Текст книги "Жизнь рек"
Автор книги: Е. Болдаков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 4 страниц)
Пороги и водопады
Тысячу лет назад водный торговый путь «из варяг в греки» шёл от Варяжского (Балтийского) моря в Византию (Константинополь) и проходил через Днепровские пороги. В византийских рукописях X века есть такое описание: «Россы не идут серединой реки среди скал, а направляются по узким береговым протокам, высадив часть людей из судов на берег. Груз остаётся на судне. Россы ногами ощупывают дно, чтобы судно не наскочило на камни. Так проходили все пороги кроме четвёртого, который называли по-славянски „Неасыт“ (Ненасытец). Этот порог обходят по суше, перетягивая и перенося на плечах разгруженные судна».
Днепровские пороги находятся в среднем течении Днепра, ниже Днепропетровска. Они тянутся на 90 км и состоят из девяти отдельных каменных гряд (рис. 12).
Рис. 12. Днепровские пороги до постройки плотины.
Автор бывал на Днепровских порогах. Это исключительно интересное путешествие. Неизгладимое впечатление оставил порог «Ненасытец»: река на расстоянии около километра бурлит, клокочет, наскакивает на камни, пенится; летят брызги; стоит такой сильный шум, что разговаривать очень трудно. Общее падение воды на протяжении порога – 6 м.
Днепровские пороги имеют свою историю. В нижней части порогов, у так называемого Волчьего горла, где река суживается до 150 м, когда-то был водопад. Он оставил после себя след в виде большого углубления, видного и теперь. Такие углубления зовутся «котлами» (рис. 12). Затем, постепенно истирая породу, водопад стал уменьшаться и отступать вверх по реке. Вследствие понижения уровня реки обнажились лежащие выше по течению каменные гряды, которые также начали истираться. Так продолжалось бы и дальше, если бы этот процесс не был прекращён рукой советского человека.
В 1932 году построена плотина Днепрогэса, и все пороги покрыты водой. Теперь идут пароходы там, где в течение нескольких тысячелетий с трудом проходили лодки.
Порожистых рек у нас очень много. Известны пороги на равнинных реках – Волхове, Нарве, Мсте, Верхней Волге и других.
Особенно много порогов в районе Ладожского и Онежского озёр. Каждый порог представляет собой каменную гряду преимущественно из твёрдых пород.
На небольших горных реках пороги есть повсюду. Большие реки, прорезающие хребты, также имеют пороги. Река Ангара имеет много порожистых участков в 60 км до Иркутска. Далее на протяжении 650 км, до Братска, она течёт совершенно спокойно. На этом участке имеется регулярное судоходство. Потом река суживается и в Падунском ущелье снова идёт через пороги. Ниже ущелья спокойное течение Ангары часто прерывается порогами.
На реке Енисей, на 260 км ниже Красноярска, имеются небольшие пороги.
Особенно интересна в отношении порогов река Витим – Угрюм-река из известного романа В. Шишкова. На ней много стремнин, представляющих собой слабо порожистые участки. В промежутках между стремнинами река совершенно спокойна. Но вот в среднем течении, в Парамском ущелье, русло Витима суживается до 100 м. Пройти судам здесь уже невозможно: река бьётся в ущелье на протяжении километра. Затем Витим несколько успокаивается. Судоходство в нижнем течении Витима производится не на всём протяжении.
Многие большие реки, которые уже заканчивают прорезание хребтов, имеют в горном участке ровное сильное течение. К таким рекам относится Зея, в 700 км от устья прорезающая хребет Тукурингра, Дунай у Железных Ворот и другие реки.
Если река встречает на своём пути крутой отвесный уступ, то образуется водопад. Водопады встречаются сравнительно редко. На территории Европы известны только два значительных водопада – в верхнем течении Рейна и водопад Кивач на реке Суна, впадающей в Онежское озеро.
На реке Нарва падение воды достигает 6 м и поэтому тоже может быть названо водопадом. В Финляндии имеется водопад на Иматре, хотя это скорее пороги, чем водопад, так как падение на 15 м происходит не сразу, а на расстоянии 300 м.
