Меню

Статья по исследованию реки

Изучение вод территории СССР и развитие гидрологии

Очерк истории изучения вод территории СССР

Первые гидрографические сведения. Процесс формирования гидрологии как самостоятельной науки завершился только в сравнительно недавнее время, в конце XIX в. Но исследования вод имеют свою историю, которая тесно связана с культурным и экономическим развитием страны и прежде всего с такими отраслями народного хозяйства, как водный транспорт, лесосплав, энергетика, водоснабжение и мелиорация.

Первые сведения о главнейших реках Восточно-Европейской равнины относятся к глубокой древности. Так, например, первое описание Нижнего Днепра до порогов было сделано в V в. до нашей эры. В древних русских летописях начиная с XII в. появляются описания водных путей.

Развитие исследований водных объектов от эпохи Петра I до 70-х годов XIX в. Более или менее систематические исследования водных объектов в России начинаются при Петре I. Были произведены описания некоторых рек с целью выявления их судоходных условий и возможности соединения рек каналами. В это время была построена Вышневолоцкая водная система, соединившая р. Волгу с Балтийским морем. Велись работы по соединению Волги и Дона, был построен Ивановский канал, соединивший Оку и Дон. При Петре I велись изыскания с целью постройки Мариинской и Тихвинской водных систем.

В 1715 г. на р. Неве у Петропавловской крепости был установлен первый водомерный пост, в 1749 г. Академия наук устроила водомерный пост в Петербурге на р. Мойке, а в 1752 г. — на р. Неве у Главного адмиралтейства. В 1752 г. был открыт водомерный пост на р. Северной Двине у г. Архангельска, а в 1792 г. — на р. Волге у г. Астрахани.

К настоящему времени из материалов наблюдений по водомерным постам, открытым в XVIII столетии, сохранились лишь сводки о наивысших наблюденных горизонтах воды по р. Северной Двине — г. Архангельск, р. Волге — г. Астрахань, р. Неве — Петропавловская крепость и Главное адмиралтейство и р. Днепру — порог Ненасытецкий.

В 1798 г. учреждается департамент (управление) водных коммуникаций и начинается более планомерное исследование и описание водных путей. Проводятся съемки на реках Неве, Волхове, Днепре, Доне, Северском Донце, Оке, Волге, Оби и Лене. Развиваются экспедиционные географические исследования. Сооружаются многочисленные небольшие плотины и водноэнергетические установки на Урале. Все это способствует накоплению сведений о водных объектах России и усовершенствованию методики водных исследований.

В начале XIX столетия в связи с развитием использования внутренних водных путей начала ощущаться необходимость в сведениях о повышении и понижении уровня воды в реках.

В 1818 г. управлением водными и сухопутными сообщениями дается предписание об обязательных ежедневных измерениях уровней воды на всех водных системах. С выходом этого предписания и даже несколько ранее стали производиться водомерные наблюдения на р. Волге у г. Нижнего Новгорода (1820 г.), на р. Каме у г. Дедюхина (1826 г.), на р. Немане у г. Смалининкай (1822 г.), на р. Западной Двине у г. Двинска (1816 г.), на р. Днепре у г. Киева (1839 г.).
Первая “Инструкция для производства наблюдений за изменением горизонта и ложа в реках” была издана Главным управлением путей сообщений в 1858 г. Несмотря на выход этой инструкции, водомерные наблюдения в большинстве пунктов по-прежнему производились по временным вбитым в дно реки рейкам и потому оказывались неувязанными между собой.

В рассматриваемый период впервые были произведены отдельные измерения расходов воды на некоторых реках, причем скорости течения определялись обычно поплавками.

Однако полученные в течение рассматриваемого периода сведения о режиме водных объектов страны и выводы о закономерностях его формирования были разрозненными, касались отдельных, наиболее ярких проявлений режима (выдающиеся половодья, засуха, низкая межень и пр.) и потому не могли еще явиться достаточной основой для выработки более широких представлений о закономерностях гидрологического режима.

Основное содержание добытых в этот период сведений было общегеографического и гидрографического направления и поэтому способствовало познанию водных объектов лишь в общем виде.

Изучение водных объектов в период от 70-х годов XIX в. до Великой Октябрьской социалистической революции. В середине 70-х годов XIX столетия, после постройки главных железнодорожных линий, выяснилась необходимость одновременно с дальнейшим развитием рельсовых путей развивать и улучшать водные пути. Этому, в частности, способствовало появление на р. Волге нового, — очень ценного массового груза — нефти.

В конце XIX и в начале XX в. были выполнены значительные для того времени работы по шлюзованию. Одновременно с производством выправительных работ с конца 90-х годов XIX в. на р. Волге, а потом и на некоторых других реках для поддержания необходимых судоходных глубин начало широко применяться землечерпание. В рассматриваемый период снова возник интерес к использованию водной энергии, чему благоприятствовало усовершенствование двигателей и развитие электротехники. В связи со значительным развитием в этот период портостроения были начаты работы по улучшению судоходных условий устьев крупных рек, впадающих в моря.

В 1873 — 1898 гг. велись работы по осушению болот в северо-западных районах, в частности в Полесье. Важным этапом в изучении водных объектов России в рассматриваемый период явилась организация в 1875 г. навигационно-описной комиссии министерства путей сообщения для изучения русских судоходных рек. В результате деятельности навигационно-описной комиссии, продолжавшейся до 1884 г., были составлены и изданы планы и продольные профили ряда рек (Северной Двины, Днепра, Камы, Оки, Волги, Дона и др.) с данными об измеренных скоростях и расходах воды. В 1884 г. навигационно-описная комиссия была слита с техническим отделом департамента шоссейных и водных сообщений.
Навигационно-описная комиссия издала описания проведенных исследований, программу этих работ, инструкцию по организации водомерных наблюдений (1876 г.). Эта инструкция с изменениями и дополнениями, внесенными в нее (в 1881, 1882, 1885, 1888 гг.), регламентировала постановку водомерных наблюдений на больших реках вплоть до 1925 г. В процессе проведенных работ навигационно-описная комиссия заложила основы методики водных исследований.

Дальнейшее изучение рек России осуществлялось управлением внутренних водных путей и шоссейных дорог министерства путей сообщения, созданным в 1899 г. на основе объединения департамента водных и шоссейных сообщений и портовой комиссии. В ходе исследований, проведенных описными партиями этого управления, более полно, чем партии навигационно-описной комиссии, выяснили гидрологические особенности рек. С 1902 г. управлением водных путей и шоссейных дорог МПС издавались “Материалы для описания русских рек и истории улучшения их судоходных условий”. К 1916 г. вышло всего 65 выпусков, в которых содержится описание рек и озер, сведения о произведенных на них гидрометрических работах и специальных гидрологических исследованиях, проектах соединительных водных путей, а также отчеты бюро изысканий и местных округов путей сообщения.

Министерством путей сообщения в период с 1882 по 1902 г., а затем министерством торговли и промышленности были произведены изыскания в целях улучшения судоходных условий устьев крупных рек, впадающих в моря. Результаты исследований издавались в виде сборников под названием “Материалы по описанию русских коммерческих портов” (1882-1902 гг.), а затем под названием “Труды отдела торговых портов министерства торговли и промышленности”. В этих изданиях содержатся краткие гидрографические характеристики, планы с промерами глубин, сведения об уровнях, расходах и распределении их по рукавам, о течениях и режиме наносов. В 1881 г. навигационно-описная комиссия издала атлас водомерных графиков за 1876-1880 гг. по 80 водомерным постам. Полный свод результатов наблюдений водомерных постов до 1910 г. был издан МПС в виде текста, таблиц и атласа водомерных графиков в 10 томах под наименованием “Сведения об уровне воды на внутренних водных путях России по наблюдениям на водомерных постах”. Материалы наблюдений последующих лет были изданы после Великой Октябрьской социалистической революции. В результате исследований, произведенных МПС, были написаны монографии по отдельным рекам и районам, содержащие ценные сведения о водных объектах страны. Министерство путей сообщения, решая воднотранспортные задачи, при изучении гидрологического режима касались главным образом исследований сроков вскрытия и замерзания водоемов, режима уровней, скоростей потока и условий формирования русла.

Одновременно с исследованиями водных объектов как путей сообщения велись работы по изучению болот в связи с их осушением, а также исследования с целью использования водных ресурсов для орошения и обводнения засушливых областей. В период с 1873 по 1898 г. этими проблемами занималась главным образом в районе Полесья западная экспедиция по осушению болот. Эта экспедиция исследовала режим рек и болот бассейна р. Припяти. С 1880 по 1891 г. действовала экспедиция по орошению на юге России и на Кавказе. Большие для своего времени работы были проведены экспедицией по исследованию источников главнейших рек Европейской России под руководством А. А. Тилло (с 1894 по 1901 г.). Поводом к снаряжению этой первой в России гидрологической экспедиции послужило весьма распространенное с начала XIX столетия мнение, будто бы обмеление равнинных рек, в частности Волги, а также неурожаи, в особенности 1891-1892 гг., связаны с уменьшением водных запасов страны вследствие вырубки лесов в верховьях рек, распашки прибрежных лугов и склонов многочисленных оврагов и пр. Труды этой экспедиции, изданные в 63 выпусках, охватили разнообразные вопросы гидрографии и гидрологического режима истоков рек Волги, Днепра, Западной Двины и их главнейших притоков.

