Реферат з фізичної географії

     ГІДРОЛОГІЯ  РІЧОК І ГІДРОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ (Частина  І)

 

      Річка та її басейн, їх морфологія та морфометрія. Фізико-географічні характеристики басейнів. Структура річкової мережі. Повздовжній профіль річки. Рівень води в річках, швидкості течії, витрати води, методи їх визначення. Живлення річок, класифікація річок по джерелах живлення. Водний режим річок. Фази водного режиму. Класифікація річок по водному режиму. Гідрограф стоку. Річковий стік і його складові. Розрахунки норми стоку. Основні поняття й характеристики. Розрахунки при наявності тривалого ряду спостережень. Статистичний аналіз структури рядів стоку. Розрахунки норми стоку при різному об'ємі початкових гідрологічних даних. Метод гідрологічної аналогії. Визначення норми річкового стоку при відсутності гідрологічних даних. Застосування в розрахунках стоку рівняння водного балансу. Закономірність розподілу норми стоку по території Європи, України, Харківської області. Мінливість річкового стоку. Параметри кривих розподілу ймовірностей. Типи кривих розподілу (забезпечення). Визначення параметрів кривої забезпечення річкового стоку при наявності і при нестачі гідрологічних даних. Визначення параметрів при відсутності даних про річний стік. Розподіл стоку всередині року. Вплив фізико-географічних чинників на сезонний розподіл стоку. Розрахунок розподілу стоку всередині року при наявності гідрологічних даних. Визначення розподілу стоку всередині року при недостатніх або повністю відсутніх гідрологічних даних. Розрахунок добового розподілу стоку. Меженний і мінімальний стік. Принципи виділення періодів низького стоку і особливості його формування. Визначення термінів і тривалості меженних періодів. Методи розрахунків низького стоку при відсутності гідрологічних даних. Перемерзання та пересихання річок. Розрахунки максимального стоку. Визначення параметрів кривих забезпечення максимального стоку. Урахування видатних максимумів. Розрахунок максимального стоку при тривалих рядах спостережень. Використання методу гідрологічної аналогії. Розрахунок максимального стоку при відсутності гідрологічних спостережень. Генетична теорія формування максимального стоку. Редукція максимального стоку. Максимальний стік водопілля та паводків. Умови формування паводків. Розрахунки максимумів паводків при відсутності даних. Особливості формування паводків. Побудова гідрографів водопілля та паводків. Тепловий і льодовий режим річок. Річкові наноси та їх різновиди. Твердий стік і його розрахунки. Руслові процеси в річищах. Основні риси гідрохімічного режиму річок. Стік розчинених речовин. Народногосподарське значення річок, вплив господарської діяльності на річковий стік. Проблеми охорони річок.

     1. Річка та її басейн, їх морфологія  та морфометрія 

     Дощова  та тала вода, стікаючи по схилах, попередньо утворює дрібні ерозійні борозенки, які, постійно збільшуючись і об’єднуючись, утворюють русла, або річища. Руслом називається випрацюване водотоком ложе, по якому постійно або періодично відбувається рух води.

     Водотік, в руслі якого рух води відбувається на протязі всього року або більшої його частини, називається постійним водотоком. Вважається, що невеликі періоди пересихання русла не впливають на його положення. Водотоки, в руслах яких рух води відбувається на протязі меншої частини року, називають тимчасовими водотоками. У руслах таких водотоків можуть з’являтись постійний трав’яний покрив і навіть дрібні чагарники. В Австралії їх називають кріками, в Центральній Азії - узбоями, в Африці - ваді.

     Сукупність  русел всіх водотоків (постійних  і тимчасових) у межах будь-якої території називається русловою мережею. Частина руслової мережі, що складається з чітко виражених русел постійних водотоків, називається річковою мережею.

     

     Рис. 1. Типи поперечних профілів річкових долин.

     а - щілина (кляма), б - каньйон, в - ущелина, г - V-образна долина, д - коритоподібна  долина (трог), є - трапецієподібна долина, ж - ящикоподібна долина, з - неясно виражена долина.

