Как быстро река покрывается льдом

ТЕРМИЧЕСКИЙ И ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ РЕК

Тепловой баланс рек и особенности их температурного режима

Термический режим рек формируется в результате теплообмена между водной массой и окружающей средой (атмосферой), с одной стороны, и ложем русла — с другой. Теплообмен протекает различно при открытой водной поверхности и при ледяном покрове. Составляющими теплообмена с атмосферой при открытой водной поверхности, так же как и в морях (или озерах), являются: поглощение водой прямой и рассеянной солнечной радиации Qo, эффективное излучение Qэф, непосредственный обмен теплом с атмосферой Qт на поверхности соприкосновения ее с водой, затрата тепла на испарение и выделение его при конденсации Qи. При наличии ледяного покрова интенсивность теплообмена между атмосферой и водной массой резко снижается. Лед и выпадающий на него снег уже при толщине 10-20 см практически прекращают доступ к воде лучистой энергии солнца и исключают встречное излучение. Прекращаются конденсация и испарение с водной поверхности. Нарушается турбулентный обмен теплом непосредственно между водной массой и атмосферой. В результате теплообмен осуществляется через толщу ледяного и снежного покрова путем теплопроводности.

Роль теплообмена с ложем русла (Qд) в общем балансе тепла речных вод значительно меньше, чем теплообмена с атмосферой. Летом происходит отдача тепла водной массой ложу реки, зимой поток тепла направлен от дна к воде.

В тепловом балансе речных вод некоторое значение (2-3% суммарного теплообмена равнинных рек) имеет тепло, возникающее внутри потока в результате перехода части энергии, расходуемой на преодоление гидравлических сопротивлений, в тепловую (Qп).

Таким образом, уравнение теплового баланса за время t для бесприточного участка реки при отсутствии ледяного покрова имеет вид

Роль тепла, приносимого грунтовыми водами, обычно невелика, но может быть для некоторых рек заметной, особенно в зимний период.

Другие элементы теплового баланса (тепло, поступающее с дождевыми осадками, расходуемое на таяние снега в воде, выделяемое при биохимических процессах, затрачиваемое на таяние льда или выделяемое при ледообразовании в переходные периоды года) малы и не всегда учитываются.

Перенос тепла в толщу потока, поступающего на поверхности раздела воды с атмосферой и грунтами, осуществляется главным образом в процессе турбулентного перемешивания, свойственного рекам.

Соотношения между элементами теплового баланса меняются вместе с метеорологическими условиями. В среднем же каждому сезону свойственны определенные соотношения между приходом и расходом тепла, что и обусловливает типические черты температурного режима речных вод.

В годовом цикле температурного режима речных вод отчетливо выделяются два периода: открытой водной поверхности и ледостава. В первом периоде вследствие турбулентности потока и интенсивного перемешивания вся водная масса быстро реагирует на изменение метеорологических условий и ход температуры воды почти параллелен ходу температуры воздуха (отчетливо это проявляется на реках малой водности). В первой половине этого периода, в особенности во время весеннего половодья, температура воды ниже температуры воздуха, а затем, наоборот, температура воды превышает температуру воздуха. Такой ход температуры речных вод свойствен большинству рек нашей страны. Однако в ряде случаев он нарушается, так же как нарушаются и соотношения между температурами воды и воздуха.

На горных реках, питающихся талыми водами вечных снегов и ледников, разности между температурами воды и воздуха остаются отрицательными в течение всего теплого периода. По мере удаления от истока эти разности становятся меньше. При наличии ледяного покрова температура воды в реке остается почти постоянной и близкой к 0° С.

Распределение температуры воды по живому сечению

Турбулентный характер течения воды в реках придает, в общем, однородность (гомотермию) распределению температуры воды по живому сечению. Вместе с тем в различные сезоны существуют некоторые особенности в распределении температуры воды как по ширине, так и по глубине рек. Температуры воды большинства рек в период нагревания в прибрежной части выше, чем на стрежне, в период охлаждения — ниже.

Наибольшие изменения температуры по поперечному профилю (до 8-9° С) происходят под влиянием приточности, если воды притоков теплее или холоднее вод главной реки.

Изменения температуры по глубине выражены значительно слабее и при этом более отчетливо в период нагрева и менее отчетливо в период ох-лаждения. Весной, когда проходит половодье, температура воды с глубиной уменьшается, но различия у поверхности и у дна не превышают 0,5° С. Летом (июль — начало августа) наблюдается прямая стратификация, причем разность температур редко достигает 2-3°С, но иногда и 5°С. В сентябре устанавливается обратная стратификация с разностью температур у поверхности и у дна до 0,6° С.

Изменение температуры воды по длине реки

Изменения температуры воды в реках по их длине зависят от условий питания, приточности, особенностей теплового режима и свойств ландшафтных зон, по которым река проносит свои воды.