Большие исследования рек были начаты в 1909 г. отделом земельных улучшений (ОЗУ) главного управления земледелия и землеустройства. Изыскательские партии ОЗУ ставили своей задачей не столько получение топографических планов рек, как это делали изыскательские партии министерства путей сообщения, сколько получение сведений по водности рек, наносам, химическому составу и других данных, характеризующих гидрологический режим. В 1903 г. при отделе земельных улучшений в качестве совещательного органа междуведомственного характера был образован гидрологический комитет. В составе комитета было учреждено четыре комиссии: 1) по крупным гидротехническим сооружениям с оросительной целью, 2) по общим гидрологическим и гидрогеологическим вопросам, 3) по исследованиям рек, речных долин и озер и работам, связанным с упорядочением течения рек, состояния речных долин и озерных котловин и 4) по юридическим вопросам. Начиная с 1907 г. все чаще поднимается вопрос о необходимости создания центрального гидрологического учреждения. Впервые этот вопрос был поставлен еще экспедицией А. А. Тилло.

В 1914 г. совет мелиорационных съездов организовал комиссию для разработки вопроса об учреждении районных гидрологических станций и об объединении их деятельности в особом центральном гидрологическом научном учреждении.

Для систематических, стационарных наблюдений на реках были организованы три особых управления, названные гидрометрическими частями; в 1910 г. в Туркестанском крае и при водном управлении на Кавказе и в 1913 г. в Европейской России. На основе работ, проведенных этими организациями, в значительной мере и была создана отечественная гидрометрия. К 1917 г. в России действовало более 150 водомерных постов и гидрометрических станций.

На основании исследований, проведенных в период с 70-х годов XIX столетия до Великой Октябрьской социалистической революции, были установлены основные закономерности, существующие между климатическими факторами (осадками, испарением) и стоком, выяснены главные особенности формирования дождевых паводков, заложены основы научных исследований в области русловых процессов и зимнего режима. Кроме того, были сделаны первые попытки организации службы гидрологических прогнозов, начали создаваться методы расчета максимального стока при отсутствии непосредственных наблюдений, а также была создана значительная сеть гидрометеорологических станций на крупных реках и озерах и составлены первые инструкции для производства гидрометрических работ. К концу этого периода начался процесс выделения гидрологии в самостоятельную отрасль знания.

Исследование водных ресурсов после Великой Октябрьской социалистической революции. В первые годы после Великой Октябрьской социалистической революции (1918-1920 гг.) в связи с гражданской войной и иностранной интервенцией объем исследований рек и озер значительно сократился. С началом периода восстановления народного хозяйства (1921-1925 гг.) и особенно в последующие годы грандиозного социалистического строительства исследования водных ресурсов страны начали развиваться очень быстро.

Важное значение в деле организации планомерных исследований водных ресурсов в широком масштабе имел исторический план ГОЭЛРО — план электрификации и реконструкции народного хозяйства, разработанный в 1921 г. под руководством В. И. Ленина. Предусмотренное планом ГОЭЛРО широкое комплексное использование водных ресурсов страны потребовало не только всестороннего изучения естественного режима водных объектов, но и оценки будущих условий.

Крупнейшие водохозяйственные проблемы, связанные с реконструкцией рек Волги, Днепра, Дона, Урала, Оби, Енисея и др., и проблема использования малых рек, возникшие в связи с осуществлением пятилетних планов, имели решающее значение в развитии исследований водных ресурсов.

Большую роль в истории изучения водных ресурсов страны и оформлении гидрологии в самостоятельную науку сыграло учреждение в 1919 г. Российского, ныне Государственного ордена Трудового Красного Знамени гидрологического института (ГГИ), ставшего центральным научно-исследовательским учреждением Советского Союза в области гидрологии.

Учреждение в 1929 г. Гидрометеорологического комитета при Совете Народных Комиссаров СССР, преобразованного в 1933 г. в Центральное управление Единой гидрометеорологической службы СССР (ЦУЕГМС), а в 1936 г. в Главное управление гидрометеорологической службы (ГУГМС), создало широкие возможности организации и развития планомерного комплексного изучения гидрометеорологического режима территории СССР в интересах обслуживания запросов всех отраслей народного хозяйства. Создание Гидрометеорологической службы СССР способствовало развитию сети гидрологических станций, установлению единой методики работ, улучшению качества гидрометрических работ и расширению программы исследований водных ресурсов. В 1941 г. число гидрометеорологических станций ГУГМС, ведущих наблюдения за режимом рек, озер и болот, достигло 4247, а к 1960 г. стало близко к 6000.

Наряду с опорной государственной сетью гидрометеорологических станций, входящих в систему Гидрометеорологической службы, существует и ведомственная сеть, создаваемая обычно на период проектирования и строительства гидротехнических сооружений, а также для обслуживания в период их эксплуатации. Ведомственные станции дополняют материалы наблюдений опорной сети и производят специальные исследования (скоростей потока, режима русла, зимнего режима и др.) применительно к конкретным задачам проектирования.

Весьма показательным для советского периода гидрологических исследований, особенно в области изучения рек, ягляется не только резкое развитие работ, направленных на изучение отдельных водных объектов, но и проведение широких и обстоятельных научных обобщений по гидрографии СССР и установление физических закономерностей, управляющих процессами, происходящими в них. Важнейшим этапом советского периода развития гидрологии явилось окончательное оформление ее как самостоятельной научной дисциплины.

Основные сведения по истории развития гидрологии в СССР

Формирование основ гидрологии. Оформление гидрологии в самостоятельную науку. Гидрология суши как система научных значений оформилась к 20-м годам XX столетия. Основы научного анализа гидрологических процессов были заложены в 90-х годах XIX столетия. Формирование научных представлений о закономерностях развития гидрологических процессов осуществлялось первоначально в рамках физической географии, геологии и гидротехники.

Физическая география и геология рассматривали вопросы, относящиеся к закономерностям формирования рельефа речных водосборов и строения речной сети, образования озерных котловин и распространения различных водоемов но земной поверхности. При этом обращалось внимание на выяснение закономерностей формирования долин, террас, на взаимное расположение главной реки и ее притоков и вообще на качественный анализ процесса формирования гидрографической сети. Наряду с гидрографическими и морфометрическими характеристиками гидрографической сети в физической географии систематизировались и первоначальные сведения о водном балансе водоемов и речных водосборов, о водном режиме поверхностных и подземных вод.

В гидротехнике и, в частности, в том ее разделе, который занимался использованием рек и озер как путей сообщения, изучались закономерности распределения по живому сечению и пульсации скоростей течения, направления циркуляционных токов образования русловых форм, перемещения частиц грунта потоком и другие вопросы гидрологии речного русла, интересовавшие практику выправительных работ.

Гидротехническое направление изучения закономерностей формирования речных русел и отдельных форм их (плесов, перекатов, закруглений, побочной и пр.), в отличие от физико-географического качественного анализа, основывалось на учете динамических свойств потока.

Одновременно с изучением русловых процессов применительно к задачам гидротехнического строительства изучались условия формирования весенних половодий и дождевых паводков, устанавливались эмпирические зависимости стока от обусловливающих его факторов.

Исследования, выполненные физической географией, геологией и гидротехникой, создали основу, на которой к середине 20-х годов гидрология выделилась в самостоятельную научную дисциплину. Однако объем знаний, накопленных к этому времени, был еще невелик: это определялось не только сложностью изучаемыхявлений, но и малым объемом водохозяйственного строительства, не ставившего перед гидрологией сложных научных проблем.

Великая Октябрьская социалистическая революция, обеспечившая невиданный в истории подъем народного хозяйства и культуры, определила широкое развертывание работ по использованию водных ресурсов страны.

Важную роль в оформлении гидрологии как науки сыграл Государственный гидрологический институт (ГГИ). Большое значение для развития гидрологии в СССР имели работы Гидроэнергопроекта, Гидропроекта, Водоканалпроекта и других организаций, осуществлявших проектирование различных гидротехнических сооружений и разработку водохозяйственных мероприятий.

Читайте также:  Как понять два раза в одну реку не войдешь

Важный вклад в изучение ряда закономерностей гидрологического режима внесли научно-исследовательские учреждения Академии Наук СССР и союзных республик, железнодорожного и водного транспорта, а также гидрологические группы в различных организациях, связанных с использованием вод.

