Курс лекций по гидрологии
методическая разработка на тему

ФГОУ СПО

Дятьковский индустриальный техникум

Специальность 280201: «Охрана окружающей среды и  

                                           рациональное использование

                              природных ресурсов»

 Курс лекций по

гидрологии

Часть 1.

Раздел 1.   Гидрология

Разработал

преподаватель:                                    Осипова Ю. А.

2010

Содержание

Введение………………………………………………………

Круговорот воды в природе

1.Распределение суши и водной поверхности на земном шаре……………………………………………………………

2.Круговорот воды в природе………………………………..

Общие сведения о реках

1.Что такое река? ……………………………….....................

2.Речная система. Речная сеть ……………………………...

3.Исток, устье реки…………………………………………..

4.Водосбор и водораздел…………………………………….

5.Физико-географические и морфометрические характеристики бассейна……………………….....................

6.Речная долина………………………………………………

7.Пойма и русло реки………………………………………...

8.Характерстики русла……………………………………….

Гидрологический режим рек

1.Виды питания рек…………………………………………..

2.Термический режим рек……………………………………

3.Ледовый режим рек………………………………………...

4.Водный режим рек………………………………………….

4.1. Фазы водного режима……………………………………

4.2. Классификация рек………………………………………

5.Скорости течения воды…………………………………….

6.Расход воды…………………………………………………

7.Речные наносы и мутность воды…………………………..

8.Энергия и работа рек……………………………………….

9.Русловая эрозия……………………………………………..

10.Классификация рек по степени устойчивости русел…………………………………………………………...

11.Селевые потоки……………………………........................

Озера

1.Фазы развития озера………………………………………..

2.Классификация озер………………………………………..

3.Морфометрические характеристики водоемов…………..

4.Водный баланс озер………………………………………..

5.Ветровые волны и сейши………………………………….

6.Замерзание озер……………………………….....................

7.Биологические особенности водоемов……………………

Водохранилища

1.Назначение и классификация водохранилищ……………

2.Переформирование берегов водохранилища…………….

3.Водохранилища и окружающая природная среда……….

Болота

1.Болота, их образование и классификация………………..

2.Гидрологические особенности болот…………………….

3.Антропогенные факторы процесса заболачивания……...

4.Размещение болот………………………………………….

Ледники

1.Понятие о снеговой линии………………………………..

2.Образование ледников……………………………………

3.Типы ледников…………………………………………….

4.Питание ледников…………………………………………

5.Значение ледников………………………………………..

Подземные воды

1.Образование подземных вод………………………………

2.Классификация подземных вод…………………………...

3.Воды зоны аэрации. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона…………………………………………….

4.Воды зоны насыщения. Грунтовые воды…………………

5.Артезианские и глубинные воды…………………………

6.Режим подземных вод…………………………………….

7.Температура подземных вод………………………………

8.Химический состав подземных вод………………………

Мировой океан

1.Мировой океан, его деление. Классификация морей……

2.Течение……………………………………………………..

3.Волны в Мировом океане…………………………………

3.1. Ветровые волны…………………………………………

3.2. Цунами…………………………………………………..

4.Термические процессы в Мировом океане………………

4.1. Температура воды………………………………………

4.2. Морской лед…………………………………………….

5.Приливы и отливы…………………………………………

6.Водные массы……………………………………………...

Справочные гидрологические материалы…………………

Литература…………………………………………………...

ВВЕДЕНИЕ

Гидрология – это наука, изучающая гидросферу, включая океаны и моря, реки, озере, болота, почвенные и грунтовые воды, снег и ледники, влагу атмосферы, а также ее свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой (земной корой) и биосферой.

Вода – основная среда, обеспечивающая обмен веществ и развитие организмов. С древнейших времен жизнь человека и развитие культуры связаны с водой. Она широко используется в промышленности, энергетике, сельском и рыбном хозяйстве, в медицине и т.д. Вода – объект изучения физики, химии, механики и других наук.

Гидрология тесно связана  с метрологией – наукой об атмосфере и происходящих в ней процессах, и в первую очередь с той ее частью, которая исследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы с литосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земной поверхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земной поверхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков. Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией – наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности.

Воды Земли с содержащимися в них твердыми, жидкими и газообразными веществами называются природными. Огромную часть их составляют воды океанов, меньшая часть приходится на водные суши, представляющие сосредоточение природных вод на поверхности суши или в горных породах. Водные объекты суши образуются в результате выпадения атмосферных осадков, значительная часть которых формируется при испарении воды океанов и морей. Воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов, называются поверхностными. Раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды, называется гидрологией суши или континентальной гидрологией.

Раздел гидрологии по изучению воды океанов и морей называется гидрологией океанов и морей или океанологией.

Гидрология грунтовых (подземных) вод называется гидрогеологией. В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействие поверхностных и подземных вод, питание рек грунтовыми водами и др.

Гидрология, занимающаяся решением различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железных дорог и т.д.), называется инженерной.

РАЗДЕЛЫ ГИДРОЛОГИИ

                                                       Гидрология

 Гидрология суши        Океанология        Гидрогеология

(поверхностные воды)                     (воды океанов и морей)        (подземные воды)

        Гидрология рек (потамология)

Озер (лимнология)

Болот (тельматология)

Водохранилищ

Ледников (гляциология)

                                            Водные объекты

                      Водотоки (реки)                                      Водоемы

                      а) Постоянные;                           а) Естественные (озера);

                      б) временные;                             б) Искусственные (водохранилища)

В гидрологию суши входят: гидрометрия, гидрологические расчеты и прогнозы, гидрофизика, гидрохимия, гидрография.

Выводами гидрологии суши в отношении гидрологического режима водных объектов и территорий пользуются для осуществления водохозяйственных мероприятий (строительства водохранилищ и мелиоративных систем, промышленного и бытового водоснабжения, канализации стоков, развития рыбного хозяйства, судоходства и др.)

Основное практическое приложение гидрологии заключается в оценке современного состояния водных ресурсов, прогнозе их будущего состояния и в обосновании их рационального использования.

Основные проблемы современной гидрологии:

• Исследования круговорота воды в природе, влияния на него деятельности человека и управление режимов водных объектов;
• Пространственно- временной анализ гидрологических элементов (уровня, расходов, t воды и др.)
• Выявление закономерностей в колебаниях этих элементов.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

1. Распределение суши в водной поверхности на земном шаре.

    Поверхность Земли, покрыто водами морей и океанов, принято называть Мировым океаном.

Таблица 1.

Распределение воды и суши на поверхности земного шара

Из общей площади земного шара, равной 510 млн. км2, на мировой океан приходится 361,3 млн. км2, или около 70%. Части суши, с которых вода в виде речного стока поступает в мировой океан, называется областями внешнего стока (78%). Участки суши, не имеющие стока в океан, называются областям внутреннего стока (22%). Общие запасы воды на Земле составляют 1386*106 км3(таб. 2). Из них пресных вод всего 35*106 км3, то есть около 2,5%. Однако роль пресных вод в жизни и деятельности человека исключительно велика. Наиболее интенсивно используются речные воды, сравнительно быстро возобновляющиеся  в процессе круговорота. На их долю от общих запасов пресных вод приходится всего лишь 0,006%. Второе место по использованию занимают грунтовые воды и третье – воды озер.

Ежегодно возобновляемые естественные ресурсы подземных вод зон активного и сравнительно активного водообмена приблизительно могут быть приравнены к годовому подземному стоку в реки. В среднем доля всего земного шара доля подземных вод в речном стоке близка к 30%.

Таблица 2.

Мировые запасы воды

2. Круговорот воды в природе.

Это постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, переноса влаги в виде пере, конденсации его, выпадения осадков и стока. Движущими силами его являются тепловая энергия (испарение, конденсация водяных паров, таяние, замерзание и другие фазовые переходы воды) и сила тяжести (выпадение атмосферных осадков, движение поверхностных и подземных вод и др.)

Различают несколько видов влагооборота в природе:

1. Большой, или мировой, влагооборот – водяной пар, испарившийся с поверхности океанов, переносится ветрами на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан со стоком. В процессе влагооборота изменяется качество воды: при испарении морская вода превращается в пресную, а загрязненная очищается.
2. Малый, или океанический, влагооборот – водяной пар, испарившийся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков.
3. Внутриконтинентальный влагооборот – вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Испарение с поверхности земного шара в среднем за год составляет  577тыс. км3 воды. Из этого объема воды 505 тыс. км3 – на сушу. Объем осадков за год, выпадавших на поверхность мирового океана, равен 458 тыс. км3. Избыток испаряющейся влаги, равный (505 тыс. км3 – 458 тыс. км3) 47 тыс. км3, переносится воздушными потоками на континенты и острова. Этот годовой объем воды затрачивается на формирование рек, образование озер, болот, ледников и грунтовых вод, создает условия для существования и развития природной среды и деятельности человека. Такой же объем воды ежегодно возвращается в океан, причем на долю речного стока приходится около 45 тыс. км3, на долю стока и грунтовых вод, не дренируемых реками, - около 2 тыс. км3.

Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, поэтому и периоды расходования и возобновления воды также различны. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий.

Воды, входящие в состав живых организмов, возобновляются в течение нескольких часов. Это самая активная форма водообмена. Биологическая вода расходуется главным образом на транспирацию. Через транспирацию в атмосферу поступает большая часть почвенной влаги. Сравнительно незначительная часть почвенной влаги затрачивается на сток в русле рек. Запасы почвенной влаги имеют примерно годичный период накопления и расходования. Атмосферная влага, образующаяся при испарении воды с океанов, морей и суши, возобновляется в среднем через восемь дней.

Исследованиями установлено, что единовременные объемы воды в речных руслах мира почти полностью возобновляются в среднем за 16 суток. В болотах вода расходуется в основном на испарение с их поверхности и транспирацию, а также на фильтрацию (в меньшей степени) в русло рек. Период возобновления свободных подземных вод земной коры до уровня минус 2000м составляет около 1400 лет.

Время возобновления запасов воды в озерах изменяется в больших пределах: для малых озер в засушливых областях – около года, а для наиболее крупных озер – до нескольких сот лет. Полное возобновление водных ресурсов величайшего пресноводного озера мира Байкал происходит в течение 380 лет. В среднем воды озер полностью возобновляются в течение 17 лет. Ежегодно возобновляемые воды озер составляют около 1…2 % их объема.

Период возобновления запасов воды в горных ледниках около 1600 лет, ледниках полярных стран около 9700 лет. Эта цифра получена путем деления объема вод океанов (1338,5 млн. км3)на ежегодный расход воды из них на испарения (505 тыс. км3).

Единая водная поверхность мирового океана равна 361,3 млн. км3, средняя глубина – 3,7 км. Мировой океан подразделяется на океаны, моря, заливы, бухты и проливы.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕКАХ

1. Что такое река?

        Вода атмосферных осадков, выпавших на земную поверхность, просачивается через горные породы или стекает по поверхности в виде временных или постоянных потоков.

        Река – водный поток, текущий в выработанном им углублении – русле реки.

        Небольшие речки называются ручьями. Как правило, течение реки бывает непрерывным. Но встречаются и временно пересыхающие реки. Обычно русло реки расположено на дне более широкого углубления, называемого речной долиной.

                Река течет по уклону земной поверхности: ее начало всегда расположено выше, чем окончание.

2. Речная система. Речная сеть.

        Речная сеть представляет собой часть русловой сети, состоящей из отчетливо выраженных русел постоянных водотоков. То есть речная сеть – это все реки и их притоки на определенном участке земной поверхности.     Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называют речной системой. Иначе говоря, речная система включает в себя главную реку и большое количество притоков, то есть рек, впадающих в нее прямо или посредством других.

3.Исток, устье реки.

 Место, с которого появляется постоянное течение воды в русле, называется истоком. Истоки: родник, болото, озеро или ледник. Если река образуется путем слияния двух меньших рек, то место их слияния является началом этой реки, но за ее исток следует принимать исток более длинной из двух слившихся рек. Следует отметить, что у некоторых рек местоположение истока может меняться (когда исток – болото, ледник), поэтому положение того или иного пункта на реке дается не по расстоянию от истока, а по расстоянию от устья, то есть места впадения реки в другую реку, озеро или море, которое почти не меняют своего местоположения.

Устья рек имеют различия при впадении в водотоки (реки) и водоемы (озера, моря).

На это влияет количество наносов (взвешенных и донных), влекомых рекой, и тип водоема. При впадении в реку наносы сносятся вниз по течению, не задерживаясь в устье. Они не создают подпор потоку, поэтому устье в большинстве случаев не имеет дополнительных рукавов.

При впадении в море различают две формы устьев:

а) дельта – образуется, в устьях рек с большим количеством наносов, представляет собой отложения этих наносов (река в нижнем течении распадается на множество рукавов);

б) эстуарий – образуется в реках с малым количеством наносов, При этом устья имеют вид узкого залива.

4. Водосбор и водораздел.

Каждый водный объект на поверхности суши имеет свою область питания, или водосбор, представляющий собой часть земной поверхности и толщу почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Бассейн любого водного объекта состоит из поверхностного и подземного водосборов. Водосборы водных объектов отделяются друг от друга водоразделами, то есть линиями, проходящими по наивысшим точкам земной поверхности, расположенной между ними.

Водораздел: а) поверхностный; б) подземный. Они не всегда совпадают. В гидрологических расчетах за площадь водосбора часто принимают размер только поверхностного водосбора из-за отсутствия необходимых данных для определения подземного.

5. Физико-географические и морфологические характеристики бассейна.

Различают Физико-географические и морфологические характеристики бассейнов. К первым относятся: географическое положение (географические координаты, близость к морям, пустыням, горным хребтам); климатические условия (атмосферные осадки, температура, дефицит влажности воздуха); геологическое строение и почвенный покров (трещиноватость горных пород, карстовые явления, механический состав грунтов, водопроницаемость почвы и др.); рельеф водосбора (уклоны поверхности земли, влияющие на скорость стекания воды); растительный покров (виды растительности); промерзание почвогрунтов (географическое распространение мерзлоты, слой сезонного промерзания, толщина вечной мерзлоты); степень залесённости, выражаемая коэффициентом залесённости – отношением площади лесов к площади бассейнов fл = Fл/F; озерность бассейна, выражаемая коэффициентом озерности – fоз = Fоз / F, где  Fоз – площадь зеркала озер; заболоченность бассейна, выражаемая коэффициентом заболоченности – fб = Fб /F, где Fб – площадь болот.

К морфометрическим характеристикам бассейнов относятся параметры формы речного водосбора.

Речной бассейн в плане имеет сложную форму, очерчиваемую водораздельной линией. Отношение длины водораздельной линии Lв к длине окружности круга, площадь которого равна площади речного бассейна, называется коэффициентом развития водораздельной линии. Обозначив его через Кв., получим

                                  Кв = Lв / 2 π √F / π = Lв /2√ π F = 0.28 L в / √F

Коэффициент Кв для бассейнов рек на территории Европы изменяется ориентировочно от 1,3 до 2,6. Для бассейнов, близких по форме к кругу, с малым развитием водораздельной линии Кв ≈ 1. Бассейны рек имеют, как правило, вытянутую грушевидную форму,  то есть расширение примерно в средней части. Это объясняется особенностями строения речной системы.

В качестве морфометрического параметра может быть использовано отношение длины бассейна к его средней ширине (отношение площади бассейна к его длине). Более удобным параметром является  безразмерное отношение:

                                                          Кбс = √F/L,

Где L – длина реки.

В среднем для больших рек Кбс ≈ 0,35. Для сравнительно небольших рек (при  F<250 км2) Кбс = 1.0. Близкое к единице значение Кбс можно получить искусственным путем, представив бассейн в лабораторных условиях в виде квадрата, а русло прямолинейным по направлению уклона бассейна. Так как прямолинейным русло в аллювии не может быть, параметр Кбс в природе всегда меньше единицы.

6. Речные долины.

