Питание, сток и режим реки

Реки — это незаменимый элемент гидросферы нашей планеты, обеспечивающий жизнь и разнообразие экосистем пресной водой. Однако не все задумываются о том, как реки получают своё питание и какие процессы определяют их режим.

Понимание основ питания и режима рек имеет огромное значение для эффективного управления водными ресурсами, охраны окружающей среды и прогнозирования климатических изменений. В этой статье мы подробно рассмотрим ключевые аспекты питания рек, типы питания и факторы, которые влияют на их режим, чтобы лучше понять, как функционирует этот важнейший компонент гидросферы.

Что такое питание реки?

Питание реки – это процесс, при котором вода и материалы транспортируются из ее водосборного бассейна в русловую систему. Питание рек обусловлено зональными изменениями климата (атмосферные осадки,испарение) и физико-географическими особенностями бассейна.

Какое питание у реки?

Различие в видах атмосферных осадков и в путях их движения к рекам позволяет выделить следующие типы питания:

1. Атмосферные осадки, такие как дождь и снег.
2. Подземные источники, такие как подземные ручьи и ключи.
3. Таяние ледников и снега.
4. Сбросы из ручьев, ручейков и водоемов.
5. Иногда выделяют также озерное и искусственное питание.

Как в течение года, так и по длине реки роль различных видов питания может изменяться. В холодное время года преобладает подземное питание, весной — талое, летом — дождевое. Реки, берущие начало в горах, в верхнем течении получают в большей мере ледниковое питание, в нижнем и среднем течении может преобладать дождевое питание и т.д. Обычно реки получают сложное питание, например, подземное и дождевое, снеговое и дождевое и т.д. Неравномерность поступления воды из различных источников питания создает изменения в расходах воды в реке и в ходе их уровня.

Грунтовые воды – устойчивый источник питания рек, действующий круглый год. Грунтовое питание рек тесно связано с условиями увлажнения территории, с высотой стояния уровня грунтовых вод и имеет закономерный ход. В зонах с влажным и умеренным климатом грунтовые воды имеют падение к рекам и питают их весь год. В бассейнах с засушливым климатом уровень грунтовых вод может падать от реки к берегу, и тогда грунтовые воды могут питаться за счет речных вод.

Реки Кура, Аракс в Закавказье, Сыр-Дарья и Аму-Дарья в Средней Азии в нижнем течении теряют значительную часть воды на просачивание в берега.

По сравнению с поверхностным стоком, грунтовый сток более устойчив и равномерен, поэтому он выступает как регулирующий фактор в общем речном стоке.

Грунтовые воды остаются единственным источником питания некоторых рек, сохраняя их течение как в зимнее время, так и в некоторые периоды межени, когда поверхностный сток прекращается. Таким образом, грунтовые воды регулируют речной сток.

Дождевые атмосферные осадки, выпадающие на поверхность бассейна, последовательно смачивают растительный покров, заполняют углубления микрорельефа, просачиваются в почву, испаряются и, только если они выпали в достаточном количестве, питают реки.

Снеговое питание играет важную роль в жизни рек, особенно в регионах, где зимой выпадает много снега. Некоторая часть снега испаряется, часть впитывается в почву, но основная масса снега весной стекает в реки в виде склонового стока, который составляет от 30 до 80% годового стока рек.

В горных районах снег начинает таять в предгорьях, а по мере поднятия нулевой изотермы вверх, таяние снега происходит всё выше и выше. В высоких горах снег может таять всё лето.

Таяние снега происходит под воздействием солнечной радиации, переноса тепла воздушными потоками, дождей, конденсации влаги и тепла из почвы.

В средней полосе России интенсивность таяния снега весной колеблется от 5 до 20 мм в сутки, в среднем составляет 8-9 мм в сутки

Растительность, неравномерность залегания снега по площади бассейна, различные температурные условия весны, суточный ход температуры воздуха и другие факторы создают сложную картину питания рек талыми водами.

При повышении температуры воздуха начинается таяние снега. Плотность снега увеличивается, и при достижении значений 0,35-0,37 г/см³ снег начинает отдавать воду. Сток талой воды обычно начинается на 3-4 дня позже начала таяния снега.

Таяние снега зависит от характера снежного покрова, растительного покрова, характера весны и других факторов. В лесу и в поле снег тает почти одновременно, но в зависимости от густоты леса и его видового состава таяние снега заканчивается на 10-25 дней позже.

Сток талых вод также зависит от промерзлости почв.

Ледниковое питание, то есть питание рек за счёт талых вод ледников,  играет важную роль в формировании водного баланса в полярных и приполярных регионах, а также в горных областях.

Ледники представляют собой подвижные скопления льда, которые образуются из атмосферных осадков и покрывают значительные территории суши.

На сегодняшний день общая площадь ледников составляет 16,3 миллиона квадратных километров, что составляет 11% от общей площади суши. Объём ледников достигает 30 миллионов кубических километров, что более чем в 500 раз превышает годовой сток всех рек на планете.

