Поверхностные воды. Реки
Река - это водный поток, постоянно текущий в разработанном им русле, и питающийся за счет поверхностного склонового и подземного стока с его бассейна (водосборной площади). Река с притоками образует речную систему, характер и развитие которой обусловлены главным образом климатом, рельефом, геологическим строением и размерами бассейна.
Реки бывают: равнинные (с медленным течением, развитой долиной); горные (с бурным течением и узкой долиной).
Выделяют реки крупные - с площадью бассейна более 50000 км 2, протекающие через несколько природно-климатических зон и имеющие азональный гидрологический режим; средние - с площадью бассейна 2000 -50000 км 2, протекающие и формирующиеся в одной природно-климатической зоне, имеющие характерный для этой зоны гидрологический режим; малые - с площадью бассейна менее 2000 км 2 и малой глубиной вреза долины, недостаточно обеспечивающей устойчивое подземное питание реке, с неустойчивым водным режимом, часто несвойственным рекам данной природно-климатической зоны.
Река имеет исток- это начало реки и устье – это конец, расстояние между которыми называется длиной реки. Гидрографическая длина реки - длина от устья до наиболее удаленного истока.
Морфометрические характеристики реки и водосбора: - длина реки - площадь бассейна (водосбора) - извилистость русла - густота речной сети - средняя высота бассейна - падение реки - средний уклон реки - средневзвешенный уклон поверхности водосбора и др.
Физико-географические условия и характеристики бассейна: - географическое положение - геологическое строение бассейна - рельеф - климатические условия - растительный покров и почвы - водные объекты на водосборе - хозяйственное освоение территории - коэффициенты лесистости, озерности, заболоченности, распаханности.
Строение речной долины
Живое сечение Живым сечением называют часть площади водного сечения, в которой происходит сток воды. Оно ограничено уровнем воды, берегами и дном.
Морфологические характеристики живого сечения: - ширина живого сечения - средняя и максимальная глубина - площадь живого сечения - смоченный периметр - длина подводного контура живого сечения - гидравлический радиус - равен средней глубине, характеризует трение воды и русла - шероховатость русла - зависит от грунтов, слагающих дно, наличия и типа водной растительности, строения берегов.
Продольный профиль Река со временем вырабатывает свой продольный профиль кривую, показывающую изменение высоты дна и поверхности воды в реке по мере удаления от устья (истока). Продольный профиль может быть: - выпуклый или сбросовый (характерен для молодых рек, например рек Кольского полуострова) имеет в верхнем течении уклоны меньше, чем в нижнем течении, усилена донная эрозия в нижнем течении, - прямолинейный (характерен для достаточно зрелых рек) - вогнутый (характерен для равнинных рек в стадии старости, имеет в верхнем течении большие уклоны, чем в нижнем)- профиль равновесия. В верхнем течении преобладает размыв - донная эрозия, а в нижнем - аккумуляция наносов и боковая миграция русла - боковая эрозия. В среднем течении преобладает транзит наносов. - ступенчатый (имеет резкие изменения отметок русла на отдельных участках - водопады, стремнины, падуны, пороги, характерен для рек, имеющих выступы кристаллического фундамента в русле), например, реки Африки.
Разница отметок истока и устья называется падением реки, отношение падения к длине есть средний уклон реки.
Гидрологические характеристики Расход воды - количество воды, протекающее за единицу времени через данное живое сечение, является важнейшей характеристикой водности потока и входит справочники Водного кадастра. Кроме него сток характеризуется годовым объемом стока, модулем стока, слоем стока, коэффициентом стока. Расход воды и уровень воды в живом сечении связаны, что позволяет при ограниченных исходных данных без дополнительных измерений определять расход по уровню воды.
Расчетные формулы: Q = Vср х , W = Q х T, q = Q х 103 FВ/С, Y = W х 10 -3 FВ/С , = ( Y X ) х 100%, где Q - секундный расход реки, потока, м 3/с, - площадь живого сечения реки, потока, м 2, W - годовой объем стока, м 3/ год, T = 31 536 000 секунд, продолжительность года в секундах, q - годовой модуль стока, л/(с км 2), FВ/С - площадь водосбора реки, км 2, Y - годовой слой стока, мм/год, - годовой коэффициент стока, %, Х - годовая сумма атмосферных осадков, мм/год.
Коэффициент стока (по В. А. Троицкому)
Водный режим и питание рек. Энергия и работа рек. Сток наносов и солевой сток.
Гидрограф Реки - это продукт климата. Зная средние суточные расходы или средние расходы за декады, месяцы, можно построить календарный график колебаний расходов, называемый гидрографом. Гидрограф характеризует питание реки, то есть поступление воды из разных источников, а также показывает фазы водного режима.
Промежутки времени с низкими уровнями и расходами называются меженью. Межень бывает зимняя и летняя. Период с высокими расходами называют половодьем или паводком. Характер гидрографа зависит от климатических условий региона, от геологического строения бассейна, рельефа и размеров бассейна, типа почвы, растительности, озерности, заболоченности, лесистости и распаханности бассейна, наличия водохранилищ и характера регулирования стока реки.