Коллектив научных сотрудников ГГИ своими исследованиями в значительной мере определил направление развития гидрологии как самостоятельной науки, изучающей воды суши (реки, озера, болота), процессы, в них протекающие, и закономерности, которыми они определяются. В той мере, в какой это связано с режимом вод суши, гидрология занимается изучением подземных вод и ледников.

Исследования в области гидрологии суши можно разделить на следующие основные группы:

1) совершенствование методов гидрометрических работ, подготовка методических пособий, руководств и разработка конструкций гидрологических приборов;

2) гидрографические работы;

3) исследования процессов формирования стока и разработка методов расчета и прогноза его основных характеристик;

4) изучение структуры речного потока и русловых процессов;

5) гидрофизические исследования;

6) работы в области гидрохимии.

Совершенствование методов гидрометрических работ, подготовка методических пособий, руководств и разработка конструкций гидрологических приборов. С момента возникновения практического интереса к использованию водных объектов появляется необходимость в достаточно длительном и систематическом изучении их режима. Поэтому вопросы методики проведения гидрологических работ, разработка аппаратуры и организация сети наблюдательных станций постоянно привлекали внимание исследователей.

Сеть гидрологических станций и постов на территории СССР первоначально складывалась без какого-либо перспективного плана как результат исследований, связанных с удовлетворением весьма разнообразных текущих хозяйственных и культурных требований, возникающих при изучении водного фактора. Поэтому элемент случайности в географическом распределении станций и постов имел большое значение. Рядом с объектами, изучавшимися густой сетью станций и постов, было не мало водных объектов, на которых сеть была крайне редка или совсем отсутствовала. На некоторых реках существовала густая сеть станций на участках транзита вод и совершенно не было станций в области их питания.

Имелись случаи, когда на бесприточных участках рек станции располагались настолько часто, что приращение стока от станции к станции оказывалось меньше допустимых погрешностей учета стока. Некоторые станции располагались в таких местах, где особенности режима настолько своеобразны, что выводы наблюдений нельзя было распространить на объект в целом или на его определенный участок, а тем более на соседние реки. Для устранения имевшихся существенных недостатков в размещении сети уже в начале оформления гидрологии в самостоятельную науку потребовалось разработать научно обоснованные принципы создания сети, обеспечивающие рациональное размещение пунктов по территории, унификацию и научную строгость методов наблюдений.

Разработка принципов размещения гидрологической сети завершилась признанием необходимости создания единой государственной опорной сети гидрологических станций взамен существовавшей, раздробленной по различным ведомствам. Объединение гидрологических наблюдений и изучение вод в одном общегосударственном органе осуществилось в 1929 г., когда постановлением СНК, СССР была учреждена Единая гидрометеорологическая служба СССР.

Наряду с разработкой принципов построения и размещения гидрологической сети и осуществления практических мероприятий по их реализации велись работы по обобщению накопленного опыта производства гидрометрических работ и подготовке методических пособий, определяющих порядок и технику их производства. Были подвергнуты анализу применявшиеся в практике гидрометрических работ рекомендации о продолжительности наблюдений в различных точках потока с целью исключения влияния пульсаций, вычислении средней qjnpnqrh течения на вертикали, порядке вычисления расходов воды, применимости различных способов измерения расходов воды, например способа косых галсов, фотометрического способа и т. д.

Основываясь на этих материалах, ученые ГГИ подготовили серию инструкций по изучению различных элементов гидрологического режима. В последующем на базе этих пособий, подвергнутых творческой переработке, была в 1938 г. создана инструкция, содержащая рекомендации по производству всех работ, производимых гидрологическими станциями. Рекомендации этой инструкции в последующем систематически совершенствовались и публиковались в новых изданиях наставлений и в многочисленных методических указаниях управлениям Гидрометслужбы, подготовленных ГГИ.

Одновременно с совершенствованием методов гидрометрических работ учеными, специалистами в области методики и конструкторами создавалась необходимая аппаратура и приборы. Создание, развитие и современное состояние отечественного гидрологического приборостроения в значительной мере связаны с деятельностью Государственного гидрологического института.

В дореволюционный период в России производство гидрологических приборов ограничивалось лишь изготовлением единичных экземпляров гидрометрических вертушек, измерителей уровня, указателей направления течения, созданных гидрологами, исследовавшими водоемы страны.

Возросший спрос на приборы в связи с развитием гидрологических исследований обусловил организацию в 1927-1930 гг. отечественного производства гидрологических приборов. В настоящее время производство всех гидрометрических работ полностью обеспечивается гидрометрическими приборами отечественных конструкций. Гидрометрическая вертушка Н. Е. Жестовского, самописец уровня “Валдай”, гидрометрические лебедки “Нева” и “Луга”, ледовый бур, батометр-бутылка на штанге и в грузе, вакуумный батометр, шугобатометр, микротермометр и ряд других приборов получили широкое распространение в практике гидрометрических работ. Много оригинальных приборов создано для проведения различных экспериментальных исследовании. Разработаны установки для изучения испарения с водной поверхности и поверхности суши. В настоящее время все шире развертываются работы по внедрению в практику гидрометрических измерений достижений в области телеметрии, радиосвязи, электроизмерений и использованию радиоактивных изотопов.

Гидрографические работы. Гидрографические исследования по сравнению со всеми иными разделами гидрологии имеют более длительную историю. Первоначальное содержание гидрологии в значительной мере ограничивалось общими гидрографическими сведениями о водных объектах суши. Несмотря на значительную давность первоначальных гидрографических описаний, содержание гидрографии как раздела гидрологии суши с определенными методами работ и задачами определилось вместе с формированием в целом гидрологии суши как самостоятельной науки. Большая работа гидрографического характера была выполнена при составлении водного кадастра, она заключалась в детальном гидрографическом описании рек, озер и болот в форме соответствующих разделов справочников по водным ресурсам СССР.

В гидрографических работах содержатся не только порайонные описания водных объектов, но и характеристики отдельных элементов режима. Производились исследования термического режима рек СССР, закономерности вскрытия и замерзания рек, формирования минимального стока, условий образования селей и их распространение на территории СССР и др.

Сводные работы гидрографического характера о водоносности рек СССР выполнены Л. К. Давыдовым, М. И. Львовичем по стоку рек земного шара, Б. Д. Зайковым по стоку рек СССР и Европы, А. А. Соколовым, подготовившим первое систематическое пособие по гидрографии СССР. Многочисленные гидрографические пособия в форме объектных и районных описаний выполнены по рекам Днепру, Волге, Дону, по озерам Байкал, Ладожское, Онежское, Чудско-Псковское и др. Прямым продолжением гидрографических работ, выполненных в период составления кадастра вод СССР, явились многолетние работы управлений Гидрометслужбы по гидрографическому обследованию территории СССР и составлению гидрографических описаний.

Исследование процессов формирования стока и разработка методов расчета и прогноза его основных характеристик. Начало изучению закономерностей формирования водного режима и разработки методов его расчета и прогноза было положено еще в дореволюционный период. Из работ этого периода наибольшее влияние на последующее развитие гидрологии оказали исследования Э. М. Ольдекопа об испарении с речных бассейнов, Е. А. Гейца о водоносности р. Оки, Н. Е. Долгова о формировании максимальных расходов дождевых паводков, Е. В. Оппокова о режиме стока р. Днепра. Этими работами были выявлены основные закономерности формирования водного режима в связи с другими составляющими водного баланса (осадки, испарение) и учетом физико-географических особенностей водосборов. Работы указанного направления имели не только большое общее теоретическое значение, но и способствовали созданию правильных рекомендаций по улучшению судоходных условий рек, разработке мелиоративных мероприятий и методов расчета характеристик стока.

В тесной связи с работами, относящимися к выяснению закономерностей формирования речного стока и разработке методов его расчета, велись исследования с целью создания методов прогноза. Так, В. А. Макаров разработал метод прогноза глубин на перекатах, а В. Г. Клейбер развил его и начиная с 1893 г. приступил к выпуску оперативных прогнозов глубин на нескольких главнейших перекатах р. Волги.

В послереволюционный период особо важное значение для развития исследований в области речного стока имели работы Д. И. Кочергина и М. А. Великанова. Весьма существенной особенностью советского периода исследований водных ресурсов является не только резкий рост объема гидрометрических работ и совершенствования их методики, но и проведение широких и обстоятельных научных обобщений как по гидрографии СССР, так и по установлению физических закономерностей, управляющих процессами, происходящими в водоемах.

Необходимость быстрого решения задач проектирования не позволяла ждать, пока вновь на организованных гидрологических станциях накопятся данные непосредственных наблюдений. Поэтому возникла необходимость в обобщающих работах и методах, которые позволили бы быстро определять с достаточной для практических целей точностью основные характеристики водоносности рек. Возможность развития указанных исследований в сильной степени была облегчена тем, что в процессе составления Водного кадастра СССР были систематизированы и подвергнуты обработке многочисленные материалы наблюдений за режимом вод СССР. Водный кадастр СССР, включающий по разделу вод суши “Сведения об уровне воды”, “Материалы по режиму рек СССР”, в последние годы пополненные изданием “Гидрологических ежегодников”, “Материалов наблюдений стоковых, болотных, испарительных и ливнемерных станций”, содержит исключительно ценные сведения о режиме вод СССР.

