Меню

Построить гидрографическую схему речной системы реки

Построить гидрографическую схему речной системы реки

Гидрографическая сеть. Речные системы. Главные реки и их притоки. Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих подземных потоков, собирается в понижениях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направлении понижения местности, образует поверхностные водотоки.

Атмосферные осадки и источники грунтовой воды не сразу создают большие реки. Вода сначала собирается в отдельные струйки, затем в ручьи, а последние, постепенно соединяясь, образуют реки. Река принимает в себя притоки и постепенно увеличивается вниз по течению. В полярных странах и высокогорных районах имеются реки, которые создаются тающими ледниками. Начало многих рек лежит в болотных массивах. Нередки случаи, когда река начинается из озера. В этом случае река уже в начале может иметь весьма большие размеры. Например, р. Нева, вытекающая из Ладожского озера крупным потоком, существенно не изменяется до самого устья. Поверхностные водотоки в зависимости от их величины и физико-географических условий, в которых они протекают, могут быть постоянно или периодически действующими. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гидрографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.

Когда рассматривается система постоянно и временно действующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть русловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети.

Приведенные определения не имеют строгих количественных критериев и потому в известной мере условны. Иногда принимают, что состав русловой сети может быть охарактеризован водотоками, показанными на крупномасштабных топографических картах.

В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные долины. Процесс формирования основных элементов (размеров, глубины вреза, крутизны склонов) этих звеньев речной сети совершался длительное время; современная эрозия продолжает эту работу, образуя промоины, рвы и овраги в дне этих звеньев и на их склонах.

Ложбина — верхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Ложбина развивается обычно при площади водосборов 10-15 га в слаборасчлененных районах и при 50 га — в сильно расчлененных районах Европейской территории СССР.

Лощина — следующее за ложбиной звено гидрографической сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и берегового размыва или ветвистого русла. Лощины отводят воду с площади от 10-15 га до 10-15 км 2 в слаборасчлененных районах и от 50 га до нескольких квадратных километров в сильно расчлененных районах.

Суходол — преддолинное нижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока. В условиях сильно расчлененного рельефа суходолы развиваются при площади водосбора 10-15 км 2 , в слаборасчлененных — 20-25 км 2 .

Долина — наиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протяженностью, измеряемой десятками, сотнями и тысячами километров и наличием постоянного потока (речные долины).

Схема основных звеньев гидрографической сети представлена на рис. 54.

Речная сеть в соответствии с характером направления наклона земной поверхности распределяется между отдельными главными водными артериями, впадающими в океаны, моря, бессточные озера или заканчивающимися в безводных пространствах пустынь. Совокупность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку, вместе с главной рекой называется речной системой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд притоков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредственно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоками второго порядка по отношению к главной реке называются реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д. Эта перешедшая в гидрологию из физической географии классификация притоков широко применяется и в настоящее время при гидрографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так и крупные водные артерии.

В том случае, когда необходимо установить какие-либо закономерности развития гидрографической сети, например число притоков различного класса на разных площадях водосборов, такая классификация, объединяющая в одни группы разнородные элементы гидрографической сети, оказывается непригодной.

В таких исследованиях, по предложению Р. Е. Хортона, применяется иная классификация притоков. В этой классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого порядка,- ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему порядку, характеризующему одновременно порядок всей системы.


Рис. 54. Схема основных звеньев гидрографической сети. I — основные звенья сети; II — поперечные профили.

По этой классификации Днепр выше устья р. Днепреца будет иметь третий класс, ниже устья р. Немощеной — четвертый, у г. Дорогобужа — пятый, ниже устья р. Вопи — шестой, ниже устья р. Сожа — седьмой и ниже устья р. Припяти — восьмой.

Структура речной сети характеризуется данными, приведенными на рис. 55.


Рис. 55. Структура и морфологические характеристики речной сети. а — схема речной системы; б — зависимость относительной глубины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q). I-VIII — порядки естественных потоков.

Исток и устье реки. Основные виды устьев. Устьевые области. Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является началом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно различать гидрографическую длину реки, т. е. длину от наиболее удаленного истока, и длину реки данного названия. Очевидно, что условия стока воды в реке и, в частности, время перемещения воды от истока до устья или какого-либо другого пункта зависит от гидрографической длины реки. Поэтому при анализе условий стока принимается во внимание гидрографическая длина реки.

При определении длины реки по карте необходимо прежде всего установить признаки выделения истока и устья. В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за исток реки принимается исток водотока большей длины, а при одинаковом их протяжении — исток левой составляющей.

При образовании реки в результате слияния двух рек, имеющих самостоятельные названия, за начало этой реки принимается место слияния образовавших ее рек.

Так, например, началом р. Северной Двины является место слияния рек Сухоны и Юга, р. Амура — слияние рек Шилки и Аргуни. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния двух рек без названия, следует принимать исток водотока большей длины.

Впадая в другую реку, озеро или море, река образует устье. Если река впадает в реку, озеро или море двумя рукавами, за устье принимается устье более крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. Если река оканчивается оросительным веером, за устье принимается место разветвления реки на оросительные каналы.

В отдельных случаях вследствие сильного испарения или просачивания в почву вся вода теряется и не доходит до моря, озера или другой реки. Указанное окончание реки иногда называется слепым концом. Кроме истока и устья, на сравнительно крупных реках выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Для указанного разграничения общего протяжения реки на участки не существует твердо установленных условий. Это деление производится с учетом изменения вниз по течению реки рельефа местности, скоростей течения, водности потока и других его характеристик.

В устьях рек возникают своеобразные процессы, связанные с отложением выносимых рекой наносов и взаимодействием вод впадающей реки и водоема, их принимающего (река, озеро, море).

При впадении в море или озеро река часто отлагает значительное количество наносов и в этом случае создает многорукавное устье, называемое дельтой. Чем меньше несет река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. В этих случаях река часто вливается в море одним широким руслом, образуя губу, или эстуарий.

Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование лиманов происходит при опусканиях береговой полосы. Лиманы сохраняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отделенный от основного морского пространства косой, называется лагуной.

Таким образом, лиман представляет собой как бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки.

Наносы, выносимые реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье — бар. В конце нижнего течения реки при впадении ее в море и в пределах прибрежной части моря образуется переходная зона. На протяжении этой зоны под влиянием моря режим реки существенно изменяется: скорости течения уменьшаются, в реку проникают приливо-отливные течения, происходит смешение речной и морской воды, ширина реки резко возрастает и образуется дельта или эстуарий.

В свою очередь прибрежная часть моря, непосредственно прилегающая к устью реки, испытывает влияние впадающей реки. Это влияние сказывается в понижении солености морской воды, в распределении глубин, течений и изменении других характеристик гидрологического режима. Указанная переходная зона называется устьевой областью. В пределах этой области в свою очередь различают предустьевое взморье и приморский участок реки (рис. 56).


Рис. 56. Районирование морского устья реки.

Приморский участок реки делится на предустьевой и устьевой участки. Предустьевой участок реки имеет речной режим, только временами нарушаемый сгонно-нагонными и приливо-отливными явлениями. Его верхний створ находится на границе проникновения этих явлений, нижний — в месте разделения реки на рукава, а при однорукавных устьях и эстуариях — в сечении, где постоянно наблюдается смешение речной и морской воды. Устьевой участок реки простирается от нижнего створа предустьевого участка до предустьевого взморья. По ширине устьевой участок ограничивается коренными берегами долины, а если они нечетко выражены, то линией наибольшего разлива в половодье.

Предустьевое взморье занимает пространство от нижней границы устьевого участка до зоны, дальше которой влияние реки на морской режим уже не прослеживается.

Типы устьев рек СССР. Весьма большое разнообразие встречающихся в природе устьевых областей применительно к рекам СССР можно охарактеризовать основными типами, представленными на рис. 57-62 и в табл. 24.

Устьевые области типа 3, 4, 5 и 6 (табл. 24) представляют собой различные дельтовые образования. Их разновидность обусловливается соотношением между величиной твердого стока и размером залива, в который впадает река, а также характером водного режима реки, скоростями течения и другими местными условиями, определяющими процесс образования рельефа в пределах дельты рассматриваемой реки. Как указано выше, в отдельных, хотя и сравнительно редких случаях вся вода реки теряется и не доходит до моря, озера или другой реки и, следовательно, не образует обычного устья. Такие реки встречаются в местностях, очень бедных влагой, например в Средней Азии, или в карстовых районах, где река может по трещинам целиком уйти в землю и превратиться в подземный поток. В ряде случаев река в более влажное время года (весной или во время дождливого периода) имеет нормальное устье, а в более засушливое — иссякает по пути. Например, р. Кума, теряя воду на испарение и фильтрацию в низовьях, далеко не каждый год доносит свои воды до Каспия. В частном случае отсутствие нормального устья может являться результатом деятельности человека, когда вся вода реки используется для орошения. Создаваемая в этом случае сеть оросительных каналов, по которым вдоль по течению реки постепенна разбирается весь проносимый ею расход, обычно называется оросительным веером. Так, реки Теджен и Мургаб по выходе из гор на равнину полностью разбираются на орошение и оканчиваются сетью ирригационных каналов.

