Текст книги "Инженерная геоэкология"

3.2. Общие сведения о реках

Рекой называется водоток значительных размеров, протекающий в естественном вытянутом углублении земной коры – русле, – питающийся атмосферными осадками, поверхностными и подземными водами со своего водосбора. Водосбор – это часть земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда река получает свое питание.

Реки обычно впадают в океаны, моря или озера. Река, впадающая в один из таких водоемов, называется главной рекой, а реки, впадающие в эту главную реку, – ее притоками. Совокупность всех рек, сбрасывающих свои воды через главную реку в море или озеро, называется речной системой или речной сетью.

Территория суши, включающая данную речную сеть и ограниченная водоразделом, называется бассейном реки. В природе водосбор и бассейн реки совпадают. К рекам относят лишь постоянные и наиболее крупные водотоки с площадью бассейна не менее 50 км². Водотоки с меньшей площадью бассейна называют ручьями.

Каждая река начинается с истока – места, где ее русло приобретает отчетливо выраженные очертания и где в нем впервые проявляется поверхностное течение. Река может образовываться из слияния двух ручьев. Тогда за начало реки принимается место слияния этих ручьев. Многие реки берут начало из озер, а некоторые – из болот. В высокогорных районах с ледниками реки нередко начинаются у нижнего края ледников. За исток принимается место выхода водного потока из-под ледника.

По мере движения воды в реке различают ее верховье, среднюю часть и низовье. Каждая из этих частей имеет общие природные черты у разных рек.

Место, где река впадает в другую реку, озеро или море, называется устьем реки. Обычно оно хорошо выражено и определяется более просто, чем исток.

Длина реки – расстояние вдоль русла между истоком и устьем реки. Длину реки обычно измеряют по крупномасштабным картам или аэрофотоснимкам, при этом расстояние измеряют по геометрической оси русла.

Река в плане всегда имеет извилистую форму, которая в основном определяется ее водным режимом, почвами и геологическим строением участка суши, где она протекает. Извилистость реки характеризуется коэффициентом извилистости. Он рассчитывается как для отдельных участков, так и для реки в целом. Коэффициент извилистости участка реки – это отношение длины участка реки, измеренной по карте, к длине по прямой от начала до конца данного участка.

Извилины рек обычно называют меандрами, а непрямолинейное движение реки именуют ее меандрированием. Излучины (меандры) – один из морфологических элементов русла реки.

Полоса в русле реки с глубинами, наиболее благоприятными для судоходства, называется фарватером.

Основными морфометрическими характеристиками русла являются: ширина русла между урезами русла при заданном его наполнении, максимальная глубина русла, средняя глубина русла, площадь поперечного сечения – это сечение русла вертикальной плоскостью, перпендикулярной направлению течения.

Форма поперечного сечения русла рек связана со строением берегов и весьма разнообразна. Еще М.В. Ломоносов отмечал несимметричность профиля русла рек. Он писал, что в реках одна сторона состоит из берегов крутых и высоких, другая – из низких песчаных берегов и луговых мест, что объясняется вращением Земли. В Северном полушарии поток воды отклоняется вправо по течению, в Южном – влево, подмывая тот или другой берег реки.

В целом река – это комплексный природный объект, в котором главным компонентом является вода, движущаяся в русле. Соответственно многие особенности собственно речных вод как составной части гидросферы связаны с источниками их возникновения, характером земной оболочки, в которой они протекают.

Прямые линии на картах измеряются линейкой с миллиметровыми делениями, а также различными циркулями-измерителями; ломаные линии измеряются с помощью циркуля по частям, а результаты суммируются.

Длины извилистых рек на картах могут быть измерены с помощью микроизмерителей или курвиметров. При этом измеряемая длина реки разбивается на участки с учетом степени извилистости. Начало и конец каждого участка реки фиксируется засечками короткими черточками, перпендикулярными измеряемой линии. Длина участка не должна превышать 4–5 см. Затем каждый участок измеряется микроизмерителем с раствором ножек 1 мм.

Для измерения длин рек по картам установлены следующие правила.