Исследования по проблеме речного стока осуществлялись главным образом с целью разработки методов расчета нормы стока, изменчивости стока в многолетней перспективе, распределения стока внутри года и вычисления максимальных и минимальных его значений; эти методы должны были давать возможность расчета указанных характеристик стока даже при отсутствии данных непосредственных наблюдений.

В области расчета нормы стока при наличии и отсутствии данных наблюдений важные исследования проведены Б. Д. Зайковым и С. Ю. Беликовым. В дальнейшем этими вопросами занимались А. В. Огиевский, К. П. Воскресенский и др., разработавшие приемы учета местных особенностей водосборов при расчете нормы стока. В советский период для расчетов стока большое развитие получил метод водного баланса. Большое влияние на развитие методов гидрологических расчетов оказало применение Д. Л. Соколовским для условий СССР метода расчета величин годового и максимального стока различной обеспеченности.

В дальнейшем аппарат математической статистики получил широкое распространение в гидрологических и водохозяйственных расчетах. Методика его применения развита и усовершенствована в трудах многочисленных исследователей, среди которых прежде всего следует отметить С. Н. Крицкого, М. Ф. Менкеля, Г. А. Алексеева. Существенной особенностью работ советских ученых в области применения аппарата математической статистики в расчетах стока явилось установление зависимости статистических характеристик колебаний стока от физико-географических факторов, что позволило решать задачи расчета вероятных колебаний стока в условиях недостатка или отсутствия данных непосредственных наблюдений.

Значительное внимание советских ученых было обращено на развитие методики расчета максимального дождевого и снегового стока. Этой проблеме посвятили свои исследования М. М. Протодьяков, А. В. Огиевский, Д. Л. Соколовский, А. Н. Бефани, Г. А. Алексеев, М. Ф. Срибный, А. И. Чеботарев, Б. И. Серпик и др. В связи с задачей расчета дождевого стока большое внимание уделялось методике расчета ливней. Первоначальные предложения, содержащиеся в работах П. Ф. Горбачева, М. М. Протодьякова и др., представляли собой частные решения этого вопроса. Поэтому ГГИ предпринял фундаментальную работу по сбору и обработке наблюдений за ливнями. На основе этих данных был разработан метод расчета интенсивности ливней различной повторяемости. В последующем метод расчета параметров дождей был усовершенствован Г. А. Алексеевым. На основе этих новых разработок управления Гидрометслужбы при методическом руководстве ГГИ установили региональные зависимости для расчета интенсивности дождей различной продолжительности и вероятности повторения.

Методику расчета внутригодового распределения стока развивали Н. Д. Антонов, Г. И. Швец, И. М. Лившиц, В. Г. Андреянов и др. Способы расчета минимального стока рассмотрены в работах Н. Д. Антонова, Л. А. Владимирова, Г. Н. Хмаладзе, А. .М. Комлева, В. Д. Быкова, А. Г. Курдова и др. Наиболее полное исследование в этой области выполнено А. М. Владимировым.

Наряду с обобщением гидрологических материалов, выполнявшихся в центральных научно-исследовательских учреждениях страны, интенсивно развивались исследования в союзных республиках. Гидрологические закономерности горных областей исследовали Л. А. Владимиров, Г. Н. Хмаладзе, А. И. Важнов, В. Л. Шульц, В. Л. Щеглова, С. Г. Рустамов и др. Региональные схемы расчета паводков и максимального стока применительно к условиям Кавказа разрабатывали И. И. Херхеулидзе и Г. Д. Ростомов.

Высокий уровень развития теории расчетов речного стока определил возможность наиболее обоснованные методы рекомендовать для использования в практике строительного проектирования в форме указаний, утвержденных Госстроем СССР и регламентирующих порядок расчета. Введенные в действие с 1 октября 1972г. “Указания по определению расчетных гидрологических характеристик” (СН 435-72) определяют порядок расчета нормы стока его многолетних колебаний и распределения внутри года, максимальных расходов воды от снеготаяния и дождей, а также минимальных расходов воды и минимальных уровней.

Изучением процесса формирования стока с заболоченных территорий и разработку методики его расчета проводили А. Д. Дубах и К. Е. Иванов. Гидрологию озер и водохранилищ развивали С. Д. Муравейский, Б. Д. Зайков, В. К. Давыдов, А. П. Браславский, С. Л. Вендров, 3. А. Викулина и др.

Наряду с развитием методов расчета стока большое внимание в трудах советских гидрологов, уделялось вопросам разработки методов его прогноза. Работами В. Н. Лебедева, Л. К. Давыдова, Б. А. Апполова, А. В. Огиевского, Ф. И. Быдина, В. Д. Комарова, Г. П. Калинина, Е. Г. Попова и др.. установлены важные закономерности формирования половодья и паводков, меженного стока. До 1943 г. научно-методическое руководство службой гидрологических прогнозов осуществлялось Государственным гидрологическим институтом (ГГИ). В 1943 г. прогностические подразделения ГГИ были переданы Центральному институту прогнозов (с 1945 г. Гидрометцентр СССР), который в настоящее время совместно с местными управлениями Гидрометслужбы ведет систематическое обслуживание народного хозяйства гидрологическими прогнозами.

Большое внимание коллектив гидрологов Гидрометцентра СССР уделяет не только вопросам оперативного обслуживания народного хозяйства, но и развитию теоретических исследований в области гидрологии, широко используя при этом материалы экспериментальных работ. Выяснено влияние русловых емкостей на процесс перемещения воды в руслах рек, вскрыты закономерности поверхностного задержания вод снеготаяния и дождей, рассмотрены условия формирования весенних половодий на основе учета всего комплекса влияющих на них факторов.

Разработка практических рекомендаций по расчетам и прогнозам стока основывалась на статистическом обобщении материалов наблюдений сети гидрометеорологических станций и детальном изучении в природе условий формирования стока. В первый период развития методов расчета и прогноза стока преобладающее значение имели статистические обобщения. В последние годы вопросы изучения процесса формирования стока получают все большее развитие.

Обобщения материалов массовых сетевых наблюдений, способствовавшие установлению ряда практически важных, по существу, наиболее элементарных соотношений между стоком и факторами, его определяющими, являются уже недостаточными, когда возникают проблемы, требующие для своего решения знания достаточно тонких деталей процесса формирования стока. Для выяснения этих вопросов необходима постановка широких экспериментальных исследований в природных условиях. Следует отметить, что высказанное положение ни в какой мере не означает отрицания значения массовых сетевых наблюдений и возможности их использования и в дальнейшем не только для обеспечения запросов практики водохозяйственного строительства, но и для выяснения ряда еще малоизученных закономерностей процессов стока.

Таким образом, в настоящее время работы по обобщению сетевых наблюдений должны быть дополнены тщательными полевыми и лабораторными экспериментальными исследованиями, имея в виду, что роль эксперимента в гидрологии на современном этапе ее развития становится особенно значительной. Одним из способов детального изучения гидрологических процессов является организация исследований с тщательным и высокочастотным измерением всех основных составляющих водного баланса в отдельности и во взаимной связи на специально создаваемых полевых экспериментальных базах и стоковых станциях.

Большая работа по развитию теории эксперимента и созданию оригинальных экспериментальных установок проведена В. А. Урываевым, деятельность которого в этой области обеспечила крупные успехи советской гидрологии в развитии экспериментальных исследований.

Изучение структуры речного потока и русловых процессов.

Еще в конце XIX столетия в связи с работами по улучшению судоходных условий рек Н. С. Лелявским и В. М. Лохтиным были заложены основы учения о русловых процессах. Усложнение требований практики определило необходимосгь существенного развития исследований в этой области. Фундаментальные исследования, проведенные М. А. Великановым, В. М. Маккавеевым, Н. М. Вернадским, В. Н. Гончаровым, И. И. Леви и др., позволили установить важные закономерности турбулентного перемешивания и воздействия турбулентного потока на подвижные частицы дна. В частности, разработана спектральная теория турбулентности и теория переноса наносов во взвешенном состоянии; рассмотрены вопросы формирования и движения песчаных волн, существенно развиты некоторые области речной гидравлики, например относящиеся к движению паводочных волн, построению кривых свободной водной поверхности, развитию поперечной циркуляции, построению плана течений и пр. В результате создана новая отрасль речной гидравлики — динамика русловых потоков.

