ТЕМА 5.2. Гидрография Донецкой области

Географическая карта Донецкой области показана на рис. 5.2.1. Уровень воды Азовского моря − 0,4 м, поэтому прибрежная зона лежит ниже уровня мирового океана. На рис. 5.2.1. показана карта Донецкой области с нанесенными на неё реками и городами. Донецкая область находится в степной зоне, климат умеренно континентальный, с малоснежной зимой и жарким летом. Средние температуры января от −5 до −8°C, июля 21–23°С. Осадков около 500 мм в год. Весной бывают суховеи (чаще – в мае), летом – засухи, иногда – пыльные бури, град, зимой – метели.

Самое высокое место области — безымянная высота 336 м, расположенная вблизи железнодорожных остановочных пунктов Платформа № 3 и Метеорологический в Дебальцево; самое низкое место (− 0,4 м) — уровень воды в Азовском море. Рельеф преимущественно равнинный (высотой до 200 м), расчленённый оврагами и балками. На северо-востоке находится Донецкий кряж высотой до 366 м, поверхность которого изрезана долинами рек. На западе кряж переходит в Приднепровскую низменность, на юге – в Приазовскую низменность с отдельными поднятиями (Могила-Гончариха, Саур-Могила и другие). На юге – узкая полоса Причерноморской низменности, которая уступами обрывается к Азовскому морю. В местах залегания известняков и соленосных отложений развиваются карстовые формы рельефа. Характерная черта рельефа области – наличие форм антропогенного происхождения: терриконы, карьеры и т. д.

По территории Донецкой области протекают около 110 рек, из которых 47 длиной более 25 км. Общая длина рек составляет более чем 3000 км. Самая крупная из них – Северский Донец длиной 1053 км, а в границах области – более 100 км, шириной от 60 до 80 м. Средняя глубина 1,5–2 м (на плёсах достигает 7 м). Её притоки – Казённый Торец, Бахмутка и Лугань.

Все реки области принадлежат к 3-м бассейнам: Азовского моря, Дона и Днепра. К бассейну Днепра относятся реки: Самара и Волчья; к бассейну Азовского моря: Кальмиус, Грузский Еланчик, Крынка.

Реки — равнинного типа, преимущественно снежного и дождевого питания. Многие реки летом пересыхают и водоснабжение осуществляется за счёт 20 водохранилищ (наибольшие — Кураховское, Старокрымское, Карловское, Клебан-Быкское, Верхнекальмиусское и другие). На рис. 5.2.3 видим Нижнекальмиусское водохранилище. Сооружены 1011 прудов общей площадью водного зеркала 8049 га.

Озёр на территории области мало, есть небольшие озёра в пойме Северского Донца (Волчье и другие), а также Славянские солёные озёра — Слепное и Репное (рис. 5.2.4).

 

Рис. 5.2.1. Географическая карта Донецкой области.

 

Рис. 5.2.2. Реки и города Донецкой области.

 

Рис. 5.2.3. Нижнекальмиусское водохранилище в черте Донецка.

 

Рис. 5.2.4. Солёное озеро Репное в Славянске.

Основные глубины залегания подземных вод создаваемых от сточных, дождевых и талых вод находятся в пределах 8-12 м. Данная вода «верховодка» скапливается на первом водоупоре (глина) и в своем хим. составе содержит превышающие дозы нитратов, пестицидов и солей тяжелых солей. Чаще всего – это уровень выкопанных колодцев и мелких скважин.

Наиболее распространенный водоносный горизонт Донецкой области – меловой. Глубина залегания не менее 40 м. Усредненное расположение при проведении геологоразведки 70 – 200 м.

Юрский горизонт часто используется для бурения артезианских скважин. Глубина залегания составляет от 160 до 380 м. Артезианские скважины юрского горизонта часто используются для водообеспечения питьевой водой города и села.