В Альпах и в Норвегии есть много горных водопадов. Горные водопады известны у нас на Кавказе и в Крыму. Около Ялты есть водопад Учан-Су, что значит «летучая вода». Вода падает с высоты 100 м. В марте, при таянии снега, это очень красивое зрелище.
Самыми большими водопадами в мире являются Ниагарский, на границе между США и Канадой, и водопад Виктория в Африке.
Река Ниагара берёт своё начало из озера Эри (рис. 13). Сначала она течёт сравнительно спокойно, но потом её берега начинают сближаться, течение ускоряется и вода сразу падает двумя потоками с уступа высотой 50 м. Левый поток имеет ширину 500 м, а правый – 180 м. Посредине имеется небольшой скалистый остров, который называется Козьим – на нём когда-то жили горные козы. Над водопадом стоят столбы водяной пыли. Лучи солнца переливаются в них бесчисленными разноцветными искрами. В ущелье ниже водопада река суживается до 100 м и скорость течения её сильно увеличивается. Далее, на 12 км ниже водопада, река уже спокойно вливается в озеро Онтарио.
Рис. 13. Продольный профиль реки Ниагара.
Ниагарский водопад постепенно стирает свой порог. Страшные обрушения края порога были в 1818, 1828 годах и последний – в 1866 году. Вся окрестность при этом дрожала, как при землетрясении. Подсчитано, что в среднем водопад отступает вверх по течению на расстояние около 1,5 м в год. Следовательно, у озера Онтарио он был около 60 000 лет тому назад и к озеру Эри подойдёт примерно через 20 000 лет. Водопад тогда полностью исчезнет, Эри и Онтарио будет соединять порожистая река.
Водопад Виктория или Моазива-Тунья (что значит «дым шумит») находится на реке Замбези. Река проваливается в гигантскую щель шириной 60 м. Над этой щелью всё время стоит стена водяной пыли. Местные жители очень гордятся этим водопадом. Первому европейцу Ливингстону, побывавшему у водопада в 1855 году, местный вождь задал вопрос: «Есть ли в вашей стране дым, издающий громоподобный шум?»
Река из щели стремится дальше по ущелью и постепенно успокаивается. Ширина водопада у щели – 1800 м, высота падения – 119 м. Водопад также стирает свой порог.
Реки, имеющие водопады, – это молодые реки, а порожистые реки – более старые. Реки, полностью прорезавшие хребты, – это очень древние реки. К молодым рекам можно отнести Суну, мелкие реки на Кавказе и в Крыму, имеющие водопады, ряд мелких рек Чехословакии, Швейцарии и Финляндии, Рейн в верхнем течении, а из больших рек – Ниагару и Замбези. К старым рекам следует отнести Днепр, стёрший свой водопад, к древним рекам – Дунай, Ангару, Зею, Амур, Хуанхэ.
II. Водный режим рек
Кругооборот воды и питание рек
В природе постоянно совершается кругооборот воды. С поверхности суши и всех водоёмов испаряется вода. Испарения эти поднимаются в воздух и собираются в облака. Облака возвращают воду на землю в виде осадков – дождя, снега, – питающих реки, озёра, моря.
Какое же количество воды участвует в этом кругообороте?
Ответ на этот вопрос даёт следующая таблица.
Таблица 4
Около 520 000 куб. км воды в течение года испаряется с поверхности земного шара и столько же воды приносят на землю снег и дождь. Это – куб со стороной почти в 80 км. Если эту воду распределить по всей поверхности земного шара равномерно, получится слой толщиной около одного метра. Но в действительности осадки распределяются весьма неравномерно. Это можно видеть из таблицы 5.
Таблица 5
В Европейской части Советского Союза снег составляет до 70 % годовых осадков, а дожди – до 30 %. На Дальнем Востоке около 20 % годовых осадков – снег, а 80 % приходятся на долю дождей.
Почти все реки Европейской части Советского Союза и Сибири, а также Висла, Дунай, Эльба, Одер и другие реки, текущие в северо-западной части Европы, питаются со своего бассейна главным образом за счёт таяния снега.
