ТИПЫ ВОДНЫХ ПОТОКОВ И РЕЧНАЯ СЕТЬ

Белорусский государственный университет

Географический факультет

Кафедра общего землеведения и гидрометеорологии

А.А. Макаревич

РЕЧНОЙ СТОК И РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Текст лекций

Минск

Макаревич А.А.

Речной сток и русловые процессы: Текст лекций. — Минск: БГУ, 2016.

Электронная версия текста лекций по дисциплине «Речной сток и русловые про­цессы» составлена в соответствии с Учебной программой учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности «1-31 02 02 Гидрометеорология» и предназначена для студентов 3 курса географического факультета БГУ.

Вопросы речного стока и связанного с ним русловых процессов излагаются с уче­том особенностей речных потоков Беларуси, что делает содержание курса более конкрет­ным и близким географам-гидрометеорологам, изучающих современные гидрологические проблемы республики.

На изучение данного курса отводится 94 часа, из них 62 аудиторных (36 часов ― лекции, 6 часов ― семинары и 20 часов ― практические занятия).

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ.. 5

1.1. Основные понятия. 5

1.2. Развитие исследований русловых процессов. 5

1.3. Значение учения о русловых процессах для народного хозяйства. 7

1.4. Русловые процессы и физико-географическая среда. 9

2. РЕЧНОЙ СТОК.. 10

2.1. Формирование речного стока. 10

2.2. Количественные характеристики речного стока. 10

2.3. Влияние физико-географических условий на речной сток. 12

3. ТИПЫ ВОДНЫХ ПОТОКОВ И РЕЧНАЯ СЕТЬ. 14

3.1. Типы водных потоков. 14

3.2. Речная сеть. 15

4. МОРФОЛОГИЯ И МОРФОМЕТРИЯ ДОЛИНЫ И РУСЛА РЕКИ.. 17

4.1. Речная долина и ее элементы.. 17

4.2. Морфологические элементы и морфометрические характеристики русла. 18

4.3. Продольный профиль реки. 20

4.4. Продольный профиль долины р. Западная Березина. 22

5. ДИНАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ВОДНОГО ПОТОКА.. 24

5.1. Продольное течение в русле реки и силы, действующие в потоке. 24

5.2. Поперечные (циркуляционные) течения. Теория Н.С. Лелявского. 25

5.3. Турбулентное перемешивание. 27

6. ЭРОЗИЯ, АККУМУЛЯЦИЯ И ТРАНСПОРТ НАНОСОВ.. 31

6.1. Механизм эрозии, аккумуляции и транспорта наносов как единая система. 31

6.2. Общая характеристика и классификация речных наносов. 32

6.3. Движение и сток взвешенных наносов. 33

6.4. Движение донных наносов. Закон Эри. 36

6.5. Транспортирующая способность потока. Сели. 37

7. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ.. 38

7.1. Основные направления в развитии теории руслового процесса. 38

7.2. Взаимодействие потока и русла как основа руслового процесса. 38

7.3. Формы рельефа речного русла и их изменения. 39

8. ТИПЫ РУСЛОВОГО ПРОЦЕССА.. 43

8.1. Типизация руслового процесса. Общая схема. 43

8.2. Ленточногрядовый тип руслового процесса. 44

8.3. Побочневый тип руслового процесса. 45

8.4. Ограниченное меандрирование. 46

8.5. Свободное меандрирование. 47

8.6. Незавершенное меандрирование. Пойменная многорукавность. 48

8.7. Осередковый тип или русловая многорукавность. 49

9. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧНОГО РУСЛА.. 50

9.1. Гидроморфологические зависимости. 50

9.2. Руслоформирующий расход воды.. 51

9.3. Динамическое равновесие потока и устойчивость русла. 52

10. РАЗВИТИЕ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ РЕКИ.. 54

10.1. Основные понятия. 54

10.2. Факторы формирования продольного профиля. 55

10.3. Изменения продольного уклона при различных уровнях воды.. 56

11. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В УСТЬЯХ РЕК.. 58

11.1. Устьевая область реки и устьевые процессы.. 58

11.2. Классификация устьев рек. 59

11.3. Гидрологический режим устьевой области реки. 60

11.4. Устья притоков. 62

12. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ... 63

12.1. Развитие русловых процессов в условиях зарегулированного режима. 63

12.2. Заиление и занесение водохранилищ.. 65

12.3. Изменение русловых процессов при преобразовании русел рек. 66

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Основные понятия

Речной сток в широком смысле — это главный элемент материкового звена гло­бального круговорота вещества и энергии. Речной сток — это одновременно и характери­стика количества стекающей воды, и процесс стекания воды в речных системах.