№ п/п Наименование устья № рисунка Название некоторых рек, у которых встречаются устья данного типа
1 Однорукавное 57 Риони, Амур
2 Эстуарий (воронкообразный) 58 Обь, Енисей, Хатанга, Мезень, Южный Буг, Днепр
3 Островное 59 Дон, Печора, Северная Двина, Индигирка, Яна, Колыма, Нева
4 Лопастное 60 Кура, Урал
5 Многорукавное, ветвящееся 61 Волга, Терек, Амударья
6 Блокированное, лиманное 62 Кубань, Камчатка, Западная Двина, Днестр


Рис. 57. Однорукавное устье.

Рис. 58. Эстуарий.

Рис. 59. Островное устье.

Рис. 60. Лопастное устье.

Рис. 61. Многорукавное, ветвящееся устье.

Рис. 62. Блокированное, лиманное устье.

Основные закономерности структуры гидрографической сети. Густота речной сети. В зависимости от характера грунтов бассейна, рельефа местности, растительного покрова и количества выпадающих осадков русловая сеть обычно имеет различную разветвленность. В условиях легко проницаемых грунтов большая часть выпадающих осадков достигает речного русла подземным стоком, вследствие чего в этом случае русловая сеть менее развита. Такое явление характерно, например, для районов распространения карста. С увеличением высоты местности замечается увеличение густоты русловой сети. Так, например, в бассейне р. Днепра более развитая русловая сеть приходится на возвышенности Литовско-Белорусскую, Смоленско-Московскую, Среднерусскую, Волыно-Подольскую и т. д., и, наоборот, низменные, заболоченные и плоские пространства по р. Припяти и среднему течению р. Днепра характеризуются меньшей густотой русловой сети. В горных районах, где осадков обычно больше, чем на равнине, а грунты менее проницаемы, густота русловой сети больше, чем в равнинных.

В лесных районах вследствие более благоприятных условий для фильтрации воды наблюдается несколько меньшая густота русловой сети, чем в безлесных.

Следует учитывать, что в изолированном виде трудно установить влияние какого-либо одного из указанных факторов; в большинстве случаев они совместно определяют условия развития русловой сети, хотя нередко какой-либо из них оказывает наибольшее воздействие. Это иногда приводит к противоречивым оценкам роли отдельных факторов в формировании речной сети. Так, например, в гидрологической литературе встречаются утверждения, что повышенное развитие речной сети наблюдается на заболоченных территориях, в озерных котловинах и в других местах, где грунтовые воды находятся близко к земной поверхности, в то же время отмечается, что рельеф местности сравнительно мало влияет на плотность русловой сети.

Густота русловой сети обычно определяется как отношение длины всех водотоков данной площади, выраженной в километрах, к величине этой площади, выраженной в квадратных километрах, т. е.

Из определения понятия густоты русловой сети ясно, что числовые значения густоты русловой сети будут сравнимы между собой для отдельных районов, если они получены по данным карт одних и тех же масштабов и съемкам одной и той же степени полноты. Действительно, на картах мелких масштабов очень малые водотоки не могут быть показаны и, следовательно, общая длина водотоков окажется меньше, чем в том случае, когда определение длин производилось по картам более крупных масштабов.

Чем крупнее масштаб, тем точнее определяется густота русловой сети. Практически достаточно точные данные получаются при использовании карт М 1: 500 000 и 1 : 100 000.

Наиболее часто определение густоты русловой сети производится следующим образом: рассматриваемая территория разбивается на сеть равновеликих квадратов и измеряется суммарная длина водотоков, находящихся в пределах каждого квадрата.

Разделив найденное значение на площадь квадрата, получим густоту речной сети в пределах этого квадрата. Иногда степень развитости русловой сети характеризуют расчлененностью рельефа, определяя величину площадей, ограниченных двумя соседними реками и линией, проводимой между их истоками.

Представление о развитии русловой сети в различных природных зонах (по Р. А. Нежиховскому) дают табл. 25 и 26.

Природная зона Реки длиной 100 км Вся русловая сеть
холмистые равнины и низменности возвышенности и увалы холмистые равнины и низменности возвышенности и увалы
Тундровая 0,26 0,28 0,18 0,06 0,50 0,52
Лесная 0,31 0,32 0,19 0,06 0,56 0,57
Лесостепная 0,18 0,20 0,13 0,06 0,37 0,39
Степная 0,09 0,10 0,11 0,06 0,26 0,27
Полупустынная 0,08 0,09 0,10 0,05 0,23 0,24
Природная зона Реки длиной 100 км Всего
холмистые равнины и низменности возвышенности и увалы холмистые равнины и низменности возвышенности и увалы
Тундровая 122 137 7,9 0,24 130 145
Лесная 150 160 8,7 0,24 159 169
Лесостепная 69 85 6,0 0,24 75 91
Степная 30 35 4,9 0,24 35 40
Полупустынная 25 30 4,4 0,23 30 34

Из табл. 26 следует, что в пределах выделенных природных зон реки, имеющие длину менее 10 км, составляют 90-95% общего числа рек, в среднем приходящихся на 1000 км 2 зоны. Между количеством малых рек (L 2 , и их суммарной длиной для условий Европейской части СССР Р. А. Нежиховский установил зависимость, приведенную на рис. 63. Воспользовавшись этой зависимостью, можно показать, что чем больше на местности малых русловых потоков, тем они более короткие. Действительно, если, например, на площади 1000 км 2 имеется 50 малых рек, то их общая длина в соответствии с рис. 63 равна 125 км, а соответственно средняя протяженность составляет 125:50 = 2,5 км. Аналогичным образом в случае, если на площади 1000 км 2 расположено 400 малых рек, их средняя длина равна 660: 400 = 1,6 км.

Число рек различных длин на площади 1000 км 2 , как это следует из табл. 26, уменьшается от лесной к полупустынной зоне. Это в соответствии с рис. 63 означает, что средняя длина малых рек в зоне недостаточного увлажнения больше, чем в более увлажненных районах.


Рис. 63. Связь между количеством малых рек (L 2 , и их примерной длиной.

Густота русловой сети характеризует и средние расстояния между смежными водотоками. Справедливость этого вытекает из следующих рассуждений.

Представим себе, что какая-то часть территории равномерно покрыта водотоками (в том числе и пересыхающими), причем на всей площади F число таких водотоков п и длина каждого L. Тогда можно считать, что к каждому водотоку длиной L будет примыкать площадка f=F/n.

Для густоты русловой сети d имеем

Для случая неравномерного распределения русловой сети величина l/d, очевидно, есть среднее расстояние между водотоками, а величина l/2d характеризует среднюю ширину склонов, с которых вода поступает в водотоки.

Учитывая, что тальвег водотока обычно начинается не от водораздела, а лишь на некотором расстоянии от него, среднюю ширину склона иногда рекомендуют вычислять по соотношению b = l/2,25d.

Склоновая эрозия. Помимо основной гидрографической сети, образуемой системой ложбин, лощин, суходолов, малых рек, ручьев и реками средних и больших размеров, на поверхности земли имеется многочисленная сеть мельчайших борозд, промоин и ложбинок, распределенных в соответствии с микрорельефом местности. Поэтому поверхностный сток дождевых, ливневых и талых вод происходит обычно не сплошным слоем, а струями различной величины. Указанное струйчатое строение склонового стока обусловливает смывание верхнего слоя почвы. Этот процесс смывания почв поверхностным стоком носит название плоскостной эрозии.

При больших уклонах поверхности и на длинных склонах мельчайшие струйки сливаются в более крупные ручейки, которые создают более крупные струйчатые, или ручейковые, размывы-рытвины, или ложбины глубиной до 5, 10, 20 см и более. Если глубина этих ложбин не препятствует обычной обработке почвы и ложбины могут быть сглажены при очередной вспашке, то эта стадия развития называется струйчатым подтипом плоскостной эрозии. В тех случаях, когда ложбины и размывы, созданные концентрированными потоками талых и ливневых вод, не могут быть сглажены обычной обработкой почвы, возникает новый тип водной эрозии — овражная эрозия. Овражная эрозия является следующим этапом развития струйчатой эрозии.

Интенсивность развития эрозионного процесса и густота мелкой эрозионной сети каналов стока зависит от характера почв, уклонов и длины склонов, защищенности почвы растительным покровом, режима осадков и др. Учет интенсивности почвенной эрозии и установление законов формирования мельчайшей гидрографической сети имеет большое народнохозяйственное значение. Действительно, зная, в каких размерах в условиях различных почв при различном характере растительности и уклонах происходит размыв почвенных горизонтов, можно правильно организовать систему агролесомелиоративных мероприятий с целью существенного уменьшения плоскостной эрозии; это позволяет предохранить почву полей от разрушения и смыва.

Речной бассейн

Поверхностный и подземный водосборы. Водоразделы. Деление и смешение вод. После выяснения исходных понятий, относящихся к характеристике гидрографической сети вообще и русловой в частности, рассмотрим более подробно структуру речных бассейнов. Территория земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда данная речная система или отдельная река получает водное питание, называется бассейном речной системы или реки. Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы.

Поверхностный водосбор представляет собой площадь земной поверхности, с которой воды поступают в данную речную систему или отдельную реку.