     Поняття “річкова система” інколи ототожнюється  з поняттям “річкова мережа”. Однак  річкова система ще характеризується чітко вираженим річковим басейном. Близько до поняття “річкова мережа”  поняття “гідрографічна мережа”, що включає в себе не тільки річки, а й озера та болота. Якщо на даній території споруджені канали й водосховища, то вони відносяться до гідрографічної мережі.

     Витягнуті понижені форми рельєфу з загальним  нахилом тальвегу (лінії, що сполучає найнижчі точки дна річкової долини, яру, балки тощо) представляють долини. На схилах долин рідкі опади збираються в струмки і далі в більш крупні водотоки на дні долин.

     У залежності від походження долин  їх підрозділяють на тектонічні, вулканічні, льодовикові та ерозійні. По формі  поперечного профілю розрізняють долини: каньйони, ущелини, трапецієподібні, коритоподібні (рис. 1, 2). У долинах з широким дном можуть утворюватися річкові тераси: акумулятивні в результаті врізання річки у власні відклади та ерозійні в результаті дії потоку на корінні породи.

     

     Рис. 2. Цейська долина. Осетія. Північний  Кавказ.

     Надходження води у річки на протязі року вкрай  нерівномірне і залежить від кліматичних  умов. По визначенню О.І. Воєйкова, “річка є продукт клімату”. Основними фазами водного режиму річки є водопілля, паводок та межень.

     На  протязі порівняно короткого  весняного періоду об’єм стікаючої  води може в декілька разів перевищувати об’єм води за більш тривалу іншу частину року. Ефект впливу потоку на різні ділянки дна і схилів долини теж не однаковий. Під впливом тривалого ерозійного впливу потоку з відносно невеликими коливаннями рівня та витрат води (в літній та осінній період) формується основне ложе річки. Частина дна долини річки періодично затоплюється під час інтенсивного надходження води в річкову систему. Під час водопілля та паводків річка транспортує велику кількість наносів, які при певних умовах (наприклад, при розширенні долини) можуть відкладатись на дні долини. Таким чином виникають умови, коли русло формується на дні долини, складеної річковими наносами. Випрацюване річковим потоком ложе, по якому відбувається стік до виходу на заплаву, називається річковим руслом, або річищем, а частина дна річкової долини, складена наносами і яка періодично затоплюється у водопілля і паводки, називається заплавою (рис. 3).

     

     Рис. 3. Схематичний поперечний профіль річкової долини:

     а - заплавна тераса, б - надзаплавна тераса. 1 - поверхня тераси, 2 - бровка тераси, 3 - уступ тераси, 4 - корінні породи.

     Основна різниця між річищем і заплавою в тому, що межі річища чітко визначаються берегами та прирусловими валами (бровками). Заплава не має таких чітких меж на схилах долини, тому що висота водопілля й паводки щоразу інша. Дно річища по складу породи більш-менш однорідне і плавне, ніж заплава. Рельєф заплави має більш різко окреслені контури. Крім того, для заплави характерні трав’яний покрив, чагарники, а часто й ліс. Тому заплавне русло чинить істотно більший опір руху води, ніж річище. Русловий і заплавний потік знаходяться в складній взаємодії.

     Відношення  ширини заплави до ширині річища зменшується  з ростом розмірів річки, а значить, і її водності.

     У морфології гирла річки, що впадає в  іншу річку, в порівнянні з гирлом річки, що впадає в море, існує велика різниця. У першому випадку відбувається злиття двох водотоків, в другому - впадіння водотоку в практично необмежений водний простір, для якого характерні берегові течії, вітрове хвилювання, переформування берегів та інші процеси.

     Гирлова область річки - перехідна зона, протягом якої гідрологічний режим, властивий  річці, поступово переходить у морський. У межах гирлової області річки виділяють пригирлове узмор'я і приморську ділянку річки.

     Приморська  ділянка річки ділиться на пригирлову і гирлову. Пригирлова ділянка річки  має річковий режим, який тільки що часом порушується згінно-нагінними  і припливно-відпливними явищами. Її верхній ствір знаходиться на межі проникнення цих явищ, нижній - у місці поділу річки на рукави, а при однорукавних устях і естуаріях - у перетині, де постійно спостерігається змішування річкової та морської води.

