Гидрология суши: реки

В монографии излагаются основы научной дисциплины «Гидрология рек», рассматриваемой в соответствии со структурой задач, введённой «Классификатором тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли», область тематиче... больше
584
Просмотров
Книги > Наука
Дата публикации: 2014-08-16
Страниц: 159

Пудовкин О.Л. Гидрология суши: реки 0 Москва, 2014


Пудовкин О.Л. Гидрология суши: реки Москва, 2014 1

УДК 55 (075) Пудовкин О.Л. Гидрология суши: реки. – Открытая платформа электронных публикаций SPUBLER. Дата публикации: 2014-08-16. - 158 с. В монографии излагаются основы научной дисциплины «Гидрология рек», рассмат- риваемой в соответствии со структурой задач, введённой «Классификатором тематиче- ских задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использовани- ем материалов дистанционного зондирования Земли», область тематических задач – «По- верхностные воды». Монография ориентирована на разработчиков космических систем (КС) дистанци- онного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, поскольку эффективность жизненного цик- ла данных систем во многом определяется глубиной научного понимания решаемых задач специалистами, их создающими. К сожалению средства ДЗЗ и получаемые ими данные часто рассматриваются как панацею. Материал монографии поможет здраво определить возможности космоса заказчикам, учесть особенности создаваемых КС ДЗЗ для решения задач гидрологии рек конструкторам и эффективно использовать возможности КС ДЗЗ эксплуатирующим организациям. Материал монографии может быть использован при подготовке специалистов кос- мической отрасли и возможно заинтересует профессионалов - гидрологов. Пудовкин Олег Леонидович. Научные интересы в областях: системный анализ, теория систем и управления, техногенное и космогенное засорение космоса, международное космическое право, геофизика, глобальные космические системы связи и навигации, управление проектами. Более 100 научных публикаций и 8 монографий. Доктор технических наук, член-корреспондент Акаде- мии космонавтики и Академии военных наук. В космической отрасли с 1968 года: ВИКА им. А.Ф. Можайского, Командно-измерительный комплекс МО РФ, Научно-технический комитет РВСН, Военно- научный комитет Космический войск; вице-президент, главный конструктор, советник в организациях косми- ческой отрасли; эксперт космического кластера Фонда «Сколково». Доктор технических наук Пудовкин О.Л. e-mail: PudovkinOL@yandex.ru 2


Оглавление Стр. Введение 4 1. Водоразделы и речные бассейны 6 2. Рисунок речной сети 13 3. Питание и водный режим рек 22 4. Структура и процессы рек 35 4.1. Структура речной долины 35 4.2. Русловые процессы рек 41 4.3. Истоки и устья рек 46 5. Термический и ледовый режим рек. Ледовые явления 57 5.1. Термический режим рек 59 5.2. Зимний режим рек 63 5.3. Ледовый режим рек 67 6. Опасные гидрологические явления 76 6.1. Половодье 78 6.2. Паводок 87 6.3. Сель 91 6.4. Затор льда 99 6.5. Зажор 108 6.6. Низкая межень 114 7. Наводнения 116 8. Качество вод основных рек России 133 9. Классификатор тематических задач гидрологии рек 150 Заключение 156 Литература 157 3

Введение Гидрология рек (потамология) является один из крупнейших разделов гидрологии с основным объектом исследования – реки, ко- торые представляют собой водотоки значи- тельных размеров, питающиеся осадками со своего водосбора и имеющие чётко выражен- ное русло [11]. К рекам не относятся времен- ные водотоки, водотоки, не имеющие водо- сбора (например, сформированные приливами в приморских районах), каналы. Гидрология рек является комплексной научной дисциплиной и включает подразде- лы, которые имеют как научное, так и большое практическое значение: распространение рек на земном шаре, типизация рек, важнейшие реки России и ми- ра; речной бассейн и водосбор, физико-географические и геологические характеристики речного бассейна, морфология и морфометрия речного бассейна; строение речного русла поймы и речной долины; структура речной сети водосборного бассейна; снеговое, дождевое, подземное и ледниковое водное питание рек; расходование воды в речном бассейне, испарение и инфильтрация; водный баланс бассейна реки; водный режим рек (многолетние изменения водности рек), фазы водного режима; речной сток и его составляющие: сток воды, сток взвешенных и влекомых наносов, сток растворённых веществ, сток живого вещества (биосток), сток теплоты (тепловой сток); торы формирования и характеристики стока воды и методы их расчета; закономерности движения воды в реках, распределение скоростей течения в речном потоке, уравнение движения речного потока, циркуляция воды в реке; взвешенные и влекомые наносы и их характеристики, закономерности движения, сток взвешенных и влекомых наносов и методы его расчёта; русловые процессы на участках рек; гидрологические процессы в устьях рек, процессы смешения речных и морских вод, дельтообразование; термический и ледовый режим рек; гидрохимические и гидробиологические характеристики речных вод, качество и за- грязнение речных вод; практическое значение рек, виды использования их водных ресурсов, влияние хозяй- ственной деятельности на гидрологический режим рек и их водные ресурсы; экстремальные гидрологические явления на реках (катастрофические наводнения во время паводков и заторов льда, штормовых нагонов в устьях рек и др.). В зависимости от условий формирования режима различают равнинные, горные, озёрные, болотные, карстовые, а в зависимости от размеров – большие, средние и малые реки. Иногда выделяют реки с зональным, азональным и полизональным (сложным) ре- жимом. В гидрологии под зональностью понимается часть территории земной поверхно- сти, характеризующейся достаточной однородностью свойств водных объектов или про- цессов, в них совершающихся. 4

Большой рекой называют реку, бассейн которой располагается в нескольких геогра- фических зонах и гидрологический режим её не свойственен каждой географической зоне в отдельности. К данной категории относятся равнинные реки, имеющие бассейн площа- дью более 50 000 км2 [11]. Средней рекой называют реку, бассейн которой располагается в одной географиче- ской зоне и гидрологический режим её свойственен рекам этой зоны. К категории средних рек относятся равнинные реки, имеющие бассейн от 2 000 до 50 000 км2 [11]. Малой рекой называют реку, бассейн которой располагается в одной географической зоне и гидрологический режим её под влиянием местных факторов может быть не свой- ственен рекам этой зоны. К данной категории относятся реки, имеющие бассейн площа- дью не более 2 000 км2 [11]. При изучении реки рассматриваются как пространственные объекты, которые одно- значно определяются содержанием, границами и описываются в виде набора данных. Для этого существуют исторически сложившиеся воднобалансовая, гидрологическая на реках и каналах, гляциологическая, метеорологическая и другие наблюдательные сети. Появление со- временных геоинформационных систем (ГИС) и средств дистанционного зондирования вод- ных объектов из космоса открыло новые перспективы для науки и практики потамологии, обеспечивая одновременный сбор данных со всего бассейна рек с различным уровнем разре- шения, требуемой сезонностью и оперативностью. Современное представление о задачах, решае- мых с использованием космических систем (КС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в инте- ресах гидрологии поверхностных вод суши, изло- жено в Классификаторе тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решае- мых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли [16]. Для решения задач гидрологии рек используют- ся съёмочные приборы спектрального диапазона от 0,4 мкм до 70 см, с разрешением от 1 до 500 мет- ров. Обычно сезон съёмки – бесснежный и осень. В Классификаторе выделены группы задач гидрографии и гидрометрии рек, русловых про- цессов, ледовой обстановки, половодий и павод- ков. Современная гидрография изучает и выявляет закономерности распространения по- верхностных вод; даёт описание водных объектов или территорий с общей характеристи- кой режима и хозяйственного значения, географических условий территории. Гидрометрия рассматривает методы наблюдений за режимом водных объектов и измерений гидрологических величин; применяемые для этого приборы и способы обра- ботки результатов. В рамках русловых процессов изучаются закономерности перемещения водных масс и наносов, течения, волнения, сгонно-нагонные явления; закономерности формирования берегов и русел рек, явления размыва, перемещения и отложения (аккумуляции) частиц грунтов, слагающих русло и берега. Важное значение в гидрологии рек придаётся задачам, которые связаны с монито- рингом опасных природных явлений (ОПЯ): половодья, зажоры, заторы, паводки, сели, низкий межень, раннее ледообразование и ледоходы. Наводнения являются наиболее раз- рушительными стихийными бедствиями на протяжении практически всей истории Рос- сии. По статистике они угрожают примерно 2,4% территории страны, ежегодно затапли- вая около 5 млн. га (0,3%) суши, причём в половине случаев это происходит из-за весен- него таяния снега [42]. 5

