Поверхностные воды
На земной поверхности из-за особенностей ее рельефа и различных климатических условий водные ресурсы распределены неравномерно: в пустынных местностях воды не хватает, в болотистых местностях ее избыток. Для характеристики распределения воды по поверхности вводится несколько понятий.
Водосбор – это часть земной поверхности и толща почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Различают поверхностный и подземный водосборы.
Водосборный бассейн – поверхность, с которой речная система, море или озеро собирают воды. Водосборный бассейн ограничен водоразделом. Водоем и водосборная площадь образуют единую экосистему.
Водосборный бассейн водоема включает водосборные бассейны всех рек, которые в него впадают.
Водоток – это водный объект:
питаемый водосбором или другим водным объектом;
характеризуемый постоянным или временным движением воды в углублении земной поверхности (в русле) в направлении общего уклона.
Различают:
временные и постоянные водотоки;
естественные и искусственные водотоки.
Речной сток – перемещение водыв виде потока поречномуруслу. Это перемещение происходит под действием гравитации и является важнейшим элементомкруговорота воды в природе, с помощью которого происходит перемещение воды с суши вокеаныили вобласти внутреннего стока. Количественное значение стока в единицу времени называетсярасходом воды. Сток реки формируется из поверхностного стока (образующегося в результате осадков и снеготаяния) и подземного стока, формируемого за счет грунтовых вод. Речной сток за год является объективным показателем для определения полноводности реки. Ниже представлены 10 наиболее полноводных рек мира по величине годового стока воды:
Название |
Объем стока за год, км³ |
Амазонка, Южная Америка |
6 903 |
Конго, Африка |
1 445 |
Янцзы, Азия |
1 080 |
Ориноко, Южная Америка |
913 |
Енисей, Азия |
624 |
Миссисипи, Северная Америка |
598 |
Парана, Южная Америка |
551 |
Лена, Азия |
536 |
Токантинс, Южная Америка |
513 |
Замбези, Африка |
504 |
Годовой сток самой полноводной в Европе реки Волгисоставляет 251 км³.
Характеристиками состояния водного объекта являются его гидрологический и водный режимы.
Гидрологический режим – это закономерные изменения состояния водного объектаво времени и пространстве, обусловленные главным образомклиматическимиособенностями данного бассейна.
Естественный гидрологический режим нередко существенно видоизменяется под воздействием хозяйственной деятельности человека.
В гидрологическом режиме учитываются изменения:
уровня и расхода воды,
ледовых явлений,
температуры воды,
количества и состава переносимых потоком наносов,
изменений русла реки (русловые процессы),
состава и концентрации растворенных веществ и т. д.
Водный режим – изменения во времени расхода водыиуровней водыи объемов воды вводотоках(рекахи других),водоемах(озерах,водохранилищахи других) и в другихводных объектах(болотаи другие).
В районах с теплым климатомна водный режим рек основное влияние оказываютатмосферные осадкиииспарение. В районах с холодным и умеренным климатом также очень существенна рольтемпературывоздуха.
Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень, ледостав, ледоход.
Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водностиреки, вызывающее подъем ее уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженногоруслаи затоплениемпоймы.
Паводок– сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей. Следующие один за другим паводки могут образовать половодье. Значительные паводки могут вызвать наводнение.
Межень – ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках. Обычно к межени относят маловодные периоды продолжительностью не менее 10 дней, вызванные сухой или морозной погодой, когда водностьреки поддерживается, главным образом,грунтовым питаниемпри сильном уменьшении или прекращенииповерхностного стока. Вумеренныхивысоких широтахразличают летнюю (или летне-осеннюю) и зимнюю межень.
Ледостав – период, когда наблюдается неподвижный ледяной покровна водотоке или водоеме. Длительность ледостава зависит от продолжительности и температурного режима зимы, характера водоема, толщины снега.
Ледоход– движение льдини ледяных полей на реках.
Неравномерный в течение года режим питания рек связан с неравномерностью выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда и поступления их вод в реки.
Колебания уровня воды вызываются в основном изменением расхода воды, а также действием ветра, ледовых образований, хозяйственной деятельностью человека.
Гидрограф – график изменения во времени расхода воды в створе реки или иного водотока. Гидрограф отражает характер распределения водного стока в течение года, сезона, половодья (паводка), межени.
Гидрограф строится на основании данных о ежедневных расходах воды в месте наблюдения за речным стоком. На оси ординат откладывается величина расхода воды, на оси абсцисс – отрезки времени. Гидрограф используется для вычисления эпюры руслоформирующих расходов воды.
Могут быть построены различные типы гидрографов:
единичный гидрограф – гидрограф, показывающий изменение расходов воды во время единичного паводка;
типовой гидрограф – гидрограф, отражающий общие черты внутригодового распределения расхода воды в реке;
многолетний гидрограф паводка – расчетная паводочная волна в определенном створеводотока, характеризуемая определенным многолетним расходом, типовым гидрографом и соответствующим объемом.