Водные потоки, воздействуя на земную поверхность, производят разрушение и смыв слагающих ее горных пород и почв, перемещение разрыхленного материала вниз по течению и, наконец, отложение (или многократное переотложение) последнего на относи­тельно низких уровнях либо там, где поток прекращает свое существова­ние (например, втекая в водоем).

Все водные потоки на поверхности суши делятся на три основных звена:

а) нерусловые потоки талых или дождевых вод, текущие по поверхности склонов и производящие смыв почвы;

б) русловые временные потоки, текущие по оврагам и балкам и производящие раз­мыв покровных пород;

в) реки — постоянные русловые потоки, протекающие в долинах, нередко врезан­ных в коренные породы вплоть до некоторого базисного уровня.

Продукты эрозии перемещаются потоками первого (верхнего) звена только в пре­делах длины склона, потоками второго звена — до ближайшего местного базиса эрозии. Лишь реки переносят твердый материал на большие расстояния

Во всех звеньях прослеживается тесная связь между эрозией и аккумуляцией. Эро­зионно-аккумулятивные процессы в этих звеньях расчленяются на процессы эрозии почв, овражной эрозии и русловых процессов. Эрозия почв и овражная эрозия часто объе­диняются термином эрозионные процессы временных потоков.

В отличие от них русло­вые процессыв реках непрерывны и постоянно изменяются в зависимости от водного режима. Интенсивность, характер и направленность русловых процессов определяются взаимодействием движущей­ся воды, перемещаемых водой нано­сов и слагающих ложе потока грунтов. Под влиянием этого взаимодействия возника­ют различные формы русла, которые, в свою очередь, становятся фактором, влияющим на гидравлические параметры потока.

Количество твердого материала, перемещаемого водными потоками с материков в океаны и в боль­шие глубокие озера, составляет около 17,0 млрд. т/год. Кроме того, около 3,5 млрд. т/год растворенных веществ переносится реками и подземными водами, разгру­жающимися непосредствен­но в океан. Лишь 3 млрд. т/год перемещают с суши в море ос­тальные виды денудации — ветер, ледники.

1.2. Развитие исследований русловых процессов

На протяжении нескольких веков, в соответствии с запросами практики, речные русла оказались предметом исследований естественных (гидрологии и геоморфологии) и технических (гидротехники и гидродинамики) дисциплин, на основе которых получено решение многих общих и частных задач русловых процессов.

Первые исследования процессов в речных руслах от­носятся к средним векам. Уже Галилео Галилей (1564−1642) консультировал проект спрямления излучин Тибра, разра­ботанный с целью снизить уров­ни половодий, затопляющих Рим.

В XVIII—XIX вв. на реках Европы производились исследования для обоснования проектов улучшения судоходных условий. Проекты включали прогноз из­менения глу­бины, что давало возможность определить экономи­ческий эффект намеченных работ.

Развернувшаяся в конце XIX — начале XX в. «борьба за глубины» между сторон­никами выправления и углубления рек привела к необходимости научного обоснования целого комплекса проблем русловых процессов. Особенно обострились эти проблемы в связи с реализацией ряда неудачных проектов выправления рек. Между 1892 и 1904 го­дами был проведен ряд съездов российских деятелей по водным путям и ряд международ­ных конгрессов по судоходству. В дискуссиях о способах улучшения судоходных условий зарождались первые научные представления о русловом процессе.

Потребность в прогнозах изменений глубин способствовала зарождению науки о русловых процессах как самостоятельной дисциплины, основоположниками которой в России были В.М. Лохтин и Н.С. Лелявский

В 1897 г. В.М. Лохтин опубликовал первую крупную научную работу «О меха­низме речного русла», в которой были заложены научные основы русловых процессов. Его основные идеи сводились к следующему. Деформации речных русел и пойм, и мор­фологические образования, являются следствием транспорта наносов, т.е. их переотложе­ние в процессе перемещения их потоком вниз по течению. Основную их часть поток по­лучает со своего водосбора. Количество наносов, поступающих в поток, для последую­щего транспортирования им до водоприемника будет зависеть от уклонов водосбора (оп­ределяют скорости стекания), слагающих их грунтов (определяют состав и крупность на­носов) и расходов воды (водности). Первым исследователем скоростной структуры реч­ных потоков, был современник Лохтина, Н.С. Лелявский, разработавший схемы течений.