Подземный водосбор образуют толщи почво-грунтов, из которых вода поступает в речную сеть. Поверхностный водосбор каждой реки отделяется от водосбора соседней реки водоразделом, проходящим по наиболее высоким точкам земной поверхности, расположенным между водосборами соседних рек. В общем случае поверхностный и подземный водосборы рек не совпадают. Однако в силу больших затруднений в определении границы подземного водосбора часто во всех расчетах и при анализе явления стока за величину бассейна принимают только поверхностный водосбор и вследствие этого не делают различия между терминами «речной бассейн» и «речной водосбор». Ошибки, возникающие в результате условного отождествления размеров бассейна и поверхностного водосбора, могут оказаться существенными только для малых рек и для рек, протекающих в геологических условиях, обеспечивающих хороший водообмен между бассейнами соседних рек (районы распространения карста). Для малых бассейнов ошибки могут оказаться велики потому, что те добавочные площади, которые в связи с несовпадением поверхностного и подземного водоразделов нужно прибавить или отнять от общей площади бассейна, в процентном отношении будут более значительными, чем для больших бассейнов.

Читайте также:  Пропавшего мальчика нашли в реке

В пределах бассейнов, расположенных на плоских равнинных пространствах засушливых районов, могут располагаться области значительных размеров, не имеющие стока в основную реку, полностью расходующие поступающую в виде осадков воду на испарение и питание подземных вод, уходящих за пределы речного бассейна. Такие бессточные области не должны включаться в величину водосборной площади реки.

Размеры бессточных областей могут меняться в зависимости от водности года: в многоводные годы они сокращаются, в маловодные увеличиваются.

Процесс эрозии, продолжающийся непрерывно в течение весьма длительного периода, может закончиться прорывом водораздельной линии двух соседних рек. Такое явление называется перехватом, или смешением (соединением), вод (рис. 64).

Иногда смешение вод может осуществиться в результате бифуркации, или процесса дробления реки на рукава, обычно в нижнем течении. Отходящие в результате бифуркации от основного русла рукава могут ниже по течению снова влиться в основное русло или проложить себе путь по направлению к соседнему водосбору. Рукава, отделяющиеся от основного русла, могут и не соединяться с ним ниже по течению, а иметь самостоятельное устье. Например, р. Дон отделяет на 140 км от устья рукав, носящий название р. Аксай, который вновь на 63-м км от устья соединяется с Доном. От р. Луги в нижнем ее течении отделяется рукав Россонь, который не соединяется с Лугой, а впадает в р. Нарову у ее устья. В этом случае бифуркация обусловливает смешение вод. В условиях равнинного рельефа иногда встречаются случаи соединения в верховьях рек, текущих в различных направлениях. Происходящее распределение поверхностного стока в верховьях различных речных систем называют делением вод. Случаи деления вод особенно широко распространены среди рек, протекающих по плоским, заболоченным территориям.

Примером смешения может служить р. Шолопость — проток между реками Ковжей и Кемой с ветровым течением переменного направления. Гораздо чаще встречается на равнинной части Европейской территории СССР деление вод. Так, например, озеро Васильково имеет сток и в систему р. Волги и в бассейн р. Волхова; из озера Парусного на полуострове Канин вытекает р. Чижа, впадающая в Мезенскую губу Белого моря, и р. Чеша — в Чешскую губу Баренцева моря. Временное деление вод устанавливается весной в истоках р. Днепра и притоках р. Обши, входящей в систему р. Западной Двины.


Рис. 64.Схема готовящегося речного перехвата.

Отмеченные условия изменения границ бассейнов нужно особо иметь в виду при исследовании вопросов стока с малых низменно-болотистых бассейнов без ярко выраженной водораздельной линии, так как иногда это может оказать существенное влияние на величину площади бассейна.

Руководствуясь положением истоков соседних рек и сообразуясь с рельефом местности, можно на карте провести линию водораздела и тем самым выделить водосборную площадь реки.

Применительно к различным задачам приходится принимать во внимание водосборную площадь или всей реки, или отдельных ее частей. Так, например, часто приходится определять площадь водосбора по отношению к тем сечениям реки, или так называемым замыкающим створам, где установлена гидрометрическая станция или предполагается возведение гидротехнических сооружений — плотин, гидростанций и т. п. В этом случае линия водораздела должна быть проведена таким образом, чтобы охватить всю площадь питания реки, расположенную выше намеченного замыкающего створа. Полная характеристика каждого речного бассейна может быть дана только на основе учета комплекса данных, определяющих морфометрические характеристики данного водосбора и физико-географические условия, в которых осуществляются процессы стока.

Морфометрические характеристики речного бассейна. Особенности геометрического строения речных водосборов обычно характеризуют некоторыми количественными показателями, именуемыми морфометрическими характеристиками. Среди этих характеристик основными исходными являются длина реки и площадь водосбора.


Рис. 65. Образцы извилистости рек.

Длиной реки называется расстояние от истока до устья в километрах; счет километров принято вести от устья как от более определенной точки, чем исток. Следует при этом иметь в виду, что при сложном строении устьевой области выбор начального створа отсчета является условным. Однако при значительной длине реки это обстоятельство не имеет существенного значения, тем более, что устьевой створ принимается постоянным при всех последующих измерениях. Значительно большее влияние на измеряемую длину оказывает извилистость реки и масштаб топографической карты. Чем крупнее масштаб карты, тем точнее можно определить длину реки. Влияние извилистости на длину реки, измеренную по карте, учитывается введением поправок, установленных для различных категорий извилистости (рис. 65).

Измерив длину рек, образующих данную речную систему, можно построить так называемую гидрографическую схему, которая дает наглядное представление о том, куда какая река и после какой впадает, какова ее длина по сравнению с длинами других рек бассейна. При построении гидрографической схемы по горизонтальной линии откладывают в масштабе длину главной реки. Притоки вычерчиваются в том же масштабе в виде прямых линий, отходящих от места впадения под некоторым (произвольным) углом к этой горизонтальной линии.

Площадь водосбора рек, расположенных в одинаковых физико-географических условиях, непосредственно определяет водность реки: чем больше река, тем она полноводнее. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и измеряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам производится планиметром. Произведя определение водосборной площади главной реки и ее притоков, можно полученные данные обобщить в виде графиков, дающих наглядное представление о распределении всей площади между отдельными притоками и об увеличении площади бассейна в зависимости от увеличения длины реки. Нарастание площади водосбора по длине реки можно представить в форме графика, показанного на рис. 67.


Рис. 67. График нарастания площади водосбора р. Оки.

На этом графике по горизонтальной оси откладывается длина главной реки в принятом масштабе, по вертикальной — площади водосбора главной реки между притоками и площади бассейнов притоков. Постепенное нарастание площади бассейна главной реки в местах впадения притоков сменяется резким увеличением водосбора, что на графике отмечается отрезком вертикальной линии в принятом масштабе, соответствующим величине водосбора притока.

Между площадью водосбора F и длиной реки L существует корреляционная зависимость, выражаемая обычно в форме степенного уравнения

Форма речных водосборов обычно характеризуется расширением в средней части и сужением к устью и истокам реки.

Наряду с этой наиболее часто встречающейся формой имеются водосборы с мало изменяющейся по длине шириной (равномерно развитые водосборы) и более расширенной частью в верховьях или, наоборот, в нижнем течении и, наконец, водосборы, характеризующиеся уменьшением ширины в средней части.

Форма речных водосборов определяет степень одновременности поступления воды к замыкающему створу из различных частей водосборной площади и тем самым оказывает существенное влияние на условия протекания воды в реке.

При равномерно развитом водосборе вода к замыкающему створу будет поступать примерно равными порциями в течение всего периода, когда осуществляется сток с водосбора; на водосборе с резким расширением в верховьях наибольший приток в замыкающем створе будет отмечен, когда поступит вода с этих удаленных частей водосбора; на водосборах с расширением в нижней части повышенный сток будет наблюдаться в первую фазу стекания и т. д. При географических обобщениях некоторых характеристик, например стока, бывает целесообразно относить их к центру бассейна. При этом обычно за такую точку принимают геометрический центр фигуры бассейна, хотя это и нельзя признать вполне правильным, особенно в тех случаях, когда в пределах речного бассейна сток распределяется неравномерно. Более правильным было бы отнесение данных по стоку не к геометрическому центру бассейна, а к центру питания, т. е. к точке, соответствующей среднему взвешенному стоку этого водосбора. Однако определить центр питания возможно лишь в тех случаях, когда имеются достаточно подробные данные, освещающие территорию речной системы.

Одной из характеристик формы речного водосбора является так называемый ко-эффициент развития длины водораздельной линии m, представляющей собой отношение длины водораздельной линии s к длине окружности круга s’, площадь которого равна площади бассейна.

Широкие (округлые) водосборы k>0,80

Обычные (грушевидные) 0,40 2 ; hi — средняя высота между горизонталями в метрах, между которыми заключена частная площадь fi, F — общая площадь бассейна в м 2 .

Представление о том, какой процент площади бассейна находится выше или ниже заданной высотной зоны, дает так называемая гипсографическая кривая. Для построения гипсографической кривой определяют площади частей водосбора, заключенные в пределах заданных высотных интервалов, например через 10, 100 или 200 м и т. д. в зависимости от высотной структуры бассейна. По результатам этих вычислений строится график распределения площадей бассейна по высотным зонам (заштрихованная часть рис. 70). При этом по горизонтальной оси откладывается площадь соответствующей зоны (в квадратных километрах или в процентах от всей площади бассейна), а по вертикальной оси — ее высота. Суммируя площади каждой зоны (в квадратных километрах или процентах), получим гипсографическую кривую. Из рис. 70 следует, что, например, в бассейне оз. Севан 51% площади лежит выше 2300 м и соответственно 49% — ниже этой отметки.

