Учение о гидросфере Лекция 7 Перекаты

Учение о гидросфере Лекция № 7

Перекаты • Расположение изобат на плане реки показывает, что равнинные реки представляют собой чередование плесов (глубоких участков) и перекатов (мелких частей). • Перекатом называется более или менее устойчивое образование в русле, обычно в виде косого поперечного вала из наносов, пересекающего русло.

Общая схема переката

Строение переката • 1) верхняя коса, или верхние пески, расположена выше (считая по течению) корыта переката; • 2) нижняя коса, или нижние пески, расположена ниже корыта переката. • Иногда верхнюю косу называют верхним побочнем, а нижнюю косу — нижним побочнем. • 3) верхняя плёсовая лощина, или ложбина, — глубокая часть русла выше переката; • 4) нижняя плёсовая лощина, или ложбина, — глубокая часть русла ниже переката; • 5) седловина, или гребень, — наиболее повышенная часть вала из наносов, соединяющего верхнюю и нижнюю косы переката; • 6) корыто переката — наиболее глубокая часть седловины, где обычно проходит фарватер; • 7) напорный (верхний) скат — верховая часть седловины переката, обращенная к верхней плесовой лощине, обычно более пологая, чем низовая часть (подвалье); • 8) подвалье — низовая часть, или тыловой скат, седловины переката, лежащая ниже вала переката и обращенная в сторону нижней плесовой лощины, обычно более крутая, чем напорный скат.

Схема нормального (слева) и сдвинутого (справа) переката 1) если фарватер плавно переходит из одного плеса в другой, а оси изобат плесов находятся на продолжении одной линии, перекат называется нормальным. Этому случаю расположения фарватера соответствуют русловые образования типа перевалов; 2) если фарватер представляет собой искривленную линию, а оси изобат плесов сдвинуты относительно друга в поперечном направлении, перекат называется сдвинутым. Глубины на нормальном перекате обычно бывают больше, чем на сдвинутом, поэтому с точки зрения судоходства первый называют хорошим перекатом, а второй — плохим. • Times New Roman

План: Тепловой режим рек. Изменение температуры воды в пространстве и во времени, периоды ледового режима: замерзание, ледостав, вскрытие. Ледоход, заторы и зажоры. Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек. Источники загрязнения рек. Хозяйственное значение рек. Влияние хозяйственной деятельности на режим рек. Регулирование стока.

Тепловой режим рек • Тепловой режим реки определяется поглощением тепла прямой солнечной радиации, эффективным излучением водной поверхности, затратами тепла на испарение, его выделением при конденсации, теплообменом с атмосферой и ложем русла. Определяется прежде всего климатом. • В соответствии с тепловым режимом рек их можно разделить на три типа: 1) Реки очень теплые, без сезонных колебаний температуры; 2) Реки теплые, с заметным сезонным колебанием температуры, не замерзающие зимой; 3) Реки с большими сезонными колебаниями, замерзающие зимой.

Замерзание • Зимой при охлаждении воды несколько ниже температуры ее замерзания начинается процесс льдообразования. • В спокойно текущей реке прежде всего возникают забереги. Одновременно с ними или несколько позже на поверхности образуется сало. Сало и забереги смерзаются в сплошной ледяной покров реки. • При быстром движении воды процесс замерзания задерживается ее перемешиванием и вода может переохлаждаться на несколько сотых градуса. При этом в толще воды возникают мелкие кристаллики. Они вместе с салом и снежурой образуют шугу. • Процесс кристаллизации у дна приводит к возникновению донного льда, который может отрываться и всплывать. • Скапливаясь подо льдом, шуга, всплывший донный лед, сало, снежура могут закупорить русло и возникает зажор. Осенью они создают осенний ледоход, во время которого (как и весной) на поворотах рек, в сужениях русла, у опор мостов образуются заторы, вызывающие, как и зажоры, подъемы уровня воды.

Ледостав • Установление на реке сплошного устойчивого ледяного покрова носит название ледостава. Ледяной покров и лежащий на нем снег предохраняют воду от дальнейшего охлаждения. Если зима холодная, то лед нарастает снизу, уменьшая живое сечение реки и увеличивая давление на воду, которая может излиться наружу и увеличивать мощность льда сверху. • В результате быстрого течения или вследствие притока более теплой воды на некоторых реках в течение всей зимы могут сохраняться полыньи (майны).

