Водный режим рек

Количество воды, протекающей в реках, или расход воды, непрерывно изменяется - то увеличивается, то уменьшается. Заметить непосредственно, на глаз, эти изменения в реке мы не можем, но результат этих изменений можем определить довольно легко: вследствие изменения количества протекающей в реке воды изменяется ее уровень, а заметить колебания уровня уже не так трудно даже визуально. Оба эти процесса - изменения расхода воды и связанные с ними изменения уровня - являются двумя основными элементами режима рек (обычно их объединяют под названием "водный режим").

Гидрологическим режимом вообще называют совокупность характерных изменений состояния водного объекта во времени, а в зависимости от вида водного объекта различают режим рек, озер, подземных вод или морей. Гидрологический режим водного объекта обусловлен размером и конфигурацией водосборного бассейна, степенью водопроницаемости слагающих его горных пород, высотой, рельефом, наличием озер, болот, лесов, ледников и т. д., но в первую очередь климатическими условиями.

Расход воды в реке и ее уровень изменяются в результате изменения притока воды в реку с ее водосбора. Воду, стекающую с водосбора в реку, приносят атмосферные осадки - выпадающие на земную поверхность дождь и снег в процессе круговорота воды.

В зависимости от условий и путей стекания осадков в реки различают питание рек дождевое, снеговое, подземное и ледниковое. В чистом виде один вид питания обычно не встречается, как правило, реки получают воду одновременно или в разные сезоны из различных источников - и от дождей, и от подземных вод, а в холодных странах, кроме того, от таяния снежного покрова, в высокогорных районах - от таяния ледников.

Усиленный приток дождевых или талых вод в речное русло увеличивает водность^* реки и подъем ее уровня. Это проходит паводок.

^* (Гидрологи различают понятия "водоносность" и "водность" реки. Водоносность показывает, насколько река вообще (в среднем) обильна водой по сравнению с другими реками. Например, водоносность Волги больше водоносности Клязьмы. Водность показывает, насколько обильна водой река в определенный период по сравнению с нормой. Например, водность равнинных рек СССР во время половодья (весной) больше, чем во время межени (летом).)

Паводком называют быстрое, сравнительно кратковременное увеличение расхода воды и повышение уровня реки, вызванное дождями или интенсивным кратковременным снеготаянием (в районах с неустойчивыми, мягкими зимами). Паводки проходят нерегулярно, они могут наблюдаться в различные сезоны года. От паводков отличают половодье - значительное продолжительное повышение водности реки и уровня воды в ней, вызванное основным источником ее питания. Половодье бывает ежегодно в одно и то же время и его можно рассматривать как частный вид паводка. На равнинных реках в районах с холодными, снежными зимами половодье происходит весной, когда тают снега. Весеннее половодье обычно сопровождается ледоходом, оно представляет собой величественное зрелище - крупные равнинные реки разливаются на многие километры в ширину, затопляя часть дна долины, так называемую пойму.

В полярных и высокогорных районах, где таяние снегов и ледников растягивается на все лето, половодье бывает летом, в муссонных и тропических зонах - в период выпадения дождей в области питания реки.

Со времен глубокой древности известны ежегодные разливы Нила. Многие века их причина оставалась загадкой - ведь древние египтяне знали про Нил лишь то, что он течет по пустыне, в которой по нескольку лет не выпадает ни капли дождя (в Асуане среднее количество осадков в год составляет 3 мм - примерно в 30-40 раз меньше, чем в пустыне Каракумы), и что Нил на всем им известном протяжении не принимает ни одного притока. И все же ежегодно, притом с наступлением самого жаркого времени года, в июне, начинается подъем уровня воды в Ниле, продолжающийся до конца сентября - середины октября, после чего вода медленно спадает до апреля - мая. При обычном половодье высота подъема воды составляет 6-7 м, при низком - около 5 м, а при высоком доходит до 9 м. Откуда берется эта вода?

Египтяне создали остроумную теорию, объяснявшую эту загадку.

В годы, когда половодье бывало очень высоким, его воды приносили в Египет множество крокодилов с вышерасположенных участков Нила. Заметив совпадение высоких половодий с появлением крокодилов, египтяне пришли к выводу, что половодье приносят ... крокодилы. Так как при высоких половодьях всегда бывал высокий урожай, то возник культ крокодилов, будто бы содействовавших урожаю, и тем самым процветанию Египта.

Истинной причиной ежегодного летне-осеннего половодья на Ниле являются обильные муссонные дожди, выпадающие в гористой верхней части бассейна Нила, в тропической Африке.