Средние высоты отдельных участков бассейна уменьшаются по мере продвижения вниз по реке.

Средний уклон поверхности бассейна Iср может быть получен по формуле

Площадь бассейна F принимается в м 2 , если сечение горизонталей дано в метрах; соответственно при сечении горизонталей в километрах и площадь водосбора принимается в квадратных километрах.


Рис. 70. Гипсографическая кривая бассейна оз. Севан.

Физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

В настоящем разделе приводится краткое пояснение применяющихся понятий и в отдельных случаях рассматривается влияние их на режим рек. Более подробное изложение взаимосвязи режима вод суши с физико-географическими факторами дается в дальнейшем при рассмотрении различных элементов режима.

Географическое положение бассейна определяется географическими координатами (широта и долгота), между которыми он находится. Общее, но достаточно ясное представление о географическом положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, торных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в большинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, характер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачивание, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы охарактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распределение осадков по территории бассейна, температуру воздуха и условия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, определяющим водность рек и характер их режима. Поэтому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении общих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно характеризуется сведениями об основных видах растительности, распространенной в пределах водосбора с указанием размеров занимаемых ими площадей. Важно знать, где расположены лесные массивы (в верхней, средней или нижней частях водосбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельскохозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является так называемый коэффициент лесистости, представляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдельных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в долях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и ниличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имеющимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей площади речного бассейна.

В условиях горных водосборов водность реки существенно изменяется по высоте. Это изменение водности можно характеризовать так называемой гидрографической кривой бассейна. Она аналогична гипсографической кривой, характеризующей нарастание по высоте площади бассейна. Гидрографическая кривая, кривая связи стока с высотой и гипсографическая кривая являются основными характеристиками, наглядно иллюстрирующими распределение среднего стока по площади и высотным зонам бассейна.

Речные долины

Элементы долины и поймы. Долинами называются относительно узкие и вытянутые в длину, большей частью извилистые пониженные формы рельефа, характеризующиеся общим наклоном своего ложа к устью. Долины, встречаясь между собой, никогда не пересекаются, а сливаются вместе в одно общее понижение. Размеры долин, равно как и их очертания, а отчасти и происхождение, могут быть весьма различны, но отмеченные особенности свойственны всем долинам.

В долине различают следующие составные части:

1. Самая низкая часть долины — дно, или ложе. Линия, соединяющая самые глубокие точки долинного ложа, называется тальвегом. Тальвег в общем совпадает с направлением линии наибольших поверхностных скоростей течения речного потока. Часть ложа долины, занятая водами реки, называется руслом. В долинах, по которым сток имеет место в редких случаях, наиболее глубоко врезанную часть их называют сухим руслом.

2. Повышенные участки суши, ограничивающие с боков ложе долины, называются склонами долины.

3. Места сопряжения дна долины со склонами отмечаются часто более или менее заметным изломом в поперечном профиле и называются подошвой склонов.

4. Зона сопряжения склонов долины с прилегающей местностью называется бровкой долины.

5. Относительно горизонтальные площадки, располагающиеся уступами по высоте в пределах дна и склонов долины, называются террасами.

Терраса, расположенная в пределах дна долины и заливаемая речными водами во время половодья, носит название поймы. Терраса, залегающая непосредственно над дном долины (поймой), считается первой террасой, следующая за ней, располагающаяся выше, — второй и т. д.

В поперечном разрезе поймы различаются следующие ее части:

а) наиболее возвышенная полоса, непосредственно прилегающая к руслу реки, называемая прирусловой поймой;

б) средняя часть поймы, обычно более низкая и ровная, называемая центральной поймой;

в) наиболее пониженная часть, имеющая иногда вид заболоченной ложбины, прилегающая к коренному берегу долины, называется притеррасной поймой. Пойма может отсутствовать, например, у горных рек, которые не имеют развитой долины и протекают в глубоких и узких расщелинах гор.

6. Самая верхняя (по течению) часть долины, где тальвег исчезает, а склоны утрачивают свои отчетливые очертания, называется в зависимости от своей формы началом долины, или долинным замыканием. В равнинных и холмистых странах долины в верховьях часто незаметно переходят в широкие, расплывчатые, без ясно выраженных склонов ложбины, которые служат путями для стока атмосферных вод и потому называются ложбинами стока. Долина, служащая вместилищем водотока, называется речной долиной.

Долинное ложе обычно бывает извилистым в плане и изменчивым по ширине: расширения чередуются с более или менее резкими и внезапными сужениями. Это чаще всего наблюдается в долинах, пересекающих на своем пути различные горные гряды, разделенные понижениями, или же полосы пород различного состава и различной сопротивляемости выветриванию и размыву. Сужения долин могут нередко обусловливаться и другими причинами, например выносами продуктов размыва из боковых долин в главную (конусы выноса), обвалами, осыпями и пр.

Перекаты, перевалы и их элементы. Нормальный и сдвинутый перекаты. Эволюция перекатов в пределах перекатных участков. Закономерно связано с очертанием русла равнинных рек в плане распределение глубин. Произведя промеры глубин, можно на плане изобразить русло в изобатах (линиях равных глубин). Расположение изобат показывает, что равнинные реки представляют собой чередование плесов (глубоких участков) и перекатов (мелких частей).

Перекатом называется более или менее устойчивое образование в русле, обычно в виде косого поперечного вала из наносов,, пересекающего русло. Перекаты имеют следующие основные элементы (рис. 74):

1) верхняя коса, или верхние пески, расположена выше (считая по течению) корыта переката;

2) нижняя коса, или нижние пески, расположена ниже корыта переката.

Иногда верхнюю косу называют верхним побочнем, а нижнюю косу — нижним побочнем.

3) верхняя плёсовая лощина, или ложбина,- глубокая часть русла выше переката;

4) нижняя плёсовая лощина, или ложбина,- глубокая часть русла ниже переката;

5) седловина, или гребень,- наиболее повышенная часть вала из наносов, соединяющего верхнюю и нижнюю косы переката;

7) напорный (верхний) скат — верховая часть седловины переката, обращенная к верхней плесовой лощине, обычно более пологая, чем низовая часть (подвалье);

8) подвалье — низовая часть, или тыловой скат, седловины переката, лежащая ниже вала переката и обращенная в сторону нижней плесовой лощины, обычно более крутая, чем напорный скат.


Рис. 74. Общая схема переката. а — план, б — продольный профиль по фарватеру; 1 — верхняя коса (пески), 2 — нижняя коса (пески), 3 — верхняя плёсовая лощина, 4 — нижняя плёсовая лощина, 5 — седловина, 6 — корыто, 7 — напорный скат, 8 — подвалы, 9 — гребень (вал), 10 — фарватер, 11 — изобаты, 12 -затонская часть нижней плесовой лощины. 6) корыто переката — наиболее глубокая часть седловины, где обычно проходит фарватер;

Перечисленные выше основные элементы переката в каждом отдельном случае имеют тот или иной вид в плане и в профиле и находятся в том или ином положении относительно друг друга, в зависимости от чего образуются перекаты различных типов. В отдельных случаях в местах перегиба русла образуются плоские возвышения дна, имеющие меньшую глубину, чем прилегающие к ним плёсовые лощины и опускающиеся полого, без резковыраженного подвалья. Такие возвышения дна между плесовыми лощинами носят название перевалов.

Глубокие участки русла реки соответствуют изогнутым в плане частям русла, а перекаты — прямолинейным участкам, расположенным между закруглениями.

В расположении перекатов в основном возможны два случая:

1) если фарватер плавно переходит из одного плеса в другой, а оси изобат плесов находятся на продолжении одной линии, перекат называется нормальным (рис. 76). Этому случаю расположения фарватера соответствуют русловые образования типа перевалов;

2) если фарватер представляет собой искривленную линию, а оси изобат плесов сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении, перекат называется сдвинутым (рис. 77). Глубины на нормальном перекате обычно бывают больше, чем на сдвинутом, поэтому с точки зрения судоходства первый называют хорошим перекатом, а второй — плохим.


Рис. 76. Схема нормального переката.

Рис. 77. Схема сдвинутого переката.

С течением времени перекаты и плесы могут передвигаться по течению так же, как передвигаются извилины реки.

Например, на р. Волге перекаты в большинстве случаев непрерывно смещаются вниз по течению со скоростью, достигающей в среднем ее течении в иные годы 200-300 м в период паводка. Перекаты же, сохраняющие неизменно свое положение в одном и том же месте, являются на р. Волге достаточно редкими, они присущи участкам реки с искривлением, образованным незатопляемыми коренными берегами. Таким образом, можно говорить о постоянстве расположения перекатных участков, которые в условиях среднего течения р. Волги обычно сопутствуют развитой правобережной пойме, а не о постоянстве расположения отдельных перекатов этого участка. Перекатные участки, включающие в себя группы последовательно расположенных один за другим перекатов, в течение длительных периодов времени сохраняют свое общее местоположение, в то время как каждый отдельный перекат группы непрерывно смещается вниз по течению. При этом по мере того как песчаные скопления (побочни) самого нижнего из группы переката сносятся в пределы нижерасположенного плеса и перекат как таковой исчезает, песчаные отложения, образующиеся по выходе из вышерасположенного плеса, дают начало образованию нового переката в верхней части участка. Перекаты создают немалое затруднение для судоходства даже на таких многоводных реках, как Волга, Днепр, Дон и др. Борьба с перекатами ведется главным образом землечерпанием. Причем для правильного проведения работ по углублению перекатов необходимо их постоянное обследование и изучение характера течения в разных местах переката.