Вытянутые пониженные формы рельефа с общим наклоном тальвега представляют долины. На склонах долин жидкие осадки собираются в ручьи и далее в более крупные водотоки на дне долины. В зависимости от происхождения долин их подразделяют на тектонические, вулканические, ледниковые и эрозионные. По форме поперечного профиля различают долины: каньоны, ущелья, трапециевидные, корытообразные. В долинах с широким дном могут образоваться речные террасы: аккумулятивные в результате воздействия потока на коренные породы.

Террасы являются формами рельефа долин часто в виде сравнительно горизонтальных участков на склонах долины. В общем, они образуются в результате чередования эрозионных и аккумулятивных процессов. Счет террас обычно ведут от русла реки. Дно поймы реки можно называть пойменной террасой.

7.Пойма и русло реки.

Поступление воды в реки в течение года крайне неравномерное и зависит от климатических условий. По определению А. И. Воейкова. «река есть продукт климата».  Основными фазами водного режима реки являются половодье, паводок и межень. В течение сравнительно короткого весеннего периода объем стекающей воды может в несколько раз превышать объем воды за более длительную остальную часть года.

Эффект воздействия потока на различно расположенные по высоте участки дна и склонов долины также одинаков. Под влиянием продолжительного эрозионного воздействия потока с относительно небольшими колебаниями расхода воды (в летний и осенний периоды) формируется основное ложе рек. Часть дна долины реки затапливается периодически во время интенсивного поступления воды на водосбор и в речную систему. Во время половодий и паводков река транспортирует большое количество наносов, которые при определенных условиях (например, на расширениях долины) могут отлагаться на дне долины. Таким образом, возникают условия, при которых русло формируется на дне долины, сложенной речными наносами. Выработанное речные потоком ложе, по которому происходит сток до выхода на пойму, называется речным руслом, а часть дна речной долины, сложенная наносами и периодически затапливаемая в половодье и паводки, называется поймой.

Основное различие между руслом реки и поймой в том, что границы русла реки четко определяются берегами и бровками русла. Пойма не имеет таких границ на склонах долины, так как высота паводков и половодье постоянно меняется. Дно русло реки по грунтовому составу более однородное плавное, чем пойма. Рельеф поймы имеет более резкие очертания. Кроме того, для поймы характерны травяной покров, кустарники, а часто и лес. Поэтому пойменное русло оказывает существенно большее сопротивление движению воды, чем русло реки. Русловой и пойменный потоки находятся в сложном взаимодействии.

Отношение ширины поймы к ширине русла реки убывает с ростом размеров реки, а, следовательно, и ее водности.

8. Характеристика русла.

Поперечное сечение русла – плоскость, перпендикулярная направлению движения потока и ограниченная откосами русла и линией горизонта воды.

Продольный профиль представляет собой линию пересечения дна реки вертикальной плоскостью, проходящей через фарватер.

Длина реки обычно отсчитывается от истока вниз по течению по линии наибольших глубин. Положение этой линии определяет фарватер, по которому осуществляется судоходство.

Фарватер, проходящий по главным рукавам реки, называют главным фарватером. Линию с наиболее низкими  отметками дна русла реки называют тальвегом реки.

При анализе формирования русл, кроме линии наибольших глубин, используется понятие «динамическая ось потока» - линия на плане реки, в каждой точке которой скорость течения воды имеет наибольшее значение в живых сечениях. Линия, соединяющая точки с наибольшей поверхностной скоростью течения в живых сечениях потока, называется стержнем потока. Если наибольшие скорости наблюдаются на поверхности воды, то динамическая ось потока и стержень совпадают.

Участок извилистого речного русла между двумя смежными точками перегиба его осевой линии называется излучиной реки.

Изменения размеров русла и отдельных русловых образований, связанные с переотложением наносов, называются русловыми деформациями. Под русловыми образованиями  понимают подвижные скопления наносов, определяющие морфологическое  строение речного русла. Закономерные плановые деформации речных излучин, возникающие в результате взаимодействия русла с речным потоком, называются меандрированием русла.

Самая типичная форма распределения глубин в меандрирующих руслах характеризуется закономерным чередованием мелких и глубоких участков потока по длине, называемых перекатами и плёсами. Характерная для равнинных рек форма донного рельефа, сложенная наносами и обычно в виде широкой гряды пересекающая русло под углом к общему направлению течения, вызывающая отклонение его от одного берега к другому, называется перекатом.

Глубоководный участок реки, находящийся между перекатами, называется плёсом.

Изучение перекатов необходимо для обеспечения нормального судоходства на реках. Большой вклад в изучение перекатов внес А. И. Лосиевский.

Извилистость рек и образование плёсов и перекатов тесно связаны с поперечной и циркуляцией в потоке, в результате которой размывается вогнутый берег, а продукты размыва (наносы) откладываются на выпуклом берегу.

1- верхний плёс; 2 - верхний побочень; 3 – нижний плёс; 4 – нижний побочень; 5 – гребень переката; 6 – фарватер; 7 – поперечные профили реки.

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК

1. Виды питания рек.

                                             Водное питание рек

                     Поверхностные воды                        Подземные воды

Снеговые          Дождевые       Ледниковые

        Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Поверхностное питание, в свою очередь, подразделяется на снеговое, дождевое и ледниковое.

        Снеговое питание рек обусловлено таянием весной снега, накопившегося в течение зимы. Для большинства равнинных рек европейской части РФ сток весеннего половодья составляет более 50% суммарного годового стока. Дождевое питание рек происходит за счет обложных дождей и ливней.

        Дождевое питание, в особенности ливневое, отличается значительными колебаниями в течение всего года. Обложные дожди могут захватывать большие площади и обеспечивать сток в более или менее продолжительный период. Ливни же, распространяющиеся на небольшие площади и имеющие малую продолжительность, вызывают значительное, но кратковременное повышение стока. Реки с дождевым или преобладающим дождевым питанием находятся в Закавказье, в северной части Черноморского побережья, в Крыму и Восточной Сибири.

        Ледниковое питание – сток от таяния льда и вечных снегов в высокогорных районах. Наибольший ледниковый сток наблюдается в самые жаркие месяцы.

        Питание рек подземными водами наиболее устойчиво и равномерно в течение круглого года. Подземного питания в той или иной мере имеют почти все реки, например у Волги оно составляет около 30%. На некоторых малых реках подземное питание достигает 60%. В районах вечной мерзлоты подземное питание ограничено. Наибольшее распространение имеет смешанное питание.

2. Термический режим рек.

Термический режим рек формируется в результате теплообмена водной массы с окружающей средой, которой происходит по границе раздела воды с атмосферой и грунтами. Теплообмен протекает различно при открытой водной поверхности и ледяном покрове. При наличии ледяного покрова интенсивность теплообмена между атмосферой и водной массой резко снижается.

Распределение температуры по живому сечению (глубине и ширине).

На многих реках температура воды распределяется равномерно вследствие турбулентного перемешивания. Температура воды большинства рек в период нагревания в прибрежной части выше, чем на стержне, в период охлаждения – ниже из-за меньшей глубины и турбулентности течения у берегов по сравнению со стержнем (∆t до 3 – 4° С). Грунт берегов нагревается быстрее и передает тепло прибрежным струям.

Изменения температуры по глубине выражены значительно слабее и при этом более отчетливо в период нагрева и менее отчетливо в период охлаждения. Летом понижение температуры с глубиной долее значительное ( 2- 3° С, иногда до 5° С), чем весной (0,5° С). Осенью и зимой устанавливается обратное изменение температуры по глубине, связанное с приходом тепла с грунтовыми водами и от дна (∆t ≈ 0,5° C).

Изменения температуры по длине реки. Изменения температуры воды в реках по их длине зависят от характера питания, приточности, особенностей климата поясов, по которым протекает река.

Почти на всех реках наименьшая температура наблюдается у истока и повышается на некотором удалении вниз по течению.

На реках, текущих в широком направлении, температура воды мало меняется. На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем, чем больше водная масса озера, тем на большее расстояние распространяется это влияние. Так, влияние холодных вод озера Байкал на температуру воды реки Ангары в теплый период года заметно на расстоянии 1170 км от истока.

Термический режим рек на отдельных участках в значительной мере может определяться хозяйственной деятельностью человека. Сбор в реки теплых промышленных вод нарушает их естественный тепловой режим.

Изменение температуры воды во времени. Изменение составляющих теплового баланса реки в течение суток, сезона, года вызывает соответствующее колебание температуры воды в реках.

Выделяют суточный ход температуры воды, наиболее четко выраженный в тепловую часть года и годовой ход температуры воды.

3. Ледовый режим рек.

Ледовый режим рек представляет собой совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на реке.

Фазы ледового режима рек:

1. замерзание – образование ледяного покрова;
2. ледостав – наличие ледяного покрова;
3. вскрытие – разрушение ледяного покрова.

Замерзание реки. При появлении отрицательных температур воздуха начинается процесс охлаждения поверхностных слоев воды, на ее поверхности появляется так называемое сало – тонкая пленка, имеющая вид разлитой масляной жидкости. Одновременно возникают ледовые образования у берегов– забереги, то есть появляется корка тонкого льда в тихих заводях и на участках со слабым течением или почти стоячей водой.

Выпадение в это время обильного снега приводит к образованию на поверхности воды снежуры – комковатого скопления льда со снегом.

Вследствие турбулентного течения воды в реках происходит непрерывное перемешивание водных масс. Поэтому при охлаждении верхних слоев, непосредственно соприкасающихся с холодным воздухом, постепенно охлаждается вода во всем живом сечении потока. При сильном охлаждении воздуха температура воды может быть близкой к нулю и даже иметь отрицательное значение на сотые доли градуса. Переохлаждение воды создает благоприятные условия для образования внутри потока кристаллов льда, которые затем объединяются в глыбы губчатой структуры. Эти образования носят название внутриводного льда.

По мере развития процесса льдообразования массы рыхлого губчатого льда, образовавшегося внутри потока, всплывают на поверхность. Всплывающий внутриводный лед, снежура, сало образуют большие скопления льда, называемые шугой. При движении шуги по поверхности водного потока (шугоход) скопления ее, соприкасаясь с холодным воздухом, смерзаются в льдины или ледяные поля, и шугоход переходит в осенний ледоход.

Осенний ледоход иногда сопровождается зажорами – скоплением в живом сечении реки масс внутриводного льда с включением мелкобитого кристаллического льда. Зажоры преграждают путь движущейся воде, вызывая подъем уровня и затопление территории.

Внутриводный лед. Давно установлено, что пред образованием поверхностного покрова из кристаллического льда в потоке появляется внутриводный лед. Исследования процессов образования внутриводного льда проведены советским ученым В. Я. Альтбергом (1939 г.), который считает, что для образования первичных кристаллов льда необходимы два условия: переохлаждение воды и наличие относительно неподвижного слоя воды, в котором происходит кристаллизация.

Переохлаждение воды происходит благодаря турбулентному перемешиванию потока, причем тем интенсивнее, чем больше его скорость. Относительно неподвижный слой воды существует в придонном потоке даже при больших скоростях течения. Переохлажденные частички воды, опускаясь на дно, касаются холодной его поверхности и превращаются в кристаллы льда. При этом выделяется скрытая теплота льдообразования, но тепло непрерывно уносится течением; кристаллы входят в соприкосновение с новыми переохлажденными частицами, и кристаллизация продолжается. Постепенно кристаллы увеличивают свою массу, но остаются в местах их образования благодаря силе сцепления льда с неровностями дна. В какой – то момент накопления льда на дне взвешивающая сила становится больше силы сцепления, и лед всплывает, нередко увлекая частицы грунта, камни и даже предметы, находящиеся на дне.

Экспериментальными исследованиями установлено, что внутриводный лед может образоваться не только на дне, но и на любом другом твердом предмете в воде. Центрами кристаллизации могут быть также частички взвешенных наносов.

Наиболее благоприятные условия для образования внутриводного льда представляют участки с быстрыми течениями и каменистым дном. Чем больше скорости и интенсивнее турбулентное перемешивание, тем лучше условия для переохлаждения воды и переноса тепла, выделяемого при кристаллизации.

Образование внутриводного льда прекращается, как только река покрывается поверхностным льдом. Вследствие малой теплопроводности льда переохлаждение воды невозможно.

Внутриводный лед в реках причиняет большой вред: закупоривает всасывающие трубы городских водопроводов, забирает турбины гидростанций, водозаборные сооружения на оросительных и осушительных системах. В этих случаях нарушается или полностью прекращается на некоторый период нормальная работа сооружений.

Борьба с внутриводным льдом должна быть направлена на устранение причин, вызывающих его появление, то есть на уменьшение скорости течения путем устройства запаней на поверхности воды из дерева или хвороста. Уменьшение скорости течения влечет за собой быстрое образование поверхностного льда и прекращение процесса образования внутриводного льда.

В некоторых случаях приходится идти на остановку ГЭС, чтобы уменьшить скорость течения и вызвать быстрое образование поверхностного льда. На гидростанциях применяют обогревание решеток водоприемников электрическим током  или очистку их ото льда механическим способом.

Водозаборные сооружения водопроводов для предотвращения их обмерзания помещают в ковши, отрываемые в берегах.

Ледостав. С увеличением числа и размеров льдин на поверхности воды скорость движения их уменьшается. В местах сужения или крутого поворота реки, у островов или искусственных сооружений скорость плывущих льдин замедляется. В условиях отрицательных температур воздуха это приводит к быстрому смерзанию ледяных полей и образованию сплошного ледяного покрова, или ледостава. Замерзание реки по ее длине происходит неодновременно. Если река протекает в меридианальном направлении, северные ее участки замерзают раньше, чем южные. Поверхность ледяного покрова также не везде одинакова: местами она гладкая, местами наблюдаются нагромождения льдов. Некоторые участки реки не замерзают в течение всей зимы или части ее. Такие незамерзшие участки называются полыньями. Причины их образования – большие скорости течения, например на порогах, выход в русло относительно теплых подземных вод, сбор в реку промышленных вод. Полыньи способствуют образованию внутриводного льда и зажоров.

На порожистых незамерзающих участках рек возникают своеобразные ледовые образования, называемые пятрами. Пятры представляют скопления внутриводного льда конусообразной формы. Быстро нарастая, они достигают поверхности воды, вершины их под влиянием морозов покрывают ледяной коркой. Располагаясь рядом, Пятры создают ледяную преграду, способную поднять уровень воды на вышележащем участке.

В период ледостава на поверхности ледяного покрова иногда возникают наледи – наросты льда в виде напластований, утолщений, бугров. Наледи образуются следующим образом.

При низких температурах воздуха происходит интенсивное нарастание ледяного покрова и уменьшение живого сечения; вода, не помещаясь в суженном живом сечении, под напором выходит по трещинам во льду на поверхность и замерзает. Такой процесс может происходить в течение зимы несколько раз, и тогда наледи достигают значительных размеров. Большое распространение эти образования имеют на реках северо-востока РФ (Лена, Колыма, Индигирка и др.).

После установления на реке поверхностного ледяного покрова происходит увеличение его толщины.

         Вскрытие реки. С наступлением положительных температур воздуха начинается таяние снега, льда и поступление талых вод в реки. Прежде всего стаивает снег на поверхности льда, затем лед оттаивает возле берегов, образуются полосы воды вдоль берегов – закраины. Образование закраин обусловлено поступлением теплых талых вод с бассейна и теплоотдачей берегов.

Увеличение расхода и повышение уровней воды реки приводит в движение ледяные массы, происходит подвижка льда. Лед трогается большими полями, движется медленно, а затем останавливается. Подвижек льда может быть несколько, в зависимости от типа весны. Дальнейшее поступление воды и повышение уровня способствуют поднятию, разламыванию и передвижению льда по течению – начинается весенний ледоход. Весенний ледоход значительно превосходит осенний.

Большие массы льда, нагромождаясь в сужениях русла, образуют заторы. Заторы нередко приобретают большую силу, особенно на реках, текущих с юга на север, так как вскрытие реки в северной части происходит позднее, чем в южной.

          4. Водный режим рек.

4.1. Фазы водного режима.

Изменение во времени уровней, расходов и объемов воды в реках представляет собой водный режим реки.

Годовой цикл водного режима подразделяется на характерные фазы: половодье, паводки, межень (летняя и зимняя).