Среди зарубежных исследователей конца ХIX ― начала XX вв. первую очередь выделяется французские инженеры Л. Фарг, ус­тановивший ряд закономерностей форми­рования речных излучин и Г. Жирардон, предложивший первую классификацию речных перекатов.

После Октябрьской революции в Советском Союзе начинается интенсивное изуче­ние рек. В Ленинграде и в Москве формируются крупные научные центры. Так, уже в 1919 г. в Ленинграде был организован Государственный гидрологический институт, а не­сколько позднее ― Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева. В Москве изучение русловых процессов в основном концентрируется в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова.

Именно в этот период бурно развиваются исследования в области русловых про­цессов, связанные с именами таких ученых, как М.А. Великанов, В.Н. Гончаров, В.М. Маккавеев и других, разработавших теоретические основы русловых процессов и сформировавших их в самостоятельную дисциплину.

После создания Московского гидрометеорологического института в 1930 г., в нем, усилиями М.А.Великанова, был создан и прочитан курс лекций, названный им «Динамика русловых потоков», на основании которого в 1946 г. был издан первый учебник.

В работах многих гидрологов были установлены зависимости таких морфометри­ческих характеристик русла, как ширина и глубина, от расходов воды, уклонов и грунтов. Среди них наиболее известны гидроморфологические зависимости М.А. Великанова, В.Г. Глушкова, имеющих наиболее обобщенный вид.

Дальнейшее развитие исследований по русловым процессам связано с ленинград­ской, московской и другими научными школами, имевшими хорошую эксперименталь­ную базу (Н.Е. Кондратьев, И.В. Попов, Н.И. Маккавеев, Р.С. Чалов и др.). Крупные ра­боты были выполнены и в ряде зарубежных стран: США, Англии, Нидерландах, Италии и др. (Л.Б. Леопольд и М.Ж. Вольман и др.).

В результате сформировалось два аспекта теории русловых процессов ― гидроди­намический и гидроморфологический, имеющие свои области применения и существенно дополняющих друг друга. Их дальнейшее развитие направлено на создание единой теории русловых процессов, включающей достижения как гидродинамического, так и гидромор­фологического аспектов.

Одновременно с теорией русловых процессов осуществляется разработка ее наибо­лее сложной составляющей ― теории пойм. На основе комплексного подхода к проблеме пойм была теоретически обоснована концепция, объединяющая в себе как морфологию, так и гидравлику пойм. В этом направлении следует отметить исследования Н.И. Макка­веева, И.В. Попова, Н.Б. Барышникова, Р.С. Чалова и др.

Результаты исследований на рубеже XX и XXI веков, посвященных различным ас­пектам движения наносов и русловых процессов, как в их естественном состоянии, так и при интенсивном антропогенном воздействии в результате гидротехнического строитель­стве, опубликованы в серии монографий Н.И. Алексеевского, Р.С. Чалова, и др. (в основ­ном естественное состояние рек), К.М. Берковича, Н.Б. Барышникова и др. (при антропо­генном воздействии на реки).

В XXI веке в РГГМУ под руководством Н.Б. Барышникова была выполнена разра­ботка принципиально нового направления, посвященного роли русловых процессов в са­морегулирующейся системе «бассейн ― речной поток ― русло» с учетом антропогенного воздействия на эту систему.

Интенсивные исследования выполнялись и в ряде зарубежных стран. Здесь в пер­вую очередь следует отметить работы А. Раудкиви, Г. Чанга, Т. Чена и других, а также ре­зультаты исследований голландской лаборатории в г. Дельфте.

За последние годы выполнен значительный объем теоретических, лабораторных и натурных исследований, что позволило по-новому подойти к решению ряда принципи­альных вопросов. Результаты этих исследований служат теоретической основой для про­ектирования водохозяйственных мероприятий и различных гидротехнических сооруже­ний: регулирующих водохранилищ, мостовых переходов, ЛЭП, водозаборов и др.

1.3. Значение учения о русловых процессах для народного хозяйства

Крупные преобразования природных условий, вызванные со­оружением водохрани­лищ, водозаборов, переброской стока, сведе­нием лесов и распашкой земель, привели к существенным изме­нениям руслоформирующей деятельности рек. Изучение этих из­мене­ний, их закономерностей и масштабов имеет огромное науч­ное и практическое значение. Исследователю приходится работать в своеобразной природной лаборатории, в которой в сравнительно сжатые сроки происходят процессы, протекающие в естественных условиях в масштабах исторического или геологического времени.