Читайте также:  В 1601 году 180 км от устья реки был построен город

При всей важности теоретических и практических выводов, содержащихся в работах, рассматривающих русловой процесс исходя из основных положений гидродинамики, это направление еще не располагает методами, позволяющими установить закономерности возникновения и развития различных русловых форм и образований как в процессе естественного взаимодействия потока и русла, так и особенно при проведении различных гидротехнических мероприятий. В связи с этим одновременно с развитием теорий турбулентного движения и переноса взвешенных наносов получили развитие исследования основных морфологических элементов русла (косы, побочни, перекаты, излучины и пр.) в зависимости от гидравлических характеристик потока (расходы, уклоны, скорости и пр.). Работы, выполненные М. А. Великановым, С. И. Рыбкиным, С. Т. Алтуниным и дp., позволили установить ряд морфологических зависимостей, пригодных для оценки возможных изменений русловых форм, при изменении гидравлических характеристик потока.

На основе обобщения материалов натурных съемок русел рек и лабораторных исследований К. И. Российский и И. А. Кузьмин развили представления о морфологии речных перекатов и типах русловых процессов. Дальнейшее существенное развитие теория формирования речных русел получила в работах ГГИ (Н. Е. Кондратьев, И. А. Попов). В результате исследований ГГИ установлены особенности развития руслового процесса в различных его формах. Установленные закономерности позволяют решать такие сложные инженерные задачи, как оценка устойчивости судоходных прорезей, создаваемых землечерпанием, мостовых опор. Опираясь на выводы гидролого-морфологической теории руслового процесса, можно предвидетьповедение русла в различных местах, что, в частности, важно при выборе мест расположения различных инженерных сооружений.

Создание многочисленных водохранилищ приводит к коренной перестройке русловых процессов на реках. Интенсивному переформированию под воздействием ветровой волны подвергаются берега долины, участки реки в нижнем бьефе водохранилищ, русло в зоне выклинивания подпора и т. д. Эти явления исследованы в работах Н. Е. Кондратьева, К. И. Российского и др. Важным дополнением теоретических и экспериментальных исследований руслового потока и деформаций русла явились работы Г. И. Шамова и Г. В. Лопатина, в которых обобщены материалы наблюдений за стоком наносов на сети станций Гидрометслужбы и разработаны вопросы режима твердого стока.

Гидрофизические исследования. Значительные работы проведены советскими учеными в области гидрофизических исследований. Они охватывают широкий круг вопросов по изучению физических свойств снега и льда, возникновению и развитию ледовых явлений и, в частности, внутриводного (донного) льда, термического режима водоемов. Большое внимание советские гидрофизики уделили изучению снеготаяния, испарения с поверхности воды и суши и разработке методов их измерения и расчета.

Необходимость серьезных научных исследований физических и механических свойств льда, причин и условий образования шуги и внутриводного (донного) льда была обусловлена ухудшением условий работы гидростанций, водозаборных сооружений, трубопроводов, отстойников и т. д. в зимний период. Значительный вклад в исследование шуги и внутриводного (донного) льда внес В. Я. Альтберг, осуществивший многочисленные экспериментальные исследования и опубликовавший монографии по этому вопросу. В последующем эту область гидрофизики развивали В. А. Рымша, Н. Н. Петруничев, Д. Н. Бибиков и др. Трудами этих ученых расширены представления о физических закономерностях образования шуги и внутриводного льда, разработаны основы методики наблюдений за этими явлениями и практические рекомендации по борьбе с вредным действием льда на гидротехнические сооружения.

Исследованию и расчетам термического режима водоемов посвящены работы Б. В. Проскурякова, К. И. Российского, А. П. Браславского, С. Н. Крицкого, М. Ф. Менкеля, В. В. Пиотровича. Содержавшиеся в них рекомендации широко используются для расчета термического режима прудов-холодильников, озер и водохранилищ и для создания методов прогноза вскрытия и замерзания подоемов. Обстоятельные экспериментальные исследования снеготаяния с использованием метода теплового баланса проведены П. П. Кузьминым, изучившим это явление в различных физико-географических условиях и разработавшим схему его расчета. Упрощенный метод расчета снеготаяния предложен Е. Г. Поповым.

Многочисленные работы советских гидрологов посвящены проблеме испарения. Первоначальные предложения Б. В. Полякова и некоторых других по расчету испарения с водной поверхности в последующем были существенно развиты и уточнены в работах В. К. Давыдова и особенно Б. Д. Зайкова, 3. А. Викулиной и А. П. Браславского. Характеристике испарения с поверхности речных бассейнов посвящены работы П. С. Кузина. Под руководством В. Ф. Пушкарева проведены обширные исследования по разработке методики измерения испарения с поверхности суши, завершившиеся созданием сети испарительных станций; материалы этих наблюдений использованы для характеристики режима испарения и транспирации в различных физико-географических условиях. А. Р. Константиновым разработана схема расчета испарения с поверхности суши с использованием в качестве исходных аргументов данных метеорологических станций. В. В. Романов разработал методику изучения и расчета испарения с заболоченных территорий.

В последние годы созданы экспериментальные установки, позволяющие измерять непосредственно в природных условиях транспирацию лесной растительности. По ряду проблем гидрофизики, особенно испарения, значительные работы проводятся метеорологами, в частности, Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова.

Из числа гидрофизических проблем внимание советских гидрологов привлекла задача изучения расчета ветровых волн. Для вод суши, исходя из уравнения баланса энергии В. М. Маккавеева, А. П. Браславский разработал метод расчета ветровых волн, получивший широкое практическое применение.

С созданием водохранилищ важное значение приобрели вопросы методики наблюдений и расчета сгонно-нагонных денивеляций уровня и течений. Эти сложные вопросы рассмотрены в работах А. В. Караушева.

Работы в области гидрохимии. Изучение химического состава и гидрохимического режима природных вод является составной частью комплекса гидрологических исследований. Особо интенсивное развитие эти работы получили начиная с 1936 г. Были начаты обширные систематические наблюдения за химическим составом вод суши на сети станций Гидрометслужбы. Организация этих наблюдений стала возможна благодаря большой работе, выполненной О. А. Алехиным, П. П. Воронковым и др., по созданию методики гидрохимических работ и проекта размещения пунктов наблюдений. Обобщая материалы наблюдений сети станций Гидрометслужбы, О. А. Алехин провел обширное исследование минерализации и химического состава речных вод территории СССР и составил гидрохимическую карту рек СССР для меженного периода. На основе специально организованных управлениями Гидрометслужбы детальных наблюдений П. П. Воронков исследовал процесс формирования химического состава поверхностных вод степной и лесостепной зон Европейской территории СССР. Обширные гидрохимические исследования под руководством П. П. Воронкова проведены в районах освоения целинных и залежных земель.

Исследования по методике расчета солевого баланса и гидрохимического режима водохранилищ выполнены Я. Ф. Плешковым, Н. М. Бочковым и др.

Интенсивное и плодотворное развитие гидрохимических исследований вод суши в значительной мере было определено творческим содружеством гидрохимиков и гидрологов, особенно полно проявившимся в работах Государственного гидрологическго института.

Гидрология суши из небольших разделов физической географии, гидротехники и водных исследований сформировалась в стройную обширную систему научных знаний с конкретными объектами и методами исследований.

Несмотря на значительные достижения и размах научных исследований, полученные в ряде случаев результаты не обеспечивают запросов практики водохозяйственного строительства. Еще недостаточно изучены закономерности колебания стока в многолетней перспективе и синхронность колебаний стока различных речных бассейнов, в малой степени вскрыты зависимости между речным стоком и формирующими его природными факторами, слабо разработан аппарат математической статистики применительно к оценке повторяемости многофакторных явлений. Расчетные схемы нередко слабо подкреплены материалами натурных наблюдений, а в ряде случаев, наоборот, они недостаточно обоснованы теоретически. Для изучения некоторых элементов гидрологического режима, например расходов донных наносов, малых скоростей течения, ветрового волнения и пр., еще не имеется надежно действующей аппаратуры. Требуется развитие методики гидрометрических работ, в частности в условиях зарегулированного режима.

Дальнейшее изучение ресурсов поверхностных вод необходимо осуществлять как путем развития рационализации массовой сети гидрологических станций и улучшения техники и методики наблюдений, так и путем постановки опытных лабораторных и полевых экспериментальных исследований. Более глубокое познание закономерностей формирования гидрологического режима позволит полнее удовлетворить возрастающие запросы водного хозяйства, требующего дальнейшего повышения точности гидрологических расчетов, повышения надежности и увеличения заблаговременности гидрологических прогнозов.

Источник



Статья по исследованию реки

ВВЕДЕНИЕ

В XXI веке проблема охраны окружающей среды становится всё более актуальной повсеместно, распространяясь на наиболее удалённые, даже ненарушенные и малонарушенные участки Земли. Это связано с тем, что антропогенная нагрузка на все компоненты природно-территориальных комплексов увеличивается. Водные ресурсы вовсе не являются исключением, скорее иллюстрацией для данного правила.

