Зимний режим рек.
Перед ледоставом на поверхности реки появляется сало — поверхностные первичные ледяные образования, состоящие из иглообразных пластинчатых кристаллов в виде пятен или тонкого сплошного слоя.
С наступлением холодов, примерно за 12—20 дней до полного ледостава, появляются забереги— полосы льда, смерзшиеся с берегами водных объектов при незамерзшей основной части водного пространства. Забереги увеличиваются до определенной ширины, после чего их края из-за постоянного воздействия плывущих льдин резко обозначаются сплошным валом битого измельченного льда. Такие забереги (по которым можно судить о направлении судового хода) на Волге получили название утор.
В этот же период на реке появляется так называемая снежура — скопление снега, плавающего в воде. Снежура при таянии поглощает часть тепла, вызывая охлаждение воды и ускоряя процесс образования льда.
На реках ледоставу предшествует образование внутриводного льда — скопления первичных ледяных кристаллов, образующихся в толще воды и на дне водного объекта.
Донный лед—внутриводный лед, образовавшийся на дне водного объекта. Наиболее распространена гипотеза образования донного льда в связи с турбулентным движением воды. По этой гипотезе. переохлажденные на несколько градусов частицы воды и кристаллы льда увлекаются на дно, где, кристаллизуясь, образуют массы рыхлого. льда. Будучи легче воды, донный лед отрывается от дна и всплывает;
на поверхность, образуя льдины. Большие массы этого льда, всплывая на поверхность, иногда увлекают за собой крупные камни, якоря, металлический лом, кабели.
Шуга — всплывший на поверхность или занесенный в глубь потока внутриводный лед в виде комьев, ковров, венков и подледных скоплений. Иногда за шугу принимают плывущую снежуру.
Шугоход — движение шуги на поверхности и внутри водного потока.
Термину «шуга» часто придают более широкий смысл, включая сюда непосредственно шугу, снежуру и ледовую кашу — массы мелкобитого льда, принесенного течением.
Шуга сильно затрудняет судоходство и опасна, так как, прилипая к корпусу судна, образует под днищем большой слой льда. Густота ее увеличивается с понижением температуры воздуха. Стоящие суда могут примерзнуть к грунту, так как шуга может забить свободное пространство под днищем.
По мере снижения температуры и увеличения количества шуги из нее образуются осенние льдины, дающие начало осеннему ледоходу. Осенние льдины небольшие, но крепкие и имеют острые края. Они опасны для судов и сооружений, особенно деревянных, так как легко могут их подрезать.
С увеличением количества льдин и шуги продвижение их затрудняется. Встретив препятствие, масса льда останавливается и смерзается. Наступает ледостав — фаза ледового режима, характеризующаяся наличием ледяного покрова.
При ледоставе ледяные поля под воздействием течения напирают друг на друга, образуя торосы — ледяные бугры, идущие поперек реки.
Поверхностный лед, создавая дополнительные сопротивления движению речного потока, изменяет характер уровней и скоростей течения. После ледостава нижняя поверхность льда усиливает сопротивление движению воды, в результате чего пропускная способность живого сечения снижается. В связи с этим происходит подъем уровней. Вода через трещины выступает на лед. Эту воду называют «черной водой», так как на белом первом снегу она выглядит черной. Подъем уровней достигает на некоторых реках 2 м. Наибольший подъем бывает в начале ледостава из-за большой шероховатости ледяного покрова. Затем шероховатость сглаживается и ледяной покров оказывает потоку меньшее сопротивление.
При прибыли воды после ледостава, когда лед еще непрочно смерзся с заберегами, может произойти подвижка льда — небольшие перемещения ледяного покрова на отдельных участках реки или водоема. При этом все ледяное поле смещается вниз по течению, причем наблюдается большое нагромождение льда. Подвижка продолжается до тех пор, пока лед окончательно не остановился. Осенние подвижки очень опасны для судов, так как вместе со льдом могут быть унесены целые караваны судов. Чаще всего они наблюдаются на Ангаре и Енисее.