1. Водоразделы и речные бассейны Реки являются важнейшим элементом большого (мирового) круговорота воды в природе. Водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении солёная вода превращается в пресную воду, а загрязнённая – очищается. Из почти 1,4 млрд. км3 общего объёма вод гидросферы доля рек составляет всего 0,0002 %, а доля в запасах пресной воды – 0,005 %. Морфологию речного стока определяют водоразделы. Водораздел – граница между смежными водосборами. Представляет собой условную топографическую линию на земной поверхности, разделяющую водосборы двух или не- скольких рек, озёр, морей и океанов, направляя сток атмосферных осадков по двум проти- воположным склонам. Местность вокруг линии водораздела называется водораздельной территорией. В гористых областях водоразделы обычно проходят по гребням гор, на рав- нинах – по холмистым высотам или даже низменностям. На равнинах водораздел обычно выражен в рельефе нечётко и превращается в плоское водораздельное пространство (или водораздельную территорию), на котором направление стока может быть переменным. Водосбор (водосборный бассейн, водосборная площадь) – часть земной поверхности, толща почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Включает поверх- ностный и подземный водосборы, которые в общем случае географически не совпадают. Определить границу подземного водосбора практически очень сложно, поэтому за неё обычно принимается граница поверхностного водосбора. Часть суши, с которой реки несут воды в океаны и соединённые с ними моря, назы- вается областью внешнего стока, а часть суши, с которой вода поступает в замкнутые во- доемы, не имеющие связи с океаном – областью внутреннего стока. По площади область внешнего стока занимает 78% материков, а область внутреннего стока – 22%, что пред- ставлено на карте водосборных бассейнов Мирового океана. Рисунок 1 – Карта водосборных бассейнов Мирового океана 6

Главный водораздел делит сушу на две покатости: первая – со стоком рек в Атлантический и Северный Ледовитый океаны (60%); вторая – со стоком рек в Тихий и Индийский океаны (40%). Второстепенные водоразделы – это водоразделы бассейнов Тихого, Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого и Южного океанов, а также областей с внутренним стоком или бессточных областей. Главный водораздел земного шара проходит по Южной и Северной Америке, Азии и Африке; он тянется от мыса Горн по Андам, Скалистым горам до Берингова пролива, по восточному нагорью Азии, пересекает его в широтном направлении, а затем продолжается вдоль восточной окраины Африки к её южной оконечности. Второстепенные водоразделы. Водоразделы бассейнов океанов по отдельным ма- терикам расположены следующим образом. В Европе водораздел рек, принадлежащих к бассейну Северного Ледовитого океана, проходит от юго-западного побережья Норвегии по Скандинавскому нагорью, возвышен- ности Манселькя, между озерами Сегозеро и Онежским, Белым и Кубенским, далее по Северным Увалам, Уральскому хребту, хребту Пай-Хой. Водораздел бассейнов рек Атлантического океана проходит от юго-западного побе- режья Норвегии до озер Сегозеро и Онежского, совпадает с водоразделом бассейнов рек Северного Ледовитого океана. Далее линия водораздела проходит между озерами Онеж- ским и Белым, по Валдайской, Среднерусской и Приволжской возвышенностям, Ергеням и Главному Кавказскому хребту. В Азии водораздел бассейнов рек, впадающих в Тихий океан, проходит от мыса Дежнева по хребтам Чукотскому, Колымскому, Джугджур, Становому, Яблоновому, Хэнтэй, по возвышенностям северной части пустыни Гоби и далее по хребтам Большой Хинган, Иныпань, Наныиань, Кукушили, Тангла, Хэндуаныпань, Билау (п-ов Малакка). Водораздел бассейнов рек, текущих в Индийский океан, в Азии проходит от южной части Суэцкого канала к истоку реки Евфрат, по горам Загрос, плоскогорью Серхед, Гин- дукуш, южной части Тибета до хребта Кукушили и далее по водоразделу Тихого океана. Водораздел Северного Ледовитого океана в Азии проходит от северной оконечности суши в проливе Маточкин Шар, по хребтам Пай-Хой и Уральскому, междуречью рек То- бола, Тургая, Ишима, Казахскому мелкосопочнику, хребтам Тарбагатай, Монгольскому Алтаю, Танну-Ола, Хангай, Хэнтей и далее совпадает с водоразделом Тихого океана. В Африке водораздел между бассейнами рек Индийского и Атлантического океанов проходит от Суэцкого канала по вершинам гор, расположенным вдоль Красного моря, по восточной части Абиссинского нагорья, далее к востоку от озера Виктория, между озера- ми Танганьика и Ньяса, по горам Мучинга, между реками Конго и Замбези, Кубанго и Ку- нене, западнее и южнее озера Этоша, по хребту Дамараленд, возвышенностям юго- западной и южной окраин пустыни Калахари, Драконовым горам до мыса Игольного. В Северной Америке водораздел между Северным Ледовитым, Тихим и Атлантиче- ским океанами проходит от мыса Принца Уэльского (Аляска) по горным хребтам Брукс, Ричардсон, Селуин, Скалистым горам, по возвышенностям между реками Миссисипи и Нельсон, севернее озёр Верхнего и Гурон, по полуострову Лабрадор. Водораздел между Тихим и Атлантическим океанами проходит по Скалистым горам, верховьям рек Мисси- сипи и Саут-Саскачеван, по перешейку Теуантепек и далее до Панамского канала. В Южной Америке водораздел Тихого и Атлантического океанов проходит от Па- намского канала по Андам, через Магелланов пролив по острову Огненная Земля. В Австралии водораздел между бассейнами рек Тихого и Индийского океанов про- ходит от мыса Йорк по Большому Водораздельному хребту до мыса Юго-Восточного. Водоразделы бассейнов океанов делят Атлантико-Ледовитую и Тихоокеанско- Индийскую покатости на более мелкие части, выделяя площади водосборов океанов и об- ластей внутреннего стока. 7

К Северному Ледовитому океану относится 15% всей площади суши земного шара, к Атлантическому – 34%, к Тихому – 17%, к Индийскому – 14% и к областям внутреннего стока – 20%. Такое неравномерное распределение площадей водосборов океанов обуслов- лено тем, что большая часть поверхности суши имеет склон к Атлантическому и Север- ному Ледовитому океанам. В Европе, на территории России, имеется огромная область внутреннего стока – во- досборный бассейн Каспийского моря, ограниченный с запада водоразделом Атлантиче- ского океана, с севера водоразделом Северного Ледовитого океана, с востока Уральским хребтом и Мугоджарами (южный отрог Уральских гор в Казахстане) и с юга водоразде- лом Индийского океана. В Средней Азии к бессточным территориям относится обширная Туранская низмен- ность, включающая пустыни Каракумы, Кызылкум, Бетпак-Дала, Муюнкум, плато Устюрт и др. В центральной Азии большая территория, заключённая между водоразделами Тихо- го, Индийского и Северного Ледовитого океанов, также является областью внутреннего стока. В эту область входят пустыни Алашань, Гоби, Такла-Макан и др. Области внутрен- него стока имеются на полуострове Малая Азия. Преобладающая часть Аравийского по- луострова относится к бессточной области. Бессточные области находятся также в между- речье Инда и Ганга. В Африке к областям внутреннего стока и бессточным относятся пустыни Сахара, Ливийская, Нубийская, Калахари и Намиб, водосборы озер Чад, Руква, Рудольф и др. Бассейны крупнейших рек России. Реки России принадлежат к бассейнам Северно- го Ледовитого, Тихого и Атлантического океанов. Кроме того, часть рек впадает во внут- ренние, не связанные с Мировым океаном, моря и озера. Водосборные бассейны круп- нейших рек России представлены на рисунке. Рисунок 2 – Водосборные бассейны крупнейших рек России [4] К бассейну Северного Ледовитого океана, его окраинным морям (Баренцеву, Бело- му, Карскому, Лаптевых, Восточно-Сибирскому и Чукотскому), относится более полови- ны территории России (65%). Основную, центральную часть этого бассейна занимают 8