Распашка территорий, сведение лесов, неумеренный выпас ско­та и другие воздей­ствия, обусловливающие уничтожение естест­венного растительного покрова, сооружение дорог — все это соз­дает предпосылки для развития ускоренной эрозии почв и образо­вания оврагов. Продукты смыва почв, поступая, в конечном счете, в речную сеть, оказывают влияние на морфологию и динамику речных русел. Происходит отмирание малых рек, об­меление пере­катов на средних и даже крупных реках, активизируются размывы берегов и опесчанивание пойменных лугов. Поэтому при решении крупных народнохозяйствен­ных проблем вопросы защиты почв от эрозии и регулирования речных русел должны рас­смат­риваться в едином комплексе.

Изучение русловых процессов имеет большое значение для ре­шения задач, выдви­гаемых многочис­ленными запросами практики. Любая отрасль народного хозяй­ства, предприятия которой расположены в речных долинах или использующая водные ресурсы, в той или иной мере должна учи­тывать деятельность реки.

Одним из наиболее давних «потреби­телей» теории руслового процесса является водный транспорт. В Беларуси протяженность водных путей в настоящее время превы­шает 1,8 тыс. км. Судоходство осуществляется по таким рекам, как Припять, Днепр, Бере­зина, Сож, Неман и Западная Двина.

Для обеспечения постоянного улучшения судоходных условий в связи с ростом пе­ревозок на речном флоте на реках проводятся работы по регулированию русел. Чтобы эти работы были достаточно эффективны, необходимо максимальное исполь­зование русло­формирующей деятельности самого потока. Поэтому познание закономерностей русло­вого режима рек и обоснование прогноза русловых деформаций составляют основу проек­тирова­ния судоходных трасс.

Возведение крупных гидротехнических сооружений на реках требует прогнозов русловых деформаций, которые могут произой­ти вследствие изменения режима реки или создания нового бази­са эрозии. В нижних бьефах гидроузлов размывы русла, особенно сильные на приплотинных участках, приводят к обсыханию водо­заборов, снижению глу­бины на порогах шлюзов, потере устойчи­вости опор мостовых переходов и т. д. Если из-за недостаточного учета русловых деформаций возникает ошибка в прогнозе, то это приво­дит к большим дополнительным капиталовложениям на ре­конструкцию инженерных объ­ектов.

Строительство мостовых переходов, водозаборов, набережных и других сооруже­ний также не может обойтись без учета русло­вых процессов. Кроме того, все эти соору­жения изменяют условия протекания речного потока и, следовательно, вызывают целый ряд новых явлений в его руслоформирующей деятельности, кото­рые необходимо предви­деть, чтобы обеспечить сохранность и функционирование самого сооружения.

Проектируемые крупные переброски стока приведут не только к появлению искус­ственно созданных русел, но и вызовут измене­ния руслоформирующей деятельности рек-«доноров», из которых будет изыматься часть стока, и рек-«приемников», водность кото­рых возрастает. Изучение деформаций самотечных каналов осо­бенно актуально в усло­виях размываемых грунтов.

Важная область применения теории русловых процес­сов — сельское хозяйство, по­скольку наиболее богатые луговые угодья располагаются на речных поймах; деятель­ность рек необ­ходимо учитывать при разработке проектов их мелиорации. Извест­ны слу­чаи, ко­гда распашка пойменных земель приводила к смыву почв и превращению лугов в непро­дуктивные пустоши на длитель­ный срок. Вместе с тем в ряде районов поймы из­давна ис­пользуются под пашню и выращивание овощей.

Правильное управление русловыми процессами позволяет ус­пешно проводить са­нитарную очистку рек, создавать условия для рассеивания сточных вод и тем самым бо­роться с загрязнением рек. Организация лесосплава, развитие лесомелиорации по бере­гам рек, проектирование через реки переходов ЛЭП и трубопро­водов, рыбное хозяйство — все это также требует прогноза и учета русловых процессов.

Практика показала, что научно обос­нованные прогнозы русловых деформаций, приемы и методы регу­лирования русел экономически эффективны во всех отраслях на­родного хозяйства, связанных с использованием рек.

1.4. Русловые процессы и физико-географическая среда

Русловые процессы зависят от физико-географической среды, характеризующей ландшафт водосбора. Климатические фак­торы формирования стока, геоморфологическое строение территории и характер слагающих пород, почвенно-растительный покров, со­временные тектонические движения, колебания отметок бази­сов эрозии — таковы основ­ные естественные факторы русловых процессов, определяющие различия в их формах, интенсивности и направленности проявления.

