25054 (Подземные воды зоны многолетней мерзлоты и реки), страница 2

Влияние современных водохозяйственных суперсистем и систем прослеживается во многих социально-экономических сферах государств и простирается далеко за пределы районов самих водохранилищ как базовых элементов этих систем. Один из ярких примеров — водохозяйственная суперсистема бассейна Волги, насчитывающая 14 крупных и небольших водохранилищ, режим использования которых ощущается на всей протяжении великой русской реки. Вели кой также и потому, что на территории волжского бассейна проживает почти каждый четвертый житель страны и производится четверть всей промышленной и сельскохозяйственной продукции. Аналогичные водохозяйственные суперсистемы на базе водохранилищ сформировались на Днепре, Сырдарье, Амудары Ангаре, а также на Колумбии, Теннесср Паране и многих других крупных река планеты.

Эта динамичность обусловлена тремя факторами: 1) изменчивостью гидрометеорологических процессов, определяющих гидрологический режим водоем 2) стремительным изменением воздействия хозяйства на природную среду, в том числе и на водоемы; 3) изменениями по разным причинам режима эксплуатации водохранилищ. Совокупное воздействие указанных факторов приводит к тому, что водохранилища крайне редко можно считать стационарными объектами, эволюцию которых легко и однозначно определить на основе прошлой предыстории. Поэтому если и говорится о каком-либо равновесном состоянии водохранилищ, то всегда подразумевается динамическое равновесие их как природно-хозяйственных объектов, которое может резко нарушиться при изменении любого из указанных выше факторов. Динамичность водохранилищ проявляется во всех их характеристиках, но, пожалуй, наиболее ярко — в процессах формирования берегов, изменении качества воды, структуры и продуктивности водных и наземных (в береговой зоне) экосистем. В специальной литературе иногда даже употребляется термин «эволюция водохранилищ», однако если эволюция озер продолжается в течение многих сотен и тысяч лет, то в водохранилищах существенные изменения основных процессов и явлений происходят по крайней мере на порядок быстрее. Если в озерах изменения носят постепенный и направленный («правильный») характер, то водохранилища развиваются циклически и скачкообразно в соответствии с соотношением изменений ведущих факторов.

Главная цель создания водохранилищ — регулирование стока. Оно делается в основном в интересах энергетики, ирригации, водного транспорта, водоснабжения и в целях борьбы с наводнениями.

Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдается накопленная вода в другие периоды.

Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды — сработкой водохранилища. Как наполнение водохранилища, так и его сработка производятся всегда до более или менее определенных уровней. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ).
На нормальный подпорный уровень рассчитываются как сооружения инженерной защиты, так и все промышленные, транспортные, коммунальные и другие сооружения, располагающиеся на берегах водохранилища. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, так как именно этим объемом воды и можно распоряжаться в различных хозяйственных и других целях. Объем же воды, находящейся ниже УМО, называется мертвым, так как использование его в нормальных условиях эксплуатации не предусматривается.

Пропускная способность гидроузла (его турбин, водосливных пролетов, донных отверстий, шлюзов) по экономическим и реже техническим соображениям ограниченна. Поэтому когда по водохранилищу идет расход очень редкой повторяемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину; одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла.

3.Термический и ледовый режим рек

Термический режим рек определяется балансом тепла, поступающего в основном от солнечной радиации.

Нагрев и охлаждение воды, вследствие большой ее теплоемкости, происходят медленно и зависят от ее массы; чем меньше масса воды, тем этот процесс идет быстрее.

Существенное влияние на температуру воды может оказывать испарение. При интенсивном испарении температура воды понижается вследствие большой затраты тепла. В отличие от воды, воздух весьма мало нагревается от солнечной радиации, в основном он получает тепло от поверхности земли и воды; воздух значительно быстрее теряет теплоту, чем вода.

Несмотря на столь различные свойства воды и воздуха, годовой ход их температуры, в общем, близок друг другу, так как в обоих случаях он зависит главным образом от солнечной радиации.

Анализируя соотношение температуры воды и воздуха на реках, Е. М. Соколова установила семь характерных типов рек по термическому режиму:

Тип I. Температура воды в реках в течение всего теплого период выше температуры воздуха. К этому типу принадлежат реки западных районов Европейской части РФ, до бассейна Днепра включительно (кроме бассейнов Припяти, Десны и Сожа). Более высокая температура воды рек по сравнению с температурой воздуха в этом районе объясняется частым вторжением холодных воздушных масс.

Северо-запад и запад Европейской части бывшего СССР находятся под воздействием холодных масс морского полярного воздуха (мПВ) и морского арктического воздуха (мАВ), приходящих сюда с более низкими температурами, чем местный воздух. При достижении данной территории морской полярный воздух еще не успевает прогреться. Поэтому температура воды примерно до 40° в. д. часто бывает выше температуры приходящего более холодного воздуха.

Тип II. Вода в периоды весеннего половодья холоднее, а в остальную часть теплого времени года теплее воздуха. К этому типу относится подавляющее большинство рек, охватывающее около 3/4 территории РФ, включая зону тундры, лесную зону и часть лесостепной зоны Западной Сибири. По существу, это все реки с ярко выраженным снеговым питанием. Следует отметить, что период, когда реки имеют более высокую температуру воды но сравнению с температурой воздуха, постепенно увеличивается в направлении с запада на восток.