Морфология некоторых русловых образований. В условиях равнинных рек очертания изобат русла плавные; они имеют вид системы замкнутых кривых, вытянутых вдоль течения. Плавные очертания в этом случае имеют также затопляемые острова — осередки, пониженные глубокие части плесов, тянущиеся от выпуклых берегов вниз по течению отложения наносов, — косы и другие элементы речного русла.

Характерные русловые образования схематически изображены на рис. 78, среди которых, помимо указанных выше, следует различать:

Читайте также:  Как двум берегам реки не встречаться

остров — часть поймы (ложа долины), ограниченная рукавами или протоками реки, или осередок, но в данном случае закрепленный растительностью и устойчивый. Участок поймы (дна долины) между действующим руслом и покинутым рекой старым руслом (староречьем) называется останцем обтекания;

рукав — часть русла реки, отделенная островом;

протока — ответвление реки, нередко отходящее далеко от основного русла и от-личающееся от него меньшими размерами. Некоторые протоки могут иметь большие ширины и глубины по сравнению с руслом, но скорости течения при низких уровнях в них всегда значительно меньше;

залив (затон — на значительных судоходных реках) — глубоко вдающийся в берег залив в реке;

отмель — мелководное место в русле, при очень низкой воде обсыхающее;

приплесок — узкая полоса (песчаная, галечная) по береговому склону,заливаемая даже при небольших подъемах уровня воды. Наиболее распространены приплески на горных реках;

пляж — широкая ровная береговая полоса, примыкающая к руслу, сложенная речными наносами (чаще песчаными).


Рис. 78. Формы русловых образований.

Источник



Определение гидрографической сети реки

1. Определить гидрографические характеристики реки и обозначить на карте (длину реки данного названия и гидрографическую длину реки, ее притоков, исток, устье).

2. Классифицировать притоки по Хортону.

2. Вычислить коэффициент извилистости реки и ее притоков и заполнить таблицы 1, 2, 3.

3. Построить гидрографическую схему реки.

Порядок выполнения работы:

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд прито­ков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредст­венно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка . Притоки второго порядкапо отношению к главной реке — реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д.

Эта пришедшая в гидрологию из физической географии классификация притоков широко применяется и в настоящее время при гидрографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так и крупные водные артерии.

В том случае, когда необходимо установить какие-либо закономерности развития гидрографической сети, например, число притоков различного класса на разных площадях водосборов, такая классификация, объединяющая в одни группы разнородные элементы гидрографической сети, оказывается непригодной.

В последнее время находит применение иная классификация притоков (по Хортону). В этой классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого по­рядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы (рис. 1). Таким образом, чем больше номер порядка реки, тем более сложный характер имеет речная система.

Рис. 1. Структура и морфологические характеристики речной сети

а — схема речной системы; б — зависимость относительной глу­бины (h/В)

от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q 0).

I-VIII — порядки естественных потоков.

Длиной реки L называется расстояние между истоком и устьем, измеренное по карте. Измерение длины реки рекоменду­ется производить по картам более крупного масштаба начиная от устья, как от более определенной точки реки к истоку.

Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является нача­лом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно разли­чать гидрографическую длину реки,т. е. длину от наиболее удален­ного истока, и длину реки данного названия.

При определении длины реки по карте необходимо прежде всего установить признаки выделения истока и устья.

В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за исток реки принимается исток водотока большей длины, а при одинаковом их протяжении — исток левой состав­ляющей.

При образовании реки в результате слияния двух рек, имеющих самостоятельные названия, за начало этой реки принимается место слияния образовавших ее рек. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния двух рек без названия, следует принимать исток водотока боль­шей длины.

Изме­рения производятся измерителем с постоянным рас­твором М в 1 мм или курвиметром, а для учета извилистости реки имеется спе­циальная шкала, состоящая из 13 образцов, для каждого из которых дается поправочный коэффициент, соответствующий данному виду извилистости реки (рис. 2). Перед работой опробовать работу курвиметра на пробном базисе прямым и обратным ходом и, если необходимо, ввести поправки.

Пробный базис представляет собой прямую линию длиной 30, 40 или 50 мм, проведенную на полях рабочей карты или листе ватмана тонко отточенным карандашом или тушью. При измерении курвиметр следует держать вертикально и вести «на себя», установив начальный отсчет на значении «0». Измерения проводятся дважды. Расхождения между отсчетами не должно превышать 0,1-0,2 деления на 10 см, 0,3-0,4 на 25 см и 0,5-0,7 на 50 см пройденного пути.

Измеряемая река разделяется линиями на характерные участки по степени извилистости, на ней также отмечаются устья притоков, населенные пункты и гидротехнические сооружения, до которых необходимо знать расстояния по реке. После этого она дважды измеряется: вначале от устья с подсчетом расстояний до каждой линии или ориентира, затем — в обратном направлении, но уже по отдельным участкам, т. е. между линиями. Допустимое расхождение между замерами при двух измерениях не должно превышать 2% и для подсчета берется их среднее значение. Действительная длина реки вычисляется путем умножения измеренной длины на поправочный коэффициент К, соответствующий данному классу извилистости, т. е.

Источник

Тема 6. Гидрология рек

Гидрографическая сеть. Речные системы. Главные реки и их притоки.Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих подземных потоков, собирается в пониже­ниях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направлении понижения местности, образует поверхностные водотоки.

Поверхностные водотоки в зависимо­сти от их величины и физико-географических условий, в которых они протекают, могут быть постоянно или периодически действую­щими. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гид­рографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.

Когда рассматривается система постоянно и временно дейст­вующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть рус­ловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети. В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные до­лины (Рис. 1).

Рис. 1. Схема основных звеньев гидрографической сети.

I — основные звенья сети; II — поперечные профили.

Ложбина верхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном.

Лощина— следующее за ложбиной звено гидрографической сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и бере­гового размыва или ветвистого русла.

Суходол— преддолинное нижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока.

Долина наиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протя­женностью и наличием постоянного потока (речные долины).

Река – естественный водный приток, протекающий в вытянутых понижениях земной поверхности и имеющий относительно постоянное и разработанное им русло, по которому осуществляется сток воды.

Речная система — сово­купность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку, вме­сте с главной рекой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд прито­ков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредст­венно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоки второго порядкапо отношению к главной реке — реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д.

В последнее время находит применение иная классификация притоков (по Хортону). В этой классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого по­рядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы (Рис. 2).

Рис. 2. Структура и морфологические характеристики речной сети.

а — схема речной системы; б — зависимость относительной глу­бины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q). I-VIII — порядки естественных потоков.

Исток и устье реки. Основные виды устьев. Устьевые об­ласти.Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и ключей, ледника, озера или болота. Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является нача­лом этой реки, однако за исток ее следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. В этом случае можно разли­чать гидрографическую длину реки,т. е. длину от наиболее удален­ного истока, и длину реки данного названия.

При определении длины реки по карте необходимо прежде всего установить признаки выделения истока и устья.

В том случае, когда река образуется слиянием двух рек без названия, за исток реки принимается исток водотока большей длины, а при одинаковом их протяжении — исток левой состав­ляющей.

При образовании реки в результате слияния двух рек, имеющих самостоятельные названия, за начало этой реки принимается место слияния образовавших ее рек. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния двух рек без названия, следует принимать исток водотока боль­шей длины.

Впадая в другую реку, озеро или море, река образует устье. Если река впадает в реку, озеро или море двумя рукавами, за устье принимается устье более крупного рукава. При наличии дельты за устье принимается устье основного рукава. Если река оканчивается оросительнымилиирригационным веером, за устье принимается место разветвления реки на оросительные каналы.

Кроме истока и устья, на сравнительно крупных реках выделяют участки верхнего, среднего и нижнего течения. Для указанного разграничения общего протяжения реки на уча­стки не существует твердо установленных условий. Это деление про­изводится с учетом изменения вниз по течению реки рельефа мест­ности, скоростей течения, водности потока и других его характе­ристик.

В устьях рек возникают своеобразные процессы, связанные с от­ложением выносимых рекой наносов и взаимодействием вод впадающей реки и водоема, их принимающего (река, озеро, море).

При впадении в море или озеро река часто отлагает значитель­ное количество наносов и в этом случае создает многорукавное устье, называемое дельтой. Чем меньше несет река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. В этих случаях река часто вливается в море одним широким руслом, образуя губу, или эстуарий.

Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование ли­манов происходит при опусканиях береговой полосы. Лиманы со­храняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отде­ленный от основного морского пространства косой, называется лагуной.

Таким образом, лиман представляет собой как бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки.

Наносы, выносимые реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье — бар.

В конце нижнего течения реки при впадении ее в море и в пре­делах прибрежной части моря образуется переходная зона. На про­тяжении этой зоны под влиянием моря режим реки существенно изменяется: скорости течения уменьшаются, в реку проникают приливо-отливные течения, происходит смешение речной и мор­ской воды, ширина реки резко возрастает и образуется дельтаили эстуарий.