Донбасс находится на юрском и каменноугольном щите. Вода в Донбассе чаще всего находится в трещиноватых породах (водопроницаемые горные породы). Вода добытая из недр земли, содержит повышенное содержание минеральных солей (0,7 – 4 г/л). В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1 г/л.

Северные районы Донецкой области бурят глубокие артезианские скважины на юрский горизонт. Дебет этих скважин около 1,0 – 1,5 м.куб/мин. Вода содержится в водопроницаемых породах: пеках, трещиноватых известняках, прослойках песчаников и глин.

Донбасс испытывает хронический водный голод. Между тем, почти под всем засушливым Донбассом протянулась уникальная система сбора грунтовой влаги. Образовали ее старые выработки угольных шахт, общий лабиринт которых достигает нескольких тысяч километров. Эта колоссальная дренажная система собирает ежегодно 770-800 млн кубометров воды, которой теоретически хватило бы для удовлетворения нужд всего востока страны. Например, в Луганской области, согласно официальной статистике, из шахт отводят 228 млн кубометров воды в год, что заметно превышает традиционный водозабор из артезианских скважин и крупнейшей реки региона Северского Донца. Проблема же заключается в том, что так называемые шахтные воды обильно загрязнены природными и техногенными веществами. Даже если в шахтерском городе закрывается последняя шахта, администрация должна заботиться об откачке воды из заброшенных выработок. Иначе шахтные воды поднимутся к поверхности, отравят плодородный слой земли, подтопят дома, дороги, коммунальные сети.

Несколько лет назад Европейский Союз предложил Украине профинансировать разработку проекта использования шахтных вод для бытовых нужд. Самые современные технологии очистки позволяют снизить себестоимость полученной питьевой воды до 0,01 или даже 0,001 копейки за литр. К тому же ученые рекомендовали одновременно с водоочисткой сооружать цех по добычи из отходов (рапы — концентрированного солевого раствора) дефицитных химических веществ, что заметно приближало проект к отметке самоокупаемости. Однако средств на строительство установки у государства не нашлось.

ТЕМА 5.3. Река

Бассейн реки – часть земной поверхности, включая толщу почвогрунтов, с которой происходит сток в отдельную речку или речную систему. На рис. 5.3.1 показан бассейн реки Северский Донец.

 

Рис. 5.3.1. Бассейн реки Северский Донец.

 

Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы.

Поверхностный водосбор ограничен водораздельной линией a (рис. 5.3.2), проходящей по наиболее высоким точкам земной поверхности. Положение этой линии определяется по картам.

Подземный водосбор ограничен водораздельными линиями водоупорных подземных напластований b (рис. 5.3.2). Определение подземного водосбора затруднительно и обычно ограничиваются только поверхностным.

 

 

Рис. 5.3.2. Водораздельные линии поверхностного (а) и подземного (б) водосборов.

 

По величине поверхностного водосбора F различают:

Большие реки F > 50.000 км²;

Средние реки 2.000 км² < F < 50.000 км²;

Малые реки F < 2.000 км².

Водораздел – граница между двумя бассейнами, проходящая по наивысшим точкам местности.

Длина реки L – это расстояние от истока до устья, измеренное не по береговой линии, а по геометрической оси реки. Так как реки кочуют, их длина различна в различные сроки. Например, длина Днепра в 1800 г. составляла 2050 км, в 1950 г. – 2201 км, а сейчас – 2285 км.

Извилистость реки характеризуется коэффициентом извилистости , где l – кратчайшее расстояние от истока до устья.

Речная (гидрографическая) сеть бассейна – это совокупность всех рек, балок, водотоков, впадающих в главную реку. Главной рекой обычно считается та, у которой наибольший расход и наибольшая длина.

Средняя ширина бассейна реки , где F – площадь водосбора, L – длина реки.

Гидрологический режим некоторых рек указан в табл. 5.3.1.

Густота речной сети характеризуется коэффициентом , где – суммарная длина всех рек и балок, F – площадь водосбора.

