Влияние водохранилищ на реки и окружающую природу

Влияние водохранилищ на речной сток: 1) уменьшение расходов воды в много­водные фазы и увеличение их в маловодные; 2) уменьшение годового водного стока, особенно существенное в засушливых районах, вследствие увеличения испарения с по­верхности водохранилищ по сравнению с испарением с суши; 3) уменьшение мутности реки и увеличение в связи с этим русловой эрозии в нижнем бьефе водохранилища; 4) ослабление перемешивания воды в водохранилище по сравнению с рекой и возникно­вение стратификации в водной толще по температуре, содержанию газов и другим ха­рактеристикам; 5) понижение температуры воды в теплую часть года и ее повышение в позднеосенний и зимний периоды; 6) возникновение полыньи в нижнем бьефе, способ­ствующее образованию шуги; 7) более сильное разбавление сточных вод в водохрани­лище по сравнению с рекой в меженый период, в тоже время уменьшение самоочи­щающей способности вследствие ослабления перемешивания вод и уменьшения их контакта с дном и берегами; 8) "цветение воды", т.е. интенсивное развитие планктона в водохранилищах с последующим его разложением после отмирания и возникновением дефицита кислорода; 9) неблагоприятный газовый режим в водохранилище в первые годы его существования при плохой подготовке затопляемой территории; 10) затруд­нение или полная невозможность естественной миграции рыб по речной системе из-за сооружения плотин.

Влияние водохранилищ на окружающую среду:

1) затопление земель, часто наиболее плодородных, 2) подтопление прилегающей территории, т.е. повышение уровня грунтовых вод, влекущее за собой заболачивание земель, гибель леса, появление воды в подвалах хозяйственных и жилых зданий; 3) по­теря сельскохозяйственных угодий и разрушение зданий в результате разрушения бере­гов водохранилищ; 4) увеличение туманов в осеннее время, а в нижних бьефах и зимой при наличии значительной по площади полыньи.

VII. ГИДРОЛОГИЯ БОЛОТ

Болото - избыточно увлажненный с застойным режимом участок земли, на кото­ром происходит накопление органического вещества в виде неразложившихся остатков растительности. В более узком смысле понятие болота связывают с наличием слоя торфа толщиной >30 см и специфической растительностью.

Болота возникают большей частью путем заболачивания суши, а также путем за­растания озер.

Виды заболачивания суши: затопление и подтопление территории. Затопление может быть вызвано: 1) преобладанием осадков над испарением при отсутствии доста­точного дренажа, 2) поступлением поверхностных вод в понижения рельефа. Подтоп­ление связано с повышением уровня грунтовых вод искусственными мероприятиями.

Болота на земном шаре занимают около 2 % суши, а в некоторых районах, напри­мер в северной половине Западной Сибири - до 50-60 % территории. Значительное распространение болот на северо-западе РФ, в Полесье (Украина, Белоруссия) и в ряде других районов.

Торфяные болота делятся на три типа.

Низинные болота - образуются в понижения рельефа, обычно приурочены к речным долинам и озерным котловинам, имеют плоскую или вогнутую поверхность, питаются поверхностными и грунтовыми водами с достаточным содержанием биоген­ных веществ. Слой торфа небольшой. Характерная растительность — ольха, береза, ино­гда ель, осоки, тростник, рогоз, зеленые мхи.

Верховые болота - образуются на водораздельных пространствах, а также в ре­зультате эволюции низинных болот, имеют выпуклую поверхность, питаются атмо­сферными осадками с малым содержанием биогенных веществ. Отличаются мощным слоем торфа. Растительность - сфагновые мхи, пушица, вереск, сосна.

Переходные болота занимают промежуточное положение между низинными и верховыми.

Вся толща торфа называется торфяной залежью. Ее мощность до 20 см. В зале­жи выделяют инертный и деятельный слои.

Инертный слой составляет основную часть залежи, водонепроницаем, насыщен водой, доступа кислорода практически нет, водообмен с вышележащими слоями очень слабый.