Половодье – фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон, характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и длительным подъемом уровня воды. Оно вызывается на равнинных реках снеготаянием (весеннее половодье), на высокогорных – таянием снега и ледников (летнее половодье), в муссонных и тропических зонах – выпадением летних затяжных дождей (летнее половодье на реках Дальнего Востока).

Паводок – фаза водного режима реки, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, характеризуется интенсивным, обычно кратковременным, увеличением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Выдающийся по величине и редкий по повторяемости паводок (половодье), могущий вызвать жертвы и разрушения, называют катастрофическим паводком.

Межень – фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания реки. К летней (летнее – осенней) межени относят период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии – до начала зимнего периода, то есть до возникновения на реке ледовых явлений. Летняя межень может быть устойчивой, продолжительной, а также прерывистой, неустойчивой (периодически нарушаемой дождями).

Зимняя межень совпадает обычно с периодом ледостава. Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижается, достигая минимума перед вскрытием; это связано с истощением запасов подземных (грунтовых) вод.

4.2. Классификация рек.

Все реки бывшего Советского Союза Б.Д. Зайков делит на три основные группы: с весенним половодьем, с половодьем в теплую часть года и с паводочным режимом. Реки с весенним половодьем наиболее распространены в бывшем СССР. В зависимости от характера половодья и размера стока в остальную часть года реки этой группы делится еще на пять типов.

Казахстанский – характеризуется очень высокой волной половодья и низким (до полного пересыхания) стоком в остальную часть году. Сток дают почти исключительно зимние осадки, быстрое таяние которых вызывает высокое, но непродолжительное половодье (рис. 1.1.).

Восточноевропейский – характеризуется высоким весенним половодьем, летней меженью, прерываемой эпизодически ливнями, низкой зимней меженью и повышенным осенним стоком. Некоторые реки этого типа имеют два максимума: первый (главный) – весной и второй – осенью (рис. 1.2.).

Западносибирский - имеет небольшое, растянутое половодье, повышенный летне-осенний сток и низкую зимнюю межень Наличие в бассейнах рек этого типа болот, озер, обширных, заливаемых пойм оказывает регулирующее влияние на сток. Длительная зима предопределяет низкий зимний сток (рис. 1.3.).

Восточносибирский -  характеризуется высоким половодьем, систематическими летне-осенними паводками и очень низким зимним стоком. Этот тип рек связан с обильными дождями летом и осенью и ограниченностью подземного питания (рис. 1.4.).

Алтайский – отличается невысоким, растянутым, гребенчатовидным половодьем, повышенным летнее - осенним и низким зимним стоком. Характер половодья рек этого типа обусловливается особенностями таяния снега в горах: постепенным продвижением области снеготаяния из долин в возвышенные места. На снеговое половодье накладываются дождевые паводки. Устойчивый зимний сток обусловлен запасом подземных вод. Реки с половодьем в теплую часть года делятся на два типа (1.5.).

Реки с половодьем в тёплую часть года делятся на два типа.

 Дальневосточный – имеет растянутое, гребенчатовидное половодье и низкий сток в холодное полугодие (зимних осадков здесь мало); подземное питание ограниченно вследствие распространения вечной мерзлоты (рис. 1.6.).

Тянь-Шаньский – распространен в горах Средней Азии, Большого Кавказа и Камчатки, отличается от предыдущего более высоким зимним стоком. Питание рек ледниковое (рис. 1.7.).

Реки с паводочным режимом в зависимости от характера распределения паводков в течение года делятся на три типа.

Причерноморский – характеризуется паводочным режимом в течение всего года. Основной источник питания – дожди. Частично питание происходит за счет снега, который выпадает в горах и обычно быстро тает (рис. 1.8.).

Крымский – отличается от предыдущего низким стоком летнего сезона (рис. 1.9.).

Северокавказский – распространен в восточной части северного склона Большого Кавказа, характеризуется паводками в теплое время и устойчивой меженью в холодное (подземное питание незначительное) (рис.1.10.).

Рассмотренные десять типов рек учитывают лишь основные, наиболее характерные черты режима рек бывшего СССР.

Рис.1. Типы рек бывшего СССР по внутригодовому распределению стока.

5. Скорости течения воды.

Измерение скоростей течения чаще связано с определением расходов воды, но имеет и большое самостоятельное значение при возведении и раскрытии перемычек, перекрытии русл рек, строительстве сооружения на реках, обеспечении безопасного плавания судов и пр.

Скорость Ut  в данной точке потока в данный момент времени называется местной мгновенной скоростью. Колебания местной скорости во времени по величине и направлению называют пульсацией скорости. Распределение местных скоростей U в вертикальной плоскости, перпендикулярной к живому сечению потока, называется профилем скоростей  - U = U (у) или эпюрой скоростей на вертикали, где у – расстояние от дна потока. Наиболее существенные различия в форме профилей скоростей наблюдаются в открытом потоке и в потоке под ледяным покровом. Влияние нижней поверхности льда на скорости U аналогично влиянию дна. Положение максимальной скорости Umax зависит от соотношения шероховатости дна и нижней поверхности льда. Скорость Umax может наблюдаться несколько ниже свободной поверхности из-за влияния встречного ветра, поперечной циркуляции потока (если вертикаль расположена на излучине реки) и др.

Очевидно, что vд < v < vпов maх. Это наиболее характерные скорости в живом сечении речного потока. Наглядное представление о распределении скоростей в потоке дают линии равных местных скоростей – изотахи.

В зависимости от измеряемой скорости (местной U, средней по вертикали Uв  или по всему живому сечению v) гидрометрические поплавки подразделяют на точеные и интеграционные. Точечными поплавками измеряют скорость U с осреднением по длине траектории движения поплавка, вторыми – скорость Uв  с осреднением по глубине на вертикали и по длине и v с осреднением по всему сечению и по длине потока. Точеные поплавки подразделяют на поверхностные и глубинные.

В качестве поверхностных поплавков можно использовать бруски дерева, отпиленные от бревна цилиндрические кружки высотой 3…7 см, соединенные крестом две доски и др. Для лучшей видимости с берега поплавки снабжают яркими флажками. Скорость движения поплавка определяют по длине траектории его движения за соответствующий промежуток времени. Во время ледохода на реках в качестве поплавка можно использовать плывущие льдины. При помощи глубинных поплавков можно измерить местные скорости U на любой глубине. К глубинным поплавкам относятся гидрокинематические индикаторы (жидкие тела малых размеров с той же плотностью, что и вода). Их применяют в лабораторных условиях для визуализации потока при изучении его кинематики с помощью высокочастотной киносъемки.

Глубинный поплавок состоит из соединенных тонкой нитью верхнего поплавка (поверхностного) и нижнего, собственно глубинного, погруженного на глубину h. Верхний поплавок служит указателем. Он должен иметь необходимую плавучесть для поддержания нижнего поплавка на заданной глубине. Нижний поплавок должен быть немного тяжелее воды.

6. Расход воды.

Расходом воды называется объем воды, протекающий через данное живое сечение потока в 1с. Живым сечением называется часть водного сечения, в котором наблюдается течение.

Величина расхода воды в реке не постоянна. Весной, когда тает накопившийся за зиму снег, и летом после дождей расходы воды значительно увеличиваются; летом в сухую погоду и зимой они уменьшаются. Сильно меняется величина расходов и от года к году, так и периоды в несколько лет. При изучении гидрологического режима рек одним из основных видов наблюдений является измерение расходов воды, выполняемое по определенным программе и правилам.

Для определения расхода воды на реках производятся промеры глубин и измерения скоростей течения в водном сечении реки. Величина расхода воды вычисляется в этом случае как произведение площади живого сечения реки на среднюю скорость течения воды.

Q = v * ,  м3 / c             где: v – скорость течения,

                                              w – площадь живого сечения.

Результаты измерений расхода воды, произведенных в отдельные дни, используются для вычисления расходов и те дни, когда их измерения не производились, при условии, что между уровнем воды и величиной расхода в реке имеется связь, а наблюдения за уровнем ведутся ежедневно.

Обычно увеличение или уменьшение расхода воды вызывает соответствующее повышение или понижение уровня. В ряде случаев из– за неустойчивости русла реки или вследствие подпора, возникающего от естественных или искусственных причин (ледовые явления, зарастание русла реки водной растительностью, намыв или размыв нижележащего переката, переменный подпор от нижерасположенных притоков или гидротехнических сооружений и т.п.), измерение уровня происходит вне зависимости от расхода.

Обычно достаточно хорошая связь между расходом и уровнем существует на реках с устойчивым руслом в период отсутствия ледовых явлений.

7. Речные наносы и мутность воды.

Речная вода всегда содержит некоторое количество взвешенных наносов, состоящих в основном из частиц грунта. Наиболее насыщенной наносами вода в реке бывает в периоды весеннего или летнего половодий и дождевых паводков. О степени насыщения речной воды наносами судят по величине мутности. Мутность воды – это содержание массы взвешенных наносов в единице объема смеси воды с наносами. Выражается величина мутности в граммах на кубический метр (г/м3).

Общее количество взвешенных наносов, которое проносится через поперечное сечение реки в 1с, называется расходом взвешенных наносов. Выражается величина расхода взвешенных наносов. Выражается величина расхода взвешенных наносов в килограммах в секунду (кг/с).

На основании отдельных измерений расходов взвешенных наносов и ежедневных наблюдений за мутностью воды вычисляется сток взвешенных наносов за сутки, декаду, месяц и год.

Данные по стоку наносов широко используются и имеют важное значение для проектирования и при эксплуатации водохранилищ, гидроэлектрических станций, оросительных каналов, водозаборных сооружений и т.п.

В зависимости от форм передвижения потоком различают наносы: взвешенные, влекомые и донные.

Взвешенные наносы – частицы грунта, имеющие малый вес, в результате чего перемещающиеся в водной толще, опускаясь на дно в местах, не имеющих течения.

Донные наносы – частицы грунта, перекатываемые потоком по дну. Чаще всего имеют грядовую форму движения. Они формируют речное русло, пойму и ложе водоема (водохранилища).

Наносы, перемещаемые водным потоком в придонном слое скольжением, перекатыванием или сальтацией, называется влекомыми. Скольжение наносов начинается после первых подвижек наносов. По мере увеличения скорости начинается перекатывание и сальтация (перебрасывание наносов на короткие расстояния в природном слое водного потока).

В зависимости от участия наносов в формировании русел и их элементов различают руслоформирующие (для равнинных рек диаметр частиц > 0,05 мм) и транзитные (мелкие фракции, переносимые потоком во взвешенном состоянии на большие расстояния) наносы.

В потоке происходит одновременно взвешивание и осаждение наносов. Если процесс взвешивания преобладает над процессом осаждения наносов, дно потока размывается.

Колебание мутности во времени называют пульсацией мутности. У дна потока мутность наибольшая, у свободной поверхности воды – наименьшая. У дна больше крупных фракций частиц. Мелкие фракции (<0,1 мм) обычно распределяются довольно равномерно по глубине потока.

Более сложный характер имеет распределение наносов по ширине реки. Здесь трудно подметить какую- нибудь закономерность. Распределение наносов по ширине реки, а также и по длине значительно меняется в зависимости от направления течения, местных разрывов русла и берегов, впадения притоков, несущих иное количество наносов, чем главная река.

Факторы, определяющие процессы формирования стока наносов (твердого стока):

1. естественные: климат, почвенный покров, характер растительности;
2. хозяйственная деятельность человека.

8. Энергия и работа рек.

В естественных условиях энергия воды тратится на преодоление внутреннего сопротивления движению, обусловленного перемешиванием частиц воды, на трение о земную поверхность и ложе реки. Эта часть энергии рассеивается в потоке в виде тепла. Другая, меньшая, часть энергии расходуется на размыв грунта, взвешивание и перенос твердого и растворенного материала в более пониженные места.

На склонах водосбора работа текущей воды проявляется в разрушении связности части почв и горных пород и в смыве их в понижения: ложбины, лощины, суходолы и реки. Этот процесс называется склоновой эрозией. Русловой поток в процессе русловой эрозии производит работу по преобразованию самого русла, разновидностью, которой является размыв ложа в результате трения твердых частиц, влекомых потоком. Продукты разрушения совместного с материалом, поступившим со склонов водосбора, перемещаются вниз по течению на некоторое расстояние.

 9. Русловая эрозия.

Воздействие речного потока на русло проявляется в: 1) размыве (эрозии); 2) переносе частиц (транспорте наносов) по реке; 3) отложении (аккумуляции) наносов. Все эти стадии одного процесса в естественных руслах могут наблюдаться на всем протяжении реки, однако в зависимости от преобладания одного из них можно выделить участки речного русла, где: а) эрозия преобладает над аккумуляцией; б) они взаимно компенсируются; в) аккумуляция преобладает над эрозией.

На равнинных реках эрозия обычно преобладает в верхнем течении. Нередко, особенно на горных реках, профиль имеет изломы, обусловленные местными базисами эрозии, перед которыми происходит отложение наносов, а ниже них размыв.

Река углубляет свое русло и расширяет его не бесконечно, а до определенного предела. Он зависит от уровня водоема, в который впадает река. Этот уровень называется базисом эрозии. Базис эрозии: 1) общий – уровень Мирового океана; 2) местный. Для главной реки это уровень озера или моря, в которое впадает, для притоков уровень главной реки в месте впадения.

10. Классификация рек по степени устойчивости  русел.

Классификация Великанова:

1. Реки, протекающие в относительно неразрываемых грунтах, с ничтожным количеством наносов и слабым влечением их по дну. Это реки наибольшей устойчивости; к ним относятся реки, текущие в скалистых грунтах, а также отчасти равнинные реки, протекающие в крупном галечном грунте (Енисей).
2. Реки, в которых размыв и намыв происходит периодически в одних и тех же местах, причем намыв перекатов весной приблизительно равен их меженному размыву (Волга).
3. Реки, в которых размыв и отложения изменяют лишь очертание изобат русла. Размыв и отложения производятся рекой беспорядочно то в одних, то в других местах, а расположение и очертание перекатов меняются из года в год. Это равнинные реки мало устойчивости (Висла).
4. Реки, в которых в паводок изменяются не только глубины, но и очертания русла в плане, образуя прорывы по новым направлениям. Это реки наименьшей устойчивости; к ним относятся реки с большими скоростями течения, протекающие в легко размываемых грунтах (Амударья).
5. Реки, в которых подвижность во время паводка достигает таких пределов, что разграничение «поток» и «русло» теряет значение, т.к. русло изменяется со скоростью, равновеликой скорости самого потока. Сюда относятся селевые потоки.

11. Селевые потоки.

Селевой поток – особый вид двухфазного потока, состоящего из воды и большого количества твердого материала – глины, песка, камней, скальных обломков и др.

Основная причина возникновения селевых потоков – достаточное количество воды в горных бассейнах, способное вызвать передвижение на склонах и в руслах рек рыхлообломочного материала. Селевые потоки возникают в руслах как постоянных, так и временных водотоков и переносят большие количества горных пород, откладывая их на пониженных участках русла и бассейна. Чаще всего селевые потоки образуются в результате ливневых осадков, интенсивного таяния ледников, снежного покрова. Селевые явления могут возникать и при увеличении притока грунтовых вод к областям расположения в бассейне рыхлообломочного материала. При оттаивающей в летнее время почве над вечной мерзлотой могут во время дождя сформироваться селевые потоки.

По источникам образования П. С. Непорожний выделяет сели, вызываемые ледниковыми обвалами, снежными лавинами, каменными обвалами и оползнями, ливнями и снеготаянием.

В селевых потоках доля твердой фазы составляет от 10% до 70% по объему. Вследствие этого на нижние участки горных рек за короткие промежутки времени (от нескольких десятков минут до нескольких часов) поступают десятки и сотни тысяч кубических метров твердого материала. Большое содержание твердой фазы в селевых потоках обуславливает их отличие от водных потоков и большую разрушительную силу.

Чем меньше повторяемость селей, тем более мощными они оказываются, так как за продолжительные промежутки времени большое количество твердого материала на водосборе успевает достигнуть неустойчивого равновесия. Кроме гидрометеорологических факторов, при оценке солеобразования необходимо учитывать заселенность территории. Лес на склонах горного бассейна – действенный природный фактор, сдерживающий образование селей.