Коэффициент D изменяется от 0 до 1,3 и зависит от высоты расположения бассейна над уровнем моря, от почвогрунтов, облесённости и т. д. Чем выше бассейн, тем больше осадков, и тем гуще сеть. Так у Днепра D изменяется от 0,211 в верховьях до 0,125 в низовье.

Долины – это относительно узкие, вытянутые в длину, извилистые, наклонённые в одном направлении углубления земной поверхности. Часть дна долины, занятая водным потоком, называется руслом. Речные долины не пересекаются, а сливаясь вместе, образуют общую сеть.

Ширина и глубина долины зависит главным образом от твердости слагающих пород.

Долины горных рек имею форму ущелий. На рис. 5.3.3 показано Дарьяльское ущелье.

Если долина расположена в мягких размываемых породах, то она быстро расширяется. Вначале берега становятся наклонными, а дно остаётся узким. Постепенно долина приобретает трапецеидальную форму с широким дном и пологими склонами. При дальнейшем размыве долина принимает корытообразную форму. На рис. 5.3.4 показана долина реки Апста в Абхазии.

 

Таблица 5.3.1. Гидрологический режим некоторых рек.

река (бассейн)	Площадь водосбора F, тыс. км^2	Годовой сток, W, км^3 в год	Длина L, км
Большие реки Волга (Каспийское море) Днепр (Чёрное море) Дон (Азовское море) Северский Донец (Дон)   Средние реки Волчья (Самара – Днепр) Айдар (Северский Донец) Кальмиус (Азовское море) Крынка (Миус – Азовское море)   Малые реки Грузская (Кальмиус)	> 50   2 ÷ 50 13,3 7,3 5,1 2,6   < 2 0,5	5,6     0,85 0,4 0,28 0,14     0,03

 

Форма долин зачастую усложнена террасами или горизонтальными площадками на склонах (рис. 5.3.5). Затопляемая во время половодья нижняя терраса называется поймой. Участки долин, затопляемые высокими водами, называются поймами.

В горных породах долины приобретают вид узких глубоких каньонов, а пойменные участки отсутствуют.

Основными характеристиками русла является его ширина, глубина, площадь водного сечения.

При половодье на равнинных реках потоки воды в русле и пойме могут расслаиваться и двигаться не параллельно.

Речное русло в плане обычно имеет извилистую форму и состоит из ряда излучин, или меандр (рис. 5.3.6). Даже незначительное препятствие, отклоняющее течение к одному из легко размываемых берегов, может вызвать образование целой серии излучин. Постепенно увеличивается вогнутость подмываемого берега. Продукты размыва уносятся водой и откладываются ниже по течению. На рис. 5.3.7 показана излучина Амазонки.

В некоторых местах концы излучин сближаются, и река прорывает перешеек. Скорость в новом русле возрастает. Вход в излучину перекрывается наносами, старое русло отмирает и превращается в староречье. Староречьем является озеро Банное в Святогорске (рис. 5.3.8).

 

Рис. 5.3.3. Дарьяльское ущелье.

 

Рис. 5.3.4. Корытообразная долина реки.

 

Рис. 5.3.5. Долина реки, усложнённая террасами.

 

Рис. 5.3.6. Излучины (меандры) русла реки.

 

Рис. 5.3.7. Излучина Амазонки.

 

Рис. 5.3.8. Староречье Северского Донца озеро Банное в Святогорске.

 

Извилистость реки образуется в результате следующих причин:

– Турбулентность движения потока.

– Наличие притока со стороны.

– Наличие кориолисова ускорения (инерционного ускорения, возникающего в неинерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй).

Глубина воды по длине реки не одинакова. Глубокие участки, называемые плёсами, чередуются с мелкими участками – перекатами (рис. 5.3.9). Плёсы характерны для излучин, а переката находятся на переходах от одной излучины к другой.