Источники питания рек атмосферные осадки (образуют паводки) таяние снега весной (образует половодье) таяние ледников в горах (образует паводки) сток грунтовых вод (образует базисный речной сток) Чаще всего реки имеют смешанное питание. В различных физико-географических условиях доля отдельных источников питания реки неодинакова.
Соотношение различных источников питания в годовом стоке рек
Типы водного режима рек (по М. И. Львовичу)
На территории России основная масса рек получает смешанное питание с преобладанием снегового. Для рек экваториального пояса характерна постоянная полноводность за счет равномерного дождевого увлажнения и значительного грунтового питания. В горных районах питание рек очень разнообразно в зависимости от высоты водосбора и климатических условий. По мере увеличения высоты возрастает роль снегового и ледникового питания, которое увеличивается в теплое время года. Зимой сток на таких реках обеспечивается за счет грунтовой составляющей.
Энергия реки Вода, стекающая по поверхности земли и переносимая реками, обладает энергией, то есть способностью производить работу. Потенциальная энергия реки на участке L(км) имеет падение уровня воды h(м) и при среднем расходе воды на данном участке Q(м 3/с) равна Е= 9, 81 Q h. В естественных условиях энергия воды затрачивается на преодоление сил трения, перенос наносов, растворенных веществ и истирание частиц. В результате этой работы происходят процессы эрозии и аккумуляции минеральных наносов, изменение форм земной поверхности, очертаний и глубин, речных русел.
Образование террас речной долины
Речные наносы в зависимости от характера движения в потоке разделяют на взвешанные и влекомые по дну. Кроме того, наносы делят на руслоформирующие и транзитные. Большая часть взвешанных наносов является транзитной, а большая часть влекомых руслоформирующей.
Сток наносов называется твердым стоком. Оценить его величину приближенно можно по мутности воды (г/м 3). Количество наносов, проносимое рекой через поперечное сечение за единицу времени, называется расходом наносов R (кг/с) = Q воды . Вес переносимых частиц пропорционален величине скорости в шестой степени. То есть, если скорость потока увеличивается в 2 раза, то вес переносимых потоком частиц возрастает в 64 раза. Этим объясняется процесс формирования селевых потоков при резком увеличении стока на горных реках после обильных осадков. Реки транспортируют в Мировой океан миллиарды т/год твердых наносов.
Речные наносы образуются в результате выветривания (денудации). Формой выветривания является эрозия склоновая и русловая. Русловая эрозия может быть боковая и донная. Преобладание того или иного вида эрозии зависит от базиса эрозии. Интенсивность эрозии зависит от энергии текучих вод и сопротивляемости горных пород размыву, уклоны поверхности и режима стока, наличия и характера растительного покрова.
Образование поймы реки Миссисипи
Русловые процессы Непрерывное изменение морфологического строения речного русла под действием текущей воды называется русловым процессом. Он приводит к формированию извилистого русла. Формы излучин: А – сегментарные, Б – синусоидальные, В – сундучные, Г – омеговидные, Д – заваленные, Е – сложные
Очертание долины показывает орографическую извилистость, а очертание извилин русла гидрографическую извилистость. Извилистость гидрографическая значительно больше, чем орографическая. Петлеобразные изгибы русла (излучины) называются меандрами, а процесс их образования и смещения вдоль русла реки называется меандрированием. Меандрирование бывает ограниченное склонами долины и неограниченное, свободное завершенное и незавершенное.
Элементы излучин: L – шаг излучины, r – радиус излучины, h – стрела прогиба, B – ширина пояса меандрирования, b – ширина русла
Солевой сток В Сток растворенных веществ называется солевым стоком. речном стоке преобладают карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. По степени минерализации пресная речная вода бывает слабо минерализованной (М менее 500 мг/л), повышенной минерализации (М = 500 -1000 мг/л) высокой минерализации (М более 1000 г/л). Химический состав речных вод зависит от притока грунтовых вод, содержащих растворенные соли. Солевой сток возрастает в маловодные периоды с преобладанием грунтового питания реки. Солевой сток можно оценить, зная величину минерализации воды. Расход солей через данное поперечное сечение S = Qводы М (кг/с). За год река проносит миллионы тонн солей в Мировой океан.
Температурный режим рек зависит от климатических условий. Реки бывают замерзающие и незамерзающие. Замерзающие реки имеют ледовый режим, который характеризуется: датой начала осеннего ледохода, датой окончания осеннего ледохода и началом, ледоставного периода, продолжительностью в сутках ледоставного периода, датой начала весеннего ледохода, датой окончания весеннего ледохода.
Ледовый режим реки зависит от климата, направления течения реки, наличия проточных озер и ох расположения по длине, характера хозяйственной деятельности (сброс стоков, ГЭС и др. ). В зависимости от температуры воды в реке и направления ее течения говорят о тепловом стоке в Мировой океан.