В Ватикане хранится колоссальная статуя бога реки Нил, по-видимому, некогда (в эпоху эллинизма) украшавшая фронтон одного из храмов Александрии. Нил окружен 16 мальчиками, олицетворяющими 16 локтей (локоть - мера длины, равная приблизительно 0,5 м), на которые должен подняться уровень Нила, чтобы дать Египту (изображенному в виде Сфинкса) богатый урожай (на статуе - рог изобилия и колосья). Волнистые, расплывчатые очертания речного божества в этой скульптурной группе хорошо передают плавное, ленивое течение речных струй. Это единственное в истории искусств скульптурное изображение речного паводка, его высоты, его благодатных последствий.

Видный советский гидролог Б. Д. Зайков (1897-1961) предложил разделить реки СССР по водному режиму на следующие три основные группы: с весенним половодьем, с половодьем в теплую часть года и с поводочным режимом.

Больше всего распространены в СССР реки с весенним половодьем, лишь на небольшом участке в Прибалтике - на Жмудских высотах, в Карпатах, в горном Крыму и на Черноморском побережье Кавказа преобладают реки с поводочным режимом, а в горных районах Кавказа, Средней Азии, Восточной Сибири (южной части), Дальнего Востока, Камчатки половодье бывает преимущественно в теплую часть года.

В реках с весенним половодьем вода начинает прибывать сразу с таянием снегов и продолжается это до тех пор, пока не добежит до русла вся масса талой воды с бассейна. Затем начинается спад половодья, обычно более медленный, чем подъем. На крупных реках весеннее половодье может продолжаться 2-3 месяца - с марта - апреля (в зависимости от начала таяния снегов) по май - июнь. После окончания половодья наступает период низкой водности реки и низких уровней - межень, или, точнее, летняя межень, когда река питается в основном подземными водами, накопленными в ее бассейне. Во время сильных продолжительных дождей, в особенности осенью, на фоне межени наблюдаются отдельные дождевые паводки. Когда дожди сменяются снегопадами, поверхностное (по поверхности земли) питание реки прекращается и наступает период зимней межени - медленного спада уровня и расхода воды в реке, когда она снова переходит на подземное, или, иначе, грунтовое, питание (подземными водами). Это продолжается до начала весеннего половодья. Так заканчивается годовой цикл жизни реки.

В период весеннего половодья на реках Советского Союза проходит основная часть стока - от 50 до 100% годового объема, в зависимости от района. Например, реки степного Казахстана, питающиеся почти исключительно за счет таяния зимних снегов, за 2-3 недели весеннего половодья сбрасывают 80-100% годового стока. Половодье в Казахстане отличается исключительно быстрым, резким и высоким подъемом и таким же спадом воды, после чего реки (кроме крупных) в середине лета обычно пересыхают.

Нил

Во время наивысшего подъема (пика) половодья на реках проходят максимальные расходы воды, часто в 30-50 раз превышающие меженные. Так, близ устья Енисея и Лены максимальный расход приближался к 200 тыс. м³/с

Колебания расхода воды на реках с весенним половодьем. Расход оды (вертикальная шкала), как и на следующих двух рисунках, дан в долях среднего годового расхода: а - Вятка у г. Кирова, 1936 г.- восточноевропейский тип режима, б - Нура у пос. Самаркандский, 1933 г.- казахстанский тип режима (по Б. Д. Зайкову)

В половодье уровень воды на крупных реках повышается обычно на 6-12 м. Но на отдельных речных участках может повышаться и больше, например: на Оке у Калуги на 19 м наибольший подъем на реках европейской части СССР), на Волге до устройства водохранилищ - местами на 16-17 м, на Енисее у Туруханска на 17-20 м, в нижнем течении Лены у Булуна) на 18 м, а на Тунгуске даже до 32 м (это рекордный подъем в СССР).

Высота, на которую поднимается уровень воды на каком-либо участке реки, во многом зависит от местных условий на этом участке - поперечного сечения русла и долины реки. Если берега низменные, а пойма широкая, вода при увеличении расхода широко разольется по пойме, уровень поднимется незначительно, но площадь затопления будет большой. В сужениях долины, в местах с высокими крутыми берегами, уровень поднимется (при том же расходе) выше, чем в расширенных местах русла. Так, сильные повышения уровня на Оке у Калуги объясняются высокими и крутыми берегами и отсутствием поймы.