На Дальнем Востоке, в Китае и Индии реки питаются преимущественно за счёт дождей; паводки идут там летом и осенью, в то время, когда выпадает много дождей. В основном дождевое питание имеют реки Франции, где паводки идут зимою, многие реки США, а также ряд рек в Африке и в Австралии.
Реки Кавказа и горных районов Средней Азии питаются главным образом за счёт таяния ледников.
Река Чуна, текущая с Саянского хребта, имеет и ледниковое и дождевое питание. Притоки Чуны на Сибирской равнине имеют главным образом снеговое питание и сильные весенние паводки, а на Чуне паводки бывают летом, когда в Саянских горах идут дожди и тают ледники. Смешанное питание имеют многие реки Средней Азии, Кавказа, Индии, река Нил и другие.
После половодья реки питаются за счёт дождей и грунтовой воды, то есть той части осадков, которая просочилась в землю и образует выходящие к руслу реки ключи. Когда реки скованы льдом, питание их бывает исключительно грунтовым. Наши северные реки питаются за счёт грунтовой воды на 30 %, реки средней полосы – на 10–20 %, а реки южной части СССР – на 5–10 %.
Водоносность рек
Количество воды, которое проходит через русло реки за большой промежуток времени (сезон, год), мы называем водоносностью реки.
От водоносности рек зависят их судоходность, использование рек для целей орошения и т. д. В зависимости от водоносности реки на ней строятся гидроэлектростанции той или другой мощности.
В таблице 6 приведена средняя годовая водоносность некоторых рек в устьевой части.
Водоносность рек в течение года неравномерна. Наибольшая масса воды проходит через русло реки весной, в половодье.
Водоносность каждой реки зависит от величины её бассейна и количества атмосферных осадков. Чем больше осадков и чем больше площадь бассейна, тем больше водоносность.
Если посмотреть на карту Средней Азии, то видно, что весьма много рек теряется в песках. Правда, многие из них используются для орошения, но тем не менее даже в половодье река Чу, текущая с Киргизского хребта, никогда не доходит до Сыр-Дарьи. Также теряются в песках реки Мургаб и Теджен, текущие с хребта Гиндукуш. Подобных рек много в Центральной Азии, в Африке и в Австралии.
Таблица 6
Многие реки в половодье доходят до главных рек, но потом пересыхают. По данным советского гидролога профессора Б. В. Полякова на юге Украины и в Заволжье летом пересыхают реки с бассейнами до 20 000 кв. км, а на Северном Кавказе – до 10 000 кв. км. В северо-восточной части Якутской АССР, в районе, где выпадает мало осадков – около 200 мм в год, есть много рек с бассейнами до 10 000 кв. км, которые также пересыхают летом.
Расходы воды и скорости течения
При строительстве многих инженерных сооружений на реках необходимо знать количество воды, протекающей в том или ином месте в секунду, или, как говорят, расход воды. Это нужно для определения длины мостов, плотин, а также для орошения и водоснабжения.
Расход воды измеряется обычно кубическими метрами в секунду. Расход воды в половодье сильно отличается от расхода в межень, то есть при низких летних уровнях. В таблице 7 для примера приведены расходы по некоторым рекам.
Таблица 7
Если мы разрежем мысленно реку поперёк течения, то получим так называемое «живое сечение» реки. Распределение скорости течения по живому сечению реки весьма неравномерно. На скорость течения влияет и глубина русла, и форма его, и препятствия, которые встречает на своём пути река, например опора моста, остров и т. д.
Обычно у берегов скорость меньше, а на середине, в более глубокой части реки, скорость значительно больше, чем в мелкой. В верхней части потока скорости бывают больше, а чем ближе ко дну, тем меньше. На ровном участке реки наибольшая скорость бывает обычно несколько ниже поверхности воды, но иногда наибольшая скорость наблюдается и на поверхности.
Если течение наталкивается на препятствие, например на опору моста, островок, то наибольшие скорости могут переместиться ближе ко дну реки. На старицах в половодье скорости вблизи дна падают до нуля.