главнейшие водные артерии страны – Обь, Енисей и Лена. Между ними расположены бас- сейны рек Таза, Пура, Пясины, Хатанги и др. К западной части бассейна Северного Ледо- витого океана относятся бассейны рек Печоры, Северной Двины и Онеги, к восточной – Яны, Индигирки, Колымы и других рек. К бассейну Тихого океана принадлежит около 19 % территории России. Речной сток поступает в окраинные моря Тихого океана – Берингово, Охотское и Японское. В север- ной части бассейна протекают реки Анадырь и Камчатка, в южной – Амур. Реки средней части бассейна Тихого океана представляют собой короткие водотоки с небольшими площадями бассейнов. К бассейну Атлантического океана относится около 5% площади России, сюда вхо- дит речная сеть, принадлежащая бассейнам Балтийского, Черного и Азовского морей. Наиболее крупными реками бассейна Балтийского моря являются Нева, Нарва, Западная Двина, Неман; бассейна Черного моря – Днепр; бассейна Азовского моря – Дон, Кубань. Площадь Каспийской бессточной области составляет 11% территории России. К ней относятся такие крупные реки, как Волга, Урал, Терек и др. Водораздел между бассейнами Северного Ледовитого и Тихого океанов проходит по Чукотскому хребту, Анадырскому плоскогорью, горным хребтам Колымскому, Джу- гджур, Становому и Яблонову. Водораздел бессточного Каспийского бассейна образуют: Саяны, Алтай, а Атлантического океана – Урал, Северные Увалы и возвышенность Ман- селькя. Водораздел между бассейном Атлантического океана и Каспийским бассейном проходит по Валдайской, Среднерусской, Приволжской и Ставропольской возвышенно- стям и Главному Кавказскому хребту. Морфологические характеристики бассейнов рек включают: площадь, длину, наибольшую и среднюю ширину, коэффициент асимметрии. Площадь бассейна (F, км2) определяется на основе результатов оконтуривания бас- сейнов рек по водоразделам со смежными водосборами. Обычно для этих целей исполь- зуют тематические карты речных бассейнов. Наибольшую площадь бассейна среди рек России имеет Обь – 2990 км2. Длина площади бассейна (L, км) определяется расстоянием по прямой от устья реки до наиболее удалённой точки бассейна. Наибольшая ширина бассейна определяется на линии, перпендикулярной линии длины бассейна, в наиболее широком месте. Средняя ширина бассейна (Bср, км) определяется путём деления площади бассейна на его длину Вср = F / L. Коэффициент асимметрии бассейна (а). Главная река бассейна может занимать симметричное положение (посреди бассейна) или боковое, т.е. подходить к одному из во- доразделов. Обычно положение главной реки бывает асимметричным. Мерой асимметрии бассейна является коэффициент, определяемый по формуле: a = 2 × (Fл - Fп) / (Fл - Fп). где Fл – площадь левобережной части бассейна, км2; Fп – площадь правобережной части бассейна, км2. Конфигурация речного бассейна. Речные бассейны в большинстве случаев имеют грушевидную форму и характеризуются сужением в верховьях и низовьях, расширением в средней части. Конфигурация бассейна характеризуется коэффициентом развития длины водораздельной линии бассейна – r, представляющей собой отношение длины водораз- дельной линии (S), к длине окружности круга (S'), площадь которого равна площади бас- сейна: 9

r = S / S' = S / 0,282 × F1/2, где S – длины водораздельной линии; F – площадь бассейна. Наименьшее значение коэффициента речного бассейна равно единице; с его увели- чением форма речного бассейна больше отличается от формы круга. К важным морфологическим характеристикам также относят среднюю высоту бас- сейна, длину водораздельной линии, средний уклон поверхности. Сток рек России. На территории России формируется около 10% мирового речного стока. Объём внутренних водных ресурсов речного стока на территории России составля- ет в среднем свыше 4030 км3/год и занимает второе место в мире после Бразилии. Осталь- ной объём приходится на приток с территорий других государств. Таблица 1 – Среднегодовое распределение притока и водного стока рек по сопредельным странам [13] Приток на территорию России, Водный сток за пределы России, Граница км3 км3 Финляндия 14,1 0,98 Польша 1,17 - Белоруссия 7,55 - Украина 6,22 8,45 Грузия 0,81 - Азербайджан - 2,44 Казахстан 27,4 1,74 Монголия 12,7 0,80 Китай 0,66 - Всего 70,61 14,41 На освоенных территориях России сток рек составляет около 800 км3/год, в том чис- ле в наиболее заселённых и экономически развитых районах Европейской части – лишь 360 км3/год. При этом имеет место широкая вариация показателя стока по регионам Рос- сии в зависимости от сезонов. На средних реках южного склона России (южнее Тамбова, Пензы, Самары, Кургана, Омска) годовые расходы воды в многоводные годы в 2-4 раза больше, а в маловодные – в 6-20 раз меньше средних многолетних. На малых реках в за- сушливых зонах годовые расходы в многоводные годы в 4,5-5 раз больше, а в маловодные годы – в 20-30 раз меньше средней многолетней величины (либо вообще близки к нулю). Таблица 2 – Внутригодовое распределение стока рек по некоторым регионам России Сезонный сток, % от годового Регион весна лето-осень зима Север европейской территории 55–65 25–35 10–20 Запад и юго-запад европейской территории 30–50 30–35 20–35 Южное Заволжье, Южное Приуралье 90–95 4–8 1–2 Крайний север и Северо-восток Сибири 40–50 45–55 5 Западная Сибирь 45–55 35–45 10 Восточная Сибирь, Урал 70–80 15–25 5 Забайкалье, Яно-Индигирский район, Дальний Восток, Камчатка 30–40 55–65 5 Около 80% суммарного стока рек сбрасывается в моря Северного Ледовитого океана – Баренцево, Белое, Карское, море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское. К этому водному бассейну относятся такие речные гиганты, как Обь, Енисей и Лена, а также менее крупные реки – Северная Двина, Печора, Яна, Индигирка и Колыма. 10

Горы и равнины Дальнего Востока дренируются реками, несущими свои воды в мо- ря Тихого океана – Берингово, Охотское и Японское. Главная река этого бассейна – Амур, а вторая по величине – Анадырь. Бассейну Атлантического океана принадлежат впадающие в Чёрное, Азовское и Балтийское моря реки западной части страны; основные из них – Нева, Дон и Кубань. Реки Волга и Урал, несущие свои воды в Каспийское море, относятся к бассейну внутреннего стока. Семь крупнейших рек страны имеют водосборную площадь, превышающую 1 млн. км2. Прежде всего это Обь – почти 3 млн. км2, затем идут Енисей, Лена и Амур – соответ- ственно 2,6, 2,5 и 1,9 млн. км2. Волга среди российских рек занимает лишь 6 место в стране по площади водосбора – почти 1,4 млн. км2. Свыше 40 рек России обладают водосборной площадью более 100 тыс. км2. Таблица 3 – Распределение речного стока по бассейнам с площадями водосбора более 100 тыс. км2 [13] Средний многолетний Площадь водосбора, тыс. Река Куда впадает годовой сток в устье, км2 км3 Дон 422 Азовское море 28,1 Волга 1360 Каспийское море 251 Ока 245 Волга 41 Кама 507 Волга 118,9 Белая 142 Кама 30,6 Вятка 129 Кама 28,1 Урал 237 Каспийское море 10,1 Северная Двина 357 Белое море 109 Вычегда 121 Северная Двина 36,6 Печора 322 Баренцево море 130 Обь 2990 Обская губа 400 Чулым 134 Обь 24,8 Иртыш 1643 Обь 89,3 Ишим 177 Иртыш 2,16 Пур 112 Карское море 32,8 Таз 150 Карское море 45,7 Енисей 2580 Карское море 630 Ангара 1039 Енисей 160,9 Подкаменная Тунгуска 240 Енисей 49,5 Нижняя Тунгуска 473 Енисей 116,1 Селенга 447 Байкал 30,6 Пясина 182 Карское море 82 Нижняя Таймыра 124 Карское море 29 Хатанга 364 Море Лаптевых 104,7 Оленек 219 Море Лаптевых 38,2 Лена 2490 Море Лаптевых 532 Витим 225 Лена 69,4 Олекма 210 Лена 61,5 Алдан 729 Лена 161,2 Учур 113 Алдан 42,4 Мая 171 Алдан 37,1 Вилюй 454 Лена 46,7 Яна 238 Море Лаптевых 31,5 Индигирка 360 Восточно-Сибирское море 58,3 Колыма 647 Восточно-Сибирское море 123 Омолон 113 Колыма 22,1 Анадырь 191 Берингово море 53 Амур 1855 Охотское море 344 Шилка 206 Амур 17,4 Аргунь 164 Амур 10,7 Зея 233 Амур 59,9 Уссури 193 Амур 33,7 11