При классификации селевых потоков исходят из структурно – реологических типов потока, обусловленных особенностями дисперсной среды селевого потока и гранулометрического состава. Различают связные и несвязные селевые потоки. С. М. Флейшман связным называет поток, селевая масса которого состоит из твердых грунтовых частиц и воды, связанной тонкодисперсной составляющей, а несвязным – поток, в котором количество воды столь велико по отношению к количеству тонкодисперсных грунтовых частиц, что основные массы воды, не будучи связаны грунтовыми водами, находятся в свободном состоянии и служат транспортирующей средой для твердой фазы потока. В условиях горных территорий России преобладают несвязные сели.

По гранулометрическому составу различают селевые потоки: водно - каменные (несвязные);  водно – песчаные (несвязные); грязевые (несвязные, связные, твердая фаза – тонкодисперсная); грязекаменные (несвязные, связные, тонкодисперсный материал в виде пылевых и глинистых частиц преобладает над камнями);  каменно – грязевые (несвязные, связные, в твердой фазе преобладает крупнообломочный материал с грязевой составляющей); водно – снежно – каменные.

Плотность несвязных селевых потоков изменяется от 1,2 до 1,5 т/м3, связных – от 1,4 до 1,9 т/м3. Скорость движения селевых потоков может достигать 12 м/с, чаще скорость бывает от 2 до 8 м/с. Селевые потоки могут транспортировать валуны очень больших размеров. Несвязные сели способны переносить скальные обломки до 4 м в поперечнике, а связные – до 10м.

Имеет большое значение прогнозирование селевых потоков, заблаговременное выявление селеопасных бассейнов, предвычисление расходов и структуры селевых потоков и других их характеристик. В состав службы предупреждения о надвигающейся селевой опасности входит радиотелеметрическая система, позволяющая получать информацию о прохождении селя через заданный створ. Кроме того, предложена сейсмическая система оповещения о селевой опасности. Она основана на изменении энергии сейсмических волн, возбуждаемых селевым потоком в горных породах, окружающих поток. Сейсмические волны преобразуются в электрические сигналы.

ОЗЁРА

1. Фазы развития озера.

Озерами называется заполненные водой котловины или впадины земной поверхности, не имеющие непосредственного соединения с морем (океаном) и отличающиеся замедленным водообменом.

В развитии озера можно выделить три фазы: а - озеро сохраняет свою котловину почти неизменной, существующие отложения еще не оказывают заметного влияния на его ложе; б - образуется береговая отмель, появляются дельты в местах впадения рек, развивается водяная растительность; в - неровности котловины сглажены отложениями наносов, за счет продуктов разрушения берегов и откосов дельт расширяется береговая отмель, уменьшается глубина, растительность распространяется почти по всей поверхности озера.

В дальнейшем оно превращается в мелкий водоем с повсеместным развитием растительности, которая из подводной части переходит в надводную и превращает озеро в болото.

2. Классификация озер.

Углубления, в которых находятся озера, называются озерными котловинами. Озерные котловины очень разнообразны. Изучение причин их образования позволяет выяснить происхождение озер: тектоническое, ледниковое, карстовое, остаточное.

Самые большие и самые глубокие озера образуются в результате тектонических движений земной коры. При медленном опускании обширных участков земной коры возникли котловины Каспийского и Аральского морей- озер. Котловина Байкала образовалась в результате опускания участков земной коры по разлому.

На севере нашей страны много озер, котловины которых углублены древними ледниками, например, Ладожское озеро, Онежское озеро.

В долинах горных рек встречаются глубокие запрудные озера. Они возникают, если русло реки перегораживает обвал или поток застывшей лавы.

Существуют вулканические озера, занимающие кратеры потухших вулканов (Кроноцкое и Курильское озера на Камчатке).

В местности, сложенной легкорастворимыми породами, подземные воды вымывают в этих породах пустоты. Это явление носит название карст. После провала верхнего слоя, прикрывающего подземную полость, получается котловина, заполняющаяся водой.

На холмистых равнинах озера могут образоваться в понижениях между холмами. Нередко в озера превращаются отдельные части речной поймы. Обычно это участки прежнего русла реки, изменившей свое направление. Такие небольшие озера серповидной формы называют старицами.

Озера делятся на две категории: сточные и бессточные. Сточные озера характеризуются тем, что поступающие в них поверхностные и подземные воды расходуются на питание вытекающих из них рек, а также на испарение и фильтрацию. Сточные озера могут иметь сток в течение круглого года или лишь в период наибольшего притока (временно сточные озера).

В частном случае, когда одна из стекающих в озеро рек по водности того же порядка, что и река, вытекающая из него, озеро называется проточным.

Река, вытекающая из озера, имеет меньшую амплитуду колебания уровней (и расходов); гидрографы таких рек более сглаженные и распластанные, чем гидрографы свободных рек.

Бессточные озера расходуют поступающие в них воды в основном на испарение и частично на просачивание в грунт.

По составу воды озера разделяются на соленые и пресные, или минеральные. Сточные озера, как правило, бывают пресными. В бессточном озере происходит испарение чистой воды, а соли остаются в нем. Поэтому вода в бессточном озере непрерывно минерализуется (засоляется), и тем быстрее, чем больше концентрация солей приносимых в него вод.

3. Морфометрические характеристики водоемов.

1. Длина L (км)- кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками береговой линии водоема, проведенное на его поверхности по средней линии, равноудаленной от берегов.
2. Ширина B (км): средняя Вср- частное от деления площади зеркала водоема на его длину; максимальная Вмах- наибольшее расстояние между берегами, перпендикулярное длине.
3. Длина береговой линии L (км) по урезу воды.
4. Извилистость (изрезанность, развитие) береговой линии К- отношение длины береговой линии к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера:

К=L/(2√f0*)

5. Глубина: максимальная Нмах по данным промеров; средняя Нср - частное от деления объема водоема на площадь его зеркала.
6. Объем водной массы определяется как сумма объемов отдельных слоев озера, заключенных между двумя смежными поверхностями, проведенными по изобатам.
7. Средний уклон дна:

tg = h*∑L/f0

где - средний угол наклона дна;

∑L - сумма длин изобат.

8. Площадь дна:

fд=f0 /cos

4. Водный баланс озер.

Водный баланс озер, то есть соотношение прихода и расхода воды, можно представить так:

        Упр+ У,пр+k+х-(Уст+У,ст+Е)=±Н

Где упр, у,пр – поверхностный и подземный приток в озеро; k- конденсация водяных паров на поверхности озера; х- осадки, выпадающие на поверхность озера; уст, у,ст- поверхностный и подземный сток из озера; Е- испарение с поверхности озера; Н- аккумуляция воды в озере.

        Все члены уравнения водного баланса в формуле выражены в виде слоя воды. Можно написать уравнение водного баланса, выразив все его элементы в объемах; тогда в правой части уравнения будет записано приращение объема V. Если обозначить приходную часть уравнения водного баланса через VA, а расходную через VB, уравнение получит вид:

VA - VB  = V

        Это соотношение показывает, что приток воды равен оттоку при V=0, то есть когда уровень воды в озере не меняется. Когда V>0 (уровень повышается), приток в озеро больше расхода воды VA > VB . Когда V<0 (уровень понижается), приход воды в озеро меньше расхода VA B.

        Уравнение водного баланса справедливо для сточных озер. В бессточных озерах сток из озера отсутствует, вода в основном расходуется на испарение. Поэтому для бессточного озера уравнение водного баланса при отсутствии фильтрации воды через ложе озера имеет вид:

Упр+ У,пр+k+х-Е=±ΔН

        Применительно к многолетнему периоду величина ΔН, как имеющая различные знаки, превращается в нуль, и уравнение водного баланса озера за многолетний период принимает вид: для сточного озера

Упр+ У,пр+k+х-(Уст+У,ст+Е)=0

для бессточного озера

Упр+ У,пр+k+х- Е=0

        В эти уравнения входят среднемноголетние значения элементов водного баланса.

        5. Ветровые волны и сейши.

        Движение воды в озерах может быть поступательным (течение) и колебательным. Поступательное движение водных масс озера возникает под действием ветра (ветровые течения) или в результате неравномерного охлаждения и нагревания масс воды. В проточных озерах возможны речные течения, образующиеся вследствие того, что в месте впадения реки уровень воды в озере повышается, а у истока реки понижается; создается уклон водной поверхности,  приводящий в движение водные массы озера.

        Колебание движения водных масс озера создается ветровыми волнами и сейшами.

        Исследованиями установлено, что если две среды разной плотности соприкасаются одна с другой, то только в состоянии покоя разделяющая их поверхность будет плоскостью. Если же хотя бы одна из них движется, разделяющая поверхность принимает волнообразный характер. В случае взаимодействия потока воздуха (ветер) с поверхностью озера ниже поверхности раздела возникает колебательное движение частиц воды вверх и вниз по некоторой замкнутой траектории. Это колебательное движение обусловливается тем, что каждая частица воды, поднятая выше среднего уровня, стремится под влиянием силы тяжести опуститься вниз и благодаря инерции опускается ниже этого уровня и т.д. К указанному чисто колебательному движению присоединяется сравнительно небольшое поступательное движение воды, гонимой ветром. Так образуется волнообразное движение воды, увеличивающееся по мере усиления ветра.

        Ветровая волна характеризуется следующими элементами: высшей точкой (1), называемой вершиной или гребнем волны, и низшей (2)- подошвой.  Расстояние между двумя последовательными гребнями или подошвами двух волн называется длиной волны, расстояние по вертикали между гребнем и подошвой- высотой волны. Отношение высоты волны к ее длине характеризует крутизну волны. Промежуток времени, в течение которого волна проходит путь, равный ее длине, носит название периода волны. Расстояние, проходимое какой- нибудь точкой волны в единицу времени, называется скоростью волны.

Рис. 1. Схема ветровой волны.

Сейши - колебательные движения всей массы воды в озере - образуются в результате резкого изменения давления в различных частях озера, а так же при резких скачках силы и направления ветра над озером, например при прохождении циклона. Поверхность воды озера при сейшах приобретает уклон то в одну, то в другую сторону. Неподвижная ось, около которой колеблется водная поверхность озера, называется узлом.

Сейши могут быть одноузловые (а), двухузловые (б) и т.д. Наиболее распространены одноузловые сейши. Изучать сейши необходимо для правильного установления среднего уровня воды в озере.

Рис. 2. Одноузловые (а) и двухузловые (б) сейши.

6. Замерзание озер.

        Основной источник поступления тепла в озеро- прямая солнечная радиация. Кроме этого, на нагревание озерной воды влияют: теплота слоев воздуха, лежащих над поверхностью воды; теплоотдача берегов озера и озерной котловины; теплота, освобождающая при образовании льда и конденсации водяных паров на поверхности озера; более высокая температура воды впадающих в озеро рек и подземного притока.

        Потеря тепла происходит при излучении его в атмосферу. В значительно меньшей степени на охлаждение озера влияет потеря тепла при испарении  воды и таяния льда, при впадении в озеро холодных притоков и т.д.

        Соотношение количества тепла, получаемого и отдаваемого озером, называется тепловым балансом. Для анализа термического режима озера необходимо учитывать следующие термические свойства воды: чрезвычайно малую теплопроводность (передача тепла по глубине под влиянием одной лишь физической теплопроводности происходит очень медленно); большую теплоемкость (поэтому водоемы представляют мощные аккумуляторы тепловой энергии, сохраняющие ее значительно дольше, чем почва); увеличение плотности воды при понижении температуры до 4оС (наибольшая плотность пресной воды при температуре 4оС). Дальнейшее понижение температуры (ниже 4оС) снижает плотность до точки замерзания,  а с переходом воды в лед плотность резко падает.

        Перераспределение температуры по глубине озера происходит главным образом благодаря конвекции, течениям и волнениям.

        Конвекцией называется вертикальное перемещение частиц из-за их различной плотности. Конвекция - основная причина неравномерного распределения температуры воды по глубине. В этом отношении выделяют два основных случая.

        Если температура всей массы озера от поверхности до дна выше 4оС, у поверхности располагаются теплые слои воды, а ниже все более и более холодные, имеющие большую плотность, то есть с глубиной температура воды постепенно понижается. Такое послойное распределение температуры воды по глубине называется прямой стратификацией (рис. А).

Если температура всей массы озера находится в пределах 0…4оС, у поверхности находятся слои с более низкой температурой, а ниже в соответствии с изменением плотности располагаются слои с постепенно увеличивающейся температурой, все более приближающейся к  4оС. Такое явление называется обратной термической стратификацией (рис. Б).

Прямая стратификация наблюдается в теплое время года и усиливается при нагревании воды. При охлаждении поверхности озера

верхние слои становятся более тяжелыми и опускаются вниз, происходит перемешивание слоев, стратификация нарушается. При длительном охлаждении вся вода озера принимает однородную температуру наибольшей плотности. Дальнейшее охлаждение уже не вызывает опускания верхних слоев, и стратификация переходит в обратную. Такой переход совершается обычно осенью перед замерзанием озера. Прямая стратификация устойчива при нагревании воды озера, обратная - при охлаждении.

        Процесс замерзания озер происходит следующим образом. При похолодании, когда температура на поверхности озера падает ниже 4оС, в озере устанавливается обратная стратификация. Дальнейшее понижение температуры воздуха вызывает охлаждение поверхностного слоя воды до 0оС. Этот слой остается на поверхности, переохлаждается и превращается в лед. Если озеро спокойно, в первую же ясную холодную ночь поверхностный слой воды превращается в тонкую сплошную ледяную пленку. В дальнейшем эта пленка постепенно утолщается, превращаясь в ровный, гладкий покров из прозрачного кристаллического льда.

        При сильном ветре образование льда на самой поверхности из-за волнения становится невозможным, но переохлаждение воды распространяется на некоторую глубину и способствует образованию внутриводного льда. В этом случаи замерзание озера происходит аналогично замерзанию реки.

        Замерзание озера начинается только тогда, когда температура поверхностного слоя понизится до 0оС, то есть при охлаждении нижних слоев до 4оС. Поэтому всегда проходит какое-то время от даты перехода температуры воздуха через 0оС до даты замерзания озера.

         7. Биологические особенности водоемов.

        Все водные объекты земного шара, за исключением горячих источников с температурой воды, близкой к температуре кипения, и вулканических озер, богатых свободной H2SO4 , населены водными организмами, или гидробионтами. Они в процессе своей жизнедеятельности влияют на качество воды и на некоторые элементы режима водных объектов.

        По месту обитания среди гидробионтов выделяется несколько основных групп. Планктоны (plankton- парящий)- обитатели водной толщи, не способные преодолевать движение воды и перемещаться на значительные расстояния по горизонтали. Планктон в свою очередь подразделяют на несколько групп:

А) фитопланктон (растительный планктон): различные водоросли;

Б) зоопланктон (животный планктон): простейшие, ракообразные,

     коловратки;

3)  бактериопланктон: бактерии.

        Размеры планктона большей частью микроскопически малы, они парят в воде во взвешенном состоянии, чему способствует форма их тел - дискообразная, нитевидная, сферическая и т.д., а также наличие вакуолей - включений с меньшим удельным весом - жиров, газов и т.п. Многие представители зоопланктона могут мигрировать (перемещаться по вертикали на значительные глубины).

        К нектону (nektos - плавающий) относятся водные животные, также обитающие в толще воды, но в отличие от планктона, приспособленные к активному плаванию, преодолевающие движение воды и перемещающиеся на значительные расстояния (рыбы).

        Бентос (bentos - глубина) обитатель дна, подразделяющиеся на фитобентос и зообентос: высшие водные растения, черви, моллюски, грибы, бактерии. Одни из них существуют на поверхности дна, другие зарываются в грунт. Некоторые представители зообентоса могут подниматься в водную толщу и даже активно плавать (нектобентос).  

        В водоемах также существует нейстон - обитатели поверхностной пленки и перифитон или обрастания - гидробионты, покрывающие погруженные предметы- камни, растения, сваи, днища судов и т.п.