На рисунке 14 показано распределение скоростей течения по живому сечению Волги около Саратова в половодье. Скорость на поверхности в левом рукаве 1,3 м в секунду, а в правом 1,7 м в секунду. Над островом, который в половодье покрыт водой, скорости падают до 0,5 м в секунду. На дне реки скорости падают до 0,4 м. Летом наибольшая скорость на этом участке в главном русле была не более 0,4 м в секунду.
Рис. 14. Живое сечение Волги у Саратова. Распределение скоростей течения в высокую воду.
Вдоль реки скорости могут также сильно меняться в зависимости от очертаний живого сечения. Например, четырнадцатью километрами ниже Саратова, у Увека, где русло не имеет островов и стеснено дамбами, в половодье поверхностная скорость доходила до 3 м в секунду, в то время, как у Саратова скорость была до 1,8 м в секунду.
В глубоких местах на реке, которые называются плёсами, живое сечение больше. На мелких местах или перекатах живое сечение значительно меньше. Поскольку на коротком участке по длине реки расходы воды равны, а сечения на плёсе больше, чем на перекате, то и скорости течения будут разные: в глубоком месте вода идёт тихо, а на перекате – значительно быстрее.
Скорость течения зависит ещё от уклона потока, шероховатости дна и глубины. Чем больше уклон, чем ровнее ложе и чем правильнее его очертания, тем выше скорость течения. Примерные величины скорости на реках указаны в таблице 8.
В таблице указана «средняя скорость». Эта скорость определяется путём деления расхода воды на площадь живого сечения реки. Наибольшая поверхностная скорость обычно раза в полтора больше, а донная – в полтора раза меньше средней скорости.
Реки Советского Союза и пограничных государств (заштрихованы бессточные области).
Измерением скоростей и расходов воды рек занимается наука гидрометрия.
Таблица 8
Скорость течения воды можно измерить очень простым путём. Для этого нужно по берегу отмерить, хотя бы шагами, определённое расстояние, установить отметки и бросить в воду несколько выше верхней отметки поплавок или просто щепку. Время прохода поплавка от одной отметки до другой измеряется по часам с секундной стрелкой. Разделив расстояние между заметками на время, которое поплавок плыл от одной отметки до другой, мы получим поверхностную скорость потока в этом месте.
На изысканиях проход поплавков засекают специальным угломерным инструментом.
Наиболее точно можно измерить скорость с помощью гидрометрических вертушек (рис. 15). Эти вертушки на металлическом стержне (при глубинах до 4 м)или на тросе (при любой глубине) опускают со специально оборудованных судов в воду на разную глубину. Как только вертушка сделает определённое число оборотов, электрические провода в ней замыкаются, по вертушке идёт ток, и наверху получается короткий звонок. Промежуток времени между отдельными звонками соответствует определённой скорости течения. Опуская вертушку всё ниже и ниже, можно измерить скорости по всей глубине реки на данной вертикали.
Рис. 15. Гидрометрическая вертушка.
Расход воды на реке подсчитывается так. На каждой из 10–20 вертикалей, расположенных поперёк течения на одинаковом расстоянии друг от друга, определяют среднюю скорость течения, которую затем умножают на площадь живого сечения реки между вертикалями. Полученные таким путём отдельные частные расходы между вертикалями складывают. Сумма даёт общий расход реки, выраженный в кубических метрах в секунду.
В заключение приведём некоторые сведения о переправе через реки вброд.
Переправу вброд можно делать, в зависимости от скорости, при разной глубине. Как правило, при скорости 1,5 м/сек можно идти вброд на глубине 1 м, верхом на лошади – при глубине 1,2 м, на автомашине – при глубине в 0,5 м. При скорости 2 м/сек идти вброд можно на глубине 0,6 м, переходить реку верхом – на глубине 1 м, на автомашине – при глубине 0,3 м. Если вода неподвижна, наибольшая глубина для перехода вброд определяется только ростом человека и конструкцией машины.
Изменение уровней рек. Мелеют ли реки?
Мы уже знаем, что питание реки в течение года неравномерно. Неравномерно оно и по отдельным годам: в дождливые и снежные годы оно больше, чем в засушливые и малоснежные. За изменениями в питании рек следуют и изменения их уровней, или, как говорят, горизонтов. Колебания уровня зависят ещё и от очертаний русла и поймы. В ущелье, при тех же расходах воды, подъём уровня при паводке будет, конечно, выше, чем в широкой долине.