Малые реки России поставляют до 50% стока в замыкающие створы крупных реч- ных систем – совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде об- щего потока. В целом по Российской Федерации среднемноголетний показатель собствен- ных водных ресурсов малых рек составляет около 4 тыс. км3 / год. Объем экологически безопасного изъятия водных ресурсов не должен превышать в замыкающем створе 20% величины естественного стока рек. Для разных рек эта величина может изменяться в пределах от 5 до 20%. Из суммарного среднемноголетнего объема речных вод России, равного примерно 4300 км3, потенциальные эксплуатационные ресур- сы оцениваются приблизительно в 1280 км3/год. В бассейнах ряда рек России фактиче- ский отбор воды уже превышает потенциальные эксплуатационные ресурсы, ставя под угрозу устойчивое существование бассейновых экосистем, надежное водоснабжение населения и хозяйственной деятельности. Наибольшие значения коэффициентов стока 0,43 и 0,58 характерны для Северной Двины и Печоры, а наименьшие 0,12 – для рек южного склона, например, Дон. Коэффи- циент стока Волги составляет в районе Волгограда 0,28. Таблица 4 – Водный баланс основных речных бассейнов России [13] Элементы баланса, мм Площадь, Коэффициент Бассейн реки – пункт км2 стока осадки сток испарение Печора – с. Оксино 312000 705 410 295 0,58 Северная Двина – с. Усть-Пинега 348000 706 306 400 0,43 Нева – д. Новосаратовка 281000 727 281 446 0,39 Дон – станица Рачдорская 378000 598 73,8 524 0,12 Волга – г. Волгоград 1360000 673 187 486 0,28 Ока – г. Муром 188000 699 153 546 0,22 Кама – с. Сокольи Горы 507000 693 225 468 0,32 Урал – с. Тополи 229000 407 48,3 359 0,12 Обь – г. Салехард 2890000 543 133 410 0,24 Иртыш – г. Тобольск 969000 449 69 380 0,15 Тобол – с. Липовское 423000 451 71 380 0,16 Енисей – г. Игарка 2470000 515 229 286 0,44 Ангара – г. Братск 736000 405 123 282 0,3 Селенга – г. Улан-Удэ 440000 350 66 284 0,19 Подкаменная Тунгуска – 241000 511 221 290 0,43 ф. Черный Остров Нижняя Тунгуска – 435000 519 239 280 0,46 ф. Большой порог Лена – с. Кюсюр 2430000 463 212 251 0,46 Витим – г. Бодайбо 186000 454 255 195 0,56 Алдан – с. Усть-Миль 269000 567 317 250 0,56 Вилюй – с. Сунтар 202000 377 117 260 0,31 Яна – м. Джангкы 216000 328 133 195 0,41 Индигирка – м. Воронцово 305000 350 160 190 0,46 Колыма – г. Среднеколымск 361000 426 201 225 0,47 Анадырь – с. Снежное 106000 538 323 215 0,6 Камчатка – с. Ключи 45600 789 569 220 0,72 Амур – г. Комсомольск-на-Амуре 1730000 605 190 415 0,31 Зея – с. Малая Сазанка 207000 606 246 360 0,41 Реки Сибири и Дальнего Востока характеризуются значительной вариацией элемен- тов водного баланса. Из рек России самый высокий коэффициент стока имеет Камчатка – 0,72. Крупнейший по площади бассейн Оби характеризуется коэффициентом стока 0,24. Бассейны других великих сибирских рек – Енисея и Лены – имеют практически одинако- вые коэффициенты стока – 0,44 и 0,46 соответственно. Коэффициент стока – отношение величины стока к величине выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение этой порции стока. 12

2. Рисунок речной сети 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 поверхностные водотоки. Совокупность по- стоянно и временно действующих водотоков и водоёмов суши (реки, озёра, болота и во- дохранилища) в пределах какой-либо территории образует гидрографическую сеть. Понятие водоток определяет водные объекты, характеризующиеся движением воды в направлении уклона в углублении земной поверхности, понятие водоём – водные объек- ты, характеризующиеся замедленным движением воды или полным его отсутствием. Когда рассматривается система постоянно и временно действующих водотоков, применяется термин русловая сеть, часть которой, состоящая из отчетливо выраженных русел постоянных водотоков, называется речной сетью. Под руслом понимается выработанное водотоком ложе, по которому постоянно или периодически происходит движение воды. Взаимное расположение русел рек, изображён- ное на картах или наблюдаемое с воздуха, называется рисунком речной сети. Различают три параметра рисунка речной сети: густота речной сети, способ соединения больших и малых рек и общее устройство водотоков. Густота речной сети – степень насыщенности территории водотоками. Характери- зуется коэффициентом густоты – отношение суммарной длины всех рек сети к площади территории. Речной сток России образуют более 2,7 млн. рек и ручьёв, общая протяжённость ко- торых составляет более 8 млн. км. Если учесть, что площадь России около 17 млн. км2, то среднее значение коэффициента густоты её речного стока составляет 0,47 км/км2. Особенность строения речной сети России заключается в преимущественно мери- диональном направлении течения большинства рек. Большинство рек несут свои воды в Северный Ледовитый (64%) и Тихий океаны (27%). В Азово-Черноморском (1%) и Кас- пийском бассейнах (7%), где проживает свыше 65% населения России, насчитывается все- го 193942 реки. На бассейн Балтийского моря приходится менее 2% количества всех рек России. Таблица 5 – Количество и протяженность рек России по бассейнам морей и океанов [13] Протяженность, Бассейн Количество рек км Балтийского моря 53585 140171 Северного Ледовитого океана, в том числе: 1629121 5715476 Белое море 109534 373 898 Баренцево 61348 240103 Карское 475187 2278219 Лаптевых 421786 16411381 Восточно-Сибирское 483672 997980 Чукотское 41830 84215 острова Северного Ледовитого океана 35764 99680 Тихого океана, в том числе: 685841 1729435 Берингово море 172140 400939 Охотское 437541 1151781 Японское 55024 110009 острова Тихого океана 21136 66706 Азово-Черноморский 23754 112988 Каспийский 170188 675536 Всего по России 2562489 8373606 13

На территории России расположено полностью или частично 8 из 50 крупнейших мировых рек: Обь, Енисей, Лена, Амур, Волга, Днепр, Дон, Урал. Число больших рек – 214 (0,008% от общего числа), средних рек с длиной от 101 до 500 км – 2833 (0,1% от об- щего количества учтённых водотоков). Реки длиной менее 100 км составляют около 95% от общего числа рек России и определяют примерно 92% густоты речной сети. Подавляющее большинство водотоков, протекающих по территории России, имеют длину менее 10 км. Их суммарная длина око- ло 95% общей длины рек страны. Малые реки и ручьи – основной элемент русловой сети водосборных территорий. В их бассейнах проживает до 44% населения России и почти 90% сельского населения. Густота речной сети зависит от ряда природных факторов: рельеф, геологическое строение местности, свойства почв, климата, в особенности от количества осадков и усло- вий их стока. Немаловажная роль принадлежит также историко-геоморфологическим фак- торам. Густота речной сети меняется в широких пределах. На севере она обычно больше, чем на юге, в горах – больше, чем на равнинах. Распределение густоты речной сети по территории России представлено на рисунке. Рисунок 3 – Густота речной сети России, км/км2 [13] Построить рисунок речной сети России с высокой степенью детализации весьма сложно по причине того, что подавляющая часть водотоков имеет длину менее 10 км (мелкие водотоки) и составляет около 95% общей длины рек страны. Большинство рек от- носятся к бассейнам Северного Ледовитого (64%) и Тихого (27%) океанов и протекают по лесистой слабо освоенной местности, значительная часть лесов которой относятся к типу старовозрастных лесов [34]. Конфигурация рисунка речной сети обычно определяется рельефом, характером залегания и составом пород, новейшими тектоническими движениями и пр. По отношению к тектоническим структурам различают продольную и поперечную конфигурацию, а по отношению к первичному уклону: 14

консеквентную – развивающуюся по уклону и падению пород; субсеквентную – поперечную к уклону и продольную по отношению к геологиче- ским структурам; обсеквентную – пересекающую пласты в направлении, обратном их уклону; ресеквентную – повторяющую направления консеквентных рек, но реками - прито- ками; инсеквентную – нейтральную по отношению к уклону и залеганию пород. Наиболее полное представление о рисунке речной сети даёт его изображение на то- пографических картах и построенных на их основе специальных картах: гидрографиче- ская, речного и поверхностного стока и др. Наиболее используемые масштабы карт: 1:50000, 1:200000, 1:1000000. При показе рек на картах отображаются такие содержательные признаки, как тип и характер речной системы и водотока, её судоходность, режим и мощность водного потока, скорость течения реки, особенности строения дна и берегов русла, поймы и речной доли- ны, «зрелость» реки, характер дельты, характер переправ через реку. К пространственно- структурным признакам, отображаемым на картах, относят извилистость рек, их ширину, длину, глубину, направление течения, форму русла реки в плане, продольный профиль потока, характер очертания берегов. Все реки и каналы на картах разделяются на судоходные и несудоходные. Судоход- ные участки рек и судоходные каналы выделяются на картах шрифтом подписей их соб- ственных названий. Начало судоходства показывается специальным условным знаком. К судоходным относят реки и каналы, по которым осуществляется судоходство речных су- дов в период навигации. Выделяются наиболее полноводные и в первую очередь судоход- ные протоки. По постоянству водного потока реки подразделяются на постоянные и пере- сыхающие. Постоянные реки имеют сток в течение всего года, пересыхающие – только в определенные периоды. Русла периодического стока показываются знаком сухих русел. По внешней форме в плане (по очертанию) все речные системы в зависимости от ха- рактера рельефа и геологического строения местности подразделяются на древовидно- ветвящиеся, перистые, стволовые, решетчатые, параллельные, радиальные, лабиринтооб- разные, веерообразные и др. [5]. Рисунок 4 – Типы речных систем по форме на плане: 1 – древовидная; 2 – перистая; 3 – стволовая; 4 – решётчатая; 5 – параллельная; 6 – радиальная; 7 – лабиринтообразная; 8 – веерообразная 15