Даже на особо охраняемых природных территориях (ООПТ), сохранность которых так необходима для поддержания устойчивости биосферы, водные ресурсы могут деградировать – стать менее качественными и дефицитными.

Частью этой большой проблемы деградации водных ресурсов является проблема малых рек, весьма актуальная в Европейской части России, в особенности в Подмосковье. Это подтверждает и тот факт, что приблизительно 150 лет назад в Подмосковье число малых рек было на 25-30% больше. 1

Малые реки обладают природной повышенной уязвимостью к антропогенным воздействиям, так как из-за меньшего объёма и более медленного расхода вод их способность к саморегуляции ниже. Среди видов антропогенного вмешательства, которые вызывают пересыхание и загрязнение малых рек – вырубка лесов, распашка земель, осушение территорий (зачастую истоки малых реки расположены на заболоченных участках), забор воды на орошение, замусоривание территорий. 2

Их роль в экосистемах, напротив, весьма высока. Всем известно, как малые реки служат главным источником полноводности крупных водотоков, они также тесно связаны с древесной растительностью в лесах и поддерживают мягкий микроклимат, способствуют очищению воздуха. В малых реках и по их берегам создаются условия для жизни многих видов и эти экосистемы необходимы для поддержания биоразнообразия территорий.

Как следует из вышесказанного, малые реки очень ценны в экосистемах, особенно малонарушенных, и их состояние тесно связано с характером и интенсивностью природопользования прилегающих территорий. Поэтому по их состоянию можно судить и о состоянии прибрежных экосистем.

Данная исследовательская работа нацелена на осуществление подобной оценки состояния природных территорий по состоянию водных ресурсов одной из многочисленных малых рек Подмосковья.

Объект исследования – река Малодельня, расположенная в Одинцовском районе Московской области. Река протекает по территории ООПТ местного значения – природного резервата «Хвойно-широколиственные леса водораздела рек Дубешни и Малодельни».

Цель работы – провести комплексное эколого-географическое обследование реки для определения экологического состояния данного водного объекта и прилегающих особо охраняемых природных территорий. По итогам обследования был составлен экологический паспорт реки Малодельни (см. Приложение 1), в чём заключается практическая значимость и новизна работы.

В этой связи, предмет исследования – физико-географические и экологические характеристики реки Малодельня.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

изучить литературу, посвящённую экологическим проблемам малых рек, в том числе Подмосковья, а также реке Малодельне;

освоить методики определения основных эколого-географических характеристик водотоков, приобрести практические навыки применения этих методик;

сделать выводы об экологическом состоянии реки, составить экологический паспорт реки Малодельни, указать рекомендации, которые могут помочь улучшить (если необходимо) экологическое состояние исследуемого водного объекта.

Гипотеза, принятая нами в начале исследования, заключалась в том, что экологическое состояние реки Малодельня не является идеальным и отклонения от нормальных значений исследуемых параметров даст информацию о видах природопользования и, следовательно, об антропогенных нарушениях прилегающих к реке территорий.

Методы, применявшиеся в ходе исследования, делились на две группы:

Теоретические: анализ и синтез информации;

Эмпирические: наблюдение, измерение, фотографирование. Методики измерений и исследований приводятся в основной части работы в разделах, посвящённых отдельным характеристикам реки.

Исследование проводилось в сентябре-октябре 2017 года.

Данная исследовательская работа содержит оценку экологических рисков для участка Одинцовского района, так как данные о состоянии одной из малых рек позволяют сделать предварительный вывод об экологическом благополучии прилегающих территорий.

Работа носит эколого-краеведческий характер, поскольку она связана с изучением и защитой природных богатств родного края.

Глава I. Общая физико-географическая характеристика объекта исследования

Общая характеристика реки Малодельня

Река Малодельня является левым притоком реки Москва. Длина составляет 16 км, площадь водосборного бассейна – 75,5 км². По данным государственного водного реестра России относится к Окскому бассейновому округу. 3

Исток реки расположен у села Андреевское, от которого Малодельня течёт в юго-восточном направлении, преимущественно через леса. Помимо Андреевского, вдоль реки расположены следующие населённые пункты: Иглово, Ивано-Константиновское, Хаустово, Андрианково, Спасское, Сергиево, Каринское и Устье. Несмотря на небольшую численность постоянного населения, в данных населённых пунктах располагаются садовые товарищества, идёт коттеджное строительство, в непосредственной близости от реки проходит автодорога. Над рекой Молодня проходят два автомобильных моста. Именно поэтому была поставлена соответствующая гипотеза (см. Введение).

Полевое исследование началось с визуальной оценки экологического состояния реки.

Визуальная оценка экологического состояния реки

Данный метод основывается на изучении объекта с помощью сенсорных систем органов исследователя: зрения, слуха, обоняния и т.д. Оборудование, приборы и материалы: фотоаппарат, ручка, блокнот.

Ниже приводятся результаты визуального исследования реки Малодельня на протяжении её течения: в истоке, среднем течении, у запруды, в устье.

Исток реки Молодня находится около села Андреевское. Преобладает широколиственный хвойный лес. Дно илистое. Растительность: ели, ольха, кустарник, рябина, разнотравье, голубика, грибы. Ширина реки: 0,3-2м.

Среднее течение реки было исследовано перед деревней Хаустово. Растительность: березы, осины, ольха, кустарник, ива, крапива, разнотравье. Дно каменистое. Ширина: 1- 6 м. Глубина: 0,3-0,5 м.

Запруда находится в деревне Хаустово. Растительность: осины, кустарник, крапива, разнотравье, хвощи, рогоз, борщевик, злаковые, кувшинки. Глубина: 2-3 м. Ширина: 70-100 м. Дно илистое.

Устье реки Молодня находится около деревни Устье. Растительность: березы, кустарник, разнотравье. Ширина: 2-6 м. Дно песчаное. Коренной берег подмывается. Глубина: 0,5-0,8 м.

Глава II. Определение морфометрических параметров

бассейна реки Малодельни

2.1. Построение поперечного профиля речной долины

Речная долина – отрицательная линейно вытянутая форма рельефа, образованная главным образом эрозионной деятельностью реки. Долина р. Малодельня узкая и глубокая с V–образным поперечным профилем, также врезана до горизонта твердых пород.

Рис. 1. Поперечный профиль речной долины реки Малодельня.

2.2. Определение площади живого сечения русла реки

Площадь живого сечения реки – площадь, ограниченная сверху водой, а с боков и снизу подводным очертанием реки. Для расчета площади живого сечения необходимо измерить ширину и глубину реки. Площадь живого сечения будет равна сумме площадей двух треугольников и определенного числа трапеций, которые рассчитывают по соответствующим формулам.

Оборудование, приборы и материалы: мерный трос, рулетка, фотоаппарат, блокнот, ручка.

Рис. 2. Площадь живого сечения реки Молодня в среднем течении составляет 0,53м².

2.3. Измерение скорости течения воды в реке

Измерение скорости течения воды можно проводить с помощью поплавков или брусков. Поплавки пускают по одному выше верхнего створа. В момент прохождения поплавка через верхний створ включают секундомер, а при прохождении через нижний створ его останавливают. Скорость течения – это отношения расстояния между створами к времени движения поплавка. Средняя скорость течения рассчитывается как среднее арифметическое всех скоростей. Оборудование, приборы и материалы: поплавки, секундомер, рулетка, блокнот, карандаш.

Табл. 1. Измерение скорости течения воды в среднем течении реки Малодельня.

Средняя скорость течения в среднем течении: 0,16 м/с=0,58 км/ч.

Табл. 2. Измерение скорости течения воды в устье реки Молодельня.

Средняя скорость течения в устье: 0,49 м/с=1,76 км/ч.

2.4. Определение расхода воды и стока

Расход воды (Q) – количество (объём) воды, протекающей за определенную единицу времени через поперечное сечение потока, произведение площади живого сечения на среднюю скорость воды в реке.

Сток (W) – количество воды, протекающей через поперечное сечение водотока за определенное время. Сток рассчитывают как произведение расхода на продолжительность интересующего периода.

Расход воды Q = 0,53 м²*0,16 м/с = 0,0848 м³/с = 84,8 л/с.

Сток воды за час W = 0,0848 м³/с*3600 с = 305,28 м³.

Глава III. Определение гидрофизических параметров воды

3.1 Определение температуры воды, мутности (прозрачности)

воды в реке

Температура является важнейшим параметром, определяющим состояние водоема и качество воды в нем. От температуры воды зависят многие параметры состояния водоемов и водотоков.

Температура в реке: 7°C (7 окт. 2017 г. 12:11).

Температура в разных точках замера не отличается.

3.2 Определение цветности, запаха воды

Запах воды илистый. Оценка интенсивности запаха 1 балл. Цветность воды в реке практически не отличается от проточной воды (имеется желтоватый оттенок).