Линии равных глубин называются изобатами. Линия максимальных глубин и максимальных скоростей называется стрежнем (фарватером).

 

Рис. 5.3.9. Плёсы чередуются с перекатами.

 

Уклон участка реки , где и – отметки уровней воды в начале и в конце участка, L – длина участка реки по геометрической оси, проходящей посредине реки. Уклоны равнинных рек составляют 0,001–0,0001, а у горных рек достигает 0,01 и более. В верховьях рек уклоны больше, чем в низовьях.

Средневзвешенный уклон определяется по средневыравненному уклону продольного профиля реки (рис. 5.3.10). ABCD – продольный профиль русла. Линия АЕ проведена так, что положительные и отрицательные площади, отсекаемые ею, равны между собой. Средневзвешенный уклон реки . На рис. 5.3.11 приведен график гидрологических показателей Днестра.

Рис. 5.3.10. Средневзвешенный уклон.

 

Рис. 5.3.11. График гидрологических показателей Днестра.

 

Река имеет не только продольный, но и поперечный уклон. Поперечный уклон обусловливается тем, что центробежная сила на закруглениях русла прижимает воду к вогнутому берегу, а это приводит к повышению уровня по сравнению с выпуклым берегом. Кроме того, под действием силы Кориолиса движущаяся масса воды отклоняется в северном полушарии вправо, подмывая правый берег. На рис. 5.3.12 виден крутой правый берег Северского Донца в Святогорске. В южном полушарии под действием силы Кориолиса подмывается левый берег.

 

Рис. 5.3.12. Крутой правый берег Северского Донца в Святогорске.

 

Уровень воды может повышаться у одного берега и понижаться у другого, если ветер дует поперек русла или под некоторым углом к направлению потока. У наветренного берега уровень воды повышается, а у противоположного понижается (рис. 5.3.13).

 

Рис. 5.3.13. Повышение уровня воды у наветренного берега.

ТЕМА 5.4. Факторы стока

Характеристики речного стока:

Расход воды Q – объём воды, прошедший за единицу времени через поперечное сечение реки, [ Q ] = м³/с.

Объем стока W – объём воды, прошедший через сечение реки за определенный промежуток времени.

Слой осадков X – объём осадков объём осадков (precipitation) W _p, выпавших за определенный промежуток времени, отнесенный к площади водосбора: X = W _p/ F; [ X ] = мм.

Слой стока Y – объём воды, прошедший через поперечное сечение реки за определенный промежуток времени, отнесенный к площади водосбора: Y = W/F; [ Y ] = мм.

Модуль стока М – объём воды, прошедший через поперечное сечение за единицу времени, отнесенный к площади водосбора: M = Q/F; [ M ] = л/с/км².

Коэффициент стока h – отношение высоты слоя стока к высоте слоя выпавших в бассейн реки осадков: η = Y/X.

Модульный коэффициент – отношение модуля стока (или расхода) данного года к среднемноголетнему значению (норме этой величины).

Соотношения между характеристиками стока:

Годовой слой стока в мм

, где – среднегодовой расход в м³/с, F – площадь водосбора в км², – среднегодовой модуль стока в л/с/км².

Среднегодовой модуль стока, л/с/км²

, где мм, м³/с, км².

Годовой сток в м³

, где мм, км², л/с/км², м³/с.

Среднегодовой расход воды в м³/с

.

Основными факторами стока являются климатические. Однако помимо климата на речной сток влияют также геология бассейна реки, его рельеф, почвы, озёра, болота, ледники, вечная мерзлота, величина и форма бассейна, направление течения реки, растительность и т. д. Кроме того, на речной сток оказывает влияние деятельность человека.

К числу климатических элементов относятся осадки, испарение, влажность и температура воздуха. Наблюдения над всеми климатическими элементами производятся на метеостанциях (рис. 5.4.1).

 

Рис. 5.4.1. Метеостанция.