1. Данные измерений заносятся в специальный журнал.

2. Длина реки измеряется дважды: сначала делается сплошное измерение всей длины от устья до истока, при этом в журнале измерений в виде нарастающего итога отмечается расстояние от устья до каждой засечки с точностью до 0,1 раствора циркуля. Второе измерение производится в обратном направлении, но отдельно по каждому участку. Если результаты первого и второго измерений различаются не более чем на 2 %, то измерения признаются выполненными удовлетворительно и по ним вычисляется среднее арифметическое значение длины реки. Так рассчитывается предварительное значение длины реки, сначала в миллиметрах, а затем, в соответствии с масштабом карты, – в километрах.

3. После умножения длины каждого участка реки на соответствующий коэффициент извилистости получаются окончательные значения длин участков реки, которые последовательно суммируются в том же порядке, в котором производилось первое измерение, т. е. от устья к истоку.

Простейший прибор для измерения длин на карте – курвиметр – состоит из двух соединенных шестеренкой колес разного диаметра, заключенных в оправу. Путь, пройденный малым обводным колесом, отмечается на циферблате индексом или стрелкой.

Перед измерениями проверяется цена деления избранной для измерений шкалы путем многократной прокатки обводного колеса по пробному базису – отрезку одной из линий километровой сетки.

Не очень извилистые, плавные кривые линии можно измерить курвиметром с погрешностью около 2 %. Погрешность измерений очень извилистых кривых возрастает до 10 % и более.

Бесконтактность с документом при измерениях может обеспечиваться наложением на него недеформирующейся пленки с шероховатой поверхностью.

При измерениях ручку курвиметра следует держать отвесно; этим обеспечиваются легкость и плавность поворотов обводного колеса при перемещении его вдоль линии.

Длина реки измеряется курвиметром в два приема по два раза. Сначала измеряется вся длина реки в прямом и обратном направлениях, затем – каждого отдельного участка (также в обоих направлениях). Каждый раз перед измерением на шкале курвиметра устанавливается нулевой отсчет.

Речным бассейном, или водосбором, является вся площадь, которая дренируется (обезвоживается) водотоком или системой взаимно связанных водотоков, причем сток со всей этой площади в конечном итоге поступает в одно русло. Многочисленные потоки, перерезающие аллювиальные (см. главу 2) отложения в дельте, представляют собой один общий водоток. Принято считать, что на больших речных бассейнах все грунтовые воды, образующиеся из осадков, выпавших в пределах бассейна, полностью расходуются через главное русло водотока, за исключением той их части, которая идет на испарение и транспирацию (см. главу 1). На небольших бассейнах происходит утечка подземных вод за пределы бассейна; их дренирование может осуществляться соседними водотоками, а при соответствующих геологических условиях – и весьма удаленными реками.

Каждый бассейн ограничен водоразделом, отделяющим его от соседних бассейнов. Водораздел располагается по наивысшим точкам местности вокруг данного бассейна и пересекает водоток в замыкающем створе. Он проходит по высшим точкам между бассейнами. Большие речные бассейны обычно имеют веерообразную или грушевидную форму. Малые же бассейны бывают самой различной формы в зависимости от геоморфологического строения местности.

В пределах некоторых бассейнов могут наблюдаться бессточные области, с которых вода поступает в закрытые низины или озера, не связанные поверхностными водотоками с остальной речной сетью данного бассейна.

Часто для практических целей бывает целесообразно разделять большие бассейны на отдельные части. Части бассейна или бассейны притоков ограничиваются внутренними водоразделами точно так же, как и весь бассейн. Замыкающие створы таких бассейнов принято относить к существующим гидрометрическим станциям, которые обычно располагаются несколько выше устьев.

В зависимости от наличия или отсутствия постоянного течения реки подразделяются на три основных типа:

1) непересыхающие летом, или постоянные, водотоки, содержащие воду в течение всего года, за исключением отдельных периодов очень сильных засух;

2) периодически пересыхающие, несущие воду бoльшую часть года и пересыхающие в те периоды, когда поступление воды в русло и испарение превышают приток в реку;

3) временные водотоки, имеющие сток только после дождей или в период снеготаяния.