Вскрытие • Вскрытие рек начинается близ берегов под влиянием солнечных лучей, тепла атмосферы и поступающих в реку талых вод. Приток талых вод вызывает подъем уровня, лед всплывает, отрываясь от берегов, и вдоль берегов протягивается полоса воды без льда – закраина. • Лед начинает смещаться вниз по течению, сначала происходят подвижки льда, а затем весенний ледоход. • На реках, текущих с севера на юг, ледоход проходит спокойно. Для рек, текущих с юга на север, свойственны высокое половодье, заторы, разрушение льдом берегов. • На реках, вытекающих из озер, часто наблюдается два ледохода – сначала идет речной лет, затем озерный.

Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек. • Речные системы как часть гидросферы характеризуются быстрой обновляемостью ( 16 суток). • Речная вода – раствор с очень малой концентрацией солей (0, 20, 3 мг/л). Химические особенности воды зависят от источника питания и гидрологического режима. В течение года в связи с изменениями водности рек химический состав воды меняется. Большинство рек относится к гидрокарбонатному классу, к группе кальциевых вод. • В зонах избыточного увлажнения минерализация речных вод совсем незначительна, в зонах недостаточного увлажнения – высока, увеличивается количество хлора и натрия. Таким образом, химические свойства речной воды носят зональный характер. • Присутствие легкорастворимых пород (известняк, соли, гипс) может привести к значительным местным особенностям в минерализации воды рек.

Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек. • Количество растворенных веществ, приносимое за 1 сек через живое сечение реки, составляет расход растворенных веществ (кг/сек). Из суммы расходов складывается сток растворенных веществ, измеряемых тоннами. • Очевидно, вынос веществ из наземных экосистем с речными потоками и их поступление в принимающие водоемы играют важную роль в локальных и глобальных биогеохимических циклах элементов. • В общем гидрологическом цикле в биосфере они выполняют роль транспортных систем переноса веществ в виде растворенных и взвешенных компонент с континентов в океаны, внутренние моря и озера.

Основные процессы, влияющие на состав речных вод • Химический состав атмосферных осадков • Выветривание, минерализация. Эрозия и поверхностный сток • Русловая эрозия, взаимодействие растворенных и взвешенных веществ. • Биомасса в реке и на водосборной территории. Разложение биомассы в реке и на водосборной территории • Фотосинтез • Вегетация и выщелачивание подстилки • Поглощение биогенных веществ вне русла и в реке • Аэрация

• Химический состав речных вод в значительной степени определяется гидрогеохимическими, физикохимическими и биотическими процессами трансформации атмосферных осадков на водосборной территории. В зависимости от климато-географических условий роль внерусловых процессов может существенно варьировать не только для разных рек, но и в пространственной и сезонной динамике для одной и той же реки.

Виды загрязнения рек • Загрязнения речных экосистем могут отразиться не только в эффектах ухудшения качества воды, но и в нарушении естественных биогеохимических циклов. • Физические загрязнения - изменение русла, тепловые загрязнения. Могут отразиться на структурных и функциональных параметрах речных гидроэкосистем. • Химические загрязнения - сброс загрязняющих веществ с промышленными, сельскохозяйственными, коммунальными стоками. Имеет как прямое, так и опосредованное (влияние загрязняющих веществ на процессы формирования состава воды, изменение уровня кислотности, окислительно-восстановительных превращений, комплексообразованиявоздействие) на химический состав воды. • Биологическое загрязнение - изменение структурных параметров речной экосистемы.

Источники загрязнения рек • Важно понимать, что загрязнения речных экосистем происходят не только при антропогенных воздействиях непосредственно в русле рек, но и на водосборной территории. • Интенсификация лесных, сельскохозяйственных, гидромелиоративных работ, организация отвалов горнодобывающей промышленности сказываются на процессах формирования химического состава речных вод. • Отсюда меры предотвращения загрязнения речных экосистем имеют комплексный характер и не ограничиваются только предотвращением сброса загрязнений в русла рек.

Судоходство Выработка электроэнергии Отдых и туризм Рыболовство

Хозяйственное значение рек Влияние хозяйственной деятельности на водные ресурсы и режим рек сказывается в двух направлениях: а) изменения условий влагонакопления и расходования влаги в бассейне; б) непосредственного изменения режима стока в руслах. В первом случае изменения происходят в результате агротехнических, лесомелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, включающих обработку земли, посадку или вырубку лесов, орошение и обводнение в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения, осушения болот. Эти мероприятия изменяют гидрологический режим сравнительно медленно и как бы стихийно. Во втором случае мероприятия включают создание плотин и водохранилищ, изъятие воды из русел на орошение, питьевые и хозяйственные нужды или, наоборот, добавление воды из других водных систем. Изменения водного режима при этом сказываются резко и могут заранее планироваться.

Агротехнические и лесомелиоративные мероприятия. Распашка земель влечет за собой замедление склонового стекания талой снеговой воды, возрастание инфильтрации и испарения. Особенно сильно сказывается влияние зяблевой вспашки поперек склона. Борозды в этом случае играют роль малых запруд, задерживающих воду. • С целью большего накопления влаги в почве на полях в зоне недостаточного увлажнения проводится снегозадержание путем перепахивания снежного покрова поперек склона, мульчирования и образования кулис • Внесение удобрений способствует улучшению структуры почвы, что также повышает ее водопоглотительную способность. • Выращивание полезащитных лесных полос в степной зоне, как показали исследования, благоприятно сказывается на водном балансе не только самих облесенных участков, но и межполосных полей. Снега здесь накапливается больше, а тает он медленнее, чем в открытой степи. В результате почва запасает больше влаги. При легких почвах лесные полосы аккумулируют больше воды по сравнению с тяжелыми. • Отрицательное действие на водный режим почв оказывает нерегулируемый выпас скота. При длительном использовании земель под выпас скота происходит смена видового состава луговой растительности, снижается ее продуктивность, разрежается дернина, почвенный покров уплотняется. В результате, так же как при отсутствии зяблевой пахоты, инфильтрация в почву ухудшается и создаются условия для увеличения поверхностного стока. Сток уменьшается, а распределение в году выравнивается за счет большего поступления подземных вод. Важным следствием является уменьшение максимальных расходов половодья и паводков, увеличение продолжительности половодья и повышение водности межени. В связи с этим уменьшается опасность наводнений, эрозии и смыва почв. •

Орошение • Искусственное орошение в зоне недостаточного увлажнения требует водозабора из рек, создает совершенно новые условия водного режима почв, вызывает увеличение расхода воды на испарение и транспирацию и тем самым уменьшает величину стока рек. • Изъятие воды из рек на орошение производится в вегетационный период — с апреля по октябрь, и в меньшем количестве — на предвесеннюю влагозарядку. Наибольший расход воды падает на самые жаркие летние месяцы — июнь-август. Вода, подаваемая на поля, расходуется на транспирацию сельскохозяйственными культурами и непродуктивное испарение с поверхности почвы, а также каналов и водохранилищ, находящихся в ирригационных системах. Значительное количество идет на инфильтрацию в каналах и на полях. • Инфильтрация оросительной воды сопровождается повышением уровня грунтовых вод и усилением обратного подземного оттока в реки. Вместе с тем растут непродуктивные потери на испарение из зоны аэрации. • Вода, расходующаяся на испарение, насыщение зоны аэрации, аккумуляцию в бессточных углублениях, в сумме составляет безвозвратные потери стока. Большие безвозвратные потери обусловливают уменьшение годового стока рек.

Осушение • Влияние осушительных мелиорации на водный режим рек проявляется различно в зависимости от климатических, гидрогеологических и морфологических условий залегания болот, характера их питания, размера рек и глубины вреза их русел, а также от системы осушения. • В первые годы после осушения, когда резко уменьшается испарение (примерно на 15 -20%) и срабатываются многолетние запасы воды, обычно наблюдается некоторое увеличение стока половодья и годового стока в целом. • В последующие годы, при использовании осушенных земель под сельскохозяйственные угодья и лесопосадки, сток снижается и приближается к первоначальной величине или даже немного ниже ее. • Максимальные расходы половодья и дождевых паводков в результате осушения изменяются сравнительно мало. Меженный летний и зимний сток, вследствие снижения испарения и лучшего дренирования грунтовых вод подстилающего болота минерального грунта, существенно возрастает.

Регулирование стока водохранилищами • Создание водохранилищ или их каскадов преследует цель накопления воды на определенных участках реки с последующим планомерным расходованием ее на нужды сельского хозяйства (орошение, обводнение), водоснабжения, а также в интересах энергетики, речного транспорта, рыбного хозяйства и других отраслей. • Крупные водохранилища сезонного и многолетнего регулирования коренным образом изменяют водный режим рек на участках ниже плотины. • При сезонном регулировании большая часть стока половодья может быть задержана в водохранилище и ниже плотины расход воды остается близким к предвесеннему. В межень (летом и зимой) он, наоборот, повышается иногда в два-три раза. • Создание водохранилищ - иначе говоря, увеличение озерности. Вызывает увеличение потерь воды на испарение, а следовательно, и некоторое уменьшение стока, в особенности в засушливых районах. Но эта неизбежная издержка с избытком перекрывается пользой от водохранилищ, позволяющих уменьшать сток в периоды паводков и увеличивать в периоды межени.

Спасибо за внимание!