в холодные месяцы года, но разница невелика. Реки этого типа преобладают в Средней и Западной Европе.

6) Тип F. Реки, получающие воду от дождей. Эти реки полноводнее в зимний период, и разница значительна. Реки данного типа протекают в Южной Европе (Испания, Италия).

7) Тип G. Отсутствие постоянных водотоков, в том числе и рек, вследствие сухости климата. Данный тип относится к большей части Аравии, Сахаре, большей части центральных плоскогорий Азии, части территории Южной Америки, части Аралокаспийской низменности, к большей части внутренней Австралии, обширным плоскогорьям Северной Америки.

8) Тип Н. Реки, которые получают воду лишь в короткий период дождей и некоторое время после. В остальное время либо пересыхают, либо превращаются в ряд луж с подземным течением в промежутках между ними. К таким рекам можно отнести реки части киргизских степей, степной части Крыма, части Монголии, реки степей по нижнему течению Аракса и Куры, реки многих местностей Северной Америки и Австралии.

9) Тип I. Отсутствие рек вследствие сплошного покрытия ледниками и снегом. Здесь реки заменяются ледниками с подледными водотоками, выносящими избыток осадков в более низкие долины или испарением.

Классификация рек по питанию и водному режиму по М. И. Львовичу.

М. И. Львович усовершенствовал классификацию А. И. Воейкова за счет количественной оценки источников питания рек и сезонного распределения стока. К дождевому, снеговому и ледовому источникам питания, выделенных Воейковым, Львович добавил подземный (грунтовый) тип питания.

Для каждого из четырех источников питания существует три градации:

1. «Почти исключительно». Основной источник питания имеет более 80 % годового стока, остальные источники питания не учитываются.

2. «Преимущественно» — если доля годового стока, приходящаяся на основной источник питания составляет от 50 до 80 %.

3. «Преобладает». Вклад основного источника не превышает 50 %.

Эти же градации приняты и для характеристики сезонов года – весны, лета, осени и зимы. Таким образом, классификационная система Львовича позволяет рассчитывать сочетание 12 групп источников питания (дождевой, снеговой, ледовый, грунтовый, по три градации в каждом) с 12-ю группами распределения речного стока по сезонам (весна, лето, осень, зима, по три градации в каждом). Получается 144 различных варианта режима рек. Некоторые из вариантов теоретически возможны, например, преобладание ледникового или снегового питания зимой, однако часть сочетаний, теоретически возможных, на практике еще не обнаружена.

Из естественных сочетаний комбинаций источников питания с разными вариантами распределения стока выделено 6 основных зональных типа водного режима рек: экваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субарктический, полярный.

Естественные сочетания различных комбинаций источников питания с разными вариантами распределения стока позволили выделить основные зональные типы водного режима равнинных рек: полярный, субарктический, умеренный, субтропический, тропический и экваториальный.

Реки полярного типа – большую часть года замерзшие, в период короткого лета имеют ледниковое питание и сток.

Реки субарктического типа. Имеют преимущественно снеговое питание, подземное питание почти полностью отсутствует из-за многолетней мерзлоты. Зимой многие небольшие реки промерзают до дна и не имеют стока. Вскрываются в конце мая — начале июня, половодье летнее. К данному типу рек относятся , Хатанга.

Реки умеренного типа , в свою очередь, подразделяются на четыре подтипа рек по сезонному распределению стока и источникам питания:

— реки на западных побережьях с морским климатом имеют преимущественно дождевое питание с равномерным годовым распределением стока с небольшим увеличением зимой за счет сокращения испарения (Сена, Темза и другие);

— реки, протекающие в районах с переходным климатом от морского к континентальному имеют смешанное питание с преобладанием дождевого над снеговым, с невысоким весенним половодьем (Эльба, Одер, Висла и другие);

— реки, протекающие в районах континентального климата имеют преимущественно снеговое питание и весеннее половодье ( , и другие);

— реки на восточных побережьях с муссонным климатом имеют, в основном, дождевое питание и летнее половодье (Амур).

Реки субтропического типа имеют преимущественно дождевое питание, но по сезонному распределению стока разделяются на два подтипа:

— у рек на западных побережьях материков с средиземноморским климатом основной сток зимний (Гвадалквивир, Гвадиана, Дуэро, Тахо и другие);

— у рек, протекающих на восточных побережьях в муссонном климате сток летний (Хуанхэ, притоки Янцзы).