        Биологическая классификация водоемов (по условиям питания гидробионтов).

        1. Олиготрофные.

        В воде олиготрофных озер содержится мало биогенных элементов, жизнь развита слабо. Вода их прозрачная, кислорода в ней достаточно. Круговорот веществ наиболее полный по сравнению с другими группами озер. В донных отложениях преобладают минеральные частицы, органических мало. Это большей частью озера, расположенные среди кристаллических горных пород, часто горные (Байкал, Иссык-Куль, многие озера Балтийского кристаллического щита и горных систем Кавказа, Алтая, Средней Азии).

        2. Евтрофные.

        Они отличаются большим содержанием биогенных элементов и органического вещества, сильным развитием фитопланктона. Круговорот веществ не полный, значительная часть органических остатков отлагается на дне, образуя мощные толщи илов, богатых органическим веществом. К евтрофным относится преимущественно небольшие, хорошо прогреваемые летом озера лесной и лесостепной зон, а из крупных водоемов Чудско- Псковское, Ильмень.

4. Дистрофные.

К ним относятся преимущественно озера с заболоченными водосборами.

В их воде много органических веществ, но главным образом в форме губительных для гидробионтов гуминовых кислот. В таких озерах активная реакция среды сдвинута в кислотную сторону, кислорода мало даже летом: рыбы в них нет, гидробионты представлены преимущественно мхами, отмершие остатки которых скапливаются на дне. С течением времени дистрофные озера обычно заторфовываются и превращаются в болота.

        При естественном ходе трансформации озер во времени обычно происходит переход олиготрофных озер в евтрофные, затем в дистрофные и, наконец, в болота.

ВОДОХРАНИЛИЩА

1. Назначение и классификация водохранилищ.

Питание рек, а, следовательно, и уровень воды в них меняются по сезонам. Например, на реках западной часто России самый высокий уровень воды наблюдается в сравнительно короткий период весеннего половодья. В остальное время, когда потребности людей и промышленности в воде также велики, уровень воды значительно ниже. Поэтому для обеспечения хозяйства водой приходится регулировать речной сток, возводя в долинах рек плотины и создавая водохранилища - искусственные водоемы.

Водохранилище - искусственно созданный водоем для хранения воды и регулирования стока. Наибольшее распространение получили водохранилища, создаваемые в долинах естественных водотоков постройкой водоподпорных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.). На установке выше водоподпорного сооружения (плотины) повышаются уровни и аккумулируются большие объемы воды, которые используются для хозяйственных целей. Длина водохранилища равна дальности распространения подпора от плотины.

Водохранилища классифицируют по ряду признаков. Выделяют пять основных типов водохранилищ: равнинные, предгорные, горные, озерные, наливные (Водохранилища мира, 1979).

Равнинные водохранилища характеризуются следующими признаками: относительно большой площадью поверхности воды, небольшой максимальной (15…25 м) и средней (обычно 5…9 м) глубинами, небольшой сработкой (в пределах 2…7 м), интенсивными процессами переработки берегов, сложенных большей частью рыхлыми размываемыми породами. Эти водохранилища,  как правило, имеют большую емкость и используются комплексно.

В результате подъема уровня воды, вызванного сооружением плотины на равнинных реках, для которых характерны небольшие уклоны, затапливаются обширные площади, в том числе ценные для сельскохозяйственного производства пойменные земли, луга, пастбища, а также леса, возникает необходимость переноса населенных пунктов и важных объектов. Вследствие повышения уровня грунтовых вод происходит подтопление значительной части примыкающей к водохранилищу территории. Кроме того, при сооружении водохранилищ на равнинных реках образуются мелководные участки, которые, не представляя интереса с точки зрения регулирования стока ввиду их малого объема,  существенно увеличивают потери воды на испарение, а также подвержены зарастанию, заболачиванию, заилению, отрицательно влияют на качество воды в водохранилище. Поэтому нормативные уровни и объем равнинных водохранилищ лимитируются различными условиями и назначаются на основе технико-экономического анализа. К этому типу водохранилищ можно отнести Куйбышевское, Рыбинское, Цимлянское, Каховское и др.

Водохранилища предгорных и плоскогорных областей характеризуются большими глубинами (до 70…100м. и более), значительной сработкой (до 10…20м), сравнительно небольшой интенсивностью переработки берегов, незначительным затоплением и подтоплением территории.

Для горных водохранилищ характерны большие глубины (нередко более 100м) и сработка (до 100м и более). Затопляемая площадь, подтопление, переработка берегов, фильтрация из водохранилища незначительны. Поперечный профиль длины горных рек обычно совпадает с руслом, он может иметь вид узкого каньона; склоны берегов крутые, нередко ступенчатые, русло слабо извилистое, без поймы; при сработке водохранилища площадь поверхности воды изменяется плавно.

В этих условиях для создания большой емкости необходимо возведение высокой плотины. Горные реки имеют большие уклоны и скорости течения воды, транспортирует крупные фракции наносов, что приводит к заилению водохранилищ. К этому типу относятся большинство водохранилищ Восточной Сибири и Дальнего Востока, некоторые водохранилища Урала, Кавказа, и Средней Азии.

Озерные водохранилища создают путем сооружения плотины на реке, вытекающей из озера, и подпор, вызванный плотиной, распространяется на озеро. Преимущество этих водохранилищ заключается в том, что при незначительном подпоре и небольшой площади затопления земель в них можно аккумулировать большие объемы воды.

К водохранилищам озерного типа относятся Иркутское, Бухтарминское, Верхнее-Свирское и др.

Наливные водохранилища чаще всего сооружают путем использования естественных котловин и обвалования пониженных участков территории в близи реки. Применяют их главным образом при орошении земель или строительстве гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В качестве примеров такого типа водохранилищ можно назвать Большое на Большом Ставропольском канале, Ката - Курганское в близи реки Зеравшана и др.

Водохранилища классифицируют также по площади водной поверхности и объему.

Таблица 1.

Классификация водохранилищ по размерам

Искусственный водоем небольших размеров и площадью водной поверхности менее 1 км2 называют прудом.

Маленькие водохранилища – пруды - люди создают в оврагах или в специально вырытых углублениях. Воду из них берут для полива садов и огородов, для ухода за скотом и для других хозяйственных нужд. Иногда в прудах разводят рыбу и водоплавающую птицу. Пруды сооружают в парках в зонах отдыха.

Водохранилища нужны людям. Но в каждом случае, прежде чем приступать к их строительству, обязательно следует выяснить, какие изменения могут произойти в окружающей природе.

Существуют и другие классификации водохранилищ: по глубинам, конфигурации, термическому режиму и т.д.

2. Переформирование берегов водохранилища.

Процессы размыва и обрушения берегов (абразия) и отложения части обрушившегося материала и приносимых наносов (аккумуляция) в береговой части водохранилищ называют переформированием берегов. При проектировании водохранилищ необходимо учитывать размеры переформирования берегов, объемы заиления продуктами размыва, последствия этих процессов для эксплуатации водохранилищ и хозяйственного освоения прибрежной территории.

Переформирование берегов водохранилища - процесс достаточно длительный и сложный. На его интенсивность влияет ветровое волнение, колебание уровня воды при сработке и наполнении водохранилища, состав грунтов и гидрологические условия прибрежной зоны, скорости вдольбереговых течений, режим движения влекомых наносов и др. наиболее интенсивно процесс переработки берегов протекает в первые годы эксплуатации водохранилища. С течением времени наступает динамическое равновесие и формируется устойчивый профиль береговой отмели, достаточно пологий  широкий, защищающий берег от дальнейшего размыва.

3. Водохранилища и окружающая природная среда.

Народнохозяйственное значение водохранилищ огромно, и оно, безусловно, будет возрастать. Вместе с тем создание водохранилищ- это пример глубокого вмешательства человека в природные процессы на обширных территориях. Суммарные объемы воды и площади водной поверхности водохранилищ по своим величинам сопоставимы с запасами воды в руслах рек и поверхностью морей. Последствия, вызванные созданием водохранилищ, сказываются на природе и хозяйстве прилегающих и отдаленных территорий.

Затопление и подтопление земель. При заполнении водохранилищ происходит затопление значительных площадей. В среднем 85…95% водной поверхности водохранилищ приходится на затопление земли. Значительный удельный вес среди этих земель составляют сельскохозяйственные угодья и леса. В связи с подъемом грунтовых вод после заполнения водохранилища образуется зона подтопления. Ширина зоны подтопления может быть весьма значительной и измеряться многими километрами. К отрицательным последствиям подтопления относятся: заболачивание земель в зоне избыточного увлажнения и засоление почвы в лесостепной и степной зонах, подтопление домов и сооружений, ухудшение санитарного состояния местности и т.д.

Переформирование берегов и дна. Частые колебания уровня воды в водохранилище в период его эксплуатации, ветровое волнение, которое на крупных водохранилищах значительное (волны на водохранилищах достигают 4м ), и береговые течения вызывают размывы и обрушение берегов. Процессы абразии необычно активны и протекают длительное время, исчисляемое десятилетиями. Они приводят к отступлению берегов на десятки и сотни метров (например, на Братском водохранилище до 750м), изменению глубин, образованию подводных отмелей, заилению и изменению объема и площади водохранилища.

Переселение населения и перенос объектов народного хозяйства из зон воздействия водохранилища. Создание водохранилищ, особенно крупных, приводит к необходимости переселения большого числа людей и переносу объектов народного хозяйства.

В зону затопления, подтопления и переформирования берегов водохранилищ нередко попадают объекты народного хозяйства: заводы, фабрики и автомобильные дороги, линии электропередач и т.д. Переселение населения, перенос и строительство населенных пунктов и хозяйственных объектов на новом месте сопряжено с большими затратами материальных средств.

Дополнительные потери воды. За счет разности между испарениями с водной поверхности водохранилища и с той же территории до затопления, включающей поверхность суши и реки в естественных условиях, появляются дополнительные потери воды, которые в отдельных районах играют немалую роль в общем объеме безвозвратного водопотребления.

Наряду с потерями на испарение воды из водохранилищ теряется на фильтрацию через дно и берега. Эти потери также значительны и в зависимости от гидрогеологических условий колеблются от 12 до 36% среднего объема воды в водохранилище за год.

Влияние водохранилищ на рыбное хозяйство. Перераспределение водохранилищами речного стока во времени и по территории нарушает сложившиеся условия существования и размножение рыб. Изменяются гидрологический, термический, гидрохимический и гидробиологический режимы, а следовательно, условия передвижения, размножения и питания рыб.

Плотины гидроузлов преграждают путь рыбе к местам нереста. Вследствие уменьшения длительности и высоты половодья происходит сокращение нерестовых площадей, что неблагоприятно сказывается на условиях нереста и откорма молоди, ее роста.

Влияние на климат. Многочисленные исследования и наблюдения показывают, что водохранилища не являются источником коренного преобразования климатических условий. В тоже время они вносят заметные изменения в местный метеорологический режим.

Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные территории, а во второй половине теплого периода (до ледостава), отдавая накопленное тепло, оказывают отепляющее воздействие. Под влиянием водохранилища в прибрежной полосе, как правило, уменьшается континентальность климата: ход температур становится более плавным, суточная амплитуда температур воздуха увеличивается, весенние заморозки прекращаются в более ранние сроки, а осенние - наступают позже и т.д.

В районе крупных водохранилищ несколько увеличиваются количество осадков, скорость и повторяемость ветров.

Влияние водохранилищ на растительность и животный мир. Создание водохранилищ вызывают существенные изменения почв, растительности и животного мира. Постоянное и глубоководное (более 2м) затопление территории при создании водохранилищ приводит к полной гибели существовавшей наземной растительности. В зоне мелководного постоянного затопления также почти полностью отмирает древесно-кустарниковая и изменяется травянистая растительность. Вдоль берегов водохранилищ в зоне умеренного климата при глубинах менее 2…2,5м. формируется пояс из тростника и камыша.

В зоне сильного подтопления (глубина залегания грунтовых вод менее 1м) большинство деревьев или гибнет, или же сильно угнетено. В зонах умеренного и слабого подтопления (hГВ>1м) водное и минеральное питание растений, как правило, улучшается и прирост древесины увеличивается иногда на 50…70%.

Создание водохранилищ наносит ущерб животному миру. Во время заполнения водохранилищ, продолжающегося иногда в течение нескольких лет, весьма заметно падает численность многих видов животных из-за гибели молодняка в результате непрерывно меняющихся условий увлажнения. Затопляются гнезда и гибнут отложенные яйца у многих видов птиц, уничтожаются места обитания животных при лесоочистке ложа водохранилища. Переформирование берегов, а также колебания уровня воды в процессе эксплуатации водохранилищ весьма неприятны для животных и вызывают их массовую миграцию.

Качество воды в водохранилищах. Обеспечение чистоты воды в водохранилищах - одна из важнейших проблем их создания и эксплуатации. При разработке проектов создания водохранилищ и правил их эксплуатации необходимо учитывать интересы потребителей в отношении обеспечения необходимого качества воды. Наиболее строгие требования к качеству воды водохранилищ предъявляет коммунальное водоснабжение, а также рыбное хозяйство. Для сельскохозяйственных потребителей важна степень минерализации воды.

Водохранилища выступают в роли гигантских отстойников. Вследствие значительного уменьшения скорости течения воды в водохранилище происходит выпадение взвешенных наносов, в десятки раз уменьшается мутность воды, повышается прозрачность, снижается ее бактериальное загрязнение.

Однако необходимо учитывать и целый ряд отрицательных последствий влияния водохранилищ на качество воды. Отметим лишь некоторые из них.

В начальный период после заполнения водохранилища, особенно в первые 2…3 года, на качестве воды отрицательно складываются последствия затопления почвенного покрова, кустарника, леса, населенных пунктов. В этот период в водохранилище интенсивно развиваются биогенные процессы (гниение и т.д.), появляется сероводород, увеличивается количество бактерий, изменяется вкус воды, ее цвет и т.д. продолжительность этого периода зависит от размеров водохранилища, его географического положения, характера затопления территории, степени и качества ее очистки и санитарной обработки перед заполнением водохранилища.

В последующем на качество воды в водохранилище основное влияние оказывают гидробиологические процессы и антропогенные факторы (т.е. влияние человеческой деятельности).

Замедление скорости течения воды, резкое снижение турбулентного перемешивания воды приводит к образованию застойных зон, к дефициту кислорода, ослаблению самоочищающейся способности водохранилища,  накоплению биогенных элементов (сероводорода, метана, аммиака и т.д.). Избыток биогенных элементов в условиях повышенных температур и при значительном дефиците кислорода создает благоприятные условия для чрезмерного развития отдельных представителей фитопланктона, что приводит к «цветению» воды. На водохранилищах наибольшее распространение получили так называемые сине-зеленые водоросли. При цветении уменьшается количество кислорода, ухудшается химико-биологический режим воды, выделяются токсические элементы, что не позволяет использовать водную растительность для сельскохозяйственного производства.

При проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилищ должны быть проанализированы все возможные последствия их влияния на окружающую природную среду и найдены оптимальные решения, обеспечивающие наибольший экономический эффект при минимуме нарушений в природе и восполнении причиняемого ущерба.

БОЛОТА

1. Болота, их образование и классификация.

Болотами называются избыточно увлажненные участки земной поверхности, занятые влаголюбивой, приспособленной к недостатку кислорода в почве растительность. На этих участках идет процесс торфонакопления; толщина торфа такова, что корни основной массы растений не достигают подстилающего минерального грунта. Участки, на которых толщина торфа мала и корни растений располагаются в минеральном грунте, относятся к заболоченным землям.

Болота образуются при заболачивании суходольных участков или зарастании естественных водоемов.

Образование болот на суходолах происходит в областях с замедленным стоком, малой речной сетью, преобладанием притока воды над оттоком. Заболачиванию способствует неглубоко залегающий слой водонепроницаемого грунта (обычно глины), что вызывает постоянное избыточное содержание влаги в верхних горизонтах.