Русловые процессы в такой же мере зональны, как и другие географические про­цессы. Степень проявления каждого из физико-географических факторов изменяется в за­висимости от размеров бассейна и соотношения с другими факторами. Чем больше пло­щадь водосбора, тем равномернее (при прочих равных условиях) сток реки и тем мень­шую эрозионно-транспортную работу выполняет единица объема воды. От размера водо­сбора и его формы зависит количе­ство ландшафтных зон, которые входят в границы бас­сейна.

Подавляющее большинство малых бассейнов располагается в пределах только од­ной зоны, тогда как режим крупнейших рек и рек с сильно вытянутым водосбором отра­жает влияние ряда зон. Это определяет величины модуля стока и долю относительного учас­тия эрозионно-аккумулятивных процессов в формировании количества и состава на­носов в реках.

Познание русловых процессов невозможно без анализа тех изменений руслообра­зующих ус­ловий и русловых форм, которые испытала в различные этапы эволюции дан­ная река. При смене природной обстановки на водосборе (колебания влажности, измене­ния характера растительного покрова и т. п.) происходит усиление или ослабление про­цессов денудации. Это обусловливает аккумуляцию наносов в русле или глубинную эро­зию.

Изменения водности реки, внутригодового распределения стока, степени его есте­ственной зарегулированности приводят к смене одного типа русла другим (извилистое транс­формируется в разветвленное или наоборот), уменьшению или увеличению темпов русловых деформаций.

В естественных усло­виях изменения крупных русловых форм протекают медленно и проявляются в морфологии речных долин и строении аллювиаль­ных толщ. Под влия­нием хозяйственной деятельности скорость этих процессов может быть изменена на по­рядки величин.

Эрозионно-аккумулятивные и русловые процессы нельзя рассматривать как цепи явлений, развитие которых происходит изолированно от физико-географической среды, без учета конкретных особенностей, характеризующих ландшафт водосбора. Водные по­токи и их водосборы необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи и взаимообуслов­ленности.

РЕЧНОЙ СТОК

2.1. Формирование речного стока

Крупнейшему русскому климатологу А. И. Воейкову принадле­жит выражение «реки — продукт климата». В этом определении подчеркивается ведущая роль климатических условий в формиро­вании рек и их режима. Вместе с тем не следует забывать, что и другие компоненты природной среды (рельеф, почвы и расти­тельность, геологическое строение и др.), а также хозяйственная деятельность человека влияют на сток рек и формируют их при­родный облик.

Если, по образному выражению географов, вода — это кровь ландшафта, то реки — это кровеносная система ландшафта, пере­носящая вещество и энергию и преобразующая сам ландшафт.

В этой связи важнейшее значение приобретает понятие «сток». Стокв широком смысле (как его понимал известный гидролог С. Д. Муравейский) — это процесс стекания воды с водосборов вме­сте с содержащимися в ней веществами и теплотой. Поэтому реч­ной сток — важнейший элемент материкового звена глобального круговорота воды и веществ, а также мощный геологический агент, главнейший фактор, определяющий взаимосвязь между различны­ми объектами суши и гидросферы.

Речной сток формируется в результате поступления в реки вод атмосферного проис­хождения, при этом часть атмосферных осад­ков стекает с реками в океан или бессточные озера, другая часть — испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения, в конечном счете, всех речных вод непосредственные пути поступ­ления вод в реки могут быть различными.

Выделяют четыре вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Ат­мосфер­ное происхождение вод, участвующих в дождевом, снеговом и лед­никовом питании рек, очевидно и не требует пояснения. Подзем­ное же питание рек также формиру­ется, в конечном счете, в основном из вод атмосферного происхож­дения, но прошедших более сложный путь. Оно определяется характером взаимодействия подземных (грунтовых) и речных вод. Направленность и ин­тенсивность этого взаимодействия зависят от взаимного положения уровня воды в реке, высоты водоупора и уровня грун­товых вод, в свою очередь зависящего от фазы вод­ного режима реки и гидрогеологических условий. В случаях посто­янной гидравлической связи реки и грунтовых вод с переменным направлением их движе­нияреки получают подзем­ное питание в течение всего года, кроме пика половодья.

Именно подземное питание обусловливает постоянство или большую продолжи­тельность стока реки в течение года, что и создает в конечном итоге реку.

2.2. Количественные характеристики речного стока

Рассмотрим основные характеристики речного стока, применяемые в гидрологии и при изучении русловых процессов.

Расход воды Q, м³/с ― объем воды, протекающий через живое сечение потока в единицу времени (секунду):

Q = ωv_ср, (2.1)

где ω ― площадь поперечного (живого) сечения потока, м²;

v_ср ― средняя скорость течения, м/с.