Почти на всех реках температура от истока повышается на некотором расстоянии вниз по течению. На реках, текущих с юга на север, это повышение прекращается при переходе из лесостепной зоны в лесную. Далее к северу температура воды понижается. Особенно заметно повышение температуры воды в степной и лесостепной зонах, где нагрев речных вод происходит наиболее интенсивно и притоки, протекающие в этих зонах, несут более теплые воды, чем главная река.

На реках, текущих с севера на юг, температура воды непрерывно повышается от истоков к устью, если только река не принимает притоков с более холодной водой. На реках, текущих в широтном направлении, температура воды меняется мало, за исключением верховьев, где температура повышается на некотором расстоянии от истока. Это же явление наблюдается вообще на небольших реках.

На горных реках температура также повышается вниз по течению, но положение границы ее повышения меняется в течение года. Летом повышение температуры происходит на всем протяжении реки до устья; весной и осенью, а на некоторых реках и зимой повышение температуры прекращается при выходе из предгорий.

На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем чем больше водная масса озера, тем на большее расстояние это влияние распространяется. Так, влияние холодных вод оз. Байкал на температуру воды р. Ангары до зарегулирования ее стока водохранилищами было заметно на расстоянии 1170 км от истока. Далее температура постепенно выравнивалась и почти не отличалась от температуры воды рек района.

Термический режим рек на отдельных участках в значительной степени определяется хозяйственной деятельностью человека. Сброс в реки теплых промышленных и бытовых вод нарушает естественные изменения температуры речных вод.

Фазы ледового режима

В ледовом режиме рек можно выделить три фазы: замерзание — появление первичных форм ледообразования, ледостав со всеми сопутствующими ему явлениями и вскрытие. Не на всех реках наблюдаются все три фазы ледового режима. Их наличие или отсутствие обусловливается климатическими и динамическими причинами и поступлением в русло рек более теплых подземных вод.

Прибрежные участки, отмели, заводи являются первыми очагами ледовых образований. Здесь возникают забереги. Забереги бывают первичные, постоянные и наносные. Первичные забереги возникают в тихие мо-розные ночи; днем при повышении температуры воздуха они обычно исчезают или взламываются волнением. По мере усиления морозов образуются постоянные забереги. Они постепенно растут в ширину и толщину до тех пор, пока не наступит ледостав. На крупных реках во время осеннего ледохода плывущие по реке лед и шуга прибиваются к берегу, примерзают к нему и образуют наносные забереги, обычно с неровной поверхностью.

Одновременно с заберегами, а иногда несколько позже на реках появляется сало (скопления смерзшихся ледяных игл в виде пятен серовато-свинцового цвета).

При обильном выпадении снега на незамерзшую водную поверхность образуется снежура, или снежница, плывущая комковатыми скоплениями, еле возвышающимися над водой, в виде рыхлой несмерзающейся массы.

На многих реках перед началом ледостава образуется внутриводный (глубинный) лед, а на дне — скопления донного льда. Образование донного льда бывает особенно обильным на каменистом дне, на участках с большими скоростями течения. Иногда донный лед скапливается в таком количестве, что образует ледяные плотины.

Одна из весьма распространенных форм ледовых образований на реках, связанных с внутриводным льдом, — шуга. Шугой называется всплывший на поверхность внутриводный лед, в массе которого часто содержится также сало, снежница и мелкобитый лед. Шуга может находиться в состоянии движения — шугоход — или в неподвижном состоянии под ледяным покровом — подледная шуга. Обычно шуга формируется в период, предшествующий ледоставу. Во время ледостава она образуется лишь на участках, свободных от ледяного покрова, где создаются условия, благоприятные для возникновения внутриводного льда. На горных реках явление образования внутриводного льда и шугоход наблюдаются ежегодно и в течение почти всей зимы. На равнинных реках наиболее интенсивное возникновение внутриводного льда происходит на участках с быстрым течением и каменистым дном (на перекатах, порогах). Обилием шуги отличаются мно-гие реки Кольского полуострова, Карелии, реки Свирь, Нева, Ангара и др.

Шуга нередко, в особенности на северных и горных реках нашей страны, забивает живое сечение реки подо льдом, возникают зажоры. Вследствие сужения живого сечения потока возникают резкие подъемы уровня.

На некоторых реках наблюдаются пятры — ледяные острова, покоящиеся на ледяном основании в форме усеченного конуса, малое сечение которого прикреплено ко дну. Конус этот сложен из внутриводного льда.

Осенний ледоход

Плывущие по реке льдины и ледяные поля, сформировавшиеся в результате смерзания обломившихся заберегов, сала, снежуры и шуги, образуют осенний ледоход. Осенний ледоход наблюдается не на всех реках. Отсутствие ледохода характерно для малых рек. На горных реках осенний ледоход заменяется шугоходом.