Ежегодно на Земле образуется и исчезает около 1,8% всего ледникового покрова. Формирование ледников происходит в полярных областях и горных странах, где на протяжении всего года сохраняются отрицательные температуры воздуха и положительный годовой баланс твёрдых осадков. Это означает, что количество снега, выпадающего за год, превышает его таяние и испарение.

Слой атмосферы, в котором возможен положительный баланс твёрдых атмосферных осадков, называется хионосферой.

Эта оболочка, окружающая Землю, имеет мощность до 10 километров. Верхняя и нижняя границы хионосферы, на которых баланс твёрдых осадков равен нулю, получили название снеговой линии. Верхняя граница хионосферы проходит вблизи тропопаузы, а нижняя, называемая климатической снеговой границей, проявляется в виде полосы на земной поверхности.

Высотное положение снеговой линии зависит от множества факторов, включая температуру, количество осадков, влажность воздуха, рельеф, экспозицию склонов и их орографические особенности.

В целом, высота снеговой линии у экватора выше, чем в полярных странах. Однако в тропических широтах, где выпадает мало атмосферных осадков, снеговая линия поднимается выше и достигает 5,5–6 километров. В экваториальных широтах снеговая граница находится на высоте 4,5 километра, а в приполярных странах опускается до уровня мирового океана.

Преобразование выпавшего снега в лёд в условиях хионосферы происходит в несколько этапов. Снег, уплотняясь и перекристаллизуясь, частично под действием дневного таяния и ночного подмерзания, превращается в фирн — мелкие зёрна прозрачного льда. Затем, под давлением свежевыпавшего снега, фирн уплотняется и образует фирновый лёд с плотностью 0,70 г/см³, который переходит в глетчерный лёд с плотностью 0,90–0,92 г/см³. Глетчерные льды обладают свойствами пластичности и спаивания, что способствует движению ледников под действием силы тяжести.

Накопленная в ледниках влага расходуется на питание рек и испарение, которое в условиях низких температур невелико и составляет в среднем около 0,1 мм/час. Конденсация влаги на поверхности ледников достигает в среднем 1 мм/час.

Таяние ледников происходит различными способами:

•  Подледниковое таяние обусловлено теплом, получаемым из недр Земли, а также подземными водами.
•  Внутреннее таяние происходит за счёт внутреннего трения в леднике и проникновения талых поверхностных вод по трещинам. Доля внутреннего таяния в питании рек невелика.
•  Поверхностное таяние, обусловленное воздействием солнечных лучей, обеспечивает наибольшую долю в питании рек.

Водные ресурсы ледников определяются их объёмом и плотностью льда и снега на поверхности. Ночью таяние ледников, даже при незначительном понижении температуры, уменьшается в 3–4 раза. На таяние ледника также влияет его ориентация по сторонам горизонта. При равных уклонах на склонах северной экспозиции таяние происходит значительно меньше, чем на южных. В наиболее тёплое время года таяние ледников может достигать 6–7 сантиметров в сутки и более. При загрязнении поверхности ледника таяние происходит интенсивнее.

Потоки воды при таянии ледника устремляются вниз как по поверхности, так и по трещинам в леднике. Иногда вода в трещинах, не имеющих выхода, задерживается, образуя так называемый подледниковый «карман». Прорыв таких карманов способен снести целые селения в нижележащих долинах.

Питание реки обычно происходит водами различного происхождения, причём питание реки изменяется как по времени, так и по длине реки. Многие реки, берущие начало в горах, в верхнем течении могут иметь ледниковое питание, а в нижнем — дождевое. Изменение питания реки по её длине также зависит от условий питания впадающих в неё притоков, особенно крупных.

Определение источников питания реки имеет очень большое практическое значение.
По данным наблюдений за расходом воды строится график изменения расходов реки в течение одного года, называемый гидрографом реки. Форма гидрографа связана с количеством источников питания и их распределением в году. Иными словами, гидрограф тесно связан с физико-географическими условиями бассейна реки.

Какой тип питания рек является самым распространенным?

Самым распространенным типом питания реки является смешанное или комбинированное питание. Этот тип питания объединяет в себе несколько источников, включая атмосферные осадки (дождь, снег), подземные источники (подземные ручьи, ключи), таяние ледников и снега, а также сбросы из ручьев, ручейков и водоемов. Смешанное питание обеспечивает стабильное поступление воды в реку на протяжении всего года и способствует формированию разнообразных экосистем вдоль береговых участков.

При определении грунтового питания рек пользуются уравнением водного баланса, применяя его на достаточно протяженных по длине участках рек при минимальных расходах воды: qг=Qн-QВ,
где qг – приток грунтовых вод; Qн и QВ – расход воды в нижнем и верхнем створах рек.

 Сток реки

Речной сток — это перемещение водных масс по руслу реки. Оно происходит под влиянием силы тяжести. Этот процесс играет ключевую роль в круговороте воды в природе, обеспечивая перенос воды с суши в океаны или области внутреннего стока.

Количество воды, проходящей через определённую точку в единицу времени, называется расходом воды.