 

Основной прибор для измерения осадков – осадкомер Третьякова. Осадкомер представляет собой ведро с площадью приёмной поверхности 200 см², защищенное от выдувания осадков изогнутыми металлическими планками (рис. 5.4.2).

 

Рис. 5.4.2. Осадкомер.

Рис. 5.4.3. Плювиограф (дождемер).

Для автоматической регистрации выпавших осадков применяется самопишущий прибор плювиограф (рис. 5.4.3). Осадки улавливаются дождемерным ведром 1 площадью 500 см². Из него вода стекает по трубке в специальный сосуд 7 с поплавком 4. Когда уровень воды поднимается, поплавок всплывает вверх. На стержне 2, прикреплённом к поплавку, привинчено перо 3 самописца. Бумажная лента надета на барабан, вращаемый часовым механизмом. После наполнения сосуда вода через сифон 5 выливается в контрольный сосуд 6. По записи на ленте определяют начало и конец дождя, количество выпавшей воды, а следовательно, и интенсивность осадков.

Распределение годового количества осадков по территории Украины показано на рис. 5.4.4.

 

Рис. 5.4.4. Распределение годового количества осадков по территории Украины.

Контроль за температурой воздуха необходим для расчёта испарения с поверхности воды и суши. Температура воздуха имеет суточные, годовые и многолетние колебания. Суточные изменения температуры характеризуются наличием максимума 13-14 часов, минимума – около рассвета.

Температура почвы следуют за температурой воздуха с некоторым запозданием. Это запоздание увеличивается с глубиной, составляя 2,5…3,5 часа на каждые 10 см. На глубине 1 м суточные температуры остаются постоянными.

Изменение температуры воды, так же как и температуры воздуха, имеют несколько циклов – суточный, годовой и многолетний. Амплитуда изменения температуры воды меньше, чем воздуха.

На рис. 5.4.5 показаны суточные (а) и годовые (б) колебания температуры воздуха в областях с континентальным (I) и приморским (II) климатом.

Распределение средних месячных температур по территории Украины для июля показано на рис. 5.4.6, для января – на рис. 5.4.7.

 

Рис. 5.4.5. Суточные (а) и годовые (б) колебания температуры воздуха в областях с континентальным (I) и приморским (II) климатом.

 

Рис. 5.4.6. Распределение средних месячных температур по территории Украины для июля.

 

Рис. 5.4.7. Распределение средних месячных температур по территории Украины для января.

 

Изучение скоростей и направлений ветра представляет интерес для правильного учета величины испарения, определения высоты волн и т.д. Измерения производятся с помощью флюгеров (рис. 5.4.8 а), анемометров флюгерных (рис. 5.4.8 б) и чашечных (рис. 5.4.8 в). Измерение направления фиксируется по 8 румбам (рис 5.4.9).

 

а б в

Рис. 5.4.8. Измерители скоростей и направлений ветра: а – флюгер, б – флюгерный анемометр, в – чашечный анемометр.

 

Рис. 5.4.9. Румбы флюгера.

 

На рис. 5.4.10 показана климатическая карта Украины. На карте показаны изотермы июля и сентября, абсолютные максимумы и минимумы температур в областных центрах. Среднегодовое количество осадков показано цветом. Для ряда городов указаны характеристики ветра. Цифры возле стрелок означают повторяемость ветра определенного направления в процентах от общего числа наблюдений без штилей. Цифрой в центре обозначено среднее количество штилей за период наблюдений. По карте можно определить, что среднегодовое количество осадков в Донецке составляет 550 мм, средняя температура июля +21 °C, декабря –6 °C, абсолютный максимум температуры +39 °C, минимум –34 °C. Характеристики ветра указаны для Луганска: среднее число безветренных дней в году 23, восточный ветер дует в 24% ветреных дней, западный в 18%, северо-восточный в 12% и т. д.

 

Рис. 5.4.10. Климатическая карта Украины.