На больших равнинных реках осенний ледоход наблюдается ежегодно и протекает сравнительно спокойно. На отдельных участках (крутые повороты, сужение русла), где пропускная способность русла не соответствует количеству проходящего по нему ледового материала, происходит скопление плывущих льдин и образуются заторы. Эти скопления льда, так же как и зажоры, оказывают динамическое сопротивление водному потоку и вызывают повышение уровня воды выше по течению. Подъемы уровня воды при осенних заторах относительно невелики (из-за малой водности реки в этот период).

Продолжительность осеннего ледохода колеблется в широких пределах: от нескольких дней до месяца, а иногда и более, и возрастает с увеличением водности реки. На крупных реках, вытекающих из озер (Нева), осенний ледоход принимает затяжной характер в результате тех же процессов, которые охарактеризованы для Ангары. Длительный ледоход свойствен также рекам с неустойчивым ледовым режимом, на которых похолодания сменяются оттепелями, наблюдаются повторные вскрытия и замерзания (Западная Двина, Неман, Днестр и др.).

Распределение сроков начала осеннего ледохода на наших реках носит характер широтной зональности. Раньше всего, во второй половине сентября, осенний ледоход начинается на крайнем севере азиатской части СССР — на реках Таймыра, Индигирки; позже всего наступает в Закавказье — в январе. На крупных реках Сибири наступление осеннего ледохода запаздывает по сравнению со сроками замерзания малых рек данной географической зоны вследствие переноса этими реками больших количеств тепла.

Для характеристики распределения дат начала осеннего ледохода, так же как и других ледовых явлений, строятся карты изохрон — линий, соединяющих на карте пункты с одинаковыми датами наступления этих явлений.

Ледостав

Ледостав — это наличие неподвижного ледяного покрова на поверхности реки (озера).

На всех стадиях ледообразования, от начальных до ледостава включительно, отчетливо проявляется влияние температуры воздуха. По мере перехода от начальных форм ледообразования к ледоставу роль климатических факторов несколько ослабевает и усиливается значение прочих факторов — водности реки, морфологии русла, скоростей течения и т. п. Наибольшее влияние неклиматических факторов сказывается на образовании ледостава. В предледоставный период водная масса охлаждена настолько, что образованию ледостава препятствуют лишь повышенные скорости течения, и тепло, приносимое грунтовыми и озерными водами и водами, сбрасываемыми промышленными предприятиями. На реках, на которых влияние этих факторов ослаблено, ледостав при одинаковых климатических условиях наступает раньше. Малые реки, как правило, замерзают раньше больших, и ледяной покров на них образуется путем срастания заберегов, поэтому он обычно равный и относительно гладкий. На больших реках формирование ледостава связано с возникновением заторов льда, вызывающих подпор и уменьшение скоростей течения. В местах заторов происходит торошение льда, ледяной покров становится неровным, с беспорядочным нагромождением льдин.

Так как заторы возникают далеко не всюду и не в одно время, то ледостав на больших реках равнинных районов образуется не одновременно на различных участках: сначала ледостав образуется на плёсах, затем на перекатах, причем разница в сроках наступления ледостава на различных участках одной и той же реки возрастает с увеличением водности и скоростей течения.

Исследования последних лет показали, что установление ледостава на больших реках на значительном протяжении происходит в результате последовательного перемещения кромки льда вверх по течению от очагов ледяных перемычек. На горных реках ледостав представляет собой сравнительно редкое явление, в особенности в южных районах, как, например, на Кавказе и в Средней Азии. Здесь он формируется на участках, где образуются скопления больших масс шуги.

Большая часть рек нашей страны характеризуется устойчивым ледоставом. Только на реках Черноморского побережья Кавказа и на реках Южного берега Крыма ледостав не наблюдается вовсе вследствие теплого климата. Распределение сроков наступления ледостава на реках СНГ характеризуется в общем широтной зональностью. На европейской части эта зональность несколько нарушается под влиянием вторжений теплых масс воздуха с Атлантики. Ледостав на больших реках Сибири запаздывает по сравнению с малыми реками примерно на 10 дней. В период ледостава на реках иногда сохраняются участки со свободной ото льда водной поверхностью — полыньи, или майны. Полыньи имеют двоякое происхождение: динамические полыньи и термические. Полыньи первой категории возникают на участках сосредоточенного падения — на порогах, стремнинах. Они распространены на реках Карелии, в северной части Русской равнины, на горных и полугорных реках Сибири. Эти полыньи сохраняются иногда в течение всей зимы и являются очагами возникно-вения шуги, скопления которой подо льдом ниже полыньи образуют зажоры.