Сильный подъем уровней вызывают зажоры, — скопление шуги с включением мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды. Зажоры появляются чаще всего на реках или участках рек с быстрым течением:
Ангаре, Неве, Амударье, Свири, Волхове и т. д. Высота зажорных подъемов уровня обычно не превышает 3—4 м (но известны случаи, когда уровень повышался на 6—7 м), причем такие уровни стоят полтора-два месяца. Зимние наводнения при зажорах имеют очень тяжелые последствия.
На реках с быстрым течением возникают столбы из донного льда — пятры, иначе скопления донного льда, выросшие до поверхности воды. Расширенная шапка их выходит на поверхность реки. Пятры прочно скрепляются с дном, выдерживая скорость воды более 3—4 м/с. Располагаясь рядом и смерзаясь шапками, пятры могут образовать ледяные плотины и вызвать подъем уровней воды.
На некоторых наших южных и европейских реках иногда бывают зимние паводки. При таких паводках уровень воды поднимается на 6—8 м. Лед, не выдерживая напора воды, ломается и вода устремляется на пойму. Зимние паводки возникают лишь тогда, когда зимой при достаточно высоком снежном покрове наступает сильное потепление и выпадают обильные дожди, которые насыщают снег влагой и ускоряют его таяние. В мерзлую почву вода почти не просачивается и мощным потоком устремляется в реки, вызывая быстрый подъем уровня.
В зимний период запас грунтовых вод истощается, поэтому уровни воды снижаются, а ледяной покров прогибается и обламывается у берегов — происходит оседание льда.
В период ледостава образуются наледи — наросты льда, возникающие при замерзании подземных вод, изливающихся на поверхность земли, или речных вод, выходящих на поверхность ледяного покрова. Вода также может выступить на лед вследствие оседания его под тяжестью снега, из родников и незамерзающих источников. Большие наледи значительной толщины образуются в устьевых участках притоков, которые промерзают до дна. Наледи распространены на северо-восточных реках. Толщина их может превышать 5 м. При выборе места зимовки следует избегать участков, где могут быть наледи, так как они опасны для судов.
В начальный период ледостава между остановившимися ледяными полями возникают полыньи — пространство открытой воды в ледяном покрове, образующееся под влиянием динамических и термических факторов. С наступлением морозов они покрываются ровным чистым льдом. Незамерзающие полыньи встречаются в местах с очень быстрым течением, обычно на порогах. Более устойчивы полыньи, образующиеся в истоках рек, вытекающих из озер, на перекатах за длинными глубокими плесами. В данном случае вода, выходя из озер и плесов, из-за турбулентного перемешивания имеет температуру выше 0° С. Полыньи наблюдаются в истоках Невы, Ангары, Свири, Волхова и других рек.
В полыньях, находящихся перед затонами, накапливается шуга, заполняющая все свободное пространство между корпусами судов, дном и берегами.
После ледостава дальнейший рост толщины ледяного покрова происходит под влиянием низких температур воздуха. Чем больше период низких температур, тем больше толщина льда. Снежный покров, обладая малой теплопроводностью, снижает нарастание ледяного покрова. Чем выше снежный покров, тем медленнее нарастает лед. Толща льда на одном и том же участке, в местах с малым количеством снега может быть на 0,2—0,5 м больше по сравнению с местами, где больше высота слоя снега. Кроме того, толщина льда зависит от скорости течения и притока грунтовых вод. При больших скоростях течения толщина льда меньше. В тихих протоках лед почти в два раза толще, чем в главном русле.
На плесах лед толще, а на перекатах тоньше. Объясняется это тем, что на перекатах степень турбулентности потока больше, чем на плесах. Общая температура потока на перекате становится несколько выше 0° С. Положительная температура воды замедляет процесс намер-зания льда и даже является иногда причиной образования полыней.
На реках СССР толщина ледяного покрова до 0,5 м в южных районах и до 2 м в северных.
Толщину льда в естественных условиях при наличии снегового покрова можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:
hл=Ф(Et)n, (51)
где ф—коэффициент, равный 1,25—2,0;
Et — сумма среднесуточных отрицательных температур воздуха от начала льдообразования до данного момента;
п — показатель степени для северных рек, равный 0,5.
Весной, с наступлением положительных температур, начинается таяние снежного покрова и льда сверху и у берегов. На льду появляются темные пятна талой воды, которые постепенно распространяются на всю поверхность льда. Ледяной покров при этом выглядит потемневшим.