 

Влажность воздуха зависит от количества паров воды, находящихся в нём. Абсолютной влажность e показывает, какое количество влаги содержится в единице объёма воздуха. Абсолютная влажность может быть выражена в г/м³. Поскольку плотность паров пропорциональна парциальному давлению, то абсолютная влажность может характеризоваться упругостью водяных паров – парциальным давлением , измеряемым в гектопаскалях. В литературе встречаются также изъятые из употребления единицы давления миллибар и мм ртутного столба (1 мб = 1 гПа; 1 мм рт. ст = 1,333 гПа).

Отношение упругости находящихся в воздухе паров воды e к упругости E паров, насыщающих воздух при данной температуре, называется относительной влажностью: . Значения E берутся из табл. 5.4.1. Так при температуре 20°С E = 23,3 гПа.

 

Таблица 5.4.1. Упругость паров, насыщающих воздух.

	–5
E, гПа	4,0	6,1	8,8	12,3	17,1	23,3	31,7	42,7

 

Точка росы – это температура, при которой содержащийся в воздухе пар становится насыщенным. Конденсационный гигрометр (рис. 5.4.11) – прибор для измерения точки росы. Температура полированной поверхности 1 опускается испарением эфира в сосуде до выпадения на этой поверхности росы. Для сравнения поверхность 1 окружена неохлаждаемым кольцом 2.

 

Рис. 5.4.11. Конденсационный гигрометр.

 

Из табл. 5.4.1 находят упругость насыщенных паров e в точке росы и E при температуре воздуха. Например, в точке росы 10 °C e = 12,3 гПа, при температуре окружающего воздуха 20 °C E = 23,3 гПа. Относительная влажность: .

Разность между упругостью E паров, насыщающих воздух при данной температуре, и упругостью e паров, находящихся в воздухе, называется дефицитом или недостатком влажности: .

Для измерения относительной влажности используются также волосяные гигрометры (рис. 5.4.12) и психрометры (рис. 5.4.13).

Рис. 5.4.12. Волосяной гигрометр. Рис. 5.4.13. Психрометр.

 

При использовании психрометра относительная влажность определяется из психрометрической таблицы табл. 5.4.2 по показаниям сухого t _d и влажного t _m термометров. Если, например, t _d = 20°C, а t _m = 16°C, то φ = 66%.

 

Таблица 5.4.2. Психрометрическая таблица.

 

Чем выше температура воды, тем больше испарение (рис. 5.4.14). Существуют и перемещения воздушных масс в горизонтальном направлении. На смену влажному воздуху приходит сухой, способный поглотить большее количество влаги, что увеличивает величину испарения. Испарение изучается на специальных бассейнах.

Для малых водоёмов ( га) испарения с водной поверхности в мм/сут:

,

где – скорость ветра в м/с на высоте 2 м над поверхностью воды, – упругость насыщенного водяного пара при температуре воды на её поверхности в гПа; – упругость водяного пара на высоте 2 м над поверхностью воды в гПа.

 

Рис. 5.4.14. Испарение с поверхности воды.

 

Пример 5.4.1. Найти испарение с поверхности водоёма при температуре воды t = 10°C. Скорость ветра над поверхностью воды на высоте 2 м 5 м/с, точка росы на этой высоте t _р = 5°C.

Решение. Согласно табл. 5.4.1 упругость насыщенного водяного пара при температуре воды t = 10°C на её поверхности 12,3 гПа. Согласно табл. 5.4.1 точке росы t _р = 5°C соответствует упругость водяного пара 8,8 гПа. Испарения с водной поверхности

= 0,15(1 + 0,72·5)·(12,3 – 8,8) = 2,42 мм/сут.

 

В зимнее время испарение невелико и составляет 6–8% от годовой суммы и им часто пренебрегают.

Тяжелые почвы (глинистые и тяжелосуглинистые) лучше увлажняются капиллярными токами и интенсивнее испаряют влагу, чем лёгкие (супесчаные и песчаные).