При таких условиях в хвойном лесу появляются зеленые мхи, затем сфагнум, прекращающий доступ кислорода к корням деревьев и ведущий к постепенному отмиранию деревьев и переходу леса в болото.

Заболачивание лугов происходит под влиянием плотнокустовых злаков. Дернина затрудняет проникновение кислорода в почву, задерживает осадки между кочками; происходит накопление органического вещества (торфа), луговая растительность гибнет; образуется осоковое болото. Затем под влиянием недостатка зольной пищи осоки уступают место мхам.

В районах вечной мерзлоты заболачиванию способствует толща вечномерзлотного грунта, задерживающего всю воду у поверхности земли.

Образование болот возможно у подножия склона речной долины, если этот склон непрерывно увлажняется выходящими на поверхность грунтовыми водами.

Болота образуются при зарастании водоемов: озер, речных стариц, заводей. В результате отложения ила на дне озера, так называемого сапропеля, и выноса в озеро минеральных и органических веществ, смытых с водосборной площади, происходит постепенное обмеление озера. С берегов оно начинает зарастать водяной растительностью, которая, отмирая и падая на дно, способствует дальнейшему обмелению озера. С течением времени водяная растительность покрывает все озеро и образуется болото с характерной водолюбивой растительностью. Отмирающая растительность, насыщенная водой, вследствие недостатка в воде кислорода полностью не разлагается и превращается в торф.

В зависимости от стадии развития различают следующие типы болот: низинные, переходные и верховые.

Низинные болота относительно богаты минеральными веществами, что способствует развитию травяной растительности: осок, тростника, зеленых мхов. Мощность торфа в таких болотах небольшая.

Переходные болота по мере увеличения мощности торфа и уменьшения в нем минеральных веществ осоковая растительность заменяется кустарниковой и древесной.

Верховые болота дальнейший процесс накопления органических веществ и уменьшения минеральных солей приводит к распространению мха и сфагнума. Сфагнум быстрее растет в центре болота, поэтому поверхность болот принимает выпуклую форму. Центр болота бывает на пять метров и более выше, чем с края.

2. Гидрологические особенности болот.

Болота имеют ряд гидрологических особенностей по сравнению с озером, рекой и сушей. В торфяных болотах содержится от 89 до 94% воды и всего 11…6% сухого вещества, которая и удерживает в болоте такое огромное количество воды. Связанность воды в болоте сухим веществом торфа исключает возможность ее использования для дополнительного питания рек. Осушение болот снижает содержание воды в торфе незначительно, до 85%. Дальнейшее снижение влаги в торфяных болотах происходит только под влиянием испарения. Таким образом, болота являются аккумуляторами влаги.

Гидрологический режим болот обусловливается такими факторами, как источники питания, структура и свойства торфа, движение воды в торфяных грунтах, колебания уровня грунтовых вод, испарение, сток с болот.

Источники питания болот. Условия питания болот различных типов не одинаковы и зависят от высотного положения болот. Низинные и переходные болота питаются главным образом грунтовыми водами и поверхностными водотоками в период их разлива, верховые болота - в основном атмосферными осадками.

Структура и водные свойства торфа. Органическая часть торфяной массы представляет сочетание частиц различных размеров: от видимых невооруженных глазом до коллоидных частиц. С повышением степени разложения торфа увеличивается количество мелких фракций и их удельная поверхность. Поэтому по мере увеличения степени разложения торфа увеличивается степень связанности воды с твердой фазой.

Содержащаяся в торфяном болоте вода делится на свободную, отделяющуюся от торфа под действием силы тяжести, и связанную с торфяной массой, не отделяющуюся под действием силы тяжести.

Наибольшее количество воды, которая удерживается грунтом в порах при наличии свободного стока, называется полной влагоемкостью. Полная влагоемкость торфа в несколько раз больше, чем минеральных грунтов; в сфагновых торфах она достигает 92…94%, в низинных травяных торфах- 89…91%.

Слои торфа, расположенные выше уровня грунтовых вод, увлажненные до полной влагоемкости за вычетом потерь на испарение, которые увеличиваются по мере приближения к поверхности.

К водным свойствам торфа относятся его водопроницаемость, характеризующаяся коэффициентом фильтрации. Коэффициент фильтрации торфа зависит от типа болота и степени разложения торфа. Наибольший коэффициент фильтрации имеют самые верхние, наименее уплотненные слои торфа. С глубиной по мере увеличения степени разложения торфа водопроницаемость его падает. Коэффициент фильтрации нижних, сильно разложившихся и уплотненных слоев торфа близок к нулю.

Движение воды в торфяном грунте. Фильтрация воды в торфяной залежи происходит в основном в верхнем слабоуплотненном слое. Этот слой - от поверхности болота до среднего положения низших уровней грунтовых вод на болоте - называется деятельным, или активным, слоем болота; ниже расположен инертный слой.

Деятельный слой болота характеризуется изменением грунтовых вод, высоким коэффициентом фильтрации и переменной влажностью. Для верховых болот его толщина в среднем равна 0,3 м, для низинных- 1,5 м.

Инертный слой отличается постоянным содержанием воды и ничтожно малой водопроницаемостью торфа; практически вся влага в инертном слое находится в связанном состоянии. Поэтому из торфяной залежи в реку может поступать только свободная вода, аккумулированная в деятельном слое.

Колебание уровня грунтовых вод. На его положения влияют рельеф бота, характер растительности, климат, осушительные каналы. Уровень грунтовых вод на болоте не образует горизонтальной поверхности, а следует изменение рельефа. Сеть осушительных каналов понижает этот уровень.

Под влиянием климата на болоте происходят сезонные колебания уровня грунтовых вод. Весеннее половодье поднимает его (весенний максимум). Минимальный уровень поднимается летом (летний минимум) при повышении температуры воздуха и увеличении испарения. Понижение температуры воздуха осенью при наличии атмосферных осадков вызывает подъем уровня грунтовых вод (осенний максимум).

Медленный сток воды с болот в зимнее время при отсутствии поверхностного питания приводит к постепенному снижению грунтовых вод в течение зимы (зимний минимум).

Испарение с болот. В зависимости от положения грунтовых вод выделяется три стадии в процессе испарения. Первая стадия относится к условиям полного насыщения болотного грунта водой. Уровень грунтовых вод находится на поверхности торфа или ниже, но в пределах зоны капиллярного поднятия в наиболее крупных порах. В этом случаи испарение целиком определяется метеорологическими факторами. При дальнейшем понижении этого уровня, когда уже не все, а только более мелкие поры смогут подавать воду к поверхности, наступает вторая стадия испарения.

Наконец, при понижении уровня грунтовых вод ниже зоны капиллярного поднятия наступает третья стадия испарения, когда капиллярный поток к поверхности отсутствует, и почва начинает просыхать на некоторую глубину.

Колебание месячного испарения из года в год также соответствует изменению уровня грунтовых вод. В те месяцы, когда наблюдаются резкие колебания уровня грунтовых вод, испарение также сильно изменяется и, наоборот, при незначительных колебаниях уровня грунтовых вод испарение из года в год меняется мало. Испарение с верховых болот в июле и августе ниже, грунтовых вод в эти месяцы, ухудшением водоснабжения сфагнового мха и уменьшением транспирации.

В зонах лесостепи и степи влаголюбивая растительность низинных болот может испарять больше чем соседние не заболоченные территории.

3. Антропогенные факторы и процессы заболачивания.

На заболачивание земель существенное влияние могут оказывать различные формы хозяйственной деятельности человека, вызывающие изменения водного режима рек и увлажненности различных территорий суши. Например, строительство плотин на реках и создание подпоров уровней воды и искусственных водохранилищ вызывает подъемы грунтовых вод на прилегающих территориях, следствием чего является ухудшение естественного дренажа земель и отвода избытка влаги из почв. Крупные сплошные вырубки лесов при ровном рельефе местности, снижающие транспирацию влаги и ухудшающие инфильтрационную способность почво-грунтов, также могут стать причиной начавшегося заболачивания на поверхности почв. Аналогичное действие оказывают лесные пожары, выгорание растительности на обширных площадях, о чем свидетельствуют нередко обнаруживаемые слои обуглившегося древесного материала на контакте торфяных залежей с подстилающим их минеральных грунтом. Конечно, лесные пожары могут быть вызваны не только человеческой деятельностью, но и грозовыми электрическими разрядами. Прокладка дорожных насыпей и строительство различных коммуникаций, нарушая поверхностный и почвенный сток по склону местности (если не устроены специальные водосборные канавы и водоспуски), вызывают подпоры почвенных и грунтовых вод и подтопление местности, что также может являться причиной заболачивания. Переброска воды каналами, устроенными в насыпях и не имеющих водопроницаемой облицовки стенок и дна каналов, часто вызывает за счет фильтрации из них подъема грунтовых вод на прилегающей местности и, как следствие, заболачивание ее. Однако масштабы антропогенного заболачивания территорий в современных условиях невелики по сравнению с природным процессом образования болот. Кроме того, оно легко устраняется при правильном землепользовании путем несложных мелиоративных мероприятий и рациональных инженерных решений.

В последние десятилетия в густо населенных районах нашей страны площадь болот стала уменьшаться благодаря осушительным мелиорациям земель и использованию их под сельскохозяйственные угодья.

4. Размещение болот.

Болота сосредоточены в основном в Северном полушарии. В бассейнах некоторых крупных рек нашей страны заболоченность достигает 25% (Онега, Обь) и 30% (Припять). В бассейнах южных рек Дона, Днепра, Южного Буга болота занимают не более 2-3% площади. Заболачиванию способствует превышение атмосферных осадков над испарением при замедленном стоке, равнинный рельеф, слабое развитие речной сети, близость к поверхности земли водоупорных слоев грунта. В тундре, при малом испарении и равнинном рельефе, заболоченность достигает 50% и более, но накопление торфа из-за низких значений температуры и короткого вегетационного периода идет медленно и мощность его мала. Наиболее благоприятные условия для образования болот (избыточное увлажнение поверхности земли, теплый вегетационный период) в лесной зоне, благодаря чему здесь наибольшая плотность болот и 80% запасов торфа, мощность которого 4-6 м, а местами 10м. и более. Наиболее заболочены Карелия и Кольский полуостров, где болота занимают в среднем около 30% площади, а местами до 70%, северная часть ЕТС со средней заболоченностью около 20% и максимальной до 50%. На Западно-Сибирской равнине заболочено 70% территории. К востоку от Енисея заболоченность резко убывает в связи с суровыми климатическими условиями, многолетней мерзлотой и пресеченным рельефом. На Дальнем Востоке заболоченность вновь увеличивается. В лесостепной зоне заболоченность резко уменьшается, до 3-5%. В степной зоне болота - редкость.

Значение болот. Торф используют как удобрение, топливо, подстилку скоту. В химической промышленности для получения аммиака, дегтя, смолы, бензина, керосина; в строительстве - плиты, изолирующий материал.

ЛЕДНИКИ

Ледником или глетчером (от английского glacier), называется естественное скопление фирна и льда, обладающее постоянным собственным движением, расположенное главным образом на суше и образованное путем накопления и преобразования твердых атмосферных осадков.

Ледники занимают свыше 16 млн. км2, или более 10% всей суши. Их объем равен около 24 млн. км2, что составляет 95% всех запасов пресных вод на поверхности Земли. Большая часть ледников сосредоточена в Гренландии и Антарктиде.

1. Понятие о снеговой линии.

Если взять участок поверхности земли на равнине и рассмотреть процессы, происходящие в цикле зима - лето, то нетрудно заметить, что осадки, выпавшие на подстилающую поверхность зимой в твердом виде, стаивают полностью к началу лета. С поднятием в горы количество осадков, выпадающих в твердом виде, будет больше, температура воздуха ниже и потребуется больше солнечной энергии и времени, чтобы этот снег растаял. Чем выше местность над уровнем моря, тем больше проявляется такая закономерность. И наверняка на земной поверхности мы можем найти высоту над уровнем моря с таким сочетанием климатических и других факторов, где количество выпавших за зиму твердых осадков будет равно количеству их, израсходованных на таяние и испарение за теплый период года. Это линия нулевого баланса, или снеговая линия - линия, выше которой не происходит таяние льдов.

2. Образование ледников.

Там, где выпавшие за зиму осадки превышают объем весенне-летнего снеготаяния, происходит накопление снега. Снежный покров постепенно утолщается, его нижние слои подвергаются все более сильному давлению, в них повторно просачивается, а затем замерзает талая вода. В итоге снег превращается сначала в фирн.

Фирн в переводе с немецкого - «прошлогодний снег». Фирн- это плотный зернистый снег, но еще не лед. Далее фирн превращается в одну глыбу. Ледники могут существовать только в условиях достаточно сильных снегопадов и низких температур.

3. Типы ледников.

1) В зависимости от зоны оледенения:

а) ледники арктической зоны (питаются за счет влаги, приносимой с Атлантического океана; ледники Чукотки и о.Врангеля получают питание с Тихого океана);

б) субарктической зоны (влагой циклонов Тихого океана);

в) умеренной зоны (влагой Атлантики).

2) По форме в зависимости от особенностей рельефа:

а) Материковые (Антарктида и Гренландия)

б) Горные:

-долинные ледники горных склонов (Альпы, Кавказ);

-ледники горных вершин (Тянь-Шань)

3) По скорости движения, мощности льда и величине вещественного      баланса:

а) активные;

б) пассивные;

в) мертвые.

4. Питание ледника.

Каждый ледник состоит из 2 частей: области питания (фирновой области) и области расходования (языка). Фирновая область обычно находится высоко в горах, а язык - в среднем поясе и в предгорьях.

Основным источником питания ледников являются твердые атмосферные осадки, выпадающие в фирновой области, однако существуют и некоторые другие, второстепенные источники питания. К ним относятся:

1. Нарастающие осадки - иней, изморозь;
2. Наложенный лед - талые воды сезонного снега, попадая внутрь ледника и соприкасаясь с холодным льдом, вновь замерзают и образуют наложенный лед;
3. Лавина (снежные обвалы) с горных вершин и склонов, обрамляющих фирновый бассейн.

Схема «жизни» ледника весьма проста. Накапливаемый в области положительного баланса снег преобразуется в лед, который благодаря своей пластичности движется в зону с отрицательным балансом и теряет свою массу. При этом следует учитывать, что убыль массы ледника происходит во всех его частях, но выше фирновой линии эта убыль меньше процессов накопления, а ниже фирновой линии убыль преобладает над накоплением.

5. Значение ледников.

95% всех запасов пресных вод на земной поверхности сосредоточенно в ледниках.

Ледники являются источниками питания многих горных рек (Амударья, Сырдарья, Инд, Ганг, Хуанхэ и др.).

Ледники- регуляторы стока. В годы, когда в горах выпадаем много осадков, сток с ледников уменьшается, т.к. масса свежевыпавшего снега обладает высокой отражающей способностью и таяние соответственно замедляется. Напротив, в малоснежные годы, когда потребность в водоснабжении на окружающих равнинах возрастает, сток с ледников увеличивается, т.е. ледники реагируют на климатические изменения в направлении, благоприятном для хозяйственной деятельности человека.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

1. Образование подземных вод.

Вода, находящаяся в земной коре, называется подземной водой. Основной источник пополнения подземных вод - атмосферные осадки. Вода просачивается сквозь горные породы сразу после дождя, или при таянии снега, либо поступает постепенно через реки и озера.

Просачивание воды с поверхности суши происходит только при условии, что горные породы, составляющие эту поверхность, способны пропускать воду. Для этого в них должны быть поры, трещины, пустоты. Поры- промежутки между частицами горной породы. Чем крупнее частицы, тем шире поры и тем легче через породу проходит вода. Хорошо пропускает воду такая рыхлая порода, как песок, особенно крупнозернистый. Почти не пропускает воду глина, и совсем не пропускает ее гранит, если в ней нет трещин.

Горные породы, пропускающие воду, называют водопроницаемыми, не пропускающие ее - водоупорными.

В легкорастворимых породах (например, солях, гипсе, известняках) вода вымывает пустоты - пещеры. В крупных пещерах иногда образуются подземные озера и реки.