Наиболее распространён древовидный (дендритовый) тип речных структур. Парал- лельный тип характерен для прибрежных равнин, стволовой – для озёрных рек, радиаль- ный – расчленяет куполовидные возвышенности. Фракталы в гидрологии рек. В последнее время в гидрологии при исследовании способов соединения больших и малых рек и общего устройства водотоков всё чаще ис- пользуется теория фракталов. Под фракталом понимается геометрический объект, обладающий свойством само- подобия: каждая (даже самая малая) часть объекта подобна любой более крупной его ча- сти и объекту в целом. В гидрологии суши наиболее выраженными фрактальными свой- ствами обладают системы временных и постоянных водотоков. В границах любого речного бассейна эти водотоки образуют иерархию временных ручейковых, овражно-балочных и постоянных речных систем разного (постепенно возрас- тающего) размера. В результате возникает подобие (фрактальность) строения русловой сети. Однако это подобие имеет относительный характер. Например, сравнение русловых систем, приведённое в работе [2], для реки Оки, её крупного притока Мокши, главного притока Мокши – река Цна; главного притока Цны – река Выша показывает, что русловые сети одинакового древовидного характера сильно отличаются по рисунку. Рисунок 5 – Бассейны и русловые сети рек Ока, Мокша, Цна, Выша 16

В общем случае русловые сети имеют стволовой или древовидный рисунок. Стволо- вые сети характеризуются предельно малым числом водотоков. Часто в них представлен лишь один водоток. Такой характер организации русловой сети возможен в верховьях рек, если не рассматривать временных и постоянных водотоков в овражно-балочной сети реч- ных бассейнов. При увеличении размера главной реки вероятность сохранения стволового типа сети минимальна. Стволовой рисунок речной сети характерен для некоторых озер- ных рек. К нему близка, например, сеть водотоков в бассейне реки Невы. Классификация рисунков речной сети, используемых при исследовании фракталь- ных свойств и проведении гидрологических расчётов, представлена на рисунке. Рисунок 6 – Классификация рисунков речной сети [2] В структуре классификации рисунков речной сети использованы обозначения: СТ – стволовая; СР – симметричная равномерная, СП – симметричная привершинная, СФ – симмет- ричная Ф-образная, СК – симметричная корневая; ПР – правобережная равномерная, ПП – правобережная привершинная, ПФ – право- бережная Ф-образная, ПК – правобережная корневая; ЛР – левобережная равномерная, ЛП – левобережная привершинная, ЛФ – левобе- режная Ф-образная, ЛК – левобережная корневая. Практически абсолютное большинство рек имеют древовидную структуру, которая характеризуется степенью выраженности древовидного строения речной сети и определя- ется симметричностью. Симметричность или асимметрия (правосторонняя и левосторонняя) русловой сети зависит от соотношения площади правобережных Fпр и левобережных Fл водосборных притоков. При условии их примерного равенства древовидная русловая сеть симметрична. Симметричной русловой сетью обладают, например, бассейны рек Ока и Цна. Чаще фор- мируются асимметричные русловые сети. Например, реки Мокна и Выша. Для количественного определения меры выраженности симметричности (асиммет- ричности) рисунка русловых систем используют отношение между суммарной площадью бассейнов правобережных и левобережных притоков: если выполняется неравенство 0,5 <  Fпр /  Fл < 2, то речную сеть можно считать симметричной; если выполняется неравенство  Fпр /  Fл < 0,5, то речная сеть имеет левосторон- нюю асимметрию; если выполняется неравенство  Fпр /  Fл > 2 – правостороннюю асимметрию. Особенности строения русловой сети определяются равномерностью (неравномерно- стью) впадения притоков в главную реку, т.е. равномерностью расположения узлов слия- ния водотоков в бассейне реки. 17

При равномерном впадении притоков число узлов слияния определяется возрастаю- щей функцией от её длины. Большинство речных систем имеет квазиравномерную сеть, для которых увеличение числа узлов слияния мало отличается от «идеальной» древовид- ности русловой сети. Если основные притоки реки сосредоточены в её верховьях, то русловую сеть назы- вают неравномерной привершинной. Она характерна для случаев расположения верховий реки в зоне избыточного (или достаточного) увлажнения, а средней и нижней части её бассейна – в аридной области (пустынные, полупустынные и другие засушливые террито- рии земного шара). Неравномерный привершинный рисунок русловой сети присущ, например, реке Урал. Если основное количество притоков приурочено к среднему или нижнему течению главной реки, то такой рисунок сети считается неравномерным Ф-образным или корневым соответственно. Следует сказать, что подобные рисунки русловой сети формируются от- носительно редко. Рисунок 7 – Нарастание общего чис- ла узлов слияния в бассейне по длине главной реки при равномерном (1), привершинном (2), Ф-образном (3) и корневом (4) типе рисунка речной сети Несмотря на возможные различия в строении русловой сети, элементы этой сети об- ладают свойствами самоподобия (фрактальности). Их самоподобие определяется, в част- ности, порядком реки N, закономерно изменяющимся от истока к устью. При этом боль- шинство гидрографических, гидрологических и морфодинамических характеристик на произвольном участке реки являются функциями от её порядка. Порядок реки определя- ется в соответствии с несколькими принятыми концепциями, что иллюстрирует рисунок. Рисунок 8 – Схемы определения порядков рек: а) – классическая; б) – Стралера-Философова; в) – Шейдеггера 18

Для концептуальных схем Стралера-Философова и Шейдеггера в соответствии с концепцией Р. Хортона первый порядок, N = 1, всегда присваивается малым водотокам, не имеющим притоков. По схеме формализации структуры водотоков Стралера-Философова слияние двух рек первого порядка дает реку порядка N = 2. Слияние двух рек второго порядка даёт реку третьего порядка и т.д. В случае слияние двух рек разного порядка возникает объединен- ный поток, порядок которого равен наибольшему из порядков сливающихся водотоков. При последовательном впадении в главную реку многих небольших притоков изменение её порядка не происходит, хотя изменение ряда гидрологических характеристик может быть вполне ощутимо. Определение порядка реки по классической схеме (по отношению к очередности впадения в главную реку притоков) полностью исключает исследование фрактальных свойств русловых систем. Притоки, непосредственно впадающие в главную реку, в рамках такой схематизации считаются притоками первого порядка. Притоки рек первого порядка являются притоками второго порядка и т.д. Например, река Ока является рекой первого порядка, Мокша − второго порядка, Цна – третьего порядка, а Выша – четвертого порядка по отношению к реке Волге. Из этого следует, что реки Ока, Сура, Кама, Чапаевка и Сок имеют одинаковый (первый порядок) и, тем не менее, они не подобны друг другу по длине, площади водосбора и другим характеристикам водотоков. Фрактальность русловой сети наилучшим образом характеризуется величиной по- рядка рек Nш, определяемой по схеме А. Шейдеггера [8] согласно функциональной зави- симости Nш =1+ log2P, где P – количество рек первого порядка в речном бассейне выше створа определения Nш. В качестве Р можно, например, принимать количество рек длиной менее 10 км, которое определяется в справочнике «Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изу- ченность». Порядок реки Nш ⊂ [1,Nшу], где Nшу – максимальная величина порядка реки выше вершины её устьевой области. Порядок реки является характеристикой размера элементов русловой сети территории и лишь в частных случаях это целочисленная величина. Напри- мер, для реки Ока максимальная величина порядка Nшу = 15,1; для реки Мокша – 12,7; для реки Цна – 11,3; для реки Выша – 9,7. Порядкам сети (или размерам элементов русловой сети) соответствуют вполне опре- деленные гидрографические характеристики (или «меры» по терминологии теории фрак- талов). Увеличение порядков рек сопровождается возрастанием их длин L, а также пло- щадей бассейнов F. Закономерно изменяются также средние гидрологические (характер- ные расходы воды, сток взвешенных и влекомых наносов) и морфодинамические характе- ристики русла. Первые примеры самоподобных множеств с необыч- ными свойствами появились в XIX веке в результате изу- чения непрерывных недифференциируемых функций. Например, функции Больцано и Вейерштрасса. Термин «фрактал» [от лат. fractus - дроблёный, сломанный, раз- битый] введён создателем фрактальной геометрии мате- матиком Бенуа Мандельбротом (20.11.1924 - 14.10.2010) в 1975 году и получил широкую известность с выходом в 1977 году его книги «Фрактальная геометрия природы». Особую популярность фракталы приобрели с развитием компьютерных технологий визуализации. 19

