Питание рек
Пита́ние рек, поступление в реки вод различного происхождения, определяющее их водность и режим стока. Водный сток формируется в результате поступления в реки с их водосбора вод атмосферного происхождения, при этом часть атмосферных осадков стекает с реками в океан или бессточные озёра, другая часть испаряется. При единстве атмосферного происхождения всех речных вод непосредственные пути поступления вод в реки могут быть различными. Выделяют четыре основные вида водного питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное; реже – болотное и озёрное.
Для рек в условиях тёплого климата главный вид питания – дождевой. Водный сток таких крупнейших рек мира, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном дождевыми водами. На этот вид питания рек в глобальном масштабе приходится более 1/3. Вторым по важности является снеговое питание, его роль велика в питании рек в условиях умеренного климата. Третье место по объёму поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходится около 1/3 объёма всего речного водного стока). Последнее место по значимости принадлежит ледниковому питанию (около 1 % стока рек мира).
Дождевое питание. Каждый дождь характеризуется слоем выпавших осадков (мм), продолжительностью (мин, ч, сутки), интенсивностью выпадения (мм/мин, мм/ч) и площадью распространения (км2). В зависимости от этих характеристик дожди можно подразделить на ливни и обложные. Интенсивность, площадь распространения и продолжительность выпадения дождей определяют многие особенности формирования речного водного стока и пополнения подземных вод.
Река Амур с дождевым питанием (Хабаровский край). Чем больше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше (при прочих равных условиях) величина дождевого стока. Чем больше величина соотношения между площадью распространения дождя и площадью бассейна реки, тем также больше величина возможного паводка. Пополнение подземных вод, как правило, происходит при длительных дождях. Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию и тем меньше величина дождевого стока. Наоборот, дожди, выпадающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают бóльшую величину дождевого стока.
Снеговое питание. В умеренных широтах основным источником питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от толщины снежного покрова и плотности может при таянии дать разный слой воды. Запасы воды в снеге определяют с помощью снегомерных съёмок. В бассейне реки они зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бассейна обычно неравномерно – в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т. д. В понижениях рельефа, ложбинах, оврагах вследствие переноса ветром за зиму обычно накапливается больше снега, чем на ровной поверхности; много снега отмечается на опушках леса и в местах распространения кустарниковой растительности.
Река Тверца со снеговым питанием. Вид на церковь Ильи Пророка в г. Торжок (Тверская область).Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, т. е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температурой воздуха положительных значений и при условии положительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача наступает позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега – зернистости, капиллярных свойств и т. д.
Весеннее снеготаяние подразделяют на три периода: 1) начальный период (снег залегает сплошным покровом, таяние замедленное, водоотдача снежного покрова невелика, водный сток начинает формироваться; стаивает около 30 % запасов снега); 2) период схода основной массы снега (интенсивная водоотдача, возникают проталины, быстро нарастает величина стока; стаивает 50 %); 3) период окончания таяния (стаивает 20 %). Водоотдача максимальна в течение второго периода (более 80 % запасов воды в снеге). В это время снежный покров отдаёт воду, накопившуюся в снеге как за второй, так и за первый периоды. Территорию, где происходит в данный момент таяние снега, называют зоной одновременного снеготаяния. Эта зона ограничена фронтом таяния (линией, отделяющей зону таяния от области, где таяние снега еще не началось) и тылом таяния (линией, отделяющей зону таяния от области, где снег уже сошел). Вся зона одновременного снеготаяния перемещается весной на равнинах в Северном полушарии с юга на север, в горах – вверх по склонам. Скорость распространения тыла таяния на равнинах обычно составляет 40–80 км в сутки, иногда достигая 150–200 км в сутки. Важной характеристикой снеготаяния служит его интенсивность. Она определяется характером изменения температуры воздуха в весенний период («дружностью весны») и особенностями подстилающей поверхности. Объём весеннего половодья определяется в основном полным запасом воды в снежном покрове, а нарастание расходов воды в реке и величина максимального расхода воды половодья, помимо этого, – интенсивностью снеготаяния и фильтрационными свойствами почвы в период снеготаяния (мерзлая или влажная почва уменьшает инфильтрационные потери и увеличивает талый сток).
Подземное питание. Оно определяется характером взаимодействия подземных (грунтовых) и речных вод, направленность и интенсивность которого зависят от взаимного положения уровня воды в реке, высоты водоупора и уровня грунтовых вод, в свою очередь зависящего от фазы водного режима реки и гидрогеологических условий. В случаях постоянной гидравлической связи речных и грунтовых вод с переменным направлением их движения реки получают подземное питание в течение всего года, кроме пика половодья.
Ледниковое питание. Это питание имеют лишь реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками. Вклад ледникового питания в речной водный сток тем больше, чем выше доля общей площади бассейна, занятая ледниками.
Исток реки Адыл-Су с ледниковым питанием (бассейн реки Баксан, Кабардино-Балкария).Классификация рек по видам питания. У каждой реки доля отдельных видов водного питания может быть различной. Определение в каждом конкретном случае их вклада в речной водный сток – задача исключительно сложная. Наиболее точно её можно решить либо с применением «меченых атомов», т. е. путем радиоактивной «маркировки» вод различного происхождения, либо путем анализа изотопного состава природных вод. Более простой, но приближенный способ выделения различных видов питания – это графическое расчленение гидрографа.
Для построения моделей формирования речного стока и решения задач прогнозирования, например, наводнений большое значение имеет классификация рек по типам питания. Известный русский климатолог А. И. Воейков первым предложил классификацию рек земного шара по видам питания, которая одновременно была и районированием земного шара по характеру питания рек. Он выделил области, где реки получают питание преимущественно: 1) от таяния сезонного снега и ледников; 2) от дождей, а также области, где постоянные водотоки отсутствуют.
В настоящее время более распространена классификация рек по источникам, или видам питания, М. И. Львовича. Для определения степени преобладания того или иного вида питания им приняты три градации. Если один из видов питания даёт более 80 % годового водного стока реки, следует говорить о его исключительном значении (другие виды питания не учитываются), от 50 до 80 % – о его преимущественном значении (другие виды питания учитываются, лишь если на их долю приходится больше 10 % годового стока). Если же ни один из видов питания не даёт больше 50 % годового стока, то такое питание называют смешанным. Указанные диапазоны градаций (80 и 50 %) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового питания соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25 %.
Река Лена со смешанным питанием. «Ленские столбы» (Якутия). На территории России бóльшая часть рек с преобладающим снеговым питанием. Исключительно снеговое питание имеют небольшие реки в Заволжье; преимущественно снеговое питание (с большой долей грунтового) – Иртыш, Ишим, верхнее течение Тобола, Дон; преимущественно снеговое питание (с участием дождевого и грунтового) – реки Алтая, большей части бассейна Волги. Преимущественно дождевое питание у рек в бассейнах Амура, Ангары, в верхних частях бассейнов Яны и Индигирки. Реки с ледниковым питанием встречаются в горах Кавказа и Алтая, со смешанным питанием (с преобладанием снегового) находятся на северо-западе страны, а также в предгорьях Северного Кавказа, северной части Алтая, в Саянах, в бассейне Лены.