На рисунке 16 показаны средние колебания уровней разных рек в течение года. Наивысшие подъёмы, которые зарегистрированы за последние 50 лет на некоторых реках, приведены в таблице 9. Из европейских равнинных рек наибольший подъём имеет Ока (у Калуги). Наивысший подъём имеет Янцзыцзян.
Рис. 16. Средние колебания речных горизонтов в течение года.
Таблица 9
На рисунке 17 дана примерная схема колебаний высоких и меженних уровней за много лет. Как видно из рисунка, очень высокие и очень низкие уровни бывают редко.
Рис. 17. Схема колебаний высоких и меженних горизонтов рек.
Чаще всего бывают средние уровни. Из высоких редких уровней на рисунке выделяется один – уровень 1931 года.
Такой уровень называется высоким историческим горизонтом. Низкие уровни также имеют свои колебания, но эти колебания менее резки.
Жизнь человека всегда связана в той или другой форме с жизнью рек. Поэтому мы всегда интересуемся вопросом, существует ли какая-нибудь закономерность в изменении уровней рек.
Часто приходится слышать разговоры о том, что реки мелеют. Многие говорят, что они помнят какую-нибудь реку или речку многоводной, а теперь, через каких-нибудь 20–30 лет, она стала мелководной.
Действительно ли реки мелеют?
Реки питаются атмосферными осадками – снегом и дождём. Если в бассейне реки выпадает много осадков, водоносность реки повышается. Наступают засушливые годы, и река мелеет. Засушливые годы сменяются дождливыми – река снова становится многоводной.
Известно, что Рейн за последние 2000 лет несколько раз почти совсем пересыхал. Первое упоминание об этом имеется у римского историка Тацита; он писал, что в 70 году нашей эры была необычайная засуха и Рейн стал несудоходным. В дальнейшем Рейн был мелководным около десяти раз.
Днепр за последнюю тысячу лет был мелководен много раз. Суда, на которых славяне ходили в Царьград, представляли собой лодки на 25–30 человек. Осадка их была, вероятно, не более 0,7 м. Тем не менее и такие суда всегда с трудом проходили на днепровских бродах, в среднем и даже в нижнем течении Днепра. В низовьях Днепра тысячу лет назад существовал Прорийский брод. В 1708 году во многих местах Днепр помелел; выше устья Десны было «два брода, через которые люди возами ездят». В 1815 году между Клевом и Кременчугом было 12 мелей, где глубина не превышала 0,7 м.
Волга также не составляет исключения. Ещё 300 лет назад на Волге было много мелей; на существующем и теперь Телячьем перекате (ниже Горького) глубина была около метра, а у Царицына (Сталинграда) 5 сентября 1636 года – 1,65 м.
Летописи отмечают также, что за мелководными годами идут многоводные. В 1201 году – «всё лето дождливое»; в 1228 году дождь шёл от 6 августа до 6 декабря, «паводь была велика, много бед сотворила человеку». В 1230 году «весь июнь и июль шли дожди по всей земле»; в 1512–1516 годах летние месяцы также были очень дождливы.
В некоторых случаях летние горизонты рек действительно падают. Так было на Днепре в 70–80 годах прошлого века после постройки мостов, когда русло реки около Киева несколько углубилось. Но такое падение уровня, конечно, не означает, что воды в реке стало меньше. Углубление русла Днепра отразилось и на режиме его притоков: уклоны их увеличились, скорость течения возросла и поэтому снизились уровни, хотя расход воды остался таким же.
Горизонты могут понизиться и из-за опускания земной коры в том районе, куда течёт вода.
Вообще же колебания горизонтов, несомненно, следуют за колебаниями климата, и нет никаких оснований утверждать, что реки вообще мелеют, а расходы воды падают.
Река зимой
Осенью или в начале зимы с понижением температуры начинает замерзать вода, и у берегов образуется сплошная полоса тонкого льда – забереги. Забереги обламываются течением, и отдельные льдинки плывут по реке. Говорят: идёт «сало», или «шуга». С дальнейшим похолоданием забереги увеличиваются и лёд идёт уже только серединой реки. Наконец, лёд останавливается, наступает «ледостав».