Деятельный слой толщиной 0,4-1 м находится над инертным, имеет некоторый водообмен с атмосферой и прилегающей к болоту территорией, более высокую водо­проницаемость и водоотдачу; в течение некоторого времени оказывается выше уровня грунтовых вод и тогда в поры торфа поступает кислород, который вместе с аэробными бактериями обуславливает частичное разложение отмирающих растений; в верхней части слоя развивается живой растительный покров.

Элементы рельефа болота: гряды - вытянутые в длину повышенные участки бо­лота, мочажины — сильно обводненные понижения между грядами, бугры — повыше­ния до нескольких метров, связанные с морозным выпучиванием, кочки — небольшие повышения, вызванные неравномерным распределением растительного покрова.

Гидрографическая сеть в пределах болот включает озера до 10 км² и глубиной до 10м, мелкие озерки, речки и ручьи с торфяными берегами, топи, т.е. сильно переув­лажненные участки с разжиженной торфяной залежью.

Вследствие повышенного испарения болота уменьшают среднюю величину стока и тем больше, чем засушливее климат. С другой стороны снижение уровня грунтовых вод при осушении болот может привести к пересыханию малых рек. На более крупных реках с большей глубиной вреза уменьшения меженного стока обычно не происходит.

Отличие водного баланса болота от озера:

1) для верховых болот поверхностный и подземный сток равен нулю;

2) в расходной части роль испарения в большинстве случаев больше, чем для озёр.

VIII ГИДРОЛОГИЯ ЛЕДНИКОВ

Ледники - движущиеся скопления фирна и льда на поверхности суши, образо­вавшиеся в результате преобразования твердых атмосферных осадков. Способность ледника перемещаться (течь) под влиянием силы тяжести обусловлено пластичностью льда.

Условие образования ледников — превышение накопления снега над его таяни­ем и испарением.

Граница между территорией, покрытой снегом и свободной от него, называется снеговой линией. Ее среднее положение — климатическая снеговая линия — опреде­ляется температурными условиями и количеством твердых осадков. Высота климати­ческой снеговой линии над уровнем моря: в Антарктиде 0 м, на Земле Франца-Иосифа - 50-100 м, на Кавказе - 2700-3800 м, в экваториальной области - 4500-5200 м, в тро­пиках - > 6000 м.

Выделяют два основных типа ледников - покровные и горные. Покровные лед­ники занимают сплошным покровом обширные площади на материках и крупных ост­ровах. Их продолжение в море - шельфовые ледники. Отрывающиеся от них ледяные поля или отдельные глыбы образуют айсберги. На долю покровных ледников прихо­дится подавляющая часть земного оледенения. 97% площади покровного оледенения приходится на Антарктиду и Гренландию.

Образование горных ледников связано с горными поднятиями. Среди них выде­ляют ледники вершин; ледники склонов, занимающие отдельные впадины, кары; до­линные ледники, располагающиеся в горных долинах, часто имеющие сложную фор­му. К последней группе относятся самый крупный горный ледник Беринга на Аляске (длина 170 км), а также ледники Федченко на Памире (77км), Южный Иныльчек на Тянь-Шане (60км). Отдельные горные ледники, соединяясь, образуют ледниковые системы. Горные поднятия с наибольшей площадью оледенения (в тыс. км²): Гималаи (33), Тянь-Шань (17,9), Каракорум (16,3), Береговые хребты Кордильер Сев. Америки (15,4).

Виды льда в леднике:

Фирн - конгломерат бесформенных зерен льда размером 0,5-5 мм. Образуется в результате уплотнения и изменения кристаллической структуры (рекристаллизация) снега. Плотность ρ = 450-800 кг/м³.

Глетчерный лед — результат рекристаллизации фирна при высоком давлении от вышележащих слоев фирна и снега; плотность 800-925 кг/м³.

Лед, образующийся путем замерзания талых и дождевых вод, просочившихся в толщу фирна, называется инфильтрационным, а на поверхности ледника - конжеляционным, или наложенным.