Непересыхающие реки питаются в сухое время года подземными водами, тогда как русла временных водотоков в любое время года расположены выше ровня грунтовой воды. Многие водотоки имеют участки всех трех типов, и поэтому их трудно отнести к какому-либо одному типу. Как правило, бассейны рек, имеющих сток в течение всего года, велики, бассейны же временных водотоков малы.

Морфологические характеристики речного бассейна являются важными гидрологическими факторами. Из них гидрологу (и экологу) необходимо знать площадь водосбора, степень разветвленности и густоту речной сети.

Площадь водосбора – это площадь горизонтальной проекции территории, ограниченной водораздельной линией. Бессточные области обычно исключаются из общей площади водосбора. Площадь бассейна определяется планиметрированием по относительно крупномасштабным картам и выражается в квадратных километрах.

Степень разветвленности речной сети, или порядок рек, характеризует систему водосбора в пределах бассейна по притокам главной реки водной системы. К притокам первого порядка относятся реки, имеющие притоки второго порядка. Притоками второго порядка являются реки, имеющие притоки только третьего порядка. Притоками третьего порядка называются малые реки, не имеющие притоков. Таким образом, порядок главной реки определяет степень разветвленности речной системы бассейна.

Густота речной сети D есть средняя длина речной сети на единицу площади бассейна, т. е.

где ΣL – общая длина всех рек в пределах бассейна; A_d – площадь бассейна. Для точного определения величины ΣL необходимо использовать крупномасштабные карты, на которых нанесена вся речная сеть. Данные о густоте речной сети используются главным образом в связи с изучением паводков, поэтому при вычислении ΣL необходимо учитывать также временные и периодически пересыхающие водотоки.

Густота речной сети может характеризовать протяженность малых водотоков, так как малая густота речной сети свидетельствует о большой длине пути стекания воды со склонов.

По некоторым небольшим рекам, малым ручьям и ручейкам сток осуществляется лишь во время дождя и снеготаяния; вследствие малых размеров такие русла обычно не могут быть показаны на топографической карте. Все же по ним начинается русловый сток, который как бы выделяется из поверхностного склонового стока. Эти малые водотоки оказывают существенное влияние на площадь и форму системы водосбора и, следовательно, также должны учитываться при анализе водной системы.

Вытянутые пониженные формы рельефа местности, по которой течет река, называются долинами. Речные долины формируются на протяжении многих веков; их размеры (длина, ширина и глубина) и форма зависят от многих факторов, в том числе от почвенного состава местности, рельефа, климата, расхода воды в реке и т. д. Долина реки включает в себя следующие элементы: русло – наиболее пониженную часть долины – и пойму – часть дна долины, заливаемую высокими речными водами (во время паводков).

Формы русла реки в поперечном сечении различны; они зависят от русловых процессов – мощности и формы руслового потока, вида размываемого грунта, сезонных изменений, рельефа местности и т. д. К морфометрическим характеристикам речного русла относятся повышения и понижения глубины реки, результаты изменений направления течения реки, количество и вид выноса речного потока.

Русло реки включает в себя следующие характерные гидрологические образования: острова, осередки, староречья, рукава, протоки, заливы, плёсы, приплёски, перекаты, отмели, косы, пляжи. Остров – участок суши, омываемый водой со всех сторон. Осередок – заливаемое водой срединное повышение дна реки. Староречье (старица) – полностью или частично отделившийся от реки участок ее прежнего русла; пойменное озеро, соединяющееся с рекой при высоком уровне воды. Рукав – ответвление русла реки, возникающее вследствие отложения наносов. Проток – короткий канал естественного происхождения, соединяющий между собой водоемы; иногда – второстепенное русло реки. Залив – часть реки, впадающая в сушу и имеющая свободный водообмен с рекой. Плёс – более глубокий участок русла реки, расположенный между перекатами; он образуется при местном увеличении скорости реки и размыве ее дна. Приплёсок – местное небольшое углубление русла реки отмелью. Перекат – мелководный участок русла реки, обычно имеющий вид вала с пологим скатом, обращенным против течения, и крутым – по течению; он является следствием неравномерности размыва русла водным потоком. Отмель – повышение уровня дна реки вследствие образования поля наносов. Коса – низкая и узкая намывная полоса суши, присоединенная одним концом к берегу; она образуется за счет перемещения наносов в результате огибания потока выступом берега. Пляж – полоса наносов на берегу; пляжи бывают песчаными, галечными, гравийными и ракушечными.