Слово «фрактал» употребляется не только в качестве математического термина. Фракталом также обозначают предметы, обладающие, по крайней мере, одним из следу- ющих свойств:  Обладают нетривиальной структурой во всех масштабах. В этом их отличие от регулярных фигур (например, окружность, эллипс, график гладкой функции): если рассматривать небольшой фрагмент регулярной фигуры в очень крупном масштабе, то он будет похож на фрагмент прямой.  Для фрактала увеличение масштаба не ведёт к упрощению структуры, то есть на всех шкалах имеет место одинаково сложная картина.  Являются самоподобным или приближённо самоподобным.  Обладают дробной метрической размерностью. Многие объекты в природе обладают фрактальными свойствами. Например: побе- режья морей, кроны и корневые системы деревьев, кристаллы снежинок, кровеносная си- стема и система альвеол человека. В теории фракталов [24] для измерения объектов служит мера М, главное свойство которой аддитивность и нелинейность. Мера определяется через размерность D и размер S выражением M = SD. В качестве привычных мер можно привести пример двухмерных (D = 2) и трёхмер- 2 3 ных (D = 3) фигур, для которых мера является площадью S и объёмом S соответственно. Если геометрическую фигуру уменьшить в R раз (отмасштабировать), то она будет укла- D дываться в исходной фигуре R раз. Рисунок 9 – Пример: Если треугольник (размер) при размерности D = 2 уменьшить в 3 раза, то он уложится в исходном тре- угольнике 9 раз (32 = 9). В русловых системах сформулированная зависимость для вычисления меры М вы- полняется при замене размера (размер самоподобных объектов) S на порядок реки (размер элементов русловой) сети N. Масштабные эффекты изменения меры определяются размерностью (фрактальной размерностью) D, величина которой является функцией условий формирования речной сети, речного стока и т.п. В практике геоморфологических и гидрологических исследований в качестве фрак- тальной размерности рассматриваются коэффициенты бифуркации или масштабных из- менений длины рек, площади их водосборов, характерных расходов воды и т.п. Они отра- жают изменение этих характеристик при увеличении (уменьшении) порядка реки (прояв- ление масштабного эффекта). 20

Мерой масштабного эффекта является, в частности, коэффициент масштабного из- менения Ki = MN+1 / MN, который показывает кратность изменения той или иной гидрографической, гидрологиче- ской или морфодинамической характеристики реки при последовательном их увеличении на единицу. Фрактальная размерность некоторых перечисленных характеристик является пере- менной или постоянной (преобладающий случай) величиной не только для одного, но и для многих речных бассейнов. В частности, стабильность фрактальной размерности (мас- штабного эффекта) характерна для изменения площади бассейна, поскольку его значение КF = 2,0 инвариантно по отношению к разнообразию изученных водосборов. Это связано с тем, что при увеличении порядка реки на единицу предполагается двукратное увеличение числа водотоков длиной менее 10 км и аналогичное изменение площади водосбора, если густота водотоков в его пределах есть величина постоянная. Чем больше густота водотоков d, тем меньше площадь водосбора F, необходимая для форми- рования реки заданного порядка N. Известно, что площадь бассейна и густота речной сети связаны с количеством рек a b первого порядка соотношением P = с·F ·d , в котором а, b и с являются эмпирическими параметрами. Тогда порядок реки по схеме А. Шейдеггера определяется выражением N = 1 + a·log2F + b·log2d + log2c. Универсальность зависимости подтверждается обобщением данных по 274 водосбо- рам в речных бассейнах Верхней Волги, Печоры и Амура (российская часть), разделенно- го на Верхний, Средний и Нижний Амур. На основе результатов обобщения с применением метода наименьших квадратов по- лучена обобщающая зависимость для расчёта порядка реки [2] N = 1,05·log2F + 1,75·log2d – 0,55. Порядок реки, является характеристикой размера элементов структуры русловых по- токов, мерой их подобия в отношении изменения гидрографических и гидрологических параметров речного бассейна. В частности, существует закономерное увеличение площа- ди водосбора F при возрастании порядка реки N. Верно и обратное утверждение: чем больше площадь водосбора, тем больше река, которая может сформироваться в её преде- лах. При заданной площади водосбора F порядок реки является возрастающей функцией густоты речной сети: чем больше d, тем больше N. Густота речной сети определяет усло- вия изменения характеристик речного стока по длине русловых систем. При прочих рав- ных условиях большим значениям густоты речной сети соответствуют более полноводные реки. 21

3. Питание и водный режим рек Тип питания и водный режим рек определяется географическим положением речных бассейнов и особенностями строения речной сети. Для российских рек характерно пре- имущественно меридиональное направление течения и наличие равнинных бассейнов, часть которых принадлежит 8 из 50 крупнейших мировых бассейнов равнинных рек – бас- сейны реки Оби, Енисея, Лены, Амура, Волги, Днепра, Дона, Урала. Самый большой в мире речной бассейн имеет Амазонка – 7,18 млн. км2. Площадь бассейна реки Лены составляет 14,5% территории России, Енисея – 15,1%, Волги – 7,9%, Оби – 17,5%, Амура – 10,8%, что в сумме равно 2/3 площади страны. Рав- нинные реки имеют огромное число притоков: Лена – 242496, Енисей – 201454, Волга – 105717, Обь – 161455, Амур – 172233. Согласно классификации В.П. Кёппена, в основе которой лежит простейший метео- рологический показатель – месячное распределение температуры и осадков, для террито- рии России наиболее характерен бореальный тип климата на материках с резко выражен- ными границами зимой и летом, в меньшей степени – сухой, умеренно тёплый без регу- лярного снежного покрова и полярный [35]. В настоящее время существует несколько подходов к классификации рек по типам и водному режиму, авторами которых являются А.И. Воейков, М.И. Львович, М.И. Зайков, П.С. Кузин и другие учёные. Климатическая классификация А.И. Воейкова. Первая классификация, взятая впоследствии за основу другими учёными, была предложена в книге «Климаты земного шара, в особенности России» (Санкт-Петербург, 1884 год) русского метеоролога, клима- толога и географа Александра Ивановича Воейкова, 8[20] мая 1842 год - 27 февраля [9 февраля] 1916 год. Рассматривая реки как продукт климата их бассейнов, А.И. Воейков считал возможным использовать особенности речного режима как индикатор климата. Для этой цели им была разработана климатическая классификация рек, в которой реки были разделены на типы. Тип А. Реки, получающие воду от таяния снега на равнинах и невысоких горах (до 1000 м). В чистом виде этот тип рек не существует. Наибольшее приближение к нему наблюдается в северной части Сибири и Северной Америки, где снежный покров держится 8-10 месяцев и большую часть вод реки получают от таяния снега. Тип В. Реки, получающие воду от таяния снега в го- рах. Этот тип рек тоже не существует в чистом виде. К нему приближаются реки западных частей горных мас- сивов, занимающих середину Азии: Сырдарья, Тарим, Инд в верхних течениях. Правильный ход температуры воздуха с максимумом летом обусловливает регулярно наблюдающееся летнее половодье. Тип С. Реки, получающие воду от дождей и имеющие половодье в летнее время. Этот тип рек характерен для областей с тропическими дождями и муссонами: Ама- зонка, Конго, Ориноко, Ганг, Брахмапутра, реки Дальне- го Востока нашей страны. Тип D. Реки, у которых половодье происходит вследствие таяния снега весной или в начале лета, причём значительная часть воды рек доставляется дождями. К этому типу от- носятся реки стран с суровой и снежной зимой и дождливым летне-осенним периодом: 22

большинство равнинных рек нашей страны (Восточно-Европейская равнина, Западно- Сибирская равнина), реки Скандинавии, Восточной Германии, северной части США. Тип Е. Вода доставляется дождями; она выше в холодные месяцы, но правильное периодическое изменение невелико. Этот тип преобладает в Средней и Западной Европе – бассейны рек Везера, Мааса, Шельды, Сены, реки Англии (кроме северо-запада) и др. Тип F. Вода доставляется дождями; она выше в холодное время, чем летом, и разни- ца значительная. Реки получают воду только в дождливое время осенью и зимой. Летом реки нередко пересыхают. К этому типу принадлежат реки Испании (вне гор), некоторых частей Ирана, Малой Азии, северного берега Африки (от Туниса до Марокко), Калифор- нии, Чили, южной и западной частей Австралии. Тип G. Отсутствие рек и вообще постоянных водотоков вследствие сухости климата. К районам без рек принадлежат Сахара, Каракумы и Кызылкум, большая часть Аравии, центральные плоскогорья Азии, обширные плоскогорья Северной Америки по обе сторо- ны Скалистых гор и др. Тип Н. Страны, где дождливое время коротко и реки имеют воду тогда и несколько времени после, а в остальное время пересыхают или превращаются в ряд луж с подзем- ным течением в промежутках между ними. Таковы, например, северная степная часть Крыма, степи по нижнему течению Куры и Аракса, часть Монголии и др. Тип I. Страны без рек вследствие того, что они сплошь покрыты снегом и ледника- ми; здесь реки заменяются ледниками с их подледниковыми потоками. К такому типу стран можно отнести, например, Гренландию. Выделенные девять типов рек сводятся в четыре группы: 1 группа – талое питание – включает реки, питающиеся талыми водами (тип А), от таяния снега в горах (тип В), от таяния снега весной и летом (тип D); 2 группа – дождевое питание – включает реки, питающиеся от дождей с половодьем летом (тип C), от дождей зимой с равномерным распределением в году (тип E), обильны- ми дождями зимой и отсутствие рек из-за сухости (тип F); 3 группа – тало-дождевое питание – включает реки, пересыхающие летом (тип H); 4 группа – подледниковое питание, включат реки c подледниковым питанием (тип I). В основу классификации А.И. Воейкова положен тезис: «реки – продукт климата». Изучив влияние климатических условий и внутригодовое распределение стока рек, им сделан вывод, что «при прочих равных условиях страна будет тем богаче текучими вода- ми, чем больше осадков и меньше испарения». Классификация рек М.И. Львовича. Советский гидролог Марк Исаакович Львович, 2[15] мая 1906 год - 1998 год, усовершенствовал классификацию А.И. Воейкова за счёт количественной оценки источников питания рек и сезонного распределения стока. К вве- дённым А.И. Воейковым дождевому, снеговому и ледовому источникам питания, М.И. Львович добавил подземный (грунтовой) тип питания. В классификации рек мира М.И. Львовича [20,21] речной сток имеет четыре основ- ных источника питания: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Преобладание од- ного из них накладывает на водный режим реки определенный отпечаток и характеризует географические и климатические условия, в которых формируется её гидрологический режим. Например, преобладание дождевого питания характерно для теплых регионов, снегового – для холодных, а ледникового (глетчерного) – для высокогорных районов. По- чти везде на суше имеется подземное питание рек, поэтому остальные источники питания (дождевое, снеговое, глетчерное) сочетаются с подземным питанием. Первым признаком, определяющим схему классификации М.И. Львовича, является тип режима по доминирующему источнику питания. Для определения вклада в годовой сток реки того или иного источника в схеме приняты три градации: Исключительное значение – когда сток, обусловленный одним из источников пита- ния, превышает 80 % величины годового стока реки, остальные источники питания могут 23