Поверхность земли, затенённая растениями, меньше нагревается, а скорость ветра в приземном слое незначительна. Поэтому здесь испаряется влаги меньше, чем с открытой поверхности. Чем гуще растительный покров, тем меньше испарение с поверхности почвы. На рис. 5.4.15 показан выращенный в Волновахском районе в голой степи Великоанадольский лес.

 

Рис. 5.4.15. Великоанадольский лес сохраняет почвенную влагу.

 

Процесс испарения воды растениями называется транспирацией. Сумма же испарения с поверхности почвы и транспирации называется суммарным водопотреблением, или суммарным испарением. Эта величина выражается в м³/га или в мм слоя воды, испаряющейся за определённый промежуток времени: за сутки, месяц и год.

На рис. 5.4.16 показано распределение среднего годового слоя испарения в миллиметрах по территории Украины.

Дополнительные факторы стока:

1. Площадь водосбора. Чем больше площадь, тем больше сток.

2. Рельеф водосбора. Круче рельеф – больше скорость стекания осадков.

3. Густота речной сети. С увеличением густоты речной сети модуль стока возрастает.

4. Почвенно-геологические условия – инфильтрация.

5. Растительный покров. Равномерный сток, больше осадков, меньше испарение.

6. Озера способствуют уменьшению максимальных расходов воды, являются регуляторами стока.

7. Ледники при сезонном таянии формируют реки.

8. В районах вечной мерзлоты сток неравномерен. Грунтовое питание мало, реки промерзают.

 

Рис. 5.4.16. распределение среднего годового слоя испарения в миллиметрах по территории Украины.

 

Уровень воды – положение свободной водной поверхности над условной горизонтальной плоскостью сравнения (неизменной по высоте).

По условиям питания все реки делятся на следующие типы:

1. Реки снегового питания – подавляющее большинство рек, весной 50–100% годового стока.

2. Реки дождевого питания – Крым, Карпаты.

3. Реки ледникового питания – Средняя Азия, Камчатка, Кавказ.

4. Реки смешанного питания.

Любая река, независимо от типа питания несет в разное время разное количество воды.

Амплитуда колебания различна. Волга – до зарегулирования у Твери 12 м, у Самары – 15 м, у Астрахани – 4 м. В низовьях колебания уровня меньше, так как больше глубина и шире устье.

График колебания расхода называется гидрографом реки. Положение уровней фиксируется на водомерных постах. Гидрограф реки Днестр на водомерном посту № 1 (в верховьях) показан на рис. 5.4.17.

 

Рис. 5.4.17. Гидрограф Днестра на водомерном посту № 1.

 

Половодье – ежегодно повторяющееся в одно и то же время высокое стояние уровней, вызванное таянием снега, дождями, ледниками. Продолжительность половодья – у малых рек – 5...20 дней, у больших – 1,5...7 месяцев.

Паводок (рис. 5.4.18) – быстрое и кратковременное поднятие уровня из-за неожиданного сильного дождя или снеготаяния. Продолжительность паводка – от нескольких часов до нескольких месяцев.

 

Рис. 5.4.18. Паводок.

ТЕМА 5.5. Речные наносы

Вода, стекая с поверхности бассейна, захватывает при своём движении частицы почвы или грунта. Явление смыва почвенных частиц стекающими талыми или ливневыми водами называется водной эрозией почв (рис. 5.5.1). Водная эрозия зависит от характера почвенного покрова, состояния поверхности почвы, рельефа, величины стока и т. д. Смыв ослабляется, если почва защищена густым травянистым покровом и лесом, но возрастает с увеличением уклонов.

 

Рис. 5.5.1. Водная эрозия почвы.

 

Продукты поверхностного смыва, попадая в реку, смешиваются с продуктами размыва дна и берегов русла, образуя наносы реки. Вода перемещает наносы во взвешенном состоянии или влечёт их по дну. Влекомые наносы называются также донными.