В свою очередь прибрежная часть моря, непосредственно при­легающая к устью реки, испытывает влияние впадающей реки. Это влияние сказывается в понижении солености морской воды, в рас­пределении глубин, течений и изменении других характеристик гид­рологического режима. Указанная переходная зона называется устьевой областью. В пределах этой области в свою очередь разли­чают предустьевое взморье и приморский участок реки (Рис. 3).

Рис. 3. Районирование морского устья реки.

Приморский участок рекиделится на предустьевой и усть­евой участки. Предустьевой участок рекиимеет речной ре­жим, только временами нару­шаемый сгонно-нагонными и приливо-отливными явлениями. Его верхний створ находится на границе проникновения этих явлений, нижний —в месте раз­деления реки на рукава, а при однорукавных устьях и эстуа­риях — в сечении, где постоян­но наблюдается смешение реч­ной и морской воды.

Устьевой участок рекипро­стирается от нижнего створа предустьевого участка до предустьевого взморья. По ширине устьевой участок ограничива­ется коренными берегами до­лины, а если они нечетко выра­жены, то линией наибольшего разлива в половодье.

Предустьевое взморьезанимает пространство от нижней гра­ницы устьевого участка до зоны, дальше которой влияние реки на морской режим уже не прослеживается.

Выделяют следующие типы устьевых областей (Рис. 4):

Многорукавное, ветвящееся устье.

Блокированное, ли­манное устье.

Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 1648 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Формирование гидрографической сети и речных систем. Основные элементы речных систем

Гидрографическая сеть. Речные системы. Главные реки и их притоки. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гид­рографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.

Когда рассматривается система постоянно и временно дейст­вующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть рус­ловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети.

Приведенные определения не имеют строгих количественных критериев и потому в известной мере условны. Иногда принимают, что состав русловой сети может быть охарактеризован водотоками, показанными на крупномасштабных топографических картах.

В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные до­лины. Процесс формирования основных элементов (размеров, глу­бины вреза, крутизны склонов) этих звеньев речной сети совер­шался длительное время; современная эрозия продолжает эту работу, образуя промоины, рвы и овраги в дне этих звеньев и на их склонах.

Ложбина — верхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Ложбина разви­вается обычно при площади водосборов 10-15 га в слаборасчле­ненных районах и при 50 га — в сильно расчлененных районах Ев­ропейской территории России.

Лощина — следующее за ложбиной звено гидрографической сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и бере­гового размыва или ветвистого русла. Лощины отводят воду с пло­щади от 10-15 га до 10-15 км 2 в слаборасчлененных районах и от 50 га до нескольких квадратных километров в сильно расчле­ненных районах.

Суходол — преддолинное нижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока. В условиях сильно расчлененного рельефа суходолы развиваются при площади водосбора 10-15 км 2 , в слаборасчлененных — 20-25 км 2 .

Долина — наиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протя­женностью, измеряемой десятками, сотнями и тысячами километ­ров и наличием постоянного потока (речные долины).

Схема основных звеньев гидрографической сети представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема основных звеньев гидрографической сети. I — основные звенья сети; II — поперечные профили

Речная сеть в соответствии с характером направления наклона земной поверхности распределяется между отдельными главными водными артериями, впадающими в океаны, моря, бессточные озера или заканчивающимися в безводных пространствах пустынь. Сово­купность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку, вме­сте с главной рекой называется речной системой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд прито­ков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредст­венно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоками второго порядка по отношению к главной реке называются реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д. Эта перешедшая в гидрологию из физической географии классифи­кация притоков широко применяется и в настоящее время при гид­рографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так и крупные водные артерии.

В том случае, когда необходимо установить какие-либо законо­мерности развития гидрографической сети, например число притоков различного класса на разных площадях водосборов, такая клас­сификация, объединяющая в одни группы разнородные элементы гидрографической сети, оказывается непригодной.

В таких исследованиях, по предложению Р. Е. Хортона, приме­няется иная классификация притоков. В этой классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого по­рядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы.

По этой классификации Днепр выше устья р. Днепреца будет иметь третий класс, ниже устья р. Немощеной — четвертый, у г. Дорогобужа — пятый, ниже устья р. Вопи — шестой, ниже устья р. Сожа — седьмой и ниже устья р. Припяти — восьмой. Структура речной сети характеризуется данными, приведен­ными на рис. 5.

Рис. 5. Структура и морфологические характеристики речной сети

а — схема речной системы; б — зависимость относительной глу­бины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q 0). I-VIII — порядки естественных потоков.

Речная система характеризуется протяженностью рек, их извилистостью и густотой речной сети.

Густота речной сети.Густота речной сети обычно определяется как отношение длины всех водотоков данной площади, выраженной в километрах, к величине этой площади, выраженной в квадратных километ­рах, т. е.

Из определения понятия густоты речной сети ясно, что число­вые значения густоты речной сети будут сравнимы между собой для отдельных районов, если они получены по данным карт одних и тех же масштабов и съемкам одной и той же степени полноты. Действительно, на картах мелких масштабов очень малые водотоки не могут быть показаны и, следовательно, общая длина водотоков окажется меньше, чем в том случае, когда определение длин произ­водилось по картам более крупных масштабов.

Чем крупнее масштаб, тем точнее определяется густота речной сети. Достаточно точные данные получаются при использовании карт М 1: 500 000 — 1 : 100 000.

Наиболее часто определение густоты речной сети произво­дится следующим образом: рассматриваемая территория разбива­ется на сеть равновеликих квадратов и измеряется суммарная длина водотоков, находящихся в пределах каждого квадрата.

Разделив найденное значениена площадь квадрата , полу­чим густоту речной сети в пределах этого квадрата .

Густота речной сети зависит от ряда природных факторов: рельефа, геоло­гического строения местности, свойств почв, климата, в особенности от количества осадков и условий их стока. Немаловажная роль при­надлежит также историко-геоморфологическим факторам. Густота речной сети меняется в широких пределах. На севере она обычно больше, чем на юге, в горах больше, чем на равнинах. Так, напри­мер, на равнинах Северного Кавказа коэффициент густоты речной сети равен всего лишь 0,05 км/км 2 , а в наиболее орошаемых осадками районах северных склонов Главного Кавказского хребта он дости­гает 1,49 км/км 2 .

Поверхностный и подземный водосборы. Водоразделы. Деление и смешение вод.После выяснения исходных понятий, от­носящихся к характеристике гидрографической сети вообще и рус­ловой в частности, рассмотрим более подробно структуру речных бассейнов. Территория земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда данная речная система или отдельная река полу­чает водное питание, называется бассейном речной системы или реки. Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и под­земный водосборы.

Поверхностный водосбор представляет собой площадь земной поверхности, с которой воды поступают в данную речную систему или отдельную реку.

Подземный водосбор образуют толщи почво-грунтов, из кото­рых вода поступает в речную сеть.

Поверхностный водосбор каждой реки отделяется от водосбора соседней реки водоразделом, проходящим по наиболее высоким точкам земной поверхности, расположенным между водосборами соседних рек. В общем случае поверхностный и подземный водо­сборы рек не совпадают. Однако в силу больших затруднений в определении границы подземного водосбора часто во всех расче­тах и при анализе явления стока за величину бассейна принимают только поверхностный водосбор и вследствие этого не делают раз­личия между терминами «речной бассейн» и «речной водосбор». Ошибки, возникающие в результате условного отождествления раз­меров бассейна и поверхностного водосбора, могут оказаться су­щественными только для малых рек и для рек, протекающих в гео­логических условиях, обеспечивающих хороший водообмен между бассейнами соседних рек (районы распространения карста). Для малых бассейнов ошибки могут оказаться велики потому, что те добавочные площади, которые в связи с несовпадением поверхно­стного и подземного водоразделов нужно прибавить или отнять от общей площади бассейна, в процентном отношении будут более значительными, чем для больших бассейнов.

Читайте также:  Утесов что это движется там по реке

В пределах бассейнов, расположенных на плоских равнинных пространствах засушливых районов, могут располагаться области значительных размеров, не имеющие стока в основную реку, полно­стью расходующие поступающую в виде осадков воду на испарение и питание подземных вод, уходящих за пределы речного бассейна. Такие бессточные области не должны включаться в величину водо­сборной площади реки. Площадь бассейна Оби, напри­мер, больше площади ее водосбо­ра, так как включает области внутреннего стока между Обью и Иртышом, между Иртышом и Ишимом и между Ишимом и Тоболом, сток с которых не попа­дает в Обь.

Размеры бессточных областей могут меняться в зависимости от водности года: в многоводные годы они сокращаются, в мало­водные увеличиваются.

Процесс эрозии, продолжающийся непрерывно в течение весьма длительного периода, может закончиться прорывом водораздель­ной линии двух соседних рек. Такое явление называется перехва­том, или смешением (соединением), вод (рис. 6).

Иногда смешение вод может осуществиться в результате бифур­кации, или процесса дробления реки на рукава, обычно в нижнем течении. Отходящие в результате бифуркации от основного русла рукава могут ниже по течению снова влиться в основное русло или проложить себе путь по направлению к соседнему водосбору. Ру­кава, отделяющиеся от основного русла, могут и не соединяться с ним ниже по течению, а иметь самостоятельное устье. Например, р. Дон отделяет на 140 км от устья рукав, носящий название р. Аксай, который вновь на 63-м км от устья соединяется с Доном. От р. Луги в нижнем ее течении отделяется рукав Россонь, который не соединяется с Лугой, а впадает в р. Нарову у ее устья. В этом случае бифуркация обусловливает смешение вод.