не учитываться. Например, для верховьев реки Белая Вольта (Западная Африка) практиче- ски можно не учитывать долю подземного питания, которая составляет около 3 % годово- го стока (дождевая составляющая 97 %, снеговая и глетчерная отсутствуют), и характери- зовать её питание как «исключительно дождевое». Преимущественное значение – если сток вод одного из источников питания состав- ляет от 50 до 80 % суммарного годового стока с указанием и других источников питания, составляющих более 10 % годового стока. Например, для реки Гранд-Ронд (приток реки Снейк, штат Орегон, США) 56 % годового стока приходится на долю снегового питания, 37% – на долю дождевого и 7 % – на долю подземного, даётся следующая характеристика питания – «преимущественно снеговое со значительным дождевым». Преобладающее значение – когда река питается несколькими источниками (обяза- тельно более двух), вследствие чего вклад каждого из них может оказаться менее 50 %. Они часто относятся к смешанному типу питания – преимущественно дождевому, либо снеговому источнику. Таким образом, в соответствии со схемой классификации для определения типа пи- тания реки необходимо установить процентные доли вклада в сток источников питания в пределах трех градаций: менее 50 %, от 50 до 80 % и более 80 %. При разработке схемы классификации М.И. Львовичем были использованы матери- алы по стоку почти 400 рек мира, которые распределены по земному шару крайне нерав- номерно. Большая часть створов – условно поперечных сечений водотока, расположена на реках зарубежной Европы и европейской части России, в странах ближнего зарубежья, и очень незначительное их количество в странах Азии, Африки, Южной Америки, особенно в высокогорных и пустынных районах, а также на крайнем севере России, Аляски и Кана- ды. В районах, недостаточно освещённых фактическими данными, выделение источников питания производилось по внутригодовому изменению слоя атмосферных осадков. По- добный способ расчета доли дождевого питания может привести к большим ошибкам, но во время составления классификации просто не было достаточных фактических данных по режиму и стоку рек перечисленных регионов. Рассмотренные виды источники питания и типы режима по доминированию источ- ников питания рек определяются буквенной индексацией. Виды источников питания рек обозначаются: дождевое – R; снеговое – S; ледниковое (глетчерное) – G; подземное (грунтовое) – U. Тип режима по доминированию источников питания рек вводится посредством за- главной / прописной буквы и индекса «х» по следующему правилу: если буква заглавная, то подразумевается исключительный вклад данного источника. Например, S – исключительно снеговое питание, R – исключительное дождевое питание; если рядом с заглавной буквой стоит индекс «x», то подразумевается преимуще- ственное питание данным источником. Например, Rx – преимущественно дождевое пита- ние, Gx – преимущественно глетчерное питание; если используется строчная буква с индексом «x», то подразумевается преобладаю- щее питание данным источником. Например, gx – преобладающее глетчерное питание, rx – преобладающее дождевое питание. Вторым признаком, определяющим схему классификации М.И. Львовича, является сезонное распределение стока, которое характеризуется по преобладанию величины стока в тот или иной календарный сезон года. Даже при одинаковых источниках питания, в за- висимости от температуры воздуха, распределения слоя осадков и слоя испарения, преоб- ладающий сток может наблюдаться в разные сезоны. Например, таяние снежного покрова и, следовательно, увеличение стока рек в высоких широтах происходят летом, а в умерен- ных – весной. Наибольшая часть годового стока на реках экваториальной зоны проходит 24

осенью и весной, а в областях с муссонным климатом многоводный период приходится на лето. М.И. Львович отмечал, что необходимо помнить про условность принятых для оценки внутригодового распределения стока календарных сезонов и что на путь отказа от генетических сезонов приходится становиться во всех случаях, когда обобщение стока производится для больших пространств суши. При отсутствии фактических данных он определял сезонное распределение стока по осадкам с учетом изменений температуры воздуха. В тропических областях, где сезонные изменения незначительны, потери осадков на испарение внутри года распределяются до- вольно равномерно. Сравнительно небольшие отклонения могут иметь место лишь в пе- риоды дождей, когда под влиянием повышенной влажности воздуха и по мере увеличения интенсивности осадков, потери стока на испарение несколько уменьшаются. В областях, для которых нет данных по стоку, его сезонное распределение установлено очень грубо и может служить лишь в качестве первого приближения. К числу таких областей относятся южная Азия, Австралия, южная Африка и большая часть Южной Америки. Введённые М.И. Львовичем в классификацию виды сезонного распределения стока рек, также как и для источников питания, определяются буквенной индексацией: P – доминирует сток весной; E – доминирует сток летом; A – доминирует сток осенью; H – доминирует сток зимой. Тип режима рек по доминированию сезонного распределения стока вводится по- средством заглавной / прописной буквы и индекса «у» по следующему правилу градации: если буква заглавная, то подразумевается исключительно сток в сезон года, при этом его значение составляет более 80 % от годового стока. Например, P – исключительно сток весной, А – исключительно сток осенью; если буква заглавная с индексом «у», то подразумевается преимущественный сток в сезон года, при этом его значение от 50 до 80 % от годового стока. Например, Ау - пре- имущественный сток осенью, Еу – преимущественный сток летом; если буква строчная стоит с индексом «у», то подразумевается преобладающий сток в сезон года, при этом его значение менее 50 % от годового стока. Например, ау - преоб- ладающий сток осенью, еу – преобладающий сток летом. Не трудно заметить, что градация для типов режима по доминирующему источнику питания рек и для типов режима по доминированию сезонного распределения стока рек совпадает в процентном определении. Сочетание двух рассмотренных выше признаков классификации, по мнению М.И. Львовича, даёт более или менее полную характеристику основных черт водного ре- жима рек земного шара. Для краткости обозначения типов водного режима принята сов- местная система условных буквенных обозначений. Так, например, водный режим, харак- теризующийся преимущественно дождевым питанием летом, обозначается RxEy, а опре- деляющийся почти исключительно снеговым питанием весной, обозначается SP. Сочетание 12 типов водного режима по преобладающему источнику питания с 12 типами по признаку сезонного распределения стока не даёт на практике 144 варианта, по- скольку для некоторых из них такое сочетание невозможно в земных условиях. Например, не может быть преобладающего снегового питания осенью. Исключение сделано для группы U – почти исключительное подземное питание. При разработке классификации рек, на основе имеющихся в наличие исходных дан- ных, М.И. Львовичем было выявлено 38 генетических типов водного режима: 19 относи- лись к дождевому питанию, 10 – к снеговому, 4 – к ледниковому и 5 – к питанию преиму- щественно подземными водами. 25