Полыньи термического происхождения возникают либо под влиянием обильных выходов относительно теплых грунтовых вод или сброса промышленных вод, либо, если река вытекает из озера, вследствие подтока более теплых вод озера. Термические полыньи иногда достигают значительных размеров. Так, например, р. Емца, приток Онеги, не замерзает на протяжении более 100 км, несмотря на суровые зимы. Термические полыньи распространены на реках Яно-Колымской горной страны и Чукотки. В большинстве случаев участки с полыньями на этих реках расположены в области предгорий, которые характеризуются мощными отложениями галечников, изобилующими выходами грунтовых вод в русло реки.

Примером полыней в истоках рек, вытекающих из озер, могут служить полыньи в истоках Невы, Ангары, Волхова и др. В период ледостава на некоторых реках, часто в районах многолетней мерзлоты, на поверхности ледяного покрова образуются наледи — наросты льда в виде напластований, утолщений, бугров, порой причудливой формы.

Зимой в связи с увеличением толщины ледяного покрова или закупоркой русла шугой, промерзанием уменьшается площадь живого сечения. В таких случаях подо льдом образуется напор, взламывающий лед, и через трещины вода выходит на поверхность льда.

Нарастание толщины льда на реках

Ледяной покров изолирует воду от атмосферы в термическом отно-шении и выполняет роль регулятора в теплообмене между водой и воздухом. Если через лед удаляется в воздух больше тепла, чем поступает к нему из воды, то толщина льда увеличивается; в противном случае лед подтаивает. Очевидно, что лед всегда стремится достигнуть такой толщины, при которой создается равновесие между теплом, передаваемым в атмосферу и поступающим из водной массы. Эту регулирующую роль ледяной покров выполняет вместе со снежным покровом, находящимся на нем. Лед значительно лучше проводит тепло, чем снежный покров. Таким образом, основная роль в защите водной массы от потерь тепла принадлежит снегу, лед же служит основанием, на котором покоится снежный покров. Вот почему между толщиной льда и толщиной снежного покрова всегда существует некоторое определенное соотношение: толщины снега hс и льда hл приблизительно пропорциональны друг другу и при плотности снега 0,2 отношение hc/hn равно 0,4. При увеличении толщины снежного покрова это соотношение нарушается, лед погружается в воду, последняя выступает на поверхность льда, смачивает снег, замерзает и в результате толщина льда увеличи-вается настолько, что восстанавливается нормальное соотношение между толщинами снега и льда. В периоды между снегопадами лед приобретает излишнюю плавучесть, и равновесие восстанавливается с увеличением толщины снежного покрова.

Нарастание толщины ледяного покрова большей частью происходит с нижней его поверхности, в слое воды, прилегающем к этой поверхности. Охлаждение этого слоя воды обусловливается отдачей тепла в виде теплового потока, идущего от водной массы через лед в атмосферу. При тепловом равновесии толщина льда не меняется.

Вскрытие рек. Весенний ледоход

Весной с момента перехода температуры воздуха через 0° С начинается таяние снега на льду и берегах реки. На поверхности ледяного покрова появляется вода. Одновременно с действием солнечной радиации и теплых воздушных масс она способствует таянию льда. Ледяной покров теряет прочность. Монолитность строения ледяных масс нарушается, лед приобретает столбчатую структуру и сравнительно легко разламывается под возрастающим напором речного потока.

Прежде всего уменьшается прочность связи ледяного покрова с берегами. Образуются закраины — полосы воды, свободной ото льда. Возникновению закраин способствуют также трещины, появляющиеся у берегов вследствие вспучивания льда при подъеме уровня воды. Оторвавшийся от берега ледяной покров на отдельных участках перемещается на короткие расстояния. Возникают так называемые подвижки льда. Таких подвижек бывает несколько. Местами в ледяном покрове появляются промоины и проталины. При дальнейшем разрушении он разламывается на отдельные поля и льдины. Плывущие по реке ледяные поля и льдины образуют ледоход.

Характер вскрытия рек различен в зависимости от роли в этом процессе тепловых и механических факторов. Если основная роль принадлежит тепловым факторам, а роль механических ничтожна, разрушение и ликвидация ледяного покрова происходят медленнее и спокойно, подобно тому как это бывает на озерах. Такой тип вскрытия присущ рекам, на которых весенний подъем уровней незначителен либо наступает поздно. В этом случае весенний ледоход отсутствует, лед тает на месте.

При возрастании роли механических факторов вскрытие рек может происходить при значительной толщине льда и сопровождается мощным весенним ледоходом и частыми заторами льда. Наиболее ярко эти явления выражены на крупных реках Сибири и севера европейской части СНГ, текущих на север. Здесь вскрытие начинается в верховьях и постепенно перемещается вниз по течению. Волна половодья обгоняет фронт снеготаяния и встречает на своем пути участки реки, еще покрытые толстым и прочным льдом. В этих условиях ледоход начинается при больших подъемах уровня, возрастающих вниз по течению.