Рис. 6. Схема готовящегося речного перехвата

В условиях равнинного рельефа иногда встречаются случаи со­единения в верховьях рек, текущих в различных направлениях. Происходящее распределение поверхностного стока в верховьях различных речных систем называют делением вод. Случаи деления вод особенно широко распространены среди рек, протекающих по плоским, заболоченным территориям.

Примером смешения может служить р. Шолопость — проток между реками Ковжей и Кемой с ветровым течением переменного направления. Гораздо чаще встречается на равнинной части Ев­ропейской территории СССР деление вод. Так, например, озеро Ва-сильково имеет сток и в систему р. Волги и в бассейн р. Волхова; из озера Парусного на полуострове Канин вытекает р. Чижа, впа­дающая в Мезенскую губу Белого моря, и р. Чеша — в Чешскую губу Баренцева моря. Временное деление вод устанавливается весной в истоках р. Днепра и притоках р. Обши, входящей в систему р. Западной Двины.

Отмеченные условия изменения границ бассейнов нужно особо иметь в виду при исследовании вопросов стока с малых низменно-болотистых бассейнов без ярко выраженной водораздельной линии, так как иногда это может оказать существенное влияние на вели­чину площади бассейна.

Руководствуясь положением истоков соседних рек и сообразу­ясь с рельефом местности, можно на карте провести линию водо­раздела и тем самым выделить водосборную площадь реки.

Применительно к различным задачам приходится принимать во внимание водосборную площадь или всей реки, или отдельных ее частей. Так, например, часто приходится определять площадь водосбора по отношению к тем сечениям реки, или так называемым замыкающим створам, где установлена гидрометрическая станция или предполагается возведение гидротехнических сооружений — плотин, гидростанций и т. п. В этом случае линия водораздела дол­жна быть проведена таким образом, чтобы охватить всю площадь питания реки, расположенную выше намеченного замыкающего створа. Полная характеристика каждого речного бассейна может быть дана только на основе учета комплекса данных, определяющих морфометрические характеристики данного водосбора и физико-географические условия, в которых осуществляются процессы стока.

Морфометрические характеристики речного бассейна.Особенности геометрического строения речных водосборов обычно характеризуют некоторыми количественными показателями, именуемыми морфометрическими характеристиками. Среди этих ха­рактеристик основными исходными являются длина реки и пло­щадь водосбора.

Длиной реки называется расстояние от истока до устья в ки­лометрах; счет километров принято вести от устья как от более определенной точки, чем исток. Следует при этом иметь в виду, что при сложном строении устьевой области выбор начального створа отсчета является условным. Однако при значительной длине реки это обстоятельство не имеет существенного значения, тем более, что устьевой створ принимается постоянным при всех последующих измерениях. Значительно большее влияние на изме­ряемую длину оказывает извилистость реки и масштаб топогра­фической карты. Чем крупнее масштаб карты, тем точнее можно определить длину реки. Влияние извилистости на длину реки, из­меренную по карте, учитывается введением поправок, установлен­ных для различных категорий извилистости (рис. 7).

Рис. 7. Образцы извилистости рек

Извилистость реки характеризуется коэффициентом изви­листости. Этот коэффициент определяется для отдельных участков реки и представляет собой отношение расстояния по прямой линии между начальным и конечным пунктами участка к длине реки на этом участке.

Измерив длину рек, образующих данную речную систему, мо­жно построить так называемую гидрографическую схему, которая дает наглядное представление о том, куда какая река и после ка­кой впадает, какова ее длина по сравнению с длинами других рек бассейна. При построении гидрографической схемы по горизон­тальной линии откладывают в масштабе длину главной реки. При­токи вычерчиваются в том же масштабе в виде прямых линий, от­ходящих от места впадения под некоторым (произвольным) углом к этой горизонтальной линии.

Площадь водосбора рек, расположенных в одинаковых физико-географических условиях, непосредственно определяет водность реки: чем больше река, тем она полноводнее. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и изме­ряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам может осуществляться разными способами. Произведя определение во­досборной площади главной реки и ее притоков, можно получен­ные данные обобщить в виде графиков, дающих наглядное пред­ставление о распределении всей площади между отдельными при­токами и об увеличении площади бассейна в зависимости от уве­личения длины реки. Для этой цели удобно предварительно вы­разить площади отдельных частных бассейнов в процентах от всей площади. Одним из способов графического изображения распределения общей площади водосбора реки между ее притоками яв­ляется так называемый круговой график водосбора (рис. 8). На этом графике общая площадь водосбора изображается в виде круга, а площади отдельных притоков в соответствующем мас­штабе в виде секторов. Нарастание площади водосбора по длине реки можно представить в форме графика, показанного на рис. 9.

Рис. 8. Круговой график бассейна р. Оки

На этом графике по горизонтальной оси откладывается длина глав­ной реки в принятом масштабе, по вертикальной — площади водо­сбора главной реки между притоками и площади бассейнов при­токов. Постепенное нарастание площади бассейна главной реки в местах впадения притоков сменяется резким увеличением водосбора, что на графике отмечается отрезком вертикальной линии в принятом масштабе, соответствующим величине водосбора при­тока.

Между площадью водосбора F и длиной реки L существует корреляционная зависимость, выражаемая обычно в форме степен­ного уравнения

Форма речных водосборов обычно характеризуется расшире­нием в средней части и сужением к устью и истокам реки.

Рис. 9. График нарастания площади водосбора р. Оки

Наряду с этой наиболее часто встречающейся формой имеются водосборы с мало изменяющейся по длине шириной (равномерно развитые водосборы) и более расширенной частью в верховьях или, наоборот, в нижнем течении и, наконец, водосборы, характе­ризующиеся уменьшением ширины в средней части.

Форма речных водосборов определяет степень одновременности поступления воды к замыкающему створу из различных частей во­досборной площади и тем самым оказывает существенное влияние на условия протекания воды в реке.

При равномерно развитом водосборе вода к замыкающему створу будет поступать примерно равными порциями в течение всего периода, когда осуществляется сток с водосбора; на водосборе с резким расширением в верховьях наибольший приток в замы­кающем створе будет отмечен, когда поступит вода с этих удален­ных частей водосбора; на водосборах с расширением в нижней ча­сти повышенный сток будет наблюдаться в первую фазу стекания и т. д.

При географических обобщениях некоторых характеристик, на­пример стока, бывает целесообразно относить их к центру бас­сейна. При этом обычно за такую точку принимают геометриче­ский центр бассейна, хотя это и нельзя признать вполне правильным, особенно в тех случаях, когда в пределах речного бассейна сток распределяется неравномерно.

Одной из характеристик формы речного водосбора является так называемый коэффициент развития длины водораздельной ли­нии т, представляющей собой отношение длины водораздельной линии s к длине окружности круга s’, площадь которого равна площади бассейна,

Имея в виду, что площадь круга, равного площади водосбора, может быть представлена в виде F = nR 2 , легко найти выражение для радиуса, равновеликого площади водосбора,

Подставляя полученное выражение радиуса в формулу длины окружности, получим

Следовательно, коэффициент развития водораздельной линии окончательно можно записать в виде

Очевидно, что чем больше форма речного бассейна отличается от формы круга, тем больше значение коэффициента т. С формой водосбора связаны и значения параметра k . Среднее значение этого параметра k = 0,58 в зависимости от формы водосборов дифференцируется следующим образом:

Широкие (округлые) водосборы k>0,80

Обычные (грушевидные) 0,40 k k В в длине реки L

Вследствие различной извилистости рек отношение B/L непосредственно мало пригодно для сравнительной оценки формы раз­личных водосборов. Стремясь этот показатель сделать более объ­ективным, Нежиховский ввел в зависимость коэффициент из­вилистости р = 1,20 и по соотношению рассчитал отношение средней ширины водосбора к длине реки (табл. 7).

Отношение средней ширины водосбора к длине реки

Характеристика формы водосбора Площадь водосбора, км 2
Широкий (округлый) Обычный (грушевидный) Узкий (вытянутый) 0,85 0,40 0,20 0,65 0,30 0,15 0,55 0,26 0,13 0,50 0,24 0,12

Как видно из приведенных данных, с увеличением пло­щади водосборов они становятся относительно более узкими.

Ширина водосборной площади реки не остается постоянной, она изменяется по длине реки. Изменение ширины водосбора сказывается на количестве притекающей воды к руслу реки на различных участках, если на водосбор равномерно по его площади поступает вода, например от снеготаяния или дождя.

Изменение ширины водосбора по длине реки может быть представлено в форме графика (идограммы). При построении этого графика (рис. 10) совмещают по оси абсцисс длины всех притоков с длиной основ­ного водотока и откладывают последовательно на оси ординат средние ширины частных площадей водосбора.

Рис. 10. Схема построения графика из­менения ширины водосбора по длине реки (идограмма)

Исходные данные для построения графика получают следующим образом. На плане водосбора (рис. 10 а) выделяют бассейны более или менее крупных прито­ков и участки, где сток непо­средственно поступает в основ­ную реку, и для каждого из них по данным о длине U и площади f i определяют средние ширины b i = f i/l i. Исходные данные для построения графика изменения ширины водосбора по длине реки удобно свести в форму табл. 8.

