Распределение температуры воды на реках
Распределение температуры воды на реках в июле, наиболее теплом месяце, показано на карте (рис. 35), где нанесены изолинии среднемесячных значений температуры воды.
Следует иметь в виду, что такого рода карта отражает лишь самые общие закономерности распределения температуры воды в реках. Как и другие карты, обобщающие в виде изолиний характеристики режима рек, она не учитывает многих местных особенностей: водности рек, особенностей грунтового питания и т. д. Поэтому она дает лишь общее представление о распределении температуры воды в реках. Из рассмотрения карты можно установить, что колебания среднемесячных температур воды в июле на реках СССР происходит в весьма широких пределах. Например, на северных реках (Кольский полуостров, Северный край) средняя месячная температура воды составляет 14°, а к югу она повышается и в степной зоне - в низовьях Буга, Днепра, Дона, Кубани, Кумы, Волги, Урала, Эмбы - достигает 24°.
Характерно, что даже в условиях равнинной территории Европейской части СССР сказывается, влияние высоты на температуру воды. Более низкие температуры наблюдаются на реках Тиманского кряжа, Литовско-Белорусской, Валдайской, Средне-Русской и Приволжской возвышенностей, Донецкого кряжа.
Азиатская часть СССР в целом характеризуется более низкими температурами воды в реках на тех же широтах. При наличии на обширной территории Сибири вечной мерзлоты, существенным фактором, определяющим здесь низкие температуры воды, является теплообмен с ложем, т. е. отдача тепла на оттаивание вечной мерзлоты. Этот процесс особенно существенно сказывается на малых реках, т. е. чем меньше является река, тем ниже должна быть температура ее воды. Особенно низкие температуры воды наблюдаются на реках северо-востока Сибири и Камчатки, где среднемесячные их значения падают до 6°.
На Дальнем Востоке, в бассейне Амура, температура воды в реках в июле, несмотря на их относительно южное положение, не превышает 18-20°. Помимо влияния вечной мерзлоты, в данном случае существенную роль играет сильно повышенная водность рек Дальнего Востока в летний период, характерный прохождением высоких паводков.
Довольно высокими температурами воды отличаются реки Лено-Вилюйской низменности, с ее своеобразными климатическими условиями - жарким и сухим летом.
В горных областях Урала, Кавказа, Средней Азии, Алтая, Саян отмечено, что температура воды понижается с высотой. Чем выше местность, тем холоднее вода в реках, причем в горных областях, где имеются ледники, температура воды в верховьях, вблизи источника питания - ледника, составляет 1-2°.
Рис. 35. Средняя месячная температура воды рек СССР в июле (по Е. М. Соколовой).
По мере удаления от ледника вниз по реке температура воды довольно быстро повышается, но все же часто остается ниже температуры воздуха, обычной для данной высоты.
Глава 12. Ледовый режим рек
Типы ледового режима рек
Вопросы ледового режима рек являются издавна предметом серьезного внимания и изучения. Стимулом к этому служат практические запросы водного транспорта (сроки начала и конца навигации), лесосплава, энергетики (донный лед, толщина льда, воздействие льда на гидротехнические сооружения) и других отраслей народного хозяйства, использующих водные ресурсы.
По характеру ледового режима реки СССР можно разделить на следующие основные группы (рис. 36):
1) реки с ежегодным устойчивым ледоставом различной длительности. К этой группе принадлежит подавляющее большинство рек;
2) реки с неустойчивым ледоставом, наблюдающимся не ежегодно. Сюда принадлежат реки крайних западных и южных районов Европейской части СССР и Северного Кавказа - Неман, Висла, Днестр, Кубань и др., а также многие водотоки юга Приморья на Дальнем Востоке;
3) реки, на которых наблюдаются ледовые, явления (шуга, забереги и т. д.), но ледостав отсутствует. К этой группе принадлежит большинство рек Кавказа и горных областей Средней Азии и Алтая; реки эти в литературе носят название шугоносных;
4) реки, на которых ледовые образования вообще отсутствуют в силу теплого климата. К ним относятся водотоки сравнительно небольших районов - Колхидской и Ленкоранской низменностей на Кавказе, ряд рек на юге Туркмении и в Средней Азии.
Развитие ледовых явлений осенью и последующее исчезновение их весной теснейшим образом связано с климатическими условиями. На возникновение и развитие ледовых явлений на реках Европейской части СССР большое влияние оказывает Атлантический океан. Западные атлантические воздушные течения, распространяющиеся до Урала, иногда преодолевают его и доходят до Енисея. Влияние их сказывается в том, что чем ближе речной бассейн к океану, тем короче и неустойчивее ледостав на реках. Подобное влияние на реки восточной части страны оказывает Тихий океан и связанные с ним переносы воздушных масс, охватывающие Приморье и узкую полосу побережий Берингова и Охотского морей. Наконец, большую роль в развитии ледовых явлений в центральной части страны играет сибирский антициклон, формирующийся над Азиатским континентом в зимнее время; по сравнению с западной и восточной частями Советского Союза, подверженными океаническим влияниям, ледовые образования здесь носят более длительный и устойчивый характер.
Рис. 36. Типы ледового режима рек СССР (по данным ГГИ).
1 - реки с ежегодным ледоставом: 2 - реки, на которых ледостав в отдельные годы неустойчив; 3 - реки, на которых ледостава в некоторые годы не бывает; 4 - горные районы, где ледостава на реках обычно не наблюдается или он отмечается только на отдельных участка; 5 - реки, на которых ледостава обычно не наблюдается; 6 - реки, на которых ледовые явления отсутствуют.