Исследования последних лет показывают, что возможны разные случаи формирования весенних заторов льда. В одном случае заторы льда на каком-либо участке обусловливаются в начальной стадии вскрытия главным образом сопротивлением ледяного покрова напору подвижных масс воды и льда, перемещающихся с верхних участков. Увеличение давления со стороны этих масс вызывает местное многослойное нагромождение льдин. Эти явления типичны для рек, текущих на север, для участков с крутыми поворотами, для зоны выклинивания подпора от гидротехнических сооружений и др. В другом случае заторы льда образуются при ледоходе на участках с резкими морфометрическими изменениями русла (уменьшение ширины, многорукавность и т. п.), где ледопропускная способность русла меньше массы льда, поступающей сверху.

К настоящему времени установлено, что ледяной покров к моменту вскрытия оказывается наиболее толстым и прочным в местах с большой осенней зашугованностью. Это создает дополнительные предпосылки к формированию в этих местах мощных заторов. Подобные явления наблюдались на реках Енисее, Иртыше, Северной Двине, Сухоне и др. (рис. 105). Подъемы уровня при весенних заторах нередко превышают максимальные уровни весеннего половодья.

Массы льда, забивающие живое сечение реки порой до 50-80%, испытывают при заторе значительные напряжения, в результате чего возможны надвиги льдин на берега. Торосистые нагромождения льда представляют большую опасность как для береговых сооружений, так и для зимующих вблизи берегов судов. Во время ледохода происходят иногда значительные деформации берегов.

На реках, вытекающих из озер, наблюдается вторичный ледоход, обязанный своим происхождением выносу озерного льда в реку (Нева, Свирь и др.).

Источник

Ледостав

Ледостав – это явление природы, характерное для большинства рек и озер России, Азовского, Аральского и Каспийского морей, а также некоторых водоемов стран Балтии, Украины, Белоруссии, Молдовы, Средней Азии, Закавказья. На вопрос о том, что такое ледостав, можно ответить, что это неподвижный слой льда, образующийся на водоемах в осенне-зимний период.

Что такое ледостав

Поздней осенью можно наблюдать, как вода в водоемах становится темной, почти черной. При этом она имеет плотную и вязкую консистенцию. Это говорит о начале замерзания водоема. После этого наступает ледостав. Данным термином принято называть не только сам слой льда, покрывающий реки, но и процесс образование ледяного покрова, а также временной отрезок, в течение которого он не тает.

На реке

Характеристики явления, такие как период, толщина льда и скорость его установления, зависят от нескольких факторов:

  • от ландшафта и рельефа местности;
  • от особенностей речного русла и дна;
  • от погоды – атмосферной температуры, ветра и его интенсивности, а также наличия туманов;
  • от размера и течения реки – чем меньше водоем, тем быстрее произойдет замерзание.

Кроме того, длительность данного природного явления определяется толщиной и структурой слоя льда, а также продолжительностью холодного периода.

У горных водоемов с бурным течением сплошной ледяной покров не устанавливается. На равнинных реках также могут быть не замерзшие участки. Они называются полыньями:

Полынья

Такие участки возникают в местах, где наиболее бурное течение или вода теплее, чем во всем водоеме.

Процесс образования льда

С наступлением холодной погоды, когда температура опускается ниже 0°С, начинается процесс образования ледяного слоя. Равномерность замерзания воды зависит от некоторых факторов:

  1. На озерах, прудах, где нет течения, процесс происходит равномерно.
  2. В безветренную и морозную погоду замерзание водоема происходит равномерно. Сначала поверхность воды как бы загустевает, затем происходит постепенное промерзание.
  3. Если морозы сопровождаются ветром, замерзание начинается от берегов. Сначала образуются тонкие корки ледяного слоя. Их называют «забереги» – лед цепляется за берега, сигнализируя о начале ледостава. Далее появляются участки с тонким слоем плоских льдинок по всему руслу реки. Когда идет снег и хлопья попадают в холодную воду, они уже не тают. Движение льдинок совместно с водой и снегом приводят к образованию кашеобразного слоя. Этот процесс называется шуга – снежные хлопья, перемешанные с водой. Они плавают уже не только на поверхности, но и образуются в толще воды. Постепенно шуга превращается в ледяные участки, которые смерзаются и покрывают водоем полностью.

На реке

Окончательно период ледостава наступает, когда от берегов русло реки постепенно покрывается льдом и соединяется с заберегами. Быстрее вода замерзает у истоков, где не такое быстрое течение, а устье реки сковывается ледяным слоем в последнюю очередь.

Когда бывает ледостав

Процесс не имеет определенных временных границ. В каком месяце он наступит, зависит от того, какие особенности имеет водоем, а также от погодных условий, в том числе от количества выпавшего снега.

Ледостав характерен практически для всех водоемов России и его продолжительность увеличивается по направлению с юга на север.