Данные по речным системам, водоразделам, долинам и руслам рек позволяют производить гидрологическую и экологическую оценку состояния природной среды и прогнозировать ее изменения.

3.3. Гидрологический режим рек

В каждой реке различают место ее зарождения – исток и место впадения в море, озеро или слияния с другими реками – устье.

Линия наибольших глубин русла образует фарватер, а линия наибольших скоростей течения называется стрежнем. Разность высот между истоком и устьем реки называется падением реки; отношение падения реки или отдельных ее участков к их длине называется уклоном реки или ее участка и выражается в процентах.

В зависимости от рельефа местности, в пределах которой текут реки, они разделяются на горные и равнинные. На многих реках перемежаются участки горного и равнинного характера. Горные реки, как правило, отличаются большими уклонами, бурным течением, текут в узких долинах; преобладают процессы размыва почвы. Для равнинных рек характерно наличие извилин русла, или меандр, образующихся в результате русловых процессов. На равнинных реках чередуются участки размыва русла и участки, на которых оседают наносы, в результате чего образуются мелководья и перекаты, а в устьях – дельты. Иногда ответвленные от реки рукава сливаются с другими реками.

Водный режим рек – это изменение во времени расходов воды, уровней и объемов в реках, озерах, водохранилищах и болотах. Водный режим связан с сезонными изменениями климата – в районах с теплым климатом на водный режим основное влияние оказывают атмосферные осадки и испарение; в районах с холодным и умеренным климатом очень существенной является роль температуры воздуха.

Водный режим рек проявляется в виде суточных, декадных, месячных, сезонных и многолетних колебаний; он слагается из ряда характерных периодов (фаз), зависящих от сезонных изменений условий питания рек. Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки и межень. Половодьем является ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон года значительное повышение уровня воды в реке; оно обычно сопровождается выходом вод русла и затоплением поймы реки. Паводок – это сравнительно кратковременное поднятие уровня воды в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега и ледников при оттепели, при обильных дождях или выпуске воды из водохранилищ; значительный паводок может вызвать наводнение (природную или антропогенную экологическую катастрофу). Межень – сезонное стояние низких уровней воды в реках.

Режим питания рек неравномерен в течение года вследствие неравномерности выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда и поступления их вод в реки. Наблюдаемые колебания уровня воды вызываются в основном изменением величины расхода воды, а также действием ветра, ледовых образований, хозяйственной деятельностью человека.

Скорость течения в реках колеблется в больших пределах – от нескольких сантиметров в секунду (равнинные реки) до 6–7 м/сек (горные реки) – и распределяется неравномерно по живому сечению реки. С повышением уровня воды скорость течения, как правило, увеличивается на плёсах и уменьшается на перекатах. Кроме течения, направленного вдоль русла, в речных потоках наблюдаются циркуляционные, винтообразные течения, характер и направление которых зависят от конфигурации русла в поперечном разрезе и в плане. Вследствие турбулентного перемешивания на многих реках температура воды распределяется равномерно по всему ее живому сечению. Температура воды в реках в теплый период следует за ходом температуры воздуха. Во время ледостава температура воды составляет около 0 °C.

Бурное течение горных рек не позволяет образоваться ледовому покрову, но многие из них зимой несут большое количество шуги (скопление рыхлого губчатого льда на поверхности водоема).

Колебания уровня воды в реках связаны с изменением расходов воды, под которыми понимается количество воды, протекающей в реке, измеряемое в м³/сек. Уровни и расходы воды и их колебания являются главными характеристиками водного режима рек. Колебания расходов воды разнообразны и зависят от сезонной многолетней цикличности и сезонной периодичности их водности.