Тип III. Для рек этого типа характерно превышение температуры воздуха над температурой воды в начале и конце теплого периода, в то время как в середине теплого периода вода обычно теплее воздуха. Этот тип рек имеет ограниченное распространение - он встречается только на Кольском полуострове. Превышение температуры воздуха над температурой воды в осенний период объясняется здесь вхождением более теплых масс морского арктического воздуха (мАВ).

Тип IV. В начале и середине теплого периода наблюдаются небольшие различия между температурой воды в реках и воздуха. В конце периода температура воды обычно значительно превышает температуру воздуха.

Реки этого типа распространены в степной области Европейской части РФ.

На больших реках, например на Северном Донце, после очищения их от льда температура воды в течение одного месяца ниже температуры воздуха, а в последующие 2 месяца - выше. В июле и августе она вновь ниже, но в сентябре опять превышает температуру воздуха. На малых реках вода быстро прогревается и становится теплее воздуха, но уже в мае и позже вода обычно холоднее воздуха.

Такое соотношение температуры воды и воздуха (пониженная температура воды в наиболее жаркое время лета) может быть объяснено значительным испарением и связанной с этим потерей тепла. Возможно, что на понижение температуры воды в летнее время оказывает здесь влияние поступление грунтовых вод, относительная роль которых в питании рек степной зоны в летний период сравнительно велика (на средних и больших реках)

Тип V. После очищения рек от льда температура воды в течение 6-7 месяцев ниже температуры воздуха и только осенью превышает последнюю. Это характерно для рек Заволжья, Казахстана и степной части Северного Кавказа.

Тип VI. Температура воды рек в холодное время года выше, а в теплое ниже температуры воздуха. К этому типу относятся горные реки Кавказа, Средней Азии.

Термический режим рек связан с ледниковым или родниковым питанием; для него характерно поступление относительно холодной воды из вышележащих областей в нижележащие. Продолжительность периода с температурами, воды ниже температур воздуха увеличивается по мере удаления от истока к устью рек.

Тип VII. Температура воды рек в течение почти всего года ниже температуры воздуха. К этому типу относятся нижние участки рек Черноморского побережья Кавказа, начиная от Сочи к югу.

Ледовый режим - совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на водных объектах.

Вопросы ледового режима рек являются издавна предметом серьезного внимания и изучения. Стимулом к этому служат практические запросы водного транспорта (сроки начала и конца навигации), лесосплава, энергетики (донный лед, толщина льда, воздействие льда на гидротехнические сооружения) и других отраслей народного хозяйства, использующих водные ресурсы.

По характеру ледового режима реки можно разделить на следующие основные группы (рис. 2):

1) реки с ежегодным устойчивым ледоставом различной длительности. К этой группе принадлежит подавляющее большинство рек;

2) реки с неустойчивым ледоставом, наблюдающимся не ежегодно. Сюда принадлежат реки крайних западных и южных районов Европейской части РФ и Северного Кавказа - Неман, Висла, Днестр, и др., а также многие водотоки юга Приморья на Дальнем Востоке;

3) реки, на которых наблюдаются ледовые, явления (шуга, забереги и т. д.), но ледостав отсутствует. К этой группе принадлежит большинство рек Кавказа и горных областей Средней Азии и Алтая; реки эти в литературе носят название шугоносных;

4) реки, на которых ледовые образования вообще отсутствуют в силу теплого климата. К ним относятся водотоки сравнительно небольших районов - Колхидской и Ленкоранской низменностей на Кавказе, ряд рек на юге Туркмении и в Средней Азии.

Развитие ледовых явлений осенью и последующее исчезновение их весной теснейшим образом связано с климатическими условиями. На возникновение и развитие ледовых явлений на реках Европейской части РФ большое влияние оказывает Атлантический океан. Западные атлантические воздушные течения, распространяющиеся до Урала, иногда преодолевают его и доходят до Енисея. Влияние их сказывается в том, что чем ближе речной бассейн к океану, тем короче и неустойчивее ледостав на реках. Подобное влияние на реки восточной части страны оказывает Тихий океан и связанные с ним переносы воздушных масс, охватывающие Приморье и узкую полосу побережий Берингова и Охотского морей. Наконец, большую роль в развитии ледовых явлений в центральной части страны играет сибирский антициклон, формирующийся над Азиатским континентом в зимнее время; по сравнению с западной и восточной частями РФ, подверженными океаническим влияниям, ледовые образования здесь носят более длительный и устойчивый характер.

Рис. 2. Типы ледового режима рек1 - реки с ежегодным ледоставом: 2 - реки, на которых ледостав в отдельные годы неустойчив; 3 - реки, на которых ледостава в некоторые годы не бывает; 4 - горные районы, где ледостава на реках обычно не наблюдается или он отмечается только на отдельных участка; 5 - реки, на которых ледостава обычно не наблюдается; 6 - реки, на которых ледовые явления отсутствуют.

1. Структура и водные массы Мирового океана

Структура вод океана - пространственное расположение по вертикали различных водных масс, типичное для данной области или зоны океана в данное время.

В структуре Мирового океана по физическим, химическим и биологическим характеристикам выделяются:

- поверхностные воды - до глубины 150-200 м;

- подповерхностные воды - от 150-200 до 400-500 м;

- промежуточные воды - от 400-500 до 1000-1500 м;

- глубинные воды - от 1000-1500 до 2500-3000 м;

- придонные воды - более 3000 м.