В северной части страны ранний ледостав. Лед встает с конца октября и полностью покрывает водоемы к началу ноября. На южных просторах он начинается с середины ноября. В это время температура воздуха там устанавливается ниже -5°С.

У берега

Раньше всех покрываются льдом реки Таймыра. Ледостав здесь бывает уже в сентябре. Дальше процесс продвигается на юг и длится около трех месяцев. Окончательно процесс заканчивается к концу декабря.

Зоны ледостава

Длительность ледостава зависит от климата и длится от 1 до 8 месяцев. В зависимости от этого его можно разделить на зоны. Условно выделяют четыре зональности:

  1. Архангельская и Мурманская области, Тюмень, республика Коми, Таймыр, Якутия, Камчатка, Амурская область, Магаданская область – здесь ледостав длится особенно долго. Сплошной ледяной покров сковывает водоемы в октябре и держится до мая.
  2. Курская, Брянская, Астраханская области, Северная Осетия, южные области Приморского края, Ставропольский край – в этих местах устойчивый процесс наблюдается на реках с декабря по март.
  3. Страны Балтии, Украина, Белоруссия, Азовское, Аральское и Каспийское моря – здесь продолжительность имеет краткосрочный характер. При этом лед на реках неустойчив.
  4. Молдова, Средняя Азия, Закавказье – процесс ледостава здесь отсутствует или имеет нерегулярный характер. Льдом могут покрываться лишь небольшие участки рек и на непродолжительное время.

Даже имея знания о временных промежутках ледостава в конкретной его зоне точно спрогнозировать сроки замерзания рек не представляется возможным. Это связано с тем, что в каждой зоне могут наблюдаться отклонения от средних показателей. Сроки могут смещаться на время от одного месяца до трех в зависимости от погодных условий.

Осенний ледостав может сопровождаться ледоходом – движением льда, вызванным порывами ветра и течением. В результате могут образовываться заторы. Происходит это чаще всего на водоемах небольших размеров, имеющих слабое течение. Процесс может быть вызван потеплением. Под действием течения еще не до конца сформировавшийся лед начинает ломаться и скапливаться. С наступлением мороза льдины смерзаются и образуют торосы. Их длина может достигать трех метров.

Торосы

В некоторых регионах автомобильное движение через реки возможно только в период ледостава.

Большинство рек в России начинают вскрываться ото льда в марте и полностью этот процесс заканчивается лишь в мае.

Источник

Что такое ледостав и чем он отличается от ледохода?

Что такое ледостав и чем он отличается от ледохода?

Река – это не просто поток воды, несущийся из одного конца в другой, с возвышенности в низменность, от ручья к морю. Это сложная экосистема, включающая в себя множество взаимодействующих друг с другом элементов.

Река живет своей жизнью – вспенивается и становится бурной в период паводка, выходит из берегов в половодье, мелеет во время летней жары. Зиму же река встречает процессом образования сплошного покрова льда на поверхности – ледоставом.

Ледостав – это и сам процесс образования льда на водоеме, и период, в течение которого этот ледяной покров не тает. Продолжительность ледостава, толщина ледяного покрова и скорость его образования зависят от ландшафта, особенностей реки и погодных условий (температуры воздуха, силы ветра и так далее). Чем меньше река и чем слабее ее течение, тем быстрее она замерзнет.

Бурные и быстрые горные реки не имеют сплошного ледостава. Но даже и в равнинных реках могут оставаться участки, где вода не замерзает. Такие места называют полыньями, а образуются они там, куда попадают более теплые воды или где течение самое быстрое. В России ледостав на реках начинается в конце ноября; окончательно замерзает лед к середине декабря, а начинает таять уже в апреле.

Процесс образования льда

Что такое ледостав и чем он отличается от ледохода?

Замерзание воды начинается в тот момент, когда ее температура опускается до нуля градусов по Цельсию. Водоемы со стоячей водой покрываются льдом равномерно. Реки замерзают по-разному.

Если ветра нет, а погода стоит морозная, вода замерзает сравнительно равномерно, сначала как будто загустевая. При ветреной погоде тонкие ледяные корки образуются сначала у берегов. Эти места называют «забереги»: лед здесь как будто цепляется за берега реки. Забереги являются первым признаком того, что на реке начался ледостав.

Следующий этап – появление в русле небольших плоских льдинок. Если начинается снегопад, хлопья снега падают в остывшую реку и не тают. Вода, смешанная со снегом, становится кашеобразной, и в народе ее называют снежура. После этого снег и льдинки начинают соединяться между собой, образуя шугу – комья льда со снегом, плывущие и по поверхности, и в толще воды. После этого шуга смерзается в льдины, толщина и площадь которых постепенно увеличивается.

Окончательно лед останавливается, когда эти льдины разрастаются до берегов и смыкаются с заберегами. Начинается замерзание воды у истока, где течение не слишком быстрое, затем покрываются льдом отмели и участки у берегов; район устья реки замерзает в последнюю очередь.