Подземные воды пополняются также за счет пара, поднимающегося из глубинных слоев Земли (в глубине Земли высокая температура); часть такого пара поступает на земную поверхность при извержении вулканов. На больших глубинах вода, как правило, сильно засолена.

2. Классификация подземных вод.

Подземные воды классифицируют по происхождению, физическому состоянию, а также по характеру вмещающих их грунтов, гидравлическим условиям, температуре, минерализации и химическому составу, характеру залегания.

По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяются на поровые, залегающие в рыхлых пористых грунтах; пластовые, залегающие в пластах осадочных горных пород; трещинные, залегающие в плотных, но трещиноватых осадочных, магматических и метаморфических горных породах; трещинно-жильные, залегающие в отдельных тектонических трещинах.

 По гидравлическим условиям подземные воды подразделяются на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).

 По температуре подземные воды делятся на исключительно холодные (ниже 0оС), весьма холодные (4-20оС), теплые (20-37оС), горячие (37-42оС), весьма горячие (42-100оС), исключительно горячие (более 100оС). К так называемым термальным водам относят воды с температурой более 20оС. Если такие воды имеют лечебное значения (обычно это воды специфического химического состава), их называют термами. Они встречаются, например, на Кавказе и Камчатке.

По минерализации подземных вод, как и все природные воды, делятся на пресные (до 1‰), солоноватые (1-25‰), соленые (25-50‰) и рассолы (более 50‰). Состав пресных подземных вод часто близок к составу связанных с ними поверхностных вод. Солоноватые подземные воды могут относиться к любому классу, но чаще- к гидрокарбонатному или сульфатному. Преобладают катионы Ca2+, Na+ , Mg2+. Соленые подземные воды и рассолы могут быть связаны с современными или древними морскими бассейнами, а также образоваться при выщелачивании легкорастворимых солей NaCl, KCl, CaCl2 и др.

Подземные воды, оказывающие бальнеологическое воздействие на организм человека, называют минеральными. Они подразделяются на углекислые (например, северокавказские минеральные воды - боржоми, нарзан); сульфидные или сероводородные (например, воды Мацесты); железистые и мышьяковистые (минеральные воды Кавказа, Закарпатья, Урала и др.), а также бромистые и йодистые воды; воды с большим содержанием органических веществ (воды в районе Трускавца); родоновые воды и др.  

Наиболее важна в научном и практическом отношении классификация подземных вод по характеру залегания, использующая и некоторые другие классификации.

Классификация по характеру залегания подземных вод разрабатывали такие известные гидрогеологи, как Ф.П. Саваренский, А.М. Овчинников, Е.В. Пинеккер и др. Ниже приведена классификация, в основном базирующаяся на предложениях А.М. Овчинникова и Е.В. Пинеккера.

Подземные воды на Земле, находящиеся в жидком состоянии, могут быть прежде всего подразделены на две большие группы: подземные воды суши и подземные воды под океанами и морями.

До настоящего времени гидрогеология занималась по существу лишь подземными водами суши. Подземные воды под океанами и морями изучены очень слабо.

Подземные воды суши можно подразделить на подземные воды зоны аэразии и зоны насыщения. Зона аэразии охватывает верхние, не насыщенные водой слои грунтов, включая почву от дневной поверхности до уровня грунтовых вод. Через эту зону осуществляется связь подземных вод с атмосферой. Зона насыщения характеризуется тем, что поры и пустоты в ее пределах полностью заполнены (насыщены) жидкой водой. Сверху эта зона ограничена зоной аэразии или зоной многолетнемерзлотных грунтов, снизу - глубиной критических температур, при которых существование жидкой воды невозможно. В зоне насыщения на континентах находятся подземные воды трех типов: безнапорные грунтовые, напорные артезианские и глубинные. 

Под океанами и морями зона аэразии отсутствует, а в зоне насыщения присутствуют напорные воды, гидравлически как связанные с подземными водами континентов, так и не связанные с ними.

Воды зоны аэразии и грунтовые воды имеют свободную связь с атмосферой и формируются под непосредственным влиянием физико-географических условий. Грунтовые воды, кроме того, связаны с поверхностными водами и играют поэтому важную роль в питании этих водных объектов. Подземные воды участвуют в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам:

грунтовые воды      зона аэразии    атмосфера и грунтовые воды   поверхностные воды.

3. Воды зоны аэразии. Почвенные воды, верховодка, капиллярная зона.

Зона аэрации занимает верхний слой почвенно-грунтовой толщи: от земной поверхности до уровня грунтовых вод.

Через зону аэрации осуществляется взаимосвязь атмосферы и грунтовых вод. В той зоне происходят: инфильтрация дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки, фильтрация гравитационной воды и десукция  влаги растительности с последующей ее транспирацией.

Попадая после дождя или таяния снега в грунт, вода расходуется в первую очередь на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод, под которыми понимают временное скопление свободной (гравитационной) и капиллярной воды в почвенной толще. Эти воды имеют связь с атмосферой и участвуют в питании корневой системы растений.

Почвенные воды обычно просачиваются в более глубокие слои грунта и не образуют постоянного водоносного горизонта. Почвенный сток возникает лишь при сильных дождях или снеготаянии, если в почве есть накопленные слабопроницаемые прослои и если часть почвы насыщается водой. Мощность слоя с почвенной водой обычно изменяется от нескольких сантиметров до 1-1,5 м.

Инфильтрующиеся вертикально вниз под действием силы тяжести воды зоны аэрации, встречая на своем пути относительный водоупор (отдельные прослои  или линзы грунтов, обладающие слабой водопроницаемостью),  образуют верховодку, т.е. временные, сезонные скопления подземных вод.  Мощность верховодки равна 0,4-1 м, редко достигает 2-5 м.

Почвенные воды и верховодка обычно пресные. Однако в болотных и торфянистых почвах эти воды могут иметь застойный режим и высокую концентрацию кислот органического происхождения. Воды зоны аэрации легко подвержены загрязнению с поверхности земли.

Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается капиллярная зона. Воды этой зоны (особенно при неглубоком залегании грунтовых вод) часто участвуют в питании почвенных вод.

Весьма характерно изменение влажности грунта в зоне аэрации после обильного увлажнения: по мере приближения к уровню грунтовых вод влажность грунта увеличивается от наименьшей (НВ) к полной влагоемкости (ПВ).

4. Воды зоны насыщения. Грунтовые воды.

При полном насыщении грунта могут сформироваться как безнапорные (грунтовые), так и напорные (артезианские) воды. Влажность грунта в обоих случаях достигает полной влагоемкости.

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте. Эти безнапорные гравитационные воды имеют свободную поверхность, называемою уровнем, или зеркалом грунтовых вод. Грунтовые воды питаются путем инфильтрации через зону аэрации атмосферных осадков, фильтрации вод водотоков и водоемов (рек, каналов, озер и т.д.) и конденсации водяного пара. Иногда в питании грунтовых вод участвуют и более глубокие водоносные напорные горизонты. Грунтовые воды распространены почти повсеместно, тяготеют к рыхлым четвертичным отложениям, участвуют в питании поверхностных вод, легко доступны для практического использования.

Грунтовые воды обладают изменчивым режимом, связанным с режимом питания и разгрузки. Области их питания и распространения обычно совпадают или расположены близко друг от друга.

Расстояние от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод называют глубиной залегания грунтовых вод. Она колеблется практически от нуля в зоне избыточного увлажнения до десятка метров в зоне недостаточного увлажнения. Уровень грунтовых вод испытывает сезонные и многолетние колебания.

Расстояние от кровли водоупорного пласта до уровня грунтовых вод называют мощностью водоносного горизонта. Ее величина изменяется вместе с изменением уровня грунтовых вод. Лежащая выше уровня грунтовых вод капиллярная зона испытывает колебания вслед за колебанием уровня грунтовых вод.

Минерализация грунтовых вод может быть самой различной: от свойственной пресным водам до характерной для солоноватых или даже соленых вод. Грунтовые воды наиболее подвержены загрязнению.

5. Артезианские и глубинные воды.

Артезианские воды - это напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами.

Артезианские воды залегают глубже горизонта грунтовых вод и имеют более стабильный режим. Области питания и распространения артезианских вод обычно не совпадают.

При вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной находящаяся под напором вода поднимается по скважине и может даже излиться на земную поверхность (в случае, если линяя напора лежит выше уровня земли). Напор в артезианских водах создается в основном гидростатическим давлением, а также геостатической нагрузкой (весом вышезалегающих пород).

Артезианские воды нередко имеют повышенную минерализацию. Обычно они менее подвержены загрязнению в сравнении с грунтовыми водами.

Артезианскими бассейнами называют такие гидрогеологические структуры синклинального типа, которые содержат один или несколько водоносных горизонтов с напорными водами. Примером артезианских бассейнов могут служить Московский, Терско – Кумский и др.

Глубинные воды – это расположенные на больших глубинах напорные подземные воды, испытывающие воздействие геостатического давления и эндогенных сил.

Глубинные воды обнаружены в глубоких частях осадочных толщ в артезианских бассейнах. Изучены они еще недостаточно.

6. Режим подземных вод.

Режим подземных вод – изменение во времени уровня, температуры, химического состава и расхода подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов. Режим подземных вод определяется геологической обстановкой и климатическими условиями, а также хозяйственной деятельностью человека (осушение, орошение, строительство подпорных ГТС и др.).

Динамический режим грунтовых и артезианских вод существенно различен. Режим грунтовых вод всецело определяется метеорологическими факторами: атмосферными осадками, температурой воздухи, давлением, испарением. Неравномерность инфильтрации атмосферных осадков является основной причиной изменения режима грунтовых вод.

Колебания уровней в трещиноватых и закарстованных породах имеют свою специфику. Максимальное повышение уровней подземных вод весной происходит быстрее непосредственно в период снеготаяния. Значительное повышение уровней наблюдается также во время летних и осенних дождей, в том числе и ливневого характера. Амплитуда годовых колебаний может достигать 10м и более.

Динамический режим артезианских (напорных) вод в естественных условиях характеризуется большим постоянством по сравнению с режимом безнапорных вод. Значительное влияние на режим напорных вод оказывает деятельность человека; из недр земли ежегодно извлекается огромные массы подземных вод для нужд питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения, лечебных целей, ирригации, добычи химического сырья, а также при искусственном водоснабжении в связи с производством строительных, горных и других работ. Во многих крупных городах мира с помощью буровых скважин в течение десятков лет эксплуатируются артезианские воды, в результате чего их уровни значительно снизились: в Москве на 40 – 90м, в Санкт – Петербурге на 50м, в Киеве на 60м, в Лондоне более на 100м, в Париже на 120м, Снижение уровней влечет за собой изменение физических свойств, химического, газового и бактериального состава подземных вод, исчезновение источников, обезвоживание рек и озер, изменение состояния и свойств пород и многие другие процессы.

7. Температура подземных вод.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах. Как правило, в платформенных областях она увеличивается с глубиной. В высокогорных районах и в области распространения многолетней мерзлоты температура подземных вод низкая; в последнем случае высокоминерализованные воды местами имеют даже отрицательную температуру (- 5°С и ниже). В районах молодой вулканической деятельности, а также в местах выходов гейзеров (Камчатка, Исландия, Северная Америка и др.) температура воды иногда превышает 120°С. Температура неглубоко залегающих подземных вод в средних широтах обычно изменяется в пределах 5 – 12 °С и обусловливается местными климатическими (в основном) и гидрогеологическими условиями.

8. Химический состав подземных вод.

В природных водах обнаружено в растворенном виде свыше 80 элементов периодической системы Менделеева. Следовательно, подземные воды являются приводными растворами. Наиболее широко распространены в природных водах: Сl, S, C, Si, N, O, H, K, Na, Mg, Ca, Fe, Al; другие элементы встречаются реже и обычно в небольших количествах.

Свойства подземных вод определяются количеством и соотношением содержащихся в них в растворенном виде солей, присутствующих в воде в виде ионов – катионов и анионов. Наибольшее практическое значение имеют следующие: катионы Н+ , К+ , Мg2+, Са2+, Fe2+, Мn2+; анионы ОН-, Сl‾, So2-4, НСО-3. В молекулярном и коллоидном состоянии почти во всех водах содержатся органические вещества и коллоиды: SiO2 * nH2 O, Fe2O3 * nH2O, Al2O3 * nH2О и др. В молекулярном виде в подземных водах содержатся газы СО2, СН4, О2, N2, Н2 S и др.

В состав природных вод входят почти все известные радиоактивные элементы, но практическое значение приобрели воды, содержащие уран, радий и радон. Эти воды используются при поиске различных полезных ископаемых.

МИРОВОЙ ОКЕАН

         1. Мировой океан, его деление. Классификация морей

Мировым океаном называется непрерывная водная оболочка земного шара, над которым выступают элементы суши- материки и острова и которая обладает единством, т.е. взаимосвязанностью частей и общностью солевого состава. Мировой океан покрывает почти ¾ поверхности Земли (361 млн. Км, или 71%) и содержит около 96,5% вод всей гидросферы. Часть Мирового океана, расположенная между материками, обладающая большими размерами, самостоятельной системой циркуляции вод и атмосферы, существенными особенностями гидрологического режима, называется океаном. Иногда океан подразделяют на океанические бассейны, но общепринято в океане выделять моря, заливы и проливы.

Море - это сравнительно небольшая часть океана, вдающаяся в сушу или обособленная от других ее частей берегами материков,  полуостровов и островов. Море обладает геологическими, гидрологическими и другими чертами, существенно отличающимися от соответствующих черт океана. Из приведенных определений видно, что особенности гидрологического режима - это существенный квалифицированный признак отдельных частей Мирового океана. Гидрологические процессы в океанах и морях, кроме того, - важнейшая часть природных процессов, происходящих в этих водных объектах,  важное условие их хозяйственного использования. Мировой океан подразделяется на океаны: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Но географы выделяют еще Южный океан, состоящий из южных окраин Атлантического, Индийского и Тихого океанов и окружающий Антарктиду.

                                                                                                                      Таблица 1.

Основные морфометрические характеристики океанов.

Части океанов - моря - подразделяют по расположению относительно суши на внутренние (внутриматериковые и межматериковые), окраинные и межостровные.

Внутренние моря имеют затрудненную связь с океаном через сравнительно узкие проливы, поэтому их гидрологический режим существенно отличается от гидрологического режима прилагающих районов океана. Разделение внутренних морей на два типа ясно из самого их названия. Межматериковые моря расположены между различными материками. Пример такого моря- Средиземное. Внутриматериковые моря находятся внутри одного какого-нибудь материка. К морям этого типа относятся моря Азовское, Балтийское, Белое.

Окраинные моря отделяются от океана островами или вдаются в материк и имеют относительно свободную связь с океаном, поэтому гидрологический режим этих морей

имеет  большое сходство с режимом смежных районов открытого океана. К числу окраинных морей относятся моря Баренцево, Чукотское и др.

        Межостровные моря расположены среди крупных островов или архипелагов, например море Фиджи или Банда.

        В океанах и морях выделяются также отдельные их части и районы, отличающиеся очертаниями, морфологией дна и гидрологическим режимом. Это заливы, бухты, лиманы, лагуны, фиорды, проливы.

        Залив - часть океана или моря, вдающаяся в сушу и слабо обособленная от открытого океана или моря. В виде примеров можно назвать заливы Бискайский и Гвинейский в Атлантическом океане, Аляска в Тихом океане, Бенгальский в Индийском океане.

        Вследствие упомянутой выше нечеткости терминологии на карте можно заметить некоторые противоречия. Так, например, заливы  Персидский, Гудзонов следует отнести к морям, море Бофорта правильнее считать заливом. Но традиционные названия очень прочно укрепились и в науке и в практике.

        Бухта - небольшой залив, сильно отличенный мысами или островами от основного водоема (т.е. океана или моря), обычно хорошо защищенный от ветров и часто используемый для устройства портов. Каждая бухта обладает особым гидрологическим режимом. Примерами таких водных объектов могут служить Цемесская бухта в Черном море (Новороссийский порт), Золотой Рог в Японском море (Владивостокский порт), Находка (в том же районе).

