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 hcp (метры) определяется путем деления площади живого сечения на его ширину: hcp = ω/B

Наибольшая глубина hмакс (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/hcp.

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.