Модуль стока , л/с×км² ― объем воды в литрах, стекающий в секунду с квадрат­ного километра площади бассейна; для годового стока:

^, (2.2)

где ― среднегодовой расход воды, м³/с;

F ― площадь водосбора, км².

Объем стока W, млн. м ³ (м³, км³) ― количество воды, стекающее с бассейна реки за какой-либо промежуток времени (год, сезон, месяц и т.д.); для годового стока:

, (2.3)

где ― среднегодовой расход воды, м³/с;

Т ― количество секунд в году, равное в среднем 31,56 млн.

W ― объем стока, млн. м³/год.

Слой стока h, мм ― объем воды, стекающей с бассейна реки за какой-либо промежуток времени (год, сезон, месяц и т.д.), выраженный в виде водного слоя; для го­дового стока:

^, (2.4)

где W ― объем стока, м³.

F ― площадь водосбора, км².

Величина слоя стока h (мм) используется при воднобалансовых расчетах, в кото­рых она сопоставляется с атмосферными осадками, испарением, при построении карт стока и в других случаях.

Коэффициент стока η (безразмерная величина, меньшая единицы) ― отноше­ние величины стока h (мм) к величине атмосферных осадков х (мм), выпавших на пло­щадь бассейна реки:

^. (2.5)

Величина коэффициента стока η показывает, какая часть атмосферных осадков, выпавших на площадь бассейна реки, преобразуется в речной сток.

2.3. Влияние физико-географических условий на речной сток

Основными факторами и условиями формирования речного стока являются климати­ческие условия, геоморфологические (рельеф) факторы, почвенно-гидрогеологические усло­вия, растительный покров и геологические условия (тектоника).

Климатические условия. Объем речного стока и его режим находится в тесной за­висимости от условий, определяющих соотношение тепла и влаги. Для того чтобы суще­ствовала река, количество атмосферных осадков, выпавших на водосбор, должно быть достаточным для поддержания постоянного течения и компенсации потерь на испарение, транспирацию, фильтрацию в грунты и т.д.

Минимальная величина годового слоя осадков, необходимая на образование и су­ществование рек, составляет в средних широтах 250 мм, в субтропиках ― 500 мм, в тро­пиках ― 700−1000 мм. Вместе с тем, существуют транзитные реки, питающиеся водой во влажных областях, водность которых настолько значительна, что они могут пересекать засушливые территории, теряя лишь часть воды, но полностью не пересыхая (например, Нил).

Неравномерность выпадения осадков в сезонном разрезе сказывается и на нерав­номерности стока. В зоне умеренного климата основной объем годового стока формиру­ется в результате снеготаяния. В засушливом климате сток более изменчив: в периоды длительного отсутствия дождей он может временно отсутствовать, при этом на макси­мальный сток большое влияние оказывает интенсивность и продолжительность ливней (зона муссонного климата и т.д.).

Геоморфологические факторы (рельеф). Характер рельефа водосбора определяет уклоны и густоту речной и овражно-балочной сети. Большая величина крутизны склонов и уклонов русел способствуют возрастанию скоростей стекания воды со склонов и скоро­стей течения в руслах, а, следовательно, и к увеличению речного стока.

Почвенно-гидрогеологические условия. Влияние этих условий проявляется в форме аккумуляции воды в почвогрунтах. Чем больше водопроницаемость пород и мощнее от­ложения, тем больше подземная емкость и ее регулирующая способность. В областях с сильно развитым карстом склоновый сток поглощается карстовыми воронками, доля под­земного питания в стоке при этом повышенная (по сравнению с зональными величинами. Чем глубже врезаны долина и русло, тем больше водоносных горизонтов участвует в пи­тании реки.

Растительный покров. Растительный покров, влияя на интенсивность снеготаяния и скорость стекания воды по земной поверхности, тем самым оказывает воздействие и на водный режим. Влияние леса на режим стока проявляется двояко. С одной стороны, за счет запаздывания снеготаяния в лесу, весеннее половодье затягивается; с другой сто­роны, за счет большой инфильтрационной способности лесных почв и лесной подстилки, значительная часть поверхностного стока переходит в подземный. В результате этого сток с залесенных участков происходит более равномерно, чем с безлесных.

Геологические условия. Тектонические движения земной коры могут вызвать ми­грацию рек, изменение режима стока и интенсивности эрозии.

Во многих районах существенное влияние на величину и режим речного стока ока­зывает хозяйственная деятельность (ее влияние на русловые процессы рассмотрено в по­следующих разделах).