В процессе формирования льда играет роль явление режеляции — плавление льда под влиянием большого давления при температуре, близкой к 0°, и заполнение водой пор и трещин. При последующем замерзании происходит спаивание отдельных ледя­ных кристаллов, кусков льда и замерзших внутриледниковых водных потоков.

Площадь ледника, где происходит накопление массы ледника, называется обла­стью питания. Избыток льда под влиянием силы тяжести и градиентов давления сме­щается в область, где расход льда на таяние и испарение превышает его накопление. Это область абляции; у горных ледников ее часто называют языком ледника.

На перегибах ложа ледника образуются трещины, иногда ледопады. В теле круп­ных ледников обычно имеется система взаимосвязанных полостей, частично или цели­ком заполненных водой.

На поверхности и в толще ледника или в близи его краев часто встречаются скоп­ления обломочного материала - морена. Она подразделяется на влекомую, которая находится в процессе перемещения ее ледником, и отложенную, т.е. ранеее принесен­ную ледником. Среди влекомых морен выделяют поверхностную (боковую и средин­ную), внутреннюю и придонную, а среди отложенной морены - береговую и конеч­ную.

Уравнение баланса для твердой фазы горного ледника:

Х_тв + Y_змрз + Y_мет + Y_лав = Y_тал +Z_л ± ∆U_л,

где Х_тв, - твердые осадки, Y_змрз - замерзание талых (повторное) и дождевых вод (обра­зование инфильтрационного и конжеляционного льда), Y_мет и Y_лав - поступление на площадь ледника снега в результате его переноса ветром (метелевый перенос) и в виде лавин, Y_тал - таяние льда, Z_л - испарение льда (возгонка), ∆U_л - изменение массы льда. Основной элемент в приходной части баланса - Х_тв, в расходной F_m<M. Для малых лед­ников главным элементом прихода может оказаться Y_мет.

Уравнение баланса для жидкой фазы ледника:

Х_ж + Y_тал + Z_конд = Y_ст +Z_л + Z_в ± ∆U_в,

где Х_ж - жидкие осадки на площадь ледника, Y_cm - сток воды за пределы ледника, Z_в и Z_конд - соответственно испарение воды и конденсация, ∆U_в - изменение запаса жид­кой воды в теле ледника.

Суммируя оба вышеприведенных уравнения, получим общее уравнение массы ледника:

X + Y_мет + Y_лав + Z_субл + Z_конд = Y_ст + Z_л + Z_в ± ∆U,

где X = Х_тв+ Х_ж, ± ∆U - изменение общей массы ледника.

Для покровных ледников, омываемых морями, основной вид расхода льда (до 80%) - образование айсбергов.

Под режимом ледника понимают характер изменения его объема (массы) и фор­мы, проявляющийся в наступании и отступании ледника. Эти колебания имеют различ­ную продолжительность геологического, векового, многолетнего, внутригодового масштабов. Наступание ледников наблюдается обычно в холодные и влажные клима­тические периоды, отступание - в теплые и сухие. Во внутригодовом разрезе это соот­ветственно зима и лето.

Движение ледника - перемещение (всегда в одном направлении) самих масс льда. Движение ламинарное. Скорость его (v_л) определяется формулой: v_л = k·h²_л·I_л, где h, - мощность (толщина) ледника, I_л - уклон поверхности ледника. Для большинства горных ледников и центральной части покровных ледников v, = 100-200м/год, в крае­вых частях покровных ледников v_л может достигать 10-20км/год и более.

Доля ледникового питания в речном стоке тем больше, чем больше оледенение бассейна:

оледенение бассейна (%)
доля ледникового питания реки

Влияние ледников на водный режим рек:

- многолетнее регулирование стока — в жаркие засушливые годы снижение осад­ков компенсируется повышенным ледниковым питанием и наоборот;

- сезонное перераспределение стока - перемещение половодья с весеннего сезона на летний;

- возникновение внутрисуточных колебаний стока (на участках рек вблизи лед­ников).