Реки тропического типа. Сток рек тропического типа формируется за счет летних муссонных дождей в субэкваториальном климатическом поясе и преимущественно летних дождей на восточных побережьях тропического пояса, поэтому для данных рек характерно половодье в летний период. Реки: Ориноко, Замбези, и другие.

Для рек экваториального типа характерно обильное дождевое питание, большой и относительно равномерный сток на протяжении всего года. Увеличение стока наблюдается осенью соответствующего полушария. Реки экваториального типа: Амазонка, Конго и другие.

Это что касается равнинных рек. Для горных же рек характерна вертикальная поясность: с возрастанием высоты над уровнем уровнем моря гор у рек увеличивается доля снегового, а затем и ледникового питания. У горных, и в особенности у высокогорных рек, период половодья приходится на лето.

Наиболее интенсивные, а нередко даже и катастрофичные летние половодья происходят на реках, берущих начало высоко в горах, а в среднем и нижнем течении имеющих обильное питание муссонными дождями. Это реки Инд, Ганг, Меконг,Брахмапутра, Иравади, Хуанхэ, Янцзы и другие.

Классификация рек России по гидрологическому режиму Б. Д. Зайкова.

В России, наряду с классификацией рек М. И. Львовича, весьма популярна классификация рек по гидрологическому режиму, предложенная Б. Д. Зайковым.

Гидрологический режим включает в себя следующие фазы: половодье, межень, паводки и т. п. В соответствии с этой типизацией, и СНГ подразделяются на три группы.

1. Реки с весенним половодьем. Среди этой группы выделяются:

— реки казахстанского типа, для которых характерно ярко выраженное короткое половодье и сухая межень остальную часть года;

— реки восточноевропейского типа, имеющие высокое недлинное половодье, зимнюю и летнюю межени;

— реки западносибирского типа, для которых характерно растянутое невысокое половодье, повышенной сток летом и зимняя межень;

— реки восточносибирского типа, характеризующиеся высоким половодьем, летней меженью с дождевыми паводками, и очень низкой зимней меженью;

— реки алтайского типа – неравномерное невысокое и растянутое по времени половодье, повышенный сток летом, зимняя межень.

2. Реки с летним половодьем и паводками. Среди данной группы выделяются:

— реки дальневосточного типа, для которых характерны низкая зимняя межень, а также невысокое растянутое по времени половодье с паводками муссонного происхождения;

— реки тянь-шаньского типа, имеющие растянутое невысокое половодье ледникового происхождения.

3. Реки с паводочным режимом. Здесь также выделяются:

— реки причерноморского типа, для которых характерны паводки на протяжении всего года;

— реки крымского типа, характеризующиеся паводками в зимний и весенний периоды, и меженью в летний и осенний периоды;

— реки северокавказского типа – паводки летом, межень зимой.

Подведем итог , обобщив все вышеперечисленное. Для всех рек характерно питание снеговое, дождевое, ледовое и грунтовое. В чистом виде каждый из типов питания практически не встречается, чаще же встречается смешанный тип. Снег, дождь, и ледники – эти источники питания имеют одно происхождение – атмосферные осадки. Часть выпадающих жидких осадков при определенных условиях образует поверхностный сток и служит непосредственным источником питания рек в периоды паводков. Твердые осадки аккумулируются в виде снежного покрова на поверхности земли. На равнинах и невысоких горах накопившийся за зиму снег тает в теплое время и также служит источником питания рек. В более высоких горах снег, накопившийся в отдельные годы, стаивает не весь, пополняя запасы вечных снегов и давая начало ледникам.

Ситуация с грунтовыми водами несколько иная. Большая часть грунтовых вод также формируется за счет атмосферных осадков, вод болот, озер, водохранилищ и рек, инфильтрующих землю на некоторую глубину. Второй способ образование подземных вод – конденсация водяных паров в горных породах. Однако существует и третий способ, отличиющийся от двух других – ювенильное образование вод. Теорию ювенильного образования вод выдвинул австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 году. Согласно этой теории, часть подземных вод в районах современной или недавней вулканической активности, характеризующихся повышенной температурой и значительной концентрацией солей, образовалась из газообразных продуктов, в изобилии выделяющихся при дифференциации магматического очага. Более поздние исследования показали, что чистых ювенильных вод также не существует, и все воды, возникшие разные путем, смешиваются друг с другом.

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

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:

1. с весенним половодьем;
2. с летним половодьем и паводками;
3. 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.

← Вернуться