     

     Рис. 4. Районування гирлової області  річки (пояснення в тексті).

     Гирлова ділянка річки поширюється від  нижнього створу пригирлової ділянки  до пригирлового узмор'я. Пригирлове узмор'я займає простір від нижньої межі гирлової ділянки до зони, далі якої вплив річки на морський режим уже не простежується.

     У залежності від характеру процесів, що відбуваються, і типових обрисів  у плані гирлова область досить великих річок може бути наступного типу (рис. 4):

     I) однорукавна, (Ріоні, Амур і притоки  великих річок, що утворюють  самостійне устя);

     II) лійкоподібна (естуарій) (Об, Єнісей, Хатанга,  Мезень, Південний Буг, Дніпро);

     III) острівна (Дон, Печора, Північна Двіна,  Індигірка, Яна, Колима, Нева);

     IV) лопатева (Кура, Урал);

     V) багаторукавна, розгалужена (Волга,  Терек, Амудар'я, Лена);

     VI) блокована, або лиманна (Кубань, Камчатка, Західна Двіна, Дністер).

     Іноді для стислості гирлова область  річки іменується устям річки, у  цьому змісті приведена класифікація розглядається і як класифікація усть річок.

     Розрізняють дві основні форми взаємодії  річкових потоків з морем: дельти й естуарії. Річка, яка транспортує  велику кількість наносів, відкладає  їх при впадінні в море. Накопичення  наносів сприяє розгалуженню русла, зменшенню його пропускної спроможності. Багаторукавне русло, що формується у власних відкладах при впадінні в море, називається дельтою (рис. 5).

     

     Рис. 5. Дельта р. Волги при впадінні в  Каспійське море.

     Наноси  річок утворюють за межами гирла  мілководні узмор’я (надмор’я, надбережжя, узбережжя), а часто руслові форми  у вигляді невеликих островів, що називаються барами та пересипами (рис. 6).

     

     Рис. 6. Пересип на Хаджибейському та Куяльницькому  лиманах (м. Одеса)

     При малій наявності в річці наносів  і припливних явищах умови для утворення дельти відсутні. Річка впадає в море одним розширеним, розмитим руслом, що називається естуарієм (рис. 7).

     Тераси  являються формами рельєфу долин  часто у вигляді порівняно  горизонтальних ділянок на схилах долини. Взагалі вони утворюються в результаті чергування ерозійних та акумулятивних процесів. Рахунок терас звичайно ведуть від русла річки. Дно заплави річки можна називати заплавною терасою.

     До  морфометричних характеристик басейнів відносяться параметри форм річкового  водозбору.

     Річковий  басейн в плані має складну форму, що окреслюється вододільною лінією. Відношення довжини вододільної лінії Lв.л. до довжини кола, площа якого дорівнює площі річкового басейну, називається коефіцієнтом розвитку вододільної лінії. Позначивши його через Кв.л., отримаємо

      .

     Коефіцієнт  Кв.л. для басейнів річок на території  Європи змінюється орієнтовно від 1,3 до 2,6. Для басейнів, близьких по формі  до кола, з малим розвитком вододільної лінії Кв.л. » 1. Басейни річок мають, як правило, витягнуту грушоподібну форму, тобто розширену приблизно в середній частині. Це пояснюється особливостями будови річкової системи.

     

     Рис. 7. Естуарій Ла-Плати 

     У якості морфометричного параметра  може бути використано відношення довжини  басейну до його середньої ширини (відношення площі басейну до його довжини). Більш зручним параметром є безрозмірне відношення:

     

     де L - довжина річки.

     У середньому для великих річок  Кбс » 0,35. Для порівняно невеликих  річок (при F < 250 км2) Кбс може зростати до 0,6 і більше. Максимальне теоретичне значення Кбс = 1,0. Близьке до одиниці значення Кбс можна отримати штучним шляхом, уявивши басейн у лабораторних умовах у вигляді квадрата, а русло прямолінійним в напрямку нахилу басейну. А так як прямолінійне русло в алювії не може бути, то параметр Кбс в природі завжди менше одиниці.