Замерзание рек
Замерзание рек раньше всего начинается на крайнем северо-востоке Сибири, где оно наступает в конце сентября. В октябре на реках Восточной и Центральной Сибири обычно уже наблюдается ледостав. Позднее, в первой половине ноября, замерзают реки Дальнего Востока и Западной Сибири. В Европейской части СССР первые ледовые образования появляются на крайнем северо-востоке в конце октября - начале ноября. Отсюда они развиваются в направлении к юго-западу, постепенно охватывая все большие районы. На крайнем юго-западе реки замерзают только в конце декабря. Таким образом, процесс замерзания рек длится примерно в течение 3 месяцев; он начинается на крайнем северо-востоке Сибири и завершается в южной части Приморья на Дальнем Востоке и на юго-западе Европейской части СССР. Характерно при этом, что, как видно на карте (рис. 37), замерзание рек в западных и восточных районах, подверженных океаническим влияниям, происходит почти одновременно. На карте показаны "климатические" сроки замерзания. Под влиянием гидрологических факторов (скорости течения, грунтовое питание, водность реки) действительные сроки замерзания в ряде случаев могут существенно отличаться от показанных на карте. Реки могут замерзать позже климатических сроков и не замерзать совсем даже в суровых климатических условиях Восточной Сибири (например, при обильных выходах относительно теплых подмерзлотных вод). Большие реки, обладающие значительной водной массой, замерзают иногда на 10-20 дней позже их притоков в тех же широтах. Это хорошо видно на примерах больших сибирских рек - Енисея, Оби, Лены. Влияние скоростей течения речных потоков на сроки замерзания можно показать на примере Сухоны, текущей в широтном направлении, но замерзающей в разные сроки. Порожистый участок в среднем ее течении замерзает иногда на 30-45 дней позже других.
Продолжительность осеннего ледохода на больших реках в среднем составляет 10-12 дней, а на малых - 3-7 дней. В этом отношении исключением являются реки Прикаспийской низменности, Казахстана и южной части Западно-Сибирской низменности, где, в силу небольших уклонов и малой водности в период замерзания, ледохода обычно не наблюдается. Характерной особенностью многих рек является образование в их руслах в зимние периоды внутриводного (донного) льда.
Рис. 37. Средние сроки начала ледостава на реках СССР (по данным ГГИ).
1 - октябрь, 2 - ноябрь, 3- декабрь, 4 - январь, 5-6 - районы, где ледостава на реках обычно не наблюдается, 7 - районы, где ледовые явления отсутствуют.
Скопляясь в больших количествах, донный лед забивает живое сечение потока, вызывает подъемы воды, в результате чего иногда происходят наводнения. Это явление носит название зажоров. Наиболее часто зажоры наблюдаются на порожистых реках Карелии, на реках Северо-Западного района (например, на Неве) и других водотоках, замерзание которых происходит неодновременно.
В процессе замерзания порожистых участков рек иногда образуются характерные ледовые образования, носящие название пятр. Пятры представляют собой неподвижные скопления рыхлых масс льда, развивающиеся от дна к поверхности и имеющие конусообразную форму. Пятры впервые были описаны Е. И. Иогансоном на Волхове, в районе бывших Гостинопольских порогов. Позднее эти образования наблюдались Л. Ф. Самохиным на Дону.
Вскрытие рек
Вскрытие рек происходит в обратном порядке, нежели замерзание: ранее других, в начале - середине марта, вскрываются реки западных и юго-западных районов (Днестр, Неман) Европейской части СССР и реки южной части Приморья на Дальнем Востоке. Отсюда процесс вскрытия рек развивается на Европейской части СССР в направлении на северо-восток, где реки обычно вскрываются в начале мая. В Азиатской части СССР, на территории Центральной и Восточной Сибири, вскрытие происходит в мае, а на крайнем севере и северо-востоке - даже в начале июня. Таким образом, вскрытие рек на всей территории СССР охватывает период около 3 месяцев - от начала марта до начала июня.
Процесс вскрытия обычно сопровождается весенним ледоходом (рис. 38), причем характер ледохода для отдельных рек различен.
Рис. 38. Средние сроки начала весеннего ледохода на реках СССР (по данным ГГИ).
1 - июнь, 2 - май, 3 - апрель, 4 - март, 5 - февраль, 6-7 - районы, где ледостава на реках обычно не бывает, 8 - районы, где ледовые явления на реках отсутствуют.
На реках, текущих с юга на север, как это отметил еще М. А. Рыкачев, вскрытие происходит в условиях, когда мощный ледяной покров не подготовлен к вскрытию и необходима большая сила для его разрушения. Здесь, следовательно, в процессе вскрытия велика механическая, взламывающая сила напора вод весеннего половодья, волна которого, двигаясь на север, встречает все более и более мощный ледяной покров. В этих условиях вскрытие происходит при больших подъемах уровней воды и нередко сопровождается мощными заторами льда. Особенно известны мощные заторы льда на Северной Двине, Оби, Лене и Енисее.
Наоборот, на реках, текущих с севера на юг (Дон, Днепр и др.), разрушение ледяного покрова происходит в значительной мере под влиянием солнечной инсоляции. Роль механического фактора в процессе вскрытия здесь невелика. Поэтому заторы для таких рек не являются характерными, так как лед, двигаясь вниз, встречает на своем пути уже вскрывшиеся участки рек или участки, покрытые ледяным покровом малой мощности, нередко частично разрушенным под влиянием солнечных лучей.
Весенний ледоход на южных реках обычно проходит до выхода воды на пойму, в то время как на северных реках, поскольку вскрытие начинается при более высоких уровнях, он чаще всего наблюдается при разливах воды по пойме.