И его морфометрические характеристики

Рассекая поток плоскостью, перпендикулярной направлению течения, получим поперечное сечение русла.

При открытом русле площадь поперечного сечения равна площади водного сечения. При наличии ледяного покрова площадь водного сечения равна общей площади поперечного сечения, ограниченной поверхностью воды, за вычетом площади погруженного льда.

Часть площади водного сечения, в которой наблюдаются скорости течения, называют площадью живого сечения, в отличие от площади мертвого пространства, где скорости течения практически равны нулю. В частном случае, когда скорости течения наблюдаются во всех точках поперечного сечения реки и мертвое пространство отсутствует, площадь живого сечения принимается равной площади водного сечения. Размеры живого сечения реки изменяются в результате колебания уровней воды и деформации русла потока. Каждое живое сечение потока характеризуют следующие основные морфометрические элементы:

Площадь живого сечения ω (м²)—определяется планиметрированием его профиля. Зная площади живого сечения, соответствующие разным уровням воды H, можно составить график зависимости ω = f (H) (рис. 3).

Ширина живого сечения В (метры) зависит от высоты уровня и определяется по поверхности воды между урезами берегов. Эта величина может быть представлена в виде графика зависимости B= f(H].

Средняя глубина h _cp (метры) определяется путем деления площади живого сечения на его ширину: hc_p = ω/B

Наибольшая глубина h макс (метры) выбирается из всех измеренных глубин.

Смоченный периметр Р (метры) представляет собой длину подводного контура живого сечения реки.

Гидравлический радиус R (метры) вычисляется путем деления площади живого сечения на длину смоченного периметра. Для широких и неглубоких рек смоченный периметр приближенно можно заменить шириной реки.

О 40 8О 120 160 200 ω м²

Рис. 3. Кривая зависимости площади живого сечения реки

от высоты уровня воды.

Шероховатость русла влияет на условия протекания воды в потоке; она замедляет течение воды. Различают абсолютную и относительную шероховатость. Абсолютная шероховатость р является линейной величиной и представляет возвышение неровностей русла над средней плавной кривой дна, т. е. оценивается по высоте выступов шероховатости дна (рис. 4).

Рис. 4 Схема, иллюстрирующая характер шероховатости.

Относительная шероховатость р' есть отношение абсолютной шероховатости к средней глубине потока p^/ ⁼ p/h_cp.

Виды питания рек

Процесс поступления воды из речного бассейна определяется комплексом физико-географических особенностей речного бассейна, основными из которых являются климат, рельеф, геология и растительность.

Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Роль и количество воды, которое получают реки от того или иного вида питания, различны для разных рек и меняются по сезонам года. Эти различия зависят в основном от климатических условий данного района — режима осадков и температуры воздуха в течение года. В питании рек принимают участие осадки как жидкие, так и твердые. Жидкие осадки с момента их выпадения на поверхность земли входят во взаимодействие с поверхностными и подземными водами. Сильные дожди (ливни) служат непосредственным источником питания рек в периоды паводков. Снег, накопившийся в течение зимы, в теплое время года тает и служит источником питания в период половодья. Часть дождевых и талых вод идет на пополнение запасов подземных вод, которые являются источником устойчивого питания рек. Режим осадков и температуры воздуха в течение года неодинаков в разных районах и влияет на изменения питания рек в отдельные сезоны.

Величина и форма бассейна определяют пути и продолжительность времени добегания воды в реку от выпавших осадков: чем больше это время, тем медленнее и равномернее питание рек поверхностными водами.

Влияние размера площади бассейна особенно заметно на внутригодовом распределении питания рек и на формировании половодий и паводков: чем меньше бассейн, тем менее равномерное питание реки в течение года. Для районов, одинаковых в климатическом отношении, продолжительность весеннего половодья обычно сокращается с уменьшением площади бассейна, а питание малых рек в летне-осенние и зимние месяцы может совсем прекратиться, возможно пересыхание и промерзание рек.

Почвенно-геологические условия речного бассейна определяют просачивание атмосферных осадков и поэтому влияют на ход испарения, а также обусловливают ход грунтового питания реки. Мощные водопроницаемые отложения (песка, гальки) являются резервуарами грунтовых вод, обусловливающих равномерное питание рек.

Сток в реки выпавших осадков зависит также от физического (насыщенность влагой, промерзаемость) и структурного состояния почв. Бесструктурные почвы быстро насыщаются влагой в верхнем их слое и увеличивают питание рек поверхностными водами; после дождя такие почвы легко отдают влагу на испарение. В структурной почве атмосферные осадки легко проникают внутрь почвы, создавая большие запасы влаги. Такие почвы могут задерживать в своей толще до 85% годового количества атмосферных осадков.