Колебания расхода воды на реках с половодьем в теплую часть года: а - Вахш у с. Туткаульская, 1936 г.- тяньшанский тип режима, половодье обусловлено таянием горных снегов и ледников, б - Зея у 3ейских Ворот - дальневосточный тип режима, половодье обусловлено в основном муссонными дождями

У рек с половодьем в теплую часть года, распространенных в горных районах, половодье затягивается до конца лета, так как снега и ледники в горах тают постепенно, по мере весенне-летнего повышения температуры воздуха.

На реках Дальнего Востока половодье в теплую часть года вызывают муссонные дожди. Продолжается оно здесь примерно с мая по сентябрь и состоит из ряда отдельных крупных дождевых паводков.

Реки с поводочным режимом распространены на небольшой территории СССР - на Жмудских высотах, в Карпатах, в Крыму, на Черноморском побережье Кавказа, на Северном Кавказе и Ленкоранской низменности на Каспийском побережье, где зима мягкая и устойчивый снежный покров отсутствует. У этих рек вместо половодья в течение круглого года наблюдается прохождение отдельных кратковременных (одна-две недели) паводков, вызванных дождями, ливнями и таянием снега во время зимних оттепелей.

Количество протекающей в реках воды меняется не только в течение года, по сезонам, но и от года к году, в многолетнем плане. Как известно, бывают годы засушливые и годы с обильными осадками, т. е. многосложные и дождливые. Годовой сток рек в такие годы сильно меняется, в многоводные годы он может превышать сток в маловодные в 3-4 раза.

Кроме трех основных групп рек (по Зайкову), у которых водный режим характеризуется значительными подъемами и спадами уровня и расхода воды, во всех районах земного шара, да есть крупные озера, существуют реки со сглаженными, равнительно незначительными колебаниями уровня и расхода. Такие реки вытекают из крупных озер, колебания уровня которых редко превышают 1 м за год. Озера, накапливая во время снеготаяния или в дождливые сезоны значительные объемы воды, отдают ее вытекающим рекам постепенно и таким образом уменьшают колебания уровня и расхода воды в них. Такие озерные реки называют реками с естественно зарегулированным режимом. К ним принадлежат, например, Нева, Свирь, Волхов, Вуокса, Ангара, река Св. Лаврентия в Северной Америке, многие реки Скандинавии, Финляндии, Канады.

Колебания расхода воды, а - Сочи у с. Пластунка, 1936 г.- река с поводочным режимом, б - Нева у пос. Новосаратовский, 1975 г.- река с естественно зарегулированным режимом

Представление о том, насколько зарегулирован сток Невы Ладожским озером, могут дать следующие цифры. У крупных неозерных рек Советского Союза наибольший за год расход воды (обычно во время половодья) превышает наименьший расход (в межень) чаще всего в 30-50 раз, а у Невы в среднем лишь в 1,7 раза. О высоте подъема уровня воды на крупных неозерных равнинных реках Советского Союза, достигающей в исключительных случаях 18-20 м, а в среднем 6-12 м, мы уже говорили. На Неве уровень воды, за редкими исключениями (во время ветровых нагонов с моря или ледовых зажоров), колеблется в пределах ±50 см ( например, в пределах ±20 см уровень держится более 55% времени).

Озера сглаживают не только колебания уровня и расхода воды рек, они уменьшают также количество наносов (ила, песка и т. п.), проносимых реками, являясь своего рода отстойниками, в которых оседают наносы.

Например, вода Невы отличается прозрачностью, отсутствием примесей. И это как-то не вяжется с тем, что Нева обладает обширной дельтой, состоящей, по последним данным, из 45 рукавов и 42 островов (в конце прошлого века, до засыпки значительного числа каналов и протоков, островов было 101). Ведь обширные дельты больших рек - Нила, Ганга, Миссисипи - обязаны своим происхождением отложению речного ила (Миссисипи выносит ежегодно около 400 млн. т взвешенных наносов и местами продвигает дельту в море на 85-100 м в год). Дельта Невы - исключение, она возникла в результате размывающей деятельности речной воды и ветровых нагонов воды из Финского залива. При больших нагонных наводнениях из-за сильного волнения со дна залива поднимается ил, который оседает затем на отмелях и островах дельты и увеличивает их площадь. При спаде наводнения вода стекает и углубляет мелкие протоки.

Регулирование стока р. Волги Рыбинским водохранилищем: годовой ход стока Волги у г. Ярославля до создания водохранилища (1) и после (2), по А. И. Чеботареву