Рис. Типовой гидрограф реки со снеговым питанием:
1 – график Q = f (t); 2 – ледостав; 3 – ледоход; 4 – паводковый сток;
5 – сток грунтового питания; 6 – сток дождевых паводков
Рис. Гидрограф речного стока:
1 — снеговое питание реки; 2 — дождевое питание;
3 — грунтовое (подземное) питание.
Из рассмотрения типового (годового) гидрографа видно, что водность реки во времени в течение года значительно изменяется. Аналогичный характер имеет и график изменения высотного положения уровня воды в данном створе, который измеряется и фиксируется водомерными постами.
Весной, в период таяния снегов, расход воды существенно (в разы) превышает минимальный, происходит разлив рек, затопление территорий и т. п. Осенью и зимой – в межень – река питается в основном за счет грунтовых вод, поэтому расходы уменьшаются, глубины падают. Как следствие этого – затрудняется навигация, ухудшаются условия плавания судов. Физическая навигация (период «чистой» воды) – это время от конца ледохода весной до начала ледостава осенью.
Чтобы изменить сток реки так, как необходимо человеку, проводят регулирование стока путем строительства гидроузлов и создания водохранилищ. При достаточной емкости в водохранилище можно аккумулировать избыточный сток реки и использовать его по потребности, то есть для удовлетворения интересов всех водопотребителей и водопользователей.
Регулирование стока может быть различным в зависимости от времени аккумулирования воды. Если в водохранилище можно собрать сток реки за ряд лет – это многолетнее регулирование. Если аккумулируется сток, например, половодья – это годичное, или сезонное регулирование. Бывает также недельное и суточное регулирование стока.
При строительстве плотин происходят существенные изменения водного режима реки: возрастают глубины, снижаются скорости течения воды, уменьшается мутность, возникают затопления и подтопления, изменяется ледотермический и биологический режимы водотока, возникает угроза размыва берегов и судоходству при сильном ветровом волнении и т. д.
Интересы пользователей водных ресурсов водохранилищ, как правило, не совпадают и регулируются положениями, утверждаемыми органами власти государств.
Водохранилище (река, озеро) |
Страна |
Объем полный, км3 |
Объем полезный, км 3 |
Площадь полная, км2 |
В т.ч. площадь подпруженного озера, км2 |
Напор, м |
Год заполнения |
Виктория [Оуэн-Фолс] (Виктория Нил, оз. Виктория) |
Уганда, Танзания, Кения |
205 |
205 |
76000 |
68000 |
31 |
1954 |
Братское (Ангара) |
Россия |
169 |
48,2 |
5470 |
– |
106 |
1967 |
Кариба (Замбези) |
Замбия, Зимбабве |
160 |
46,0 |
4450 |
– |
100 |
1963 |
Насер [Садд-эль-Аали] (Нил) |
Египет, Судан |
157 |
74,0 |
5120 |
– |
95 |
1970 |
Вольта (Вольта) |
Гана |
148 |
90,0 |
8480 |
– |
70 |
1967 |
Красноярское (Енисей) |
Россия |
73,3 |
30,4 |
2000 |
– |
100 |
1967 |
Зейское (Зея) |
Россия |
68,4 |
32,1 |
2420 |
– |
98 |
1974 |
Усть-Илимское (Ангара) |
Россия |
59,4 |
2,8 |
1870 |
– |
88 |
1977 |
Куйбышевское (Волга) |
Россия |
58,0 |
34,6 |
5900 |
– |
29 |
1957 |
Байкальское [Иркутское] (Ангара, оз. Байкал) |
Россия |
47,6 |
46,6 |
32970 |
31500 |
30 |
1959 |
Вилюйское (Вилюй) |
Россия |
35,9 |
17,8 |
2170 |
– |
68 |
1972 |
Волгоградское (Волга) |
Россия |
31,4 |
8,2 |
3115 |
– |
27 |
1960 |
Онтарио [Ирокуэй] (р. Св. Лаврентия, оз. Онтарио) |
Канада, США |
29,9 |
29,9 |
19560 |
19500 |
23 |
1958 |
Саяно-Шушенское (Енисей) |
Россия |
29,1 |
14,7 |
633 |
– |
220 |
1987 |
Рыбинское (Волга) |
Россия |
25,4 |
16,7 |
4550 |
– |
18 |
1949 |
Колымское (Колыма) |
Россия |
14,6 |
6,5 |
440 |
– |
117 |
1983 |
Онежское [Верхнесвирское] (Свирь, оз. Онежское) |
Россия |
13,8 |
13,1 |
9930 |
9700 |
17 |
1952 |
Саратовское (Волга) |
Россия |
12,4 |
1,8 |
1830 |
– |
15 |
1968 |
Камское (Кама) |
Россия |
12,2 |
9,2 |
1915 |
– |
21 |
1956 |
Сейчас на Земле более 250 тысяч водохранилищ. Общая площадь их зеркала – 600 тыс. км2. 2 260 водохранилищ имеют объем более 100 км3 каждое. Характеристики крупнейших водохранилищ мира показаны в таблице.