Источниками питания рек являются жидкие осадки, снежный покров, высокогорные снега и ледники, а также подземные воды. Однородного питания реки в природе почти не наблюдается; оно обычно бывает смешанным с преобладанием того или иного источника.

Для умеренного пояса Северного полушария характерна повышенная водность весной: на юге – преимущественно за счет дождевого питания; в средней полосе и на севере – за счет половодий снегового происхождения при более или менее устойчивой летней и зимней межени. Крайний тип режима рек умеренного пояса, формируемый в условиях резкой континентальности, – это кратковременное весеннее половодье при пересыхании рек в течение большей части года.

В районах многолетней мерзлоты характерно зимнее пересыхание рек, которое иногда называется перемерзанием рек. В Арктике таяние снежного покрова происходит поздно, поэтому весеннее половодье переходит на лето.

Особым водным режимом отличаются горные реки. Их питание и водность подчиняются высотным закономерностям, проявление которых меняется в зависимости от расположения склонов.

Реки производят огромную эрозионную работу: линейную (речными потоками), в руслах, на пойме и на водосборах.

Речной сток является важнейшим источником ресурсов пресных вод. Он состоит из подземного и поверхностного стоков.

Важнейшая черта подземного стока воды – его зарегулированность, благодаря чему он может быть использован в течение всего года. Поверхностный сток чаще всего становится доступным для использования после регулирования его с помощью водохранилищ.

Преобразование стока воды происходит также под влиянием антропогенного воздействия, в частности увеличения продуктивности земледелия и лесного хозяйства, способствующего повышению впитывающих свойств почвы, аккумуляции в ней воды, росту расходования почвенной влаги на испарение, что приводит к уменьшению стока.

К наиболее существенным физико-географическим факторам, под влиянием которых формируются природные условия рек на всем их протяжении, относятся:

– географическое положение реки, выражаемое через их удаленность от океана, координаты истока и устья и др.;

– климатические условия (атмосферные условия, ветры, осадки, температура воздуха, испарения и т. п.);

– геологическое строение и геоморфологические особенности берегов, заболоченность, лесистость, хозяйственная деятельность человека и пр.

Воздействие этих и других факторов на природу реки, за исключением ее географического положения, изменяется во времени и пространстве: достаточно отчетливо выражена сезонная и межгодовая изменчивость; вследствие обычно большой протяженности реки влияние воздействующих факторов по-разному сказывается у ее истоков, в средней части и возле устья.

Кроме того, существуют различные поступления вод в реки, т. е. разные источники их питания. Принято выделять четыре вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное.

Питание рек

Основной вид питания рек земного шара – дождевое питание, за ним следуют снеговое, подземное и наконец ледниковое. Роль климата является ведущей в формировании природных условий рек.

Вода в реке как часть гидросферы имеет свои природные особенности и количественные характеристики. И те и другие свойственны всем рекам, но в каждой из них проявляются по-разному и характеризуются различными численными показателями.

Одной из важнейших характеристик природных условий реки является сток воды, т. е. процесс стекания дождевых и талых вод в речных системах. Это поверхностный русловой сток. Его главные количественные характеристики: расход воды – объем воды, протекающей через поперечное сечение реки в единицу времени, обычно за одну секунду, м³/с; объем стока воды – объем воды, протекающей через данное поперечное сечение речного потока за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год). Для больших рек сток обычно выражается в км³ в год.

Следующей весьма существенной характеристикой природы реки служит уровень воды в ней, т. е. высота поверхности воды (в см) в месте измерения, которое называется водомерным постом.

Естественное состояние реки – движение воды в ней, или течение, которое всегда направлено от истока к устью, т. е. от верховья к низовью. Главная характеристика течения – его скорость, измеряемая в см/с или м/с. Скорости течения неодинаковы по длине, ширине и глубине реки.

Приведенные показатели (сток, расход, уровень и течение реки) в целом или взятые по отдельности характеризуют важнейшие процессы, свойственные рекам. Эти показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием различных природных и антропогенных факторов.