Талые воды с берегов стекают в реку, вызывая увеличение расходов воды и скоростей течения. Уровни воды повышаются. Температура воды в реке увеличивается, а это вызывает таяние льда снизу. В связи с поступлением в реку талых вод лед наиболее быстро начинает таять у берегов, при этом создаются закраины— полосы открытой воды вдоль берегов, образующиеся перед вскрытием в результате таяния льда и повышения уровня воды.
При дальнейшем подъеме уровней ледяной покров отрывается от берегов. Под влиянием течения воды возникают подвижки льда. Наблюдения показывают, что подвижки, как правило, начинаются в том случае, если превышение уровня паводковой воды над уровнем ледостава достигает 1,0—1,2 м. Подвижек может быть несколько. Они опасны для судов и сооружений в русле, так как могут повредить и даже разрушить их. Для предотвращения этого лед около них заранее окалывают.
В результате подвижек льда появляются разводья — пространства открытой воды в ледяном покрове.
Основная причина вскрытия рек — сильный подъем уровней воды, при котором ледяной покров ломается на отдельные льдины, приходящие под воздействием течения в движение. Так начинается весенний ледоход. При ледоходе льдины разбиваются на более мелкие, выносятся в море, озеро или реку, выталкиваются на берега и там тают. На реках, вытекающих из озер (Свирь, Нева и т. д.), наблюдаются обычно два весенних ледохода; при первом река очищается от своего льда, при втором несет лед из озера.
Вскрытие рек, текущих с севера на юг, происходит относительно спокойно. Ледоход проходит в низовье, и лед идет уже по вскрывшейся реке. Ледяной покров разрушается при наступлении теплой погоды и соответствующем подъеме уровня воды. Такой вид ледохода бывает на Днепре, Волге и др.
На реках, текущих с юга на север, вскрытие происходит при прочном льде под воздействием паводка, идущего сверху. Ледоход бурный, сопровождается большим нагромождением льда на берегах и частыми заторами. Иногда паводок не может взломать ледяной покров и вода идет поверх льда. Такое вскрытие характерно для северных рек европейской части СССР и рек Сибири.
Заторы — скопление льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды. Лед при заторе часто забивает все живое сечение реки до дна. Особенно часто наблюдаются и достигают больших размеров заторы весной.
Заторы вызывают большой (до 10 м в сутки) подъем уровней воды. Подъем уровней происходит до тех пор, пока давлением воды затор не будет прорван. Ниже затора уровни резко снижаются. Иногда река уходит в сторону от затора, разрабатывая себе новый ход, называемый прорвой.
Заторы опасны для отстаивающегося флота, гидросооружений и населенных пунктов. Подъем уровней выше затора приводит к образованию обратных течений. Устремившийся вместе с течением лед входит в затоны, повреждая суда. Наиболее опасны моменты прорыва затора, когда вода и лед с большой скоростью устремляются вниз, сметая все на своем пути. Суда, находящиеся выше затора над затопленной поймой, могут обсохнуть на ней при прорыве затора из-за быстрого спада воды. На некоторых сибирских реках (Енисее, Ангаре, Лене) заторы носят подчас катастрофический характер.
Заторы ликвидируют при помощи взрывных работ, бомбардировки и ледоколов.
Осенний ледоход в нижних бьефах наступает на несколько дней позже по сравнению с тем, как это было до создания водохранилища. Ледостав часто сопровождается заторами и подъемом уровней воды. За счет поступления из водохранилища воды с положительной температурой ниже ГЭС образуются полыньи (например, ниже Иваньковского водохранилища полынья обычно имеет длину до 25 км, ниже Рыбинского—от 3 до 20 км). При понижении температуры воздуха полынья может быть причиной образования большого количества донного льда и зажоров на нижележащих участках. Если
ниже плотины попусками воды создаются скорости, равные или большие 1—1,5 м/с в южных районах, 2 м/с — в средней полосе и 3 м/с в северной полосе, то ледяной покров не образуется.
Начало весеннего ледохода наступает несколько позднее по сравнению со сроками вскрытия реки, находящейся в естественном состоянии.
Дата добавления: 2015-05-28; просмотров: 7583;