О ледоходе

Что такое ледостав и чем он отличается от ледохода?

Ледоходом называют движение льдин по руслу реки под воздействием ветра или течения. Осенний ледоход наблюдается после того, как в воде появилась снежура и шуга; именно из шугового льда и оторвавшихся заберегов и получаются льдины, образующие ледоход.

Осенний ледоход случается в период замерзания и завершается ледоставом. Льдины при этом могут размываться осенними дождями, ломаться, разбиваться ветром, срастаться между собой, образуя толстые торосы.

Весенний ледоход – это период после ледостава, когда лед под воздействием течения, температуры воздуха и ветра вскрывается, и начинается движение льдин по течению перед окончательным таянием льда. Этот процесс обычно длится с конца марта до мая. На крупных реках ледоход может сопровождаться заторами, образуемыми большим количеством скопившихся в одном месте ледяных фрагментов.

Зоны ледостава

В разных климатических широтах ледостав происходит по-разному. Условно можно выделить четыре зоны, которые отличаются по продолжительности этого явления. Особо длительный ледостав, с октября по май, наблюдается в Архангельской, Мурманской областях, в Тюмени, Коми АССР, на Таймыре, в Якутии, Иркутской и Амурской областях, на Камчатке и в Магаданской области.

Что такое ледостав и чем он отличается от ледохода?

Зона устойчивого ледостава расположена южнее, к ней относятся Курская, Брянская, Астраханская области, Ставрополье, Северная Осетия, юг Приморского края. Ледостав здесь длится с ноября по апрель. Кратковременный и неустойчивый ледостав с декабря по март наблюдается на реках и водоемах стран Балтии, в Беларуси, Украине, в бассейнах Азовского, Аральского и Каспийского морей. Нерегулярный ледостав или полное его отсутствие фиксируются в Молдове, регионах Средней Азии и Закавказья.

Точно определить календарные сроки ледостава невозможно – в разных зонах допустимы отклонения от среднегодовых показателей на месяц-три, обусловленные особенностями погоды. К примеру, ледостав на Волге обычно длится до полугода.

Источник

Термический режим рек. Ледовые явления на реках и озерах

Поскольку температура воды в реке, как следует из анализа уравнения теплового баланса участка реки, реагирует на метеорологические факторы (изменения радиационного баланса, температуры воздуха), основная причина временных изменений температуры воды в реке – метеорологическая.

В условиях умеренного климата наиболее типичны сезонные изменения температуры воды в реках. Зимой под ледяным покровом вода у поверхности реки имеет температуру около 0 0 С. Весной в период повышения температуры воздуха и осенью в период ее понижения изменения температуры воды следуют с некоторым отставанием за изменениями температуры воздуха. Максимальная температура воды по величине меньше максимальной температуры воздуха и наступает несколько позже максимальной температуры воздуха. В связи с тем, что температура воды в реках, как правило, не может приобретать отрицательные значения (переохлаждение речных вод до отрицательных температур без замерзания иногда происходит в случае отсутствия ядер кристаллизации), средняя годовая температура воды в реках заметно выше, чем средняя годовая температура воздуха.

Помимо сезонных колебаний температура воды в реках испытывает и суточные изменения, которые также отстают от изменения температуры воздуха. Минимальная температура воды наблюдается обычно в утренние часы, максимальная – в 15 – 17 ч (максимум температуры воздуха обычно бывает на 1 – 2 ч раньше). На больших реках суточный ход температуры воды обычно более 1 – 2 0 С, на малых реках он может быть и выше. Суточные колебания температуры воды хорошо выражены на реках, берущих начало из ледников.

Температура речной воды имеет и пространственные изменения. Хорошо известно подчиняющееся широтной зональности изменение температуры воды вдоль крупных рек, текущих в меридиональном направлении. У таких рек наибольшее различие температуры воды вдоль реки отмечается в период нагревания. Для больших рек, текущих с юга на север, характерны большие контрасты между температурой воды и воздуха: летом нагревшаяся в южных широтах речная вода попадает в северных широтах в условия более холодного климата. Часто температура воды в реках изменяется ниже впадения крупных притоков. В летнее время существенно уменьшается температура воды в реках ниже водохранилищ, что объясняется поступлением в нижние бьефы гидроузлов глубинных вод из водохранилищ, имеющих пониженную температуру. Нередко температура воды в реках заметно возрастает в местах сброса отработанных вод промышленными предприятиями и тепловыми электростанциями. В таких случаях говорят о «тепловом загрязнении» речных вод.