Заметное влияние на величину и равномерность стока оказывает величина водо­сбора. Чем больше площадь водосбора, тем равномернее сток благодаря увеличению доли подземного (грунтового) питания. На больших водосборах более явно выражена зональ­ность формирования стока, на малых водосборах существенный вклад вносят азональные факторы.

Поскольку условия и факторы формирования стока изменяются в пространстве, то и величина стока воды распределена по территории неравномерно. Получить объективное представление о пространственном распределении речного стока можно двумя путями:

1) анализируя изменение расхода воды или объема стока по длине реки;

2) рассматривая распределение по терри­тории характеристик стока, не зависящих от площади бассейна и поэтому допускающих их картографирование, т. е. модуля (слоя или коэффициента) стока.

В качестве примера первого подхода к ана­лизу пространственного распределения стока можно привести скачкообразное увеличение стока после впа­дения притоков, что при­водит к увеличению площади водосбора главной реки.

При втором подходе анализируется распределение среднего многолет­него модуля (слоя или коэффициента) стока по территории.

Наиболее характерные особенности рас­пределения среднего многолетнего годо­вого модуля стока по территории Беларуси сле­дующие:

а) широтная зональность, проявляющаяся в закономерном уменьшении модуля стока с севера на юг: от 7,5 л/с∙км² — на севере и северо-востоке до 3,0 л/с∙км² — на юге и юго-востоке, где в связи с удалением от ис­точника влаги (Атлантического океана) наблю­дается уменьшение осадков и стока.

б) увели­чение стока на возвышенностях (Ошмянская, Минская, Городокская) и его уменьшение в пределах Полесской низменности (Припятского прогиба).

в) изменение стока (по сравнению с зональным), связанное с влиянием азональных факторов, особенно на водосборах малых рек (почвенно-гидрогеологические условия, растительность, хозяйственная деятельность и т.д.).

ТИПЫ ВОДНЫХ ПОТОКОВ И РЕЧНАЯ СЕТЬ

3.1. Типы водных потоков

Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих подземных потоков, собирается в пониже­ниях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направле­нии понижения местности, образует вначале временные поверхностные водные потоки и, в конечном итоге, реки.

Как сказано выше (см. п. 1.1), все водные потоки на поверхности суши делятся на три основных звена: нерусловые потоки, русловые временные потоки и постоянные ру­словые потоки (реки). В соответствии с этим можно выделить следующие типы водных потоков, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению.

Временные нерусловые потоки. Эти потоки возникают в результате выпадения дождей, снеготаяния, выхода грунтовых вод и др. и носят временный характер. Сток про­исходит по склонам, обычно не сплошным слоем, а струями различ­ной величины по много­численной сети мельчайших борозд, промоин и ложбинок, распределенных в соответствии с микрорельефом мест­ности. Сливаясь, они образуют более крупные струйчатые, или ручейко­вые, размывы-рыт­вины, или ложбины глубиной до 5− 20 см и более.

Склоновый сток обусловливает поверхностный смыв верхнего слоя почвы. Процесс смы­вания почв поверхностным стоком носит название плоскостной эрозии. Интенсивность ее развития зависит от характера почв, ук­лонов и длины склонов, защищенности почвы расти­тельным покро­вом, режима осадков и др.

Учет интенсивности почвенной эрозии имеет большое значение. Зная, в каких разме­рах в условиях различных почв при раз­личном характере растительности и уклонах происхо­дит размыв почвенных горизонтов, можно правильно организовать систему агролесомелиора­тивных мероприятий с целью существенного умень­шения плоскостной эрозии. Это позволяет предохранить почву от разрушения и смыва.

Временные русловые потоки. По мере движения по склону струи воды объединя­ются в более мощные потоки, расчленяющие склон. Здесь сток становится русловым. При этом образуются временные русловые потоки, действующие лишь во время дождя или в период снеготаяния.

Верхним звеном временных русловых потоков является ложбина, которая пред­ставляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Ложбина разви­вается обычно при площади водосборов в несколько гектаров.

Лощина — следующее за ложбиной звено временного водотока, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и бере­гового размыва или ветвистого русла. Лощины отводят воду с пло­щади от не­скольких гектаров до первых км².

Разновидностями временных русловых потоков являются овраг, балка, лог, суходол.

Постоянные русловые потоки. По мере слияния временных русловых потоков, увеличения их мощности и глубины врезания, их русла начинают дренировать водонос­ные горизонты и получают сток, не прекращающийся в течение года за счет подземного стока. Русловой поток, имеющий постоянный расход воды в течение года, называется ре­кой (ручьём).