На сток рек главным образом влияют атмосферные осадки и испарение. Большое влияние на изменение условий питания рек оказывает деятельность человека.

Сток реки определяется как разность между поступлениями атмосферных осадков (х) в бассейне реки и суммарным испарением с поверхности ее бассейна (z). Балансовое уравнения стока реки выглядит следующим образом:
у= х-z 
где у – сток реки, х – атмосферные осадки в бассейне реки за год, z – суммарное испарение за год.

В бассейнах рек Онеги и Оки выпадает около 500-550 мм осадков в год. Однако сток Онеги составляет 60-70% от годового количества атмосферных осадков, а Оки только 30-40%. Это объясняется различиями как температуры воздуха, так и различиями других физико-географических характеристик бассейнов рек.

В зависимости от характера питания реки могут иметь постоянный и временный сток. В этом отношении реки разделяются на:

• имеющие сток в течение всего года;
• пересыхающие, имеющие сток в течение 6-9 месяцев;
• сезоноводные, имеющие сток в определенные сезоны;
• с эпизодическим стоком, связанным с атмосферными осадками;
• сохранившие русла, но имеющие сток раз в несколько лет.

Основной причиной высыхания рек является малое грунтовое питание, вызванное как низким уровнем стояния грунтовых вод, так и недостаточно глубоким врезом русла реки. В условиях вечной мерзлоты надмерзлотные воды летом активно питают реки, а зимой промерзают, что приводит к прекращению стока рек. Доля грунтового питания в некоторых реках может превышать 80%, вообще же оно колеблется в пределах 10-40%.

Что такое режим реки?

Режим реки – это характеристика изменчивости расхода воды в реке на протяжении времени, как в течение года, так и на более длительных временных периодах. Режим реки определяется влиянием различных факторов, таких как климат, гидрологические особенности бассейна, географическое положение и наличие природных и антропогенных изменений в окружающей среде.

Как определить режим реки?

Определение режима реки включает в себя следующие шаги:

• Анализ гидрологических данных: Это включает изучение расхода воды в реке на протяжении времени с помощью гидрометрических данных.
• Изучение сезонных изменений: Анализируются сезонные колебания расхода воды в реке в течение года.
• Определение характеристик паводков и засух: Изучаются частота, продолжительность и интенсивность паводков и засух, которые могут влиять на режим реки.
• Учет климатических факторов: Важно учитывать климатические особенности региона, в том числе количество и распределение осадков, температурные изменения и таяние снега.
• Оценка влияния человеческой деятельности: Изучаются изменения в режиме реки, вызванные вмешательством человека, такие как строительство плотин, ирригационные системы и дренажные работы.

Определение режима реки является важным шагом для управления водными ресурсами, прогнозирования наводнений и засух, а также оценки экологического состояния водных экосистем.

От чего зависит режим реки?

Режим реки зависит от различных факторов, включая:

• Климатические условия: Количество и распределение осадков, средняя температура воздуха и таяние снега влияют на колебания расхода воды в реке.
• Географические особенности: Рельеф местности, геологические особенности бассейна реки и географическое положение определяют характер стока и питание реки.
• Гидрологические условия: Это включает в себя характеристики водосборного бассейна, такие как его размер, форма, геологическое строение и проницаемость грунтов.
• Антропогенные воздействия: Человеческая деятельность, такая как строительство плотин, ирригационные системы, дренажные работы и изменение ландшафта, может значительно изменить режим реки.
• Природные катаклизмы: Наводнения, засухи, сильные ветры и другие природные явления могут оказать влияние на режим реки, вызывая временные или длительные изменения в расходе воды.
• Сезонные и годичные циклы: Режим реки может также зависеть от сезонных изменений, таких как таяние снега весной или сезонные дожди, а также от годичных циклов, таких как Эль-Ниньо и Ла-Нинья.

Эти факторы взаимодействуют между собой, определяя уникальный режим каждой реки и ее поведение на протяжении времени.

Фазы режима рек

Режим реки может быть описан через несколько фаз, которые отражают изменения в расходе воды и других характеристиках реки. В зависимости от географических, климатических и гидрологических особенностей, эти фазы могут различаться, но обычно включают:

1. Фаза паводка (высокий водосброс): Это период, когда расход воды в реке значительно выше обычного. Паводки могут быть вызваны сильными дождями, таянием снега или сочетанием этих факторов. В этой фазе река может выйти из берегов и нанести ущерб окружающим территориям.
2. Фаза пониженного водосброса (нормальный уровень воды): После паводка обычно наступает период, когда расход воды в реке снижается и возвращается к нормальному или ниже среднего уровня.
3. Фаза засухи (низкий водосброс): Это период, когда расход воды в реке наименьший или значительно ниже среднего уровня. Засухи могут быть вызваны недостатком осадков, высокими температурами или иными климатическими факторами.
4. Переходные фазы. Между этими основными фазами могут наблюдаться переходные периоды, когда расход воды постепенно увеличивается или уменьшается.

Эти фазы режима реки имеют важное значение для понимания ее поведения, прогнозирования наводнений или засух и планирования водных ресурсов.