Глава IV. Определение гидрохимических параметров воды

В процессе работы нами был изучен Протокол испытаний от 31.10.2017 Лаборатории ОАО «Одинцовский водоканал», содержащий гидрохимические показатели воды из реки Малодельня и нормативные данные.

Измерения проводились в аккредитованной лаборатории по методикам, данным в природоохранных нормативных документах федерального уровня.

Данные лаборатории показывают нейтральную кислостность воды (7,6). Превышения нормативных значений наблюдается по показателям содержания аммоний-ионов, нитрит-ионов, фосфат-ионов, железа и взвешенных веществ. Это свидетельствует о наличии химического загрязнения реки, потенциально, канализационными и сельскохозяйственными стоками (удобрениями и/или животноводческими стоками). Как видно из общей характеристики района (Глава I), в котором протекает река, это непосредственно связано с типом природопользования на прилегающей территории. Таким образом, гипотеза подтвердилась.

Читайте также:  Река под водой с рыбами

Глава V. Экологический мониторинг поверхностных вод на территории Одинцовского муниципального района за 2015-2017 годы

Администрация Одинцовского муниципального района на протяжении ряда последних лет проводит экологический мониторинг воздушного бассейна, почв, поверхностных вод и донных отложений рек, родников для поддержания экологического благополучия территории нашего района. Для этого администрация ежегодно заключает договоры с испытательными лабораториями Липецка, Санкт-Петербурга и др. Особую тревогу в районе вызывает экологическое состояние загрязнённых рек, таких как Бутынь, Ликова, Рудь и некоторых других. В испытание входит физико-химическое исследование содержания тяжёлых металлов, таких как свинец, кадмий, мышьяк, никель, кобальт, марганец, хром, литий, цинк и др. Этими исследованиями были охвачены все реки Одинцовского района, в том числе и река Малодельня.

Вывод: содержание тяжёлых металлов в воде реки Малодельня соответствует предельно допустимой концентрации. Особую настороженность вызывает повышенное содержание свинца, возросшее за последний год в 2 раза, связанное с увеличением антропогенной нагрузки, с возрастающим потоком машин и грузового транспорта для обеспечения нужд района.

Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами, сельскохозяйственными стоками. Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, в которых оно находится в виде комплексов с солями гуминовых кислот, так называемое, органическое железо.

Насыщенными железом оказываются подземные воды в толщах юрских глин. Поэтому содержание железа превышает норму в 3 раза.

Также тревогу вызывают периодические подъёмы содержания нефтепродуктов в воде. Так в 2016 году было зафиксировано превышение ПДК в 4 раза. Мы связываем это с работой авиационной техники на аэродроме «Кубинка» и издержками автомобильного транспорта.

Лабораторий контроля качества вод было проведено микробиологическое исследования воды в реке Малодельня, которое показало, что содержание колиформных, термоталерантных, патогенных бактерий и колифагов находится в пределах нормы, что свидетельствует об удовлетворительном бактериологическом состоянии поверхностных вод для рекреационного пользования, а также в черте населённых мест.

Вывод: Поскольку река Малодельня протекает по территории ООПТ «Хвойно-широколиственные леса водораздела рек Дубешни и Малодельни», любое повышение уровня концентрации загрязняющих веществ может привести к сокращению и даже исчезновению видов редких и уязвимых представителей органического мира.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное эколого-краеведческое исследование посвящено малой реке Подмосковья – реке Малодильня, протекающей по территории ООПТ местного значения в Одинцовском районе.

Были проведены визуальные осмотры состояния реки на протяжении всего течения, а также изучены потенциальные источники антропогенного воздействия.

Исследование реки включало построение поперечного профиля речной долины, определение площади живого сечения русла реки, измерения скорости течения воды в реке методом поплавков, определение расхода воды и стока. Были также определены гидрофизичекие параметры воды (температура, мутность, цветность, запах). В ходе работ автором были получены практические навыки применения методик гидрологических измерений, которые необходимы для исследования малых рек.

Комплексное эколого-географическое исследование реки, представленное в данной работе, позволило не только составить общую характеристику некоторых параметров реки, но и судить о наиболее ярко выраженных экологических нарушениях и потенциальных рисках. Информацию об экологическом состоянии реки дал анализ результатов гидрохимического исследования проб воды из реки, которое выявило превышение содержания некоторых химических веществ над нормативными значениями.

Экологический паспорт реки Малодельня (см. Приложение 1) можно считать итогом и продуктом проведённого исследования.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусейнов А.Н., Александрова В.П., Нифантьева Е.А. Изучение водных экосистем в урбанизированной среде: практикум с основами экологического проектирования. 10-11 классы. – М.: ВАКО, 2015. – 112с.

2. Алексеев С.В. Практикум по экологии: учебное пособие / С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, А.Г. Муравьев, Э.В. Гущина; СПб.: Паритет, 2004.

3. Белова Н.И. Экология в мастерских. М.; СПб.: Паритет, 2004.

4. Географический энциклопедический словарь. Понятия и термины. М.: Сов. Энциклопедия, 1988.

5. Комплексная экологическая практика школьников и студентов. Программы. Методики. Оснащение: учебное пособие / Под ред. проф. Л.А. Коробейниковой. СПб.: Крисмас+, 2002.

6. Жигарев И.А. Сборник задач, упражнений и практических работ к учебнику «Основы экологии. 10(11) класс» / И.А. Жигарев, О.Н. Пономарева, Н.М. Чернова; под ред. Н.М. Черновой. М.: Дрофа, 2001.

7. Кургузкин М.Г. Элементы мониторинга водоемов. Экологический практикум. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1995.

8. Ласуков Р.Ю. Обитатели водоемов. Карманный определитель. М.: Рольф, 1999.

9. Мазаев А.В. Экологический мониторинг малых рек. М.: Изд-во МГГА, 2000.

10. Мансурова С.Е., Кокуева Г.Н. Следим за окружающеё средой нашего города. Школьный практикум. 9-11 классы. М.: ВЛАДОС, 2001.

11. Москва: геология и город / Под ред. В.И. Осипова и О.П. Медведева. М.: Московские учебники, 1997.

12. Новенко Д.В. География: практические работы на местности. Школьный практикум. 6-9 классы. М.: Дрофа, 1997.

13. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.

14. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. М.: Дрофа, 2004.

15. Справочник по гидрохимии / Под ред. А.М. Никанорова. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Экологический паспорт водного объекта

Название реки:Малодельня (альтернативное название: Малодня).

Адрес реки:Одинцовский район.

Географическое положение реки:берёт начало у села Андреевское, впадает в Москва-реку. Относится к Окскому бассейновому округу. Протекает в границах природного резервата «Хвойно-широколиственные леса водораздела рек Дубешни и Малодельни» – особо охраняемой природной территории местного значения.

Водосборный бассейн:75,7 км², притоков нет.

Долина реки, элементы речной долины и поймы:долина р. Малодельня узкая и глубокая с V–образным поперечным профилем, также врезана до горизонта твердых пород. Имеется небольшая пойма, расположенная недалеко от устья реки, в деревне Хаустово располагается запруда.

Русло реки:длина реки составляет 16 км, средняя ширина составляет около 1-2 м, площадь живого сечения составляет 0,53 м², средняя глубина около 0,5-1 м.

Гидрологический режим:типичный для рек умеренного пояса Европейской части России. Весеннее половодье связанное с таянием снега, паводок в любое время года, летняя межень. Расход воды – 84,8 л/с. Сток воды – 305,28 м 3 /ч.

Санитарное состояние водосборного бассейна:вдоль реки расположено несколько населённых пунктов, берега реки слабо замусорены бытовыми отходами, имеются несколько кострищ.

Характер использования реки:воды реки используются для сельскохозяйственных нужд, а сам водный объект имеет рекреационное значение.

Физико-химические показатели воды:

Источник

Внеурочная исследовательская деятельность по экологии. Проект «Исследование малых рек и выявление их экологических проблем»

Разделы: Экология

Малая река — чрезвычайно занимательный объект для экологического изучения.

Здесь просто огромный простор для ведения интереснейших наблюдений. Можно изучать речную флору, провести исследование истока реки, заниматься изучением животного мира, исследовать русло реки, выявить экологические проблемы реки и заниматься устранением этих проблем в условиях сельских школ с использований простейших мероприятий, которые были бы доступны их реализации силами учащихся. У малых рек — свои, вполне серьёзные проблемы: в речных долинах вырубаются леса, отсутствуют очистные сооружения на множестве мелких ферм, застроены прибрежные зоны, беспощадно распаханы поймы, перегорожены “глухими” плотинами русла. Всё это ведёт к укорачиванию, обмелению и даже к исчезновению многих сотен малых водотоков. Не надо забывать о том, что именно эти малые реки питают более крупные, известные всем – Волгу и Дон, Каму и Оку, Обь и Енисей.