По ширине и глубине реки температура воды вследствие турбулентного перемешивания изменяется мало. На реках с быстрым течением различия в температуре в разных участках поперечного сечения потока обычно не превышают 0,1 0 С, на реках с медленным течением – 1 – 2 0 С. Однако иногда можно заметить различия в температуре воды на поверхности и у дна, на стрежне и у берегов. Летом у дна температура немного ниже, чем на поверхности, а у берегов выше, чем в середине реки. Осенью у берегов температура воды оказывается немного ниже, чем в остальной части поперечного сечения потока.

Вместе с текущими водами реки переносят и теплоту. Количество теплоты, переносимой речными водами за какой-либо интервал времени, называется тепловым стоком. Его можно рассчитать по формуле:

где WT – тепловой сток, Дж, за интервал времени — удельная теплоемкость воды; ρ – ее плотность; T – средняя температура воды; W – сток воды (м 3 ) за тот же интервал времени

Все реки по характеру ледового режима делятся на три большие группы: замерзающие, с неустойчивым ледоставом, незамерзающие. На замерзающих реках выделяют три характерных периода: 1) замерзания; 2) ледостава; 3) вскрытия.

Замерзание рек. Переход средней суточной температуры воздуха осенью через 0°С служит своеобразным «сигналом» приближаю­щихся ледовых явлений. Через некоторое время и температура воды снижается до 0°С, и начинаются ледовые явления.

Начальная фаза осенних ледовых явлений — сало, т. е. плыву­щие куски ледяной пленки, состоящей из кристалликов льда в виде тонких игл. Сало обычно плывет по реке в течение 3—8 дней. Почти одновременно у берегов, где скорости течения меньше, образуются забереги — узкие полоски неподвижного тонкого льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает образовываться внутриводный лед — непрозрачная губчатая ледяная масса, состоящая из хаотически сросшихся кристалликов льда. Внутриводный лед, образу­ющийся на неровностях речного дна, называют донным льдом. Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще потока образуют шугу. Движение шуги по поверхности или в толще реки называется шугоходом. К шуге на поверхности реки иногда добавляется битый лед, отрывающийся от заберегов, и снежура — скопления только что выпавшего на воду снега.

По мере охлаждения воды начинается образование льда непо­средственно на водной поверхности реки вдали от берегов. В процес­се образования льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. Начинается осенний ледоход. На больших реках он продолжается 10—12 дней, на малых —до 7 дней.

В период осеннего ледохода русло реки может оказаться забитым шугой и битым льдом. Закупорка русла этой ледяной массой называ­ется зажором. Образование зажора сопровождается подъемом уров­ня воды на вышерасположенном участке реки. Иногда осенний ледоход сопровождается затором, т. е. закупоркой русла плывущими льдинами.

Ледостав. По мере увеличения числа плывущих льдин и их размера скорость движения ледяных полей уменьшается, и сначала в местах сужения русла, у островов, в мелких рукавах, а затем и на остальных участках русла ледяные поля останавливаются и смерза­ются. Этому могут способствовать и заторы. Образуется сплошной ледяной покров — ледостав.

Некоторые участки реки могут в течение долгого времени, иногда в течение всей зимы, не замерзать. Такие участки называют полынь­ями; они часто бывают в местах с повышенными скоростями течения, например на порогах и быстринах, в нижних бьефах гидроузлов, в местах выхода в реку относительно теплых подземных вод и по­ступления промышленных и коммунальных стоков. Таким образом, происхождение полыньи может быть как динамическим, так и терми­ческим.

Толщина ледяного покрова на реках в течение зимы постепенно увеличивается.

Одним из наиболее простых способов оценки нарастания льда на реках служит установление эмпирической связи толщины льда с сум­мой отрицательных температур воздуха. Такую связь отражают, например, формулы Ф. И. Быдина:

; ,

где — толщина льда в см. В первой из этих формул используется средняя суточная, а во второй — средняя месячная температура воздуха. Необходимо отметить важную роль снежного покрова: чем его толщина больше, тем меньше толщина льда под снегом.

Вскрытие рек. С наступлением весны ледяной покров на реках начинает разрушаться. На этот процесс влияют солнечная радиация, поступление тепла из воздуха и с теплыми водами, механическое воздействие текущей талой воды.

Сначала начинает таять снег на льду. Талая снеговая вода ослабляет лед. У берегов реки под влиянием начавшегося нагрева­ния грунта и стекания со склонов талых вод, а также повышения уровня в реке образуются прибрежные полосы чистой воды — закраины.

Продолжающийся подъем уровня воды в реке вследствие поступ­ления в русло талых вод приводит лед в движение. Сначала это лишь небольшие (в несколько метров) смещения ледяных полей — под­вижки, а затем ослабленный ледяной покров разбивается на отдель­ные льдины и начинается весенний ледоход.

Заторы во время весеннего ледохода часто приводят к значитель­ному повышению уровней воды и даже к наводнениям.

Источник

Поделиться с друзьями
Река и озеро
Adblock
detector