Количество взвешенных наносов, приходящихся на единицу объёма воды, называется мутностью: ρ = m/V, где ρ – мутность в г/л (кг/м³), m – масса наносов в пробе воды в граммах, V – объём пробы речной воды в литрах. На рис. 5.5.2 показаны результаты измерения на протяжении года мутности воды на входе и на выходе водоочистных сооружений. Мутность на входе минимальна в зимние месяцы и достигает максимума в период весеннего половодья. Флокулянты – вещества, добавляемые в очищаемую воду. Они способствуют объединению коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты – флоккулы, задерживаемые затем фильтрами.

Расход наносов – количество твёрдого вещества, переносимого водой через живое сечение реки в единицу времени: r = m/t = ρQ; [ r ] = кг/с.

Расход наносов неравномерен на протяжении года. Он максимален весной (в половодье) и возрастает в период дождей.

Наивысшие показатели твердого стока и мутности воды имеют горные реки Украинских Карпат и Крыма, а также реки, пересекающие возвышенности лесостепи и степи. Наименьший твердый сток у рек лесной зоны. Карта мутности рек Украины приведена на рис. 5.5.3. Твердый сток постепенно откладывается в виде наносов ниже течению и выносится главными реками в моря или озёра. Там он накапливается на дне или откладывается в устьях рек в виде островов, образующих дельту.

 

Рис. 5.5.2. Мутность воды на входе и на выходе водоочистных сооружений.

 

Рис. 5.5.3. Карта мутности рек Украины.

Наносы вызывают затруднения в эксплуатации гидротехнических сооружений и в судоходстве.

При выпадении сильных ливней на горных склонах реки превращаются в грязекаменные потоки, называемые селями, или селевыми потоками. На рис. 5.5.4 показан сель в Карпатах.

 

Рис. 5.5.4. Сель в Карпатах.

 

Наносные образования в русле (рис. 5.5.5) наблюдаются, главным образом, у равнинных рек. Наиболее характерный вид отложения наносов – коса (1), которая образуется у выпуклого берега в виде клина, идущего под углом вниз по течению. Коса постепенно уходит под воду, далеко вдаваясь в русло реки. Заструги (2) – это подводные песчаные наносы в виде зубьев у нижней оконечности косы, которые иногда тянутся до противоположного берега. Небольшой залив между косой и берегом, обычно у верхнего плеча яра, называют затониной (3). На рисунке видны также песчаный островок в русле – осередок (4) и песчаная мель – высыпка (5).

Рис. 5.5.5. Наносные образования: 1 – коса, 2 – заструги, 3 – затонина, 4 – осередок, 5 – высыпка.

Дельта (рис. 5.5.6) – сложенная речными наносами низменность в низовьях реки, прорезанная разветвлённой сетью рукавов и протоков.

 

Рис. 5.5.6. Дельта Днепра.

Болота образуются при зарастании водохранилищ: озёр, речных стариц, заводей. Вследствие отложения ила на дне озера, так называемого сапропеля, и выноса в озеро минеральных и органических веществ, смытых с площади водосбора, происходит постепенное обмеление озера. Оно начинает от берегов зарастать водной растительностью, которая отмирает со временем и падает на дно. Это оказывает содействие дальнейшему обмелению озера. Со временем водная растительность покрывает все озеро и образуется болото с характерной водолюбивой растительностью. Насыщенная водой отмирающая растительность вследствие недостатка в воде кислорода полностью не разлагается и превращается в торф.

Болото (рис. 5.5.7) имеет ряд гидрологических особенностей по сравнении с озером, рекой и сушей. В торфяных болотах вмещается от 89 до 94% воды и лишь 11-6% сухого вещества, которое и удерживает в болоте такое огромное количество воды. Связанность воды в болоте сухим веществом торфа исключает возможность ее использования для дополнительного питания рек.