В окрестностях села Большая Рудка Шарангского района Нижегородской области имеются истоки двух малых рек — реки Рудки и реки Юкшумки. Учащиеся Большерудкинской ООШ в течении 10 лет ведут наблюдение за состоянием экологической обстановки истоков этих рек, состоянием руслового течения, изменением флоры и фауны. В течении этого времени экологические группы, наблюдающие за состоянием реки постоянно обновляются по количеству желающих и вновь прибывших ребят. В настоящее время создана экологическая группа в составе 13 человек.

По данной исследовательской работе определены следующие цели:Провести исследовательскую работу по изучению характера течения, глубины реки, размеров и формы наносов реки, водного режима.

  • Изучить экологические проблемы реки.
  • Ознакомится с флорой и фауной реки.
  • Собрать данные о истории названия реки, начале хозяйственного освоения.
  • Прследить изменения в данной экосистеме, происходящие в течение определённого периода времени.

    Исходя из вышеназванных целей, были обозначены следующие задачи:

      Выбрать подходящий водоток для полевых исследований.
    1. Найти на топографической карте участок исследуемой реки, изучить нахождение ближайших сёл, деревень, ферм, мелких сельхозпредприятий, а так же – имеются ли поблизости то реки дачные посёлки, детские лагеря, турбазы.
    2. Найти исток реки, провести окультуривания места истока силами участников экологической группы, с привлечением к этому всех желающих.
    3. Вычислить примерную длину русла в пределах карты, ширину реки.
    4. Измерить скорость течения реки, глубину дна, составить профиль по данным исследования.
    5. Провести простейший анализ запаха воды естественного происхождения, дегустацию вкуса и привкуса воды.
    6. Составить перечень состава животного и растительного мира участка реки.
    7. Собрать информацию о хозяйственном использовании реки методом опроса местных жителей, старожилов.
    8. Обработать имеющиеся архивные данные, материалы интернета, газетные заметки, дополнительную литературу по данному вопросу. После проведения исследовательской работы составить перспективный план мероприятий по экологической защите водной экосистемы от загрязнения.
    9. Оформить наработанные материалы в виде проекта.

    с участниками экологической группы.

    Выбор подходящего участка на топографической карте “Шаранга”, масштаб карты:1:200000 (в 1см.-2км), определение местонахождения истока, измерение длины маршрута в пределах карты, направления течения реки, характера рельефа местности

    Это правый приток реки Большой Кундыш,

    Длина исследуемого участка=6 км. Длина водотока реки в пределах Нижегородской области приблизительно 3км, затем ещё 3 км по территории кировской области до устья. В верхнем течении направление северо-восток, в среднем и нижнем юго-восток.

    Индивидуальное: дневник, карандаш, ластик, линейка, транспортир. Перед выходом на местность- занятие по технике безопасности. Исследование начинаем от истока реки, идём по руслу, проводим измерения ширины, глубины при помощи шеста. По ходу движения (на 6 остановке) определяем растительный и животный состав реки, измеряем температуру воды, на 7 остановке проводим аромоиндикацию воды, на наличие осадка- по качеству, с указанием цвета, определяем характер запаха и его интенсивность по таблицам, см в приложении)

    Порядок построения профиля по замерам глубины см. в (приложении 1) Прозрачность воды, по характеру и интенсивности запаха определяем по таблицам, которые взяты из книги из серии “Экскурсия в природу”.автор Колбовский Е.Ю., название издания “Изучаем малые реки”

    Здесь же имеются таблицы — определители по

    растениям и жив.миру.

    глубина, характер заболачивания, степень ухоженности берегов.

    запах воды – слабый, характер запаха — илистый ,скорость течения 3-5 м/мин, глубина на контрольных створах-1м.10см.и 2м.40см.,Характер заболачиваемости по руслу – слабый, степень ухоженности берегов –высокая.

    Последнее исследование-2008 год.

    Прозрачность — без изменений,

    Запах- слабый, в местах забалоченности –заметный, скорость течения -без изменений, глубина- без изменений.

    2.Борьба с браконьерами (запрещение варварских методов ловли рыбы)

    3.Очищение реки от старых приспособлений для ловли рыбы (брошенные сети, старые плетёные “морды”, ржавые предметы)

    4.Обновление места истока реки (последний раз очистка истока проводилась 2 года назад).

    2. Берега реки всегда содержались в порядке (обкашивались луга вдоль русла реки, вырубалась излишняя древесная растительность), а теперь, после того, как

    Для проведения исследовательских работ много полезного материала можно найти в следующих изданиях.

    1.Колбовский Е.Ю. Изучаем малые реки/Худож. Г.С.Нечаев, А.А.Селиванов, — Ярославль, 2004.-224.:ил.- (Экскурсия в природу).

    В этой книге даны сравнительно доступные экспресс-методы экологической оценки состояния малой реки.

    2.Полевые геологические исследования на территории Горьковской области: методические указания для студентов естественно-географического факультета и заочного географического факультета. Составила доцент Г.С.Кулинич – Горький: ГГПИ им.М.Горького,1982.

    Это брошюра, откуда можно взять много нужного материала, дающего конкретные направления по изучению особенностей строения речной долины, изучения подземных вод, геологической работе рек.

    Источник

    Статья по исследованию реки

    Экологический Центр Экосистема на Facebook Экологический Центр Экосистема ВКонтакте

    Ютуб канал Экосистема YouTube EcosystemaRu

    Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
    Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>

    АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
    Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>

    Зимние учеты птиц России!
    Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>

    Биологический кружок ВООП приглашает!
    Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>

    Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>

    Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>

    Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>

    Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описание рек

    © Составитель А.С. Боголюбов
    © Экосистема, 1996

    Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описание рек

    Аннотация. Данное пособие включает в себя методики определения основных гидрографических характеристик реки, полевых гидрометрических исследований (определения ширины, промеров глубин, измерения скоростей течения, температуры, прозрачности), полевых гидрографических работ (план русла, профиль реки, годограф скоростей), вычисления стандартных гидрологических показателей (водного сечения, средней скорости течения, расхода воды), изучения водного режима реки.

    Комплексный подход к экологическим исследованиям предполагает изучение и описание таких основных абиотических составляющих экосистем, как климат, почвы, подстилающие породы, рельеф, поверхностные воды. Все эти параметры являются в равной степени важными факторами, определяющими как внешний облик той или иной экосистемы, так и внутренние, глубинные закономерности ее функционирования.

    Именно поэтому только тщательное изучение всех этих параметров соответствует требованиям комплексного экологического исследования.

    Водные объекты, а особенно реки, являются одной из важнейших экологически значимых составных частей экосистем и изучаются как при проведении комплексных экологических исследований, так и в качестве самостоятельного объекта при природоохранных исследованиях.

    Главную роль в изучении закономерностей функционирования водных объектов играют гидрологические исследования.

    Методические приемы гидрологии и гидрографии позволяют стандартизировать процесс описания, измерения и составления физико-географической характеристики водоема. В свою очередь это позволяет составить паспорт водоема и на его основании правильно оценивать роль водоема в той или иной экосистеме, допустимый уровень антропогенной нагрузки на водоем, вырабатывать рекомендации по его охране и рациональному хозяйственному использованию.

    В данном пособии приводятся основные методические приемы гидрологического обследования реки, которое может служить основой для составления паспорта реки.

    Оборудование для измерительных работ

    Для проведения измерительных работ на реке необходимо следующее оборудование:

    • 1. Планшет с компасом и визирной линейкой.
    • 2. Лодка резиновая, лот или наметка с разметкой на метры и дециметры.
    • 3. Трос или веревка с метками через каждый метр.
    • 4. Гидрометрическая вертушка или поверхностные поплавки, флажки красный и белый.
    • 5. Термометр водный, диск белый, шкала цветности.
    • 6. Секундомер или часы с секундной стрелкой.
    • 7. Рулетка, вешки.
    • 8. Полулитровые бутылки с пробками, шпагат для обвязывания бутылок.
    • 9. Геологический молоток, нож.
    • 10. Фотоаппарат.
    • 11. Журналы наблюдений, чертежные принадлежности, бумага, резинки, простые карандаши.

    Общий план изучения реки

    Подготовительный этап (выполняется до начала полевых работ на основе картографических и литературных материалов):

    1. Определение по карте основных гидрографических характеристик реки:
    1.1. К бассейну какой речной системы относится.
    1.2. Приток какой реки и какого порядка.
    .

    Приведенный выше фрагмент (первая страница), входит в состав пособия, полную версию которого можно приобрести всего за 3 (три) рубля ! (это не шутка) в нашем некоммерческом Интернет-магазине в составе одного из двух дисков:

    Методические пособия и учебные фильмы по исследовательской работе школьников выпущены также в виде приложения «Методики изучения природы» для смартфонов и планшетов iPhone и iPad от Apple

    К категории методических пособий можно также отнести книги, написанные и изданные нашими друзьями и коллегами, и продающиеся в нашем некоммерческом Интернет-магазине:

    Источник

  • Adblock
    detector