Исходные данные для построения графика изменения ширины водосбора по длине реки

Название частных бассейнов (рис. 10) Расстояние от устья (створа), км Протяжение участка, км Площади бас­сейнов, км 2 Ширина на участках, км
1-2 до 56 1,73
С 2,03
2-3 56-32 1,05
В 1,68
3-4 32-15 1,47
А 1,15
4-5 15-0 1,13

Затем по оси абсцисс от­кладывают в масштабе гидро­графическую длину реки. Вдоль этой линии, как показано на рис. 10 б, вначале откладыва­ют частные ширины так назы­ваемых бесприточных участков основного водотока 1-2, 2-5, 3-4, 4-5, а затем ширины водосборов притоков А, В, С; частная ширина первого при­тока А отложена вправо на протяжении 45 км (длина при­тока указана в табл. 8) от точки, находящейся на расстоянии 15 км по оси абсцисс от устья; эта частная ширина в соответ­ствии с длиной притока А расположилась над шириной участков 3-4, 2-3, 1-2. Частная ширина второго притока В отложена от точки, находящейся на расстоянии 32 км по оси абсцисс; эта ши­рина отложена над суммарной шириной участков 2—3 и Л и над шириной участка 1—2 и т. д. В результате получаем график, поз­воляющий судить об изменении ширины бассейна по длине реки. Это построение иногда называют графиком единичных ширин.

Описанная схема построения графика изменения ширины во­досбора по длине реки, предложенная А. В. Огиевским, может быть представлена в форме непрерывной кривой. У такой кривой каж­дая ордината представляет собой ширину водосбора в любой фик­сированной точке х, удаленной от замыкающего створа на расстояние L. Это расстояние, очевидно, может быть выражено и в форме времени, которое требуется порции воды, стекающей со скоростью v м/с, чтобы достичь замыкающего створа. Это время называется временем добегания t=L/v

Линии, соединяющие точки на плане поверхности речного во­досбора с равным временем добегания элементарных объемов воды от этих точек до рассматриваемого створа, называются изохронами стока.

Таким образом, указанное построение можно рассматривать и как функцию, характеризующую последовательность прохождения через замыкающий створ порций воды, образующейся в единицу времени на поверхности бассейна от выпадения дождя или снего­таяния. Объем одновременно поступающей в фиксированный мо­мент времени t i воды будет пропорционален ширине водосбора bi в зоне, удаленной от замыкающего створа на время добегания t i. Объем воды за интервал времени t 2 — t 1 пропорционален размеру части площади водосбора, заключенной между изохронами, соот­ветствующими времени добегания t 2 и t 1.

В силу указанного функция, характеризующая распределение по времени добегания относительных (в долях единицы) площа­дей, называется кривой добегания стока. Иногда эта кривая име­нуется ареаграфической кривой. Кривая добегания стока является важнейшей характеристикой речного бассейна, отражающей морфометрические и гидравлические особенности процесса стока.

В работах по применению электронных вычислительных машин к расчету паводков кривую добегания стока часто именуют функ­цией влияния, поскольку она отражает реакцию физической си­стемы (речного водосбора) на введенный в нее импульс (подачу воды в форме изолированного дожди или порции воды от снего­таяния).

В зависимости от расположения притоков относительно глав­ной реки различают симметричные и асимметричные бассейны. Мерой асимметричности бассейна является коэффициент асиммет­рии, равный

где f л — суммарная площадь водосборов левобережных притоков; F п — суммарная площадь водосборов правобережных притоков.

Важной геометрической характеристикой бассейна является его средняя высота, а также высота характерных точек бассейна (ис­ток, устье, наиболее выделяющиеся возвышенности или высотные зоны) и изменение высоты бассейна по мере продвижения вверх по реке.

Средняя высота бассейна может быть получена, если имеется карта бассейна в горизонталях. В этом случае при помощи плани­метра определяют частные площади, заключенные между сосед­ними горизонталями, и среднюю высоту бассейна H ср вычисляют по формуле

где f 1, f 2, . f n — частные площади, заключенные между горизон­талями, в м 2 ; h i — средняя высота между горизонталями в метрах, между которыми заключена частная площадь f i, F — общая пло­щадь бассейна в м 2 .

Представление о том, какой процент площади бассейна нахо­дится выше или ниже заданной высотной зоны, дает так называе­мая гипсографическая кривая. Для построения гипсографической кривой определяют площади частей водосбора, заключенные в пре­делах заданных высотных интервалов, например через 10, 100 или 200 м и т. д. в зависимости от высотной структуры бассейна. По результатам этих вычислений строится график распределения пло­щадей бассейна по высотным зонам (заштрихованная часть рис. 11).

При этом по горизонтальной оси откладывается площадь со­ответствующей зоны (в квадратных километрах или в процентах от всей площади бассейна), а по вертикальной оси — ее высота. Суммируя площади каждой зоны (в квадратных километрах или процентах), получим гипсографическую кривую. Из рис. 11 сле­дует, что, например, в бассейне оз. Севан 51 % площади лежит выше 2300 м и соответственно 49 % — ниже этой отметки.

Средние высоты отдельных участков бассейна уменьшаются по мере продвижения вниз по реке.

Рис. 11. Гипсографическая кривая бассейна оз. Севан

Средний уклон поверхности бассейна I ср может быть получен по формуле

где f1, . fn — площади между смежными горизонталями; i1, i2, . in — уклоны, представляющие собой частное от деления разности отметок соседних горизонталей (высота сечения горизон­талей h) на среднюю ширину площади между горизонталями (b ср)

где lср — полусумма длин смежных горизонталей. С учетом (5.9) формула (5.8) примет вид

Площадь бассейна F принимается в м 2 , если сечение горизон­талей дано в метрах; соответственно при сечении горизонталей в километрах и площадь водосбора принимается в квадратных километрах.

Использование приведенной формулы связано с выполнением технически громоздкой работы по определению длин горизонта­лей.

Для описания структуры рельефа водосборов, в частности при построении различных схем, предназначенных для расчета макси­мальных расходов воды, используются и иные характеристики.

Так, А.Н. Бефани для учета крутизны и расчлененности рель­ефа рекомендует так называемый геоморфологический фактор стока Ф

где l — длина склонов в метрах; I — уклон склонов в %.

Физико-географические характеристики бассейна(геогра­фическое положение, климат, геологическое строение, почва, рас­тительность и рельеф) оказывают существенное влияние на про­цессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

В настоящем разделе приводится краткое пояснение применяю­щихся понятий и в отдельных случаях рассматривается влияние их на режим рек.

Более подробное изложение взаимосвязи режима вод суши с физико-географическими факторами дается в дальнейшем при рассмотрении различных элементов режима.

Географическое положение бассейна определяется географиче­скими координатами (широта и долгота), между которыми он на­ходится. Общее, но достаточно ясное представление о географиче­ском положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, горных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в боль­шинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, ха­рактер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачива­ние, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы оха­рактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распреде­ление осадков по территории бассейна, температуру воздуха и ус­ловия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, опреде­ляющим водность рек и характер их режима. По­этому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении об­щих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно харак­теризуется сведениями об основных видах расти­тельности, распространен­ной в пределах водосбора с указанием размеров за­нимаемых ими площа­дей. Важно знать, где расположены лесные мас­сивы (в верхней, средней или нижней частях водо­сбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельско­хозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является так называемый коэффициент лесистости, пред­ставляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдель­ных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в до­лях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и ниличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имею­щимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей пло­щади речного бассейна.

В условиях горных водосборов водность реки существенно из­меняется по высоте. Это изменение водности можно характеризо­вать так называемой гидрографической кривой бассейна. Она ана­логична гипсографической кривой, характеризующей нарастание по высоте площади бассейна. Гидрографическая кривая, кривая связи стока с высотой и гипсографическая кривая являются основ­ными характеристиками, наглядно иллюстрирующими распределе­ние среднего стока по площади и высотным зонам бассейна.

В качестве примера в табл. 9 приводятся данные для построе­ния гидрографической кривой для р. Белой (бассейн р. Терек) у с. Урс-Дон, а на рис. 12 показаны кривые изменения стока с вы­сотой, гидрографическая и гипсографическая.

Из рис. 12 видно, что, например, модуль стока 19 л/(с∙км 2 ) соответствует высоте около 1400 м; выше 1400 м располагается около 38 % площади бассейна, на которой формируется 70 % об­щего стока реки.

Изменение модуля стока и расхода воды с высотой водосбора

Высотные зоны, м Площадь высот­ных зон Средняя высота зоны, м Модуль стока, соответствую­щий средней высоте, л/(с∙км 2 ) Расход воды с площадей высотных зон, м 3 /с Последовательные суммы расхода воды с площадей высотных зон
км 2 % м 3 /с %
2800-2000 58,2 18,4 2,20 2,20 36,7
2000-1000 50,5 3,34 5,54 92,3
1000-800 58,2 18,4 0,35 5,89 98,2
800-600 30,3 9,6 0,09 5,98 99,7
600-500 9,3 3,1 2,5 0,02 6,00

Рис. 12. Кривая зависимости среднего годового стока от средней высоты бассейна (1), гипсо­графическая (2) и гидрографическая кривые (3)

Источник

Adblock
detector