Существует критическая величина площади водосбора, необходимая для образова­ния постоянного руслового потока. Она зависит от климатических условий, особенностей рельефа, почв и т.д. В условиях Беларуси эта величина колеблется от 3−5 км² (на возвы­шенностях северной и центральной полосы) до 20−25 км² (в пределах Полесской низмен­ности).

Отличительной особенностью постоянных русловых потоков (ручьёв, рек) является наличие долины — наиболее полно разработанного деятельностью воды звена речной сис­темы, которое характеризуется большой протя­женностью (от первых километров до тысяч километ­ров).

Место начала реки называется истоком. Начало река может получить из ручьев и клю­чей, озера или болота. Устье ― место впадения реки в море, озеро, водохранилище или другую реку. Различают длину реки данного названия и гидрографическую длину реки. При анализе условий формирования стока принимается во внимание гидрографическая длина. Например, длина Миссисипи 3950 км, а с притоком Миссури― 6420 км, реки Обь ― 3650 км, а с Иртышом ― 5410 км. В Беларуси река Нарочь имеет в длину 75 км, а с Уз­лянкой ―116 км.

Когда река образуется от слияния двух рек, место слияния является началом этой реки. Однако за ее гидрографический исток следует принимать место начала более длинной из двух слившихся рек. Например, в России началом Северной Двины является место слияние Сухоны и Юга; в Беларуси началом р. Лесная является слияние рек Лесная Правая и Лесная Левая. Однако за исток рек в таких случаях, как и в случае слияния рек без названия, следует принимать исток водотока большей длины (реки Юг и Лесная Правая соответственно). При определении длины реки по топографической карте при слиянии двух водотоков без названия, за исток реки принимается исток водотока большей длины.

3.2. Речная сеть

Система временно и постоянно действующих русловых потоков образует русловую сеть. Часть рус­ловой сети, включающая постоянные русловые потоки, объединяется понятием реч­ной сети. Сово­купность рек и ручьев, впадающих в рассматриваемую главную реку, вме­сте с главной рекой называется речной системой.Речная система включает в себя одну главную реку, ряд прито­ков главной реки, притоки этих притоков и т. д.

Реки, непосредст­венно впадающие в главную реку, называются притоками первого по­рядка. Притоками второго порядкапо отношению к главной реке называются реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д. Эта классифи­кация притоков широко применяется в на­стоящее время при гид­рографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так и крупные водные артерии.

При исследованиях законо­мерностей развития речной сети применяется классификация Р.Е. Хортона. По этой классификации самые малые притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого по­рядка, — ко второму по­рядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы.

Различают большие реки (протекающие в пределах нескольких физико-географических зон), средние реки (протекающие в пределах одной зоны) и малые реки, сток которых может значительно отличаться от зональной его величины вследствие влияния азональных факторов, а также ручьи ― небольшие постоянные или временные водотоки, образованные стеканием дож­девых и снеговых вод или выходами на поверхность подземных вод (родников). Определенной границы между родником и малой рекой нет.

Строение и развитие речной сети обусловлено всем комплексом физико-географи­ческих условий (климатом, рельефом, геологическим строением, хозяйственной деятель­ностью и др.) и характеризуется густотой речной сети (суммарной длиной речной сети на 1 км² площади водосбора).

Речная сеть Беларуси относится к бассейнам Балтийского (57 %) и Черного (43 % территории) морей. Естественная речная сеть включает 20,8 тыс. рек и ручьев общей про­тяженностью 90,6 тыс. км.

Согласно Водному Кодексу Республики Беларусь 2014 г., реки республики подраз­деляются на:

— большие, протяженностью свыше 500 км (Березина, Горынь, Днепр, Западная Двина, Западный Буг, Неман, Припять, Сож);

— средние, протяженностью от 200 до 500 км (Беседь, Вилия, Друть, Западная Бе­резина, Ипуть, Остер, Птичь, Свислочь, Уборть, Щара, Ясельда);

— малые, протяженностью от 5 до 200 км.

Водотоки, протяженностью менее 5 км относятся к ручьям.

Средняя густота речной сети в Беларуси составляет 0,44 км/км² и изменяется от 0,6−0,8 км/км² на севере до 0,2−0,3 км/км² на юге.

Искусственную русловую сеть образуют каналы и канализированные реки; ее гус­тота в среднем превышает естественную и составляет 0,75 км/км².

Более широкое понятие ― гидрографическая сеть ― включает в себя совокуп­ность всех рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ и прудов данного района или водо­сбора.