Дальнейшее развитие классификационная схема М.И. Львовича получила с появле- нием новых данных, методик и средств гидрометрии. Число исследуемых створов рек возросло до 750, из которых 700 принадлежат зональным системам и 50 – полизональным. Речная система называется зональной, если её водосбор целиком расположен в той же природной зоне, что и сам водный объект. Наибольшее количество гидрологических створов на зональных реках расположено в Европе – 155 и Азии – 176, в Африке – 118, в Северной Америке – 101, в Южной Аме- рике – 87, в Австралии и Океании – 63. Для каждого из 750 створов определялись средне- многолетние значения составляющих ежемесячных водных балансов водосбора, проводи- лась оценка преобладания того или иного источника питания, а также объёма стока в каж- дый из четырёх сезонов. Результаты исследований системно изложены в работе М.А. Лу- кьяновича [19]. Всего было выделено 53 типа водного режима рек, частоты встречаемости которых по преобладающему источнику питания и сезону с преобладающим стоком представлены в таблице. В ней зелёным цветом выделены типы водного режима, которые были выявле- ны М.И. Львовичем, синим – впервые определённые или ранее не известные. Цифрами внутри клеток обозначается количество примеров рек данного типа из рассмотренных 750 створов. К введённым ранее М.И. Львовичем видам зонального питания (дождевое, снеговое, ледниковое и подземное) добавлены ещё два вида: Пустынный – для бесснежных тропических и экваториальных зон (D), где отдель- ные паводки редки и возможны в любое время года, а при осреднении длинного ряда лет можно получить гидрограф – график изменения во времени расходов воды в реке за год, несколько лет или часть года. Например, река Катчи в Мавритания, река Бата в Централь- но-Африканской Республике и Республике Чад. Зарегулированный – озерные реки и нижние бьефы гидроузлов с водохранилищем. Нижний бьеф – часть водотока, примыкающая к водоподпорному сооружению с низовой стороны. Примерами озерной зарегулированности служат река Семлики (Ангола), река Виктория Нил (Уганда), река Фолк (США); зарегулированности водохранилищем – река Сент-Морис (Квебек, Канада). Таблица 6 – Частота встречаемости отдельных типов водного режима рек по преобла- дающему источнику питания и сезону с преобладающим стоком [19] 26

Сезонное распределение стока для большей части рек находится в очень тесной вза- имосвязи с источниками питания. Исключение могут составить только реки с преоблада- ющим подземным питанием, так как этот источник отличается естественной зарегулиро- ванностью, а также реки зарегулированного типа, в которые в течение года стекают вод- ные массы озерного типа. Наиболее часто встречающиеся типы сезонной модификации речных водных масс – это преимущественно дождевое питание с преобладающим стоком осенью (Rx-ay, 48 рек из 700) и преимущественно снеговое питание со стоком преимущественно весной (Sx-Py, 44 реки). Первый типичен для восточного склона Анд на северо-западе Аргентины, Перу- анских Анд, северного побережья Венесуэлы, южной части Мексики, территории Танза- нии и юга Кении, области в верховьях реки Луалаба, Эфиопского нагорья, западной части Центрально-Африканской Республики, южной части Республики Чад и почти всех остро- вов Океании. Второй тип характерен для рек большей части территории России. Самые распространенные виды питания – преимущественно дождевое (258 рек из 700 рек) и почти исключительно дождевое (187 рек), реже встречаются преимущественно снеговое (94 реки) и преобладающее снеговое (61 река). Самые распространённые сезоны с преобладающим стоком – преимущественно сток летом (147 рек) и преобладающий сток весной (130 рек), реже встречаются преобладающий сток летом (113 рек) и преобладаю- щий сток весной (84 реки). В выборке очень мало рек с преобладанием ледникового (23 реки) и подземного (16 рек) питания. В ней не оказалось рек с почти исключительным ледниковым и подземным питанием, а также с почти исключительным стоком осенью. В руслах зональных рек преобладают первичные водные массы. Они смешиваются с подобными им массами по составу, при этом слабо изменяясь, так как притоки находятся в той же природной зоне. Водосбор полизональных рек расположен в нескольких природ- ных зонах и различные притоки питаются разными первичными водными массами. В по- лизональных реках преобразуется не только состав воды, но и внутригодовой режим из-за наложения разновременных фаз водного режима различных притоков главной реки. Наиболее распространены реки, формирующие сток в водообильной верхней зоне, в которой среднегодовое значение модуля стока заметно выше этого значения в нижележа- щих зонах или площадь которой заметно больше площади нижележащей зоны. Например, реки Амударья и Нил, которые в своих низовьях сильно отличаются от местных рек мно- говодностью, водным режимом и химическим составом вод. Такие водотоки часто назы- вают реками транзитного стока. Реже встречаются реки, «очагами» формирования основ- ной части стока которых служит не верхняя, а промежуточная или нижняя часть бассейна. На этих участках происходит сильная трансформация водного режима и состава первич- ных водных масс, нарастающая всё больше по мере впадения крупнейших притоков, сформированных в более водообильных нижних природных зонах. Например, река Рио- Гранде на границе США и Мексики или река Фицрой в Австралии. Нил является примером типичной полизональной реки, формирующей сток в зоне переменно-влажных лесов эквато- риального пояса и пересекающий тропические саванные пу- стыни, с частичным регулированием стока озерами, болота- ми и водохранилищами. При этом на значительных участках воды Нила имеют преобладающую речную водную массу; главные притоки зарегулированы водохранилищами лишь частично. Сток Нила трансформируется за счёт влияния при- родных и антропогенных факторов. Ниже озера Альберт в Ниле преобладают озерные массы, доля которых снижается по мере пополнения реки притоками. Доля речной составля- ющей в общем стоке перед вхождением в болотную область Сэдд составляет 13 %. 27

После впадения реки Собат доля речной составляющей вырастает до 48 %, а после впадения Голубого Нила и Атбары эта доля в общем стоке главной реки достигает 82 %. Тем не менее, даже здесь происходит разбавление, смешение, наложение паводков и по- ловодий, что приводит к изменению внутригодового режима. В Египте, ниже водохрани- лища Насер, воды Нила вновь трансформируются в озерную водную массу с полностью зарегулированным водным режимом. Ежемесячные оценочные расчеты 9000 водных балансов для мировых водотоков по- казали прогностическую ценность классификационной матрицы типов водного режима рек мира, разработанной М. И. Львовичем более 60 лет назад. В неё добавлены ещё 20 ра- нее неизвестных типов структуры стока рек. Установлена репрезентативность выделяе- мых типов, для большинства рек повторяющихся даже в годы экстремальной водности. Расширенная классификация водного режима рек [19] может быть использована для типизации водных масс рек мира по двум признакам: по их генетической структуре – пре- обладающие источники питания и по соотношению объемов их сезонных модификаций. Введение фундаментальной классификации водного режима рек мира – это реальный путь к созданию (уточнению) серии карт материков и их крупных регионов, характеризующих пространственное распределение речных водных масс зонального класса с различным хи- мическим составом. Классификация рек Б.Д. Зайкова. Большое распространение на территории СНГ получила классификация рек известного советского учёного-гидролога Бориса Дмитрие- вича Зайкова, 23 ноября 1897 года - 28 мая 1961 года, разработанная им с учётом резуль- татов исследования характерных черт внутригодового режима стока рек и на основе ана- лиза годовых гидрографов. Режимом реки называют характер её поведения во времени: распределение и изме- нение величины расхода воды по сезонам года, колебания уровня, образование ледяного покрова и вскрытие рек. В режиме реки различают несколько периодов: половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон значительное увеличе- ние водоносности реки, вызывающее на длительный срок подъём уровня и выход воды из русла, возникающее в результате таяния снега; паводки – внезапные кратковременные и нерегулярные подъёмы уровня воды в ре- ках, возникающие в результате обильных дождей; межень – период низких уровней воды во время сухой или морозной погоды, когда река питается лишь грунтовыми водами. Водность – количество воды, проносимое рекой с её бассейна за отрезок времени (месяц, сезон и т. д.) по сравнению с нормой (средним значением) для данного периода. Водность рек определяется величиной поверхностного стока и площадью бассейна. Раз- личают малую (межень), среднюю и большую (половодья и паводки) водность. Водность является величиной, характеризующей относительные изменения расхода воды в реке во времени. Различают несколько видов колебаний водности рек: вековые – климатические из- менения, период от 100 лет и более; многолетние – зависят от климатических изменений за период от 2 до 100 лет; сезонные – синоптические или погодные фазы (половодье, па- водок, межень). Для наблюдения за изменением расхода реки и определения максимальных и мини- мальных значений используют данные гидрографа – график изменения расхода воды во времени за год или часть года (сезон, половодье или паводок) в данном створе водотока, строится по среднесуточным расходам воды. Построение гидрографа находит широкое применение в анализе формирования речного стока: при выделении фаз водного режима, их продолжительности и объемов стока, с помощью расчленения гидрографа выделяют виды питания рек. 28

Согласно классификации Б.Д. Зайкова, исключая искусственно или сильно зарегу- лированные природой, по отношению к водному режиму все реки СНГ делятся на три ос- новные группы: реки с весенним половодьем; реки с половодьем в теплую часть года; реки с паводочным режимом. Реки первых двух групп характеризуются периодически повторяющимися из года в год большими расходами воды, приуроченными к весне или теплой части года. В осталь- ные времена года наблюдается несколько повышенный или низкий сток или, наконец, па- водки, большей частью случайные. Реки третьей группы отличаются резкими и обычно