Вместе с ними в каждой конкретной реке изменяется водность – относительная величина объема речного стока за то или иное время по сравнению со средним многолетним стоком реки. Водность реки непостоянна. Она испытывает вековые (на протяжении геологических эпох), многолетние (порядка десятков лет), внутригодовые (сезонные) и кратковременные (несколько суток) колебания. Они в основном обусловлены климатическими и метеорологическими причинами (обилие осадков, таяние льда на реке и ледников в горах и т. п.).

Один из основных факторов формирования водности реки – ее течение, которое в то же время представляет собой весьма важный природный процесс. Течение воды в реке (а ее дно обычно имеет уклон), вызывает и поддерживает сила тяжести. Ее можно разложить на две составляющие: параллельную и перпендикулярную дну. Первая, зависящая от уклона, и вызывает движение воды в потоке. Вторая уравновешивается силой реакции со стороны дна. Сила, направленная параллельно дну, действует постоянно и потому должна бы вызывать ускорение движения. Однако этого не происходит, так как она уравновешивается силой сопротивления, возникающей в потоке в результате внутреннего трения между частицами воды и трения движущейся массы воды о дно и берега. Изменение уклона, шероховатости дна или сужения либо расширения русла вызывает изменение соотношения движущей силы и силы сопротивления, что приводит к изменению скоростей по длине реки и в живом сечении.

При движении воды на закруглениях рек возникает центробежная сила. Она может действовать вправо и влево – в зависимости от поворота реки. Под действием центробежной силы поверхность воды в реках в поперечном сечении принимает криволинейную форму, повышаясь у вогнутого берега. Величины возвышения уровня воды над горизонтальной плоскостью, которые определяют криволинейную форму поверхности воды в поперечном сечении, зависят от радиуса кривизны реки. На поверхности величина центробежной силы больше, чем у дна.

На движущуюся воду действует отклоняющая сила вращения Земли. Она направлена перпендикулярно к направлению течения. В Северном полушарии эта сила действует вправо по течению, в Южном – влево. В реке на различных глубинах скорости течения и масса воды, а следовательно, и ее вес различны, поэтому центробежная сила изменяется с глубиной – в поверхностных слоях ее действие заметно сильнее, чем на глубинах.

Скорость течения речного потока

На скорость течения, кроме перепада высот, влияет ветер. Если он дует против течения, то скорость последнего уменьшается, а если по направлению течения, то его скорость увеличивается, особенно на поверхности. Ветер, дующий поперек реки, на широких реках может понижать ее уровень у подветренного берега и повышать – у наветренного.

В движущейся воде скорости ее течения различны на разных участках реки и неодинаковы по ширине и глубине потока. Это получается оттого, что верхняя вода граничит с воздухом, оказывающим малое сопротивление, поскольку он легче воды, а нижняя вода граничит с землей, обладающей большим сопротивлением, будучи неподвижной и более тяжелой, чем вода. Распределение скоростей в потоках зависит от степени шероховатости дна и берегов реки, их формы, водной растительности, ледяного покрова и ветра. Под влиянием этих и других факторов формируются определенные закономерности распределения величин скоростей течения в реке.

Наибольшие скорости течения наблюдаются на поверхности реки, причем над наиболее глубокой частью ее русла. Продольная линия, соединяющая точки на поверхности реки с наибольшими скоростями, называется стрежнем. Положение стрежня не всегда остается постоянным во времени. Он может отклоняться вправо и влево по направлению течения. Ветер, дующий против течения, замедляет скорость течения, и ее максимум наблюдается в удалении от поверхности на 0,2 глубины реки в месте измерения. В потоках, покрытых льдом, наибольшая скорость течения наблюдается примерно на 0,5 глубины реки. Минимальная скорость течения обычно бывает в придонном слое воды и у самых берегов. Кривая изменения величин скоростей течения по вертикали называется эпюрой скоростей. Форма эпюры скоростей обычно определяется условиями, при которых измеряются скорости. К ним относятся направление (по отношению к течению) и скорость ветра, присутствие или отсутствие ледяного покрова, характер дна русла и др.