В течение зимы лёд наращивается.
Толщина льда зависит не только от температуры воздуха, но и от толщины снегового покрова и от скорости течения. Например, на Печоре снег на льду лежит толстым слоем. Снег плохо проводит холод, и поэтому лёд здесь, несмотря на низкую температуру воздуха, бывает местами тонок.
На рисунке 18 показан разрез живого сечения реки зимой. Видна неравномерность толщины льда: у правого берега, где течение сильнее, лёд тоньше.
Рис. 18. Живое сечение реки зимой.
На реках с быстрым течением, в тех местах, где поверхностного льда нет, от переохлаждения воды может образоваться так называемый донный, или якорный лёд, имеющий вид ваты. Донный лёд нередко примерзает к якорям и поднимает их на поверхность реки, поскольку лёд легче воды. Автору пришлось видеть в начале зимы в районе Горького поднятый льдом со дна Волги металлический кабель. Кабель плавал на поверхности реки несколько часов, пока лёд не растаял.
Зимой многие реки промерзают до дна. Это бывает там, где толщина льда может превышать глубину реки. Особенно сильно промерзают реки в суровые малоснежные зимы, что, например, характерно для нашего Дальнего Востока. В северной части Дальнего Востока промерзают до дна даже многоводные реки.
При промерзании реки до дна часто можно наблюдать такое явление. Грунтовая вода поднимает лёд, и на поверхности образуются бугры. Давление воды растёт, и, наконец, лёд «взрывается»: куски льда разбрасываются в разные стороны, а накопившаяся вода разливается по ледяной поверхности.
Весною, когда начинает таять снег и вода прибывает, лёд поднимается и отходит от берегов – начинаются подвижки льда. Горизонт, при котором начинается первая подвижка, можно предсказать, исходя из следующих соображений. Осенью река замерзает на некотором уровне. Затем, вследствие уменьшения питания, уровень воды падает. Вместе с уровнем опускается и лёд. Когда весной уровень воды опять повышается, лёд поднимается до уровня ледостава, но ещё не трогается, так как берега мешают его движению. Только когда уровень поднимается ещё на толщину льда, у берегов образуются свободные от льда пространства воды, и лёд может двигаться. Первая подвижка льда почти не заметна. Она обычно продолжается недолго, и лед продвигается иногда всего на несколько десятков сантиметров. Затем наступает вторая подвижка, третья, и начинается сплошной ледоход.
На многих реках в узких местах и в излучинах лёд заклинивается и останавливается. Подходит новый лёд. Дорога ему преграждена. Одни льдины идут наверх, другие вниз. Образуется что-то вроде плотины. Горизонт воды поднимается. Лёд продолжает громоздиться у «плотины», вылезает на берега, разрушая всё, что ему препятствует. Это явление называется затором.
Заторы бывают на всех реках. Особенно велики они на реках, текущих с юга на север: на Северной Двине, Печоре, Оби, Енисее, Лене, Колыме и др. Мощные заторы бывают на Енисее. После ледохода на берегах этой реки остаются огромные глыбы льда (рис. 19).
Рис. 19. Остатки заторного льда после спада воды на Енисее.
На реках, текущих с севера на юг, как, например, на Днепре, на Дону, на Волге, вначале идёт ледоход, а высокий горизонт бывает обычно на 3–20 дней позднее. На реках, текущих с юга на север, направление течения совпадает с направлением движения весны. В верховьях лёд уже вскрылся, происходит подъём воды, а внизу ещё зима, и лёд стоит. Поэтому высокая вода, пришедшая с юга со льдом, взламывает ещё крепкий лёд в нижнем течении.
Образующиеся при этом заторы грозны, так как вода разливается по долине.
Ледяной покров стоит на наших реках различное время. На Волге и её притоках он держится в среднем около 6 месяцев, а на северных реках – около 7–8 месяцев. Единственная река в Советском Союзе, где почти нет льда и круглый год возможно судоходство, это Кура на участке от Сабирабада, лежащего у устья Дракса, до места впадения в море.