        Лиман - залив, отделенный от моря песчаной косой (пересыпью), в которой есть узкий пролив, соединяющий лиман с морем. Обычно лиман- это затопленная часть ближайшего к морю участка речной долины. На гидрологический режим лиманов может сильно влиять впадающая в него река. Эти водные объекты иногда относятся к озерам, чаще, что, по-видимому, наиболее правильно, к устьевым областям рек.

        Губа - распространенное на севере нашей страны название залива, глубоко вдающегося в сушу, а также обширного залива, в который впадает река (Чешская в Баренцевом море, Обская в Карском). Эти акватории также  целесообразно относить к устьевым областям рек.

        Узкий и глубокий морской залив с высокими берегами (обычно ложе древнего ледника) называется фиордом (например, Согне - фиорд в Норвежском море).

        Пролив - водное пространство, которое разделяет два участка суши и соединяет отдельные океаны и моря или их части. Например: Берингов пролив, соединяющий Тихий и Северный Ледовитый океаны (и разделяющий Азию и Америку), Гибралтарский, соединяющий Средиземное море с Атлантическим океаном (и разделяющий Европу и Африку), Лаперуза между островами Сахалин и Хоккайдо, соединяющий Охотское и Японское моря. Шириной пролива считают расстояние между разделенными водой участками суши, длиной пролива - расстояние между основными водными объектами (между входным и выходным створами). Проливы бывают весьма разнообразными, они играют очень важную роль в формировании гидрологического режима в соединяемых ими водоемах и сами по себе представляют важный объект изучения. В океанологии сформировалась особое направление- учение о проливах. 

2. Течения

        Виды течений:

1. По температуре:

-холодные

-теплые

2. По времени:

-постоянные

-временные

3. По глубине:

-поверхностные

-глубинные

-придонные

4. По преобладающему направлению:

-зональные (направлены на запад или восток)

-меридианальные (движутся на север или юг)

Схема 1.

        Причинно-следственные связи образования ветровых течений.

Неравномерное нагревание                                                      Следствие

земной поверхности                                                                     Области с разным

Солнцем                                                                                         атмосферным

          Причина                                                                               давлением

Следствие                                                                                                 Причина

      Ветер

                         Причина

                                                                        Следствие

                                                                             Ветровые течения

        Один из основных видов движения поверхностных вод в океане - ветровые течения. Взаимосвязь между направлением течений и постоянных ветров существует, но фактическое направление движения течений в океане осложняется отклоняющей силой вращения земли (в северном полушарии - вправо, в южном полушарии - влево на 45о от направления ветра). Скорость нижележащих слоев воды постепенно уменьшается в результате трения, и на глубине возникает течение, противоположное поверхностному.

Рис.1 Изменение направления течения от поверхности с глубиной.

        Рассматривая области движения северных и южных пассатных течений, видно, что они как бы «натыкаются» на восточные берега материков, и, таким образом, определяют еще одну причину, влияющую на распределение морских течений. В результате нагона воды к восточным берегам материков и повышения ее уровня возникает отток воды, т.е. стоковые течения. Часто мощные течения Мирового океана образуются под действием сразу нескольких причин. Например, Гольфстрим является по происхождению одновременно и ветровым, и стоковым, и плотностным течением.

        Движение течений в северном полушарии происходит по часовой стрелке, а в южном - против нее. Возникают 2 круговорота течения.

        В 1959г. советские ученые, работавшие на научно-исследовательском судне

«Михаил Ломоносов», обнаружили в экваториальной Атлантике глубинное противотечение пассатному поверхностному течению. Противотечению дали имя Ломоносова. Это могучая полноводная «река» в океане с руслом на глубине 100-400м, с шириной 100км. «Река» движется от берегов Южной Америки к Африке со скоростью 100-120 см/c. Под знаменитым теплым течением Гольфстримом также существует противотечение- Противогольфстрим.

        Аналогичные противотечения были обнаружены в Индийском и Тихом  океанах. Можно сделать вывод о закономерностях течений и противотечений в тропической зоне.

        Течения переносят не только тепло и холод, но и минеральные соли, нужные для развития жизни в морских глубинах.

3. Волны в Мировом океане

3.1 Ветровые волны

        В основном волны возникают под действием ветра на большом пространстве открытой воды. Если смотреть на волнующееся море, то покажется, что вода постоянно перемещается. Но это не так. Наверное, вы замечали, что предмет, плавающий на волнах, лишь качается вверх- вниз, но не передвигается в горизонтальном направлении. Ветер, дующий вдоль поверхности воды, заставляет ее подниматься вверх - возникает гребень волны; потом вода опускается, образуя подошву волны. Высота волны измеряется от подошвы до гребня по вертикали.

        Длина волны - это расстояние между двумя соседними гребнями (рис.2). Таким образом, в волне частицы воды описывают замкнутые или полузамкнутые подобия кругов. Это способствует интенсивному перемешиванию поверхностных слоев воды. Чем сильнее ветер и глубже море, тем крупнее ветровые волны. Обычно их высота не более 4 м, однако они могут достигать высоты 12м. и более. Длина штормовых волн- до 250м. При погружении на глубину высота ветровых волн быстро уменьшается, и на глубине, равной длине волны, волнение уже незаметно. Иногда в безветренную погоду можно наблюдать правильные ряды длинных пологих волн без пенистых гребней. Такое волнение называется зыбью. Подобно волнам от брошенного в воду камня, зыбь распространяется по морю на большие расстояния во все стороны от места возникновения ветровых волн. На небольшой глубине у самого берега, или на отмели, гребни волн поднимаются и заостряются. Трение о дно тормозит движение воды в нижней части волны, поэтому верхняя ее часть, обгоняя нижнюю, все больше сдвигается вперед и наклоняется. Наконец, гребень волны опрокидывается, разбиваясь в пену. Возникает прибой. Навстречу набегающему на берег пенистому водяному валу стекает вода предыдущей волны. Вместе с волнами перемещаются галька, песок, а во время шторма- камни массой в несколько тонн. Прибой разрушает берег, способствуя образованию пляжей.           

Рис. 2. Ветровые волны.

        3.2 Цунами

        Эти волны называются японским словом «цунами», поскольку они нередко приходят из Тихого океана к берегам Японии. Цунами возникают в результате подводных землетрясений, оползней, а также извержений подводных вулканов. В отличие от ветровых волн, цунами охватывают всю толщу воды от дна до поверхности. Они распространяются во все стороны от места возникновения со средней скоростью 700-800км/ч (это скорость реактивного самолета). Высота цунами в открытом  море обычно не более 1 м. при длине волны 100-200км. Но когда такая волна выходит на прибрежное мелководье, высота ее быстро растет, достигая  40м. гигантские водяные волны, обрушиваясь на берег, выбрасывают суда, уничтожают постройки, а, отступая, уносят в океан все, что встречается на их пути. Предотвратить появление цунами невозможно. Можно только заранее предупредить население об их приближении. Система подводных звукоуловителей (гидрофонов) регистрирует ударную волну, откуда она пришла, и рассчитывает время, через которое она должна достичь определенного пункта побережья. Специальная служба предупреждает население о грозящей опасности.

        4. Термические процессы в Мировом океане

        4.1 Температура

        Океаны холодные. Вода в них прогревается только у самой поверхности, а с глубиной она становится все холоднее и холоднее. Только 8% вод океана теплее 10оС, более половины холоднее 2,3оС.

        По особенностям температуры океан представляет собой холодную массу воды с тонким более нагретым слоем у поверхности.

        С глубиной температура изменяется неравномерно. До глубины 1000м. она понижается очень резко, затем - очень медленно.

Изменение температур с глубиной

        Температура поверхностных вод зависит от широты местности. В некоторых глубоководных районах океана, особенно во впадинах, температура с глубиной медленно возрастает. В какой-то мере это вызвано нагревом придонной воды теплом, выделяющимся из внутренних областей Земли. Температура воды изменяется в течение суток незначительно.

        4.2 Морской лед

        Обычная пресная вода замерзает при 0оС. В море чем выше соленость воды, тем при более низких температурах образуется лед. Так, при солености 10 промилле замерзание воды начинается при -0,5оС, а при солености 35 промилле - только при -1.9оС.

        При замерзании морской воды в лед превращается только сама вода. Соли не образуют со льдом единой кристаллической массы. Они или вымораживаются на поверхности льдины, где образуют кристаллы затейливого узора - «ледяные цветы», либо образуют внутри льдов капельки рассола, куда временно «отлаживаются» соли. Таким образом, лед получается почти пресным.

        При морозе в 30о ледяные кристаллы смерзаются настолько плотно, что капелек с раствором солей между ними почти не остается. Лед приобретает  большую прочность и становится совсем пресным.

        Как образуется лед? Сначала в воде появляются ледяные иголки- кристаллы. Постепенно смерзаясь на поверхности моря, они приобретают вид пленки, которую называют сало. Обычно волнение в море препятствует образованию сплошного ледяного покрова на больших пространствах, и пленочки сала, смерзаясь, образуют небольшие ледяные блины. Эти блины сталкиваются друг с другом и по их краям образуются характерный бортик. В таком виде этот лед называют блинчатым льдом. Он смерзается в льдинки толщиной до 10см. Лед растет и сверху, и снизу: падающий снег образует на нем легко замерзающую ледяную кашицу, а снизу идет намерзание льда в результате прилипания все большего и большего количества ледяных кристаллов, образующихся в верхнем слое морской воды. В результате образуется льдина до метра толщиной и в несколько га площадью.

        Ветер сталкивает льдины друг с другом, и они разламываются. По краям от сильных ударов образуются нагромождение мелких кусков льда, и получается ледяной вал в 2-3 м высотой. Так растут торосы.

        Образовавшиеся между льдами разводья при спокойной погоде вновь заполняются молодым льдом. Он способствует смерзанию обломков больших льдин в одну сплошную массу. Таким образом, вал торосов, находившихся сначала по краям льдины, может оказаться в середине большого ледяного поля. Под действием ветра и течений эти льды снова ломаются, между ними вновь появляются разводья.

        Огромные ледяные поля всегда находятся в движении; они плывут или, как говорят, дрейфуют.

        5. Приливы и отливы

        Дважды в сутки море то отходит от берега (отливы), то приходит к нему (приливы). Во время отлива на десятки метров обнажается большая полоса дна моря у берега. Но есть моря (Черное, Каспийское), где приливов почти нет.

        Обычно приливы бывают полусуточными, т.е. дважды в течение суток вода прибывает и дважды убывает. Но в некоторых местах (Южно- Китайское море) бывают суточные приливы, - изменение уровня происходит один раз в сутки.

        Главный виновник приливов - Луна и в меньшей степени- Солнце. Известно, что Луна движется вокруг Земли и что обе планеты движутся вокруг Солнца. Но так как Луна во много раз ближе к Земле, чем Солнце, то и притягательное воздействие на землю оказывается гораздо сильнее, чем воздействие солнца. Естественно, что это воздействие оказывает наиболее сильное и видимое влияние на жидкую оболочку нашей планеты, т.е. на океаны и моря.

        Если бы на поверхности Земли не было  материков и островов и вся Земля была бы покрыта водой (к тому же равной глубины), то воздействие луны на этот мировой океан сказалась бы следующим образом. В ближайшей к Луне области океана в силу притяжения произойдет подъем воды на встречу Луне. Одновременно в противоположной части мирового океана центробежная сила вызовет тоже подъем воды. Но так как поднятие воды произойти где-либо без падения уровня в другом месте, то это падение и произойдет в полосе, перпендикулярной к линии воздействия Луны. Луна обходит земной шар в течение 24 часов 50 минут, очевидно, дважды в течение суток произойдет в Мировом океане поднятие и опускание вод в результате следования приливной волны за движением Луны.

        Когда Луна и Солнце располагаются с Землей на одной прямой линии (в новолуние и полнолуние),  то частицы воды будут находиться под воздействием обоих сведений и прилив будет наибольший. Если Луна и Солнце находятся на линиях, перпендикулярных друг к другу, то сила двух светил будут направлены в разные стороны и будут противодействовать друг другу. В этот момент прилив будет наименьший.

        Все это явление мы рассматриваем сейчас в условиях безбрежного Мирового океана, на самом деле материки и острова разделяют Мировой океан на отдельные океаны и различные моря. Суша препятствует свободному распространению приливной волны и вносит большое разнообразие в характере этого явления.

        6. Водные  массы

        Водные массы - это большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода, наличием определенных организмов.

        Водные массы:

1) поверхностные (высота до 300м);

2) глубинные.

        Различают также прибрежные и внутриокеанические водные массы.

Поверхностные водные массы делят на несколько типов:

В Мировом океане различают 3 вида перемешивания водных масс; молекулярное, турбулентное, конвективное.

Молекулярное обусловлено хаотически тепловым движением молекул. Характерно для всей толщи вод Мирового океана и происходит горизонтально и вертикально.

Турбулентное перемешивание является следствием турбулентного движения морской воды, которая создается в результате трения слоев воды при их движении относительно друг друга.

Конвективное представляет собой перемешивание вод в вертикальном направлении. Происходит в результате изменения плотности и солености воды.

СПРАВОЧНЫЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Государственный водный кадастр. 

Для рационального использования водных ресурсов необходимы гидрологические данные в систематизированном виде. С давних пор проводятся работы по обобщению результатов гидрометрических работ на реках, каналах и других водных объектах. Систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны называется водным кадастром. В дальнейшем содержание водного кадастра как государственной системы учета вод расширилось.

Гидрологические ежегодники.

 Результаты гидрологических работ на водных объектах обрабатывают, анализируют, обобщают и публикуют; за основной интервал времени принимают один год. Систематизированный свод сведений о водном объекте за годичный период называют гидрологическим ежегодником. Полнота сведений, помещаемых в них, была неодинаковой в разные периоды. Первоначально публиковались главным образом результаты измерения уровней с 1901г. воды. Гидрологические ежегодники содержат сведения об уровне и расходах воды, о крупности наносов, расходах наносов, температуры воды, толщине льда и др.

ГВК. В современном понимании ГВК - это систематизированный свод данных учета вод по количественным и качественным показателям, регистрации водопользований, а так же данных учета использования вод. Первый водный кадастр был составлен в 1931-1940гг.

Кадастр включал четыре серии:

1. кадастр поверхностных вод;
2. кадастр подземных вод (издание завершено после Великой Отечественной войны);
3. морской кадастр;
4. гидрометеорологический кадастр.

Издание кадастра поверхностных вод было закончено в 1940г. оно представляет обобщение материалов гидрологических наблюдений и исследований, выполненных различными организациями.

Второй водный кадастр - справочники по ресурсам поверхностных вод СССР- был издан в 1959-1974гг. Справочники состоят из трех серий: Гидрологическая изученность, Основные гидрологические характеристики, Ресурсы поверхностных вод СССР. Каждая серия состоит из 20 томов.

ГВК ведется по двум системам:

1. государственный фонд памяти на унифицированных технических носителях, содержащие данные о водных объектах, и их изученности, водопользовании и водопотреблении;
2. периодические издания справочных материалов, включающие: каталог вод, составляющий единый государственный водный фонд РФ, и каталог водопользований; ежегодные (квартальные, месячные) сведения о водных ресурсах, качестве вод, водопотреблении и водопользовании, водном балансе крупных озер и водохранилищ; многолетние характеристики водных ресурсов, режима и качества вод, водопотребления  пользования (издаются через 5-10 лет); водные ресурсы и водные балансы бассейнов крупных рек, экономических районов, водные балансы внутренних морей РФ.

Литература

1. Михайлов В.Н. Гидрология. - М.: Высшая школа, 2007.
2. Железняков Г.В. и др. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. – М.: Колос, 1984.
3. Виноградов Ю.Б. Современные проблемы гидрологии.- М.: Изд. центр «Академия», 2008
4. Эдельштейн К.К. Гидрология материков. – М.: Изд. центр «Академия», 2005
5. Герасимова Т.П. Начальный курс географии. - М.: Дрофа, 2004
6. Крылова О.В. Физическая география. – М.: Просвещение, 2004
7. Пятунин В.Б. Начальный курс географии. – М.: Дрофа, 2005