Вертикальное распределение скоростей течений в реке, отражаемое эпюрами, свидетельствует, что вода переносится главным образом в самых верхних слоях речного потока. Нижележащие, а тем более придонные воды распространяются медленнее поверхностных, что создает особенности в движении вод во всей реке, влияющие на ее экологическое состояние.

Температура речной воды

Температура речной воды является одним из важнейших факторов ее физического состояния. Наряду с минерализацией и химическим составом растворенных веществ, она определяет качество воды, влияет на биологические процессы в реке, ее замерзание и таяние льда. Температура воды в реке определяется солнечной радиацией и тесно связанной с ней температурой воздуха. Термические условия реки формируются, с одной стороны, в результате теплообмена между водой и окружающей средой – атмосферой, с другой – ложем русла. При отсутствии льда составляющими теплообмена «воздух—вода» являются: поглощение водой прямой и рассеянной солнечной радиации, эффективное излучение, непосредственный обмен теплом с атмосферой на поверхности ее соприкосновения с водой, затрата тепла на испарение и выделение его при конденсации водяных паров.

В реке, покрытой льдом, интенсивность теплообмена между водой и воздухом резко снижается. Лед и выпадающий на него снег уже при толщине 10–20 см практически прекращают доступ к воде лучистой энергии Солнца и исключают встречное излучение, при этом прекращаются конденсация и испарение с водной поверхности.

Роль тепла, приносимого грунтовыми водами, незначительна, хотя в некоторых реках она может быть заметной, особенно в зимнее время.

Распространение тепла, поступающего к поверхности раздела воды с атмосферой и грунтами, происходит в процессе турбулентного перемешивания воды, свойственного рекам.

Температура воды на поверхности распределяется довольно однородно по живому сечению реки, что связано с интенсивным турбулентным перемешиванием.

Летом температура воды на поверхности у берегов выше, чем в середине реки. Осенью поверхностная температура воды у берегов немного ниже, чем в остальной части поперечного сечения реки.

Температура воды мало изменяется по глубине реки, что также объясняется турбулентностью речного потока. Различия в величине температуры воды по вертикали более отчетливо выражены в сезон прогрева и менее заметны – в сезон охлаждения реки.

Каждой реке свойственны свои показатели температуры воды. В естественных условиях изменения температуры воды в реках по их длине зависят от видов питания, особенностей теплового режима и свойств ландшафтных зон, по которым текут реки.

На реках, текущих с юга на север, это повышение прекращается при переходе из лесостепной зоны в лесную. Далее к северу температура воды в реке понижается. В степной и лесостепной зонах нагрев речных вод происходит наиболее интенсивно, а притоки, протекающие в этих зонах, несут более теплые воды, чем главная река.

На горных реках температура также повышается вниз по течению. При этом летом температура воды повышается на всем протяжении реки до устья; весной и осенью, а на некоторых реках и зимой, повышение температуры воды прекращается при выходе из предгорий.

Температура воды в реке во многом зависит от температуры воздуха, поэтому можно наблюдать совпадение временных изменений температур воды и воздуха. Колебания температуры воздуха происходят более резко, чем воды. Обычно суточные изменения температуры воды невелики, особенно осенью и зимой. Наиболее значительны сезонные изменения температуры воды в реках умеренных широт.

Таяние снега, льда и поступление талых вод с поверхности суши в реки начинается после перехода температуры воздуха через 0 °C. Сначала оттаивает снег на льду, появляется вода поверх льда, заполняются образовавшиеся в ледяном покрове поры; лед приобретает более темный цвет. Дальнейшее разрушение ледяного покрова происходит под влиянием солнечной радиации, которая вызывает нагревание воды и таяние льда возле берегов за счет прогревающихся почв, а также под влиянием поступления в реку талых вод, поднимающих ледяной покров. Разрушение льда начинается у берегов и на перекатах. При дальнейшем поступлении талых вод уровень в реке повышается, всплывшие ледяные поля перемещаются на некоторое расстояние вниз по течению, происходит подвижка льда. В результате подвижки льда среди ледяного покрова появляются пространства свободной воды, называемые разводьями.