Влияние леса и других видов растительности на питание рек довольно разнообразно. Лесные массивы и другой растительный покров увеличивают шероховатость поверхности бассейна, чем задерживают стекание вод, в связи с этим увеличивается время добегания выпавших осадков до русла реки, возрастает просачивание осадков в почву и повышается подземное питание рек, что приводит к формированию устойчивой межени. Испаряя почвенную и частично грунтовую воду, лесные массивы уменьшают влажность почвы до глубины корневой системы и тем самым вызывают некоторые потери запасов грунтовых вод.

Вода, просочившаяся в почву, попадает в речную сеть почти исключительно подземным путем.

Вырубка лесов способствует более быстрому стеканию выпадающих осадков и, следовательно, повышению половодья на реках. В результате вырубки уменьшается подземное питание рек, вследствие чего они становятся маловодными в межень.

Озера, расположенные в бассейне реки, являются регуляторами стока; они уменьшают максимальные расходы и увеличивают расходы в меженный период рек, вытекающих из озера.

Влияние болот на питание рек различно. В районах достаточного увлажнения болота не снижают общий сток, поступающий в реки; в условиях недостаточного увлажнения они могут уменьшать объем питания рек за счет повышенного испарения.

Низинные болота снижают максимальные расходы воды, так как аккумулируют половодный и паводочный сток.

Вечная мерзлота оказывает существенное влияние на размер и внутригодовое распределение подземного и поверхностного питания рек. Области вечной мерзлоты характеризуются ничтожным питанием в холодное время года и повышенным снеговым и дождевым питанием.

Ледники дают наибольшее питание в теплые месяцы, резко увеличивая водность рек. Ледниковое питание изменяется как в течение суток, так и в течение года в соответствии с изменениями температуры воздуха.

Деятельность человека оказывает все большее влияние на естественный режим рек; в результате этой деятельности изменяется состояние поверхности речных бассейнов, процесс стекания на них вод и процесс питания рек, а также естественная водоносность рек.

К этим мероприятиям относятся: 1) агротехнические — насаждение лесов, распашка целины или задернение распаханных земель в приовражных районах, зяблевая вспашка, снегозадержание, осушение болот, создание полезащитных лесных полос, оврагоукрепительные работы и т. п.; 2) гидротехнические — создание водохранилищ, водозаборы из рек для целей водоснабжения и обводнения, каналы для орошения и осушения земель, переброска речных вод из других бассейнов и т. п.

Питание рек поверхностными водами подразделяют на следующие виды: дождевое, снеговое, ледниковое, искусственное и смешанное.

Дождевое питание рек от муссонных дождей, которые играют большую роль в питании рек тихоокеанского склона (Зеи, Амура и др.). Ливневые осадки могут давать довольно интенсивное питание рекам с небольшими бассейнами, создавая иногда паводки, как это имеет место в южных районах Европейской территории России.

Дождевые осадки не полностью поступают в реку, часть из них теряется на испарение и впитывание в землю. На величину поверхностного питания реки от дождей влияет интенсивность, продолжительность и частота выпадения осадков, водопроницаемость грунтов, слагающих бассейн, растительный покров, размеры речного бассейна и рельеф его склонов.

Снеговое питание рек обусловлено таянием в весеннее время снега, накопившегося в течение зимы. Объем воды, поступающей в реки от снеготаяния, зависит от количества снега, накопившегося зимой, метеорологических условий осени и весны, интенсивности таяния снега и других причин. Продолжительность стока талых вод составляет 1,5—3 месяца, в течение которых реки получают 50—80% всего годового питания. В горных районах таяние снега начинается в предгорьях и с повышением температуры воздуха охватывает новые высотные зоны бассейна. Такие условия снеготаяния являются причиной повторных паводков на некоторых реках.

Ледниковое питание рек наблюдается в условиях высокогорных районов от таяния ледников и вечных снегов. Преобладающее значение ледникового питания наблюдается только в верховьях рек, расположенных близ ледника. На таяние ледников влияет тепловая солнечная энергия, температура воздуха и др. Наибольшее ледниковое питание рек отмечается в летнее время, когда и наблюдается резкое увеличение их водоносности.

Питание реки подземными водами осуществляется непосредственным выходом их в речное русло. Доля подземного питания рек колеблется в значительных пределах – от 0 до 40 %, иногда до 60 % общего годового питания рек. Подземное питание свойственно почти всем рекам, за исключением рек Заволжья и равнинного Казахстана, имеющих ничтожно малое питание подземными водами. Запасы подземных вод пополняются в основном весной в результате просачивания талых вод,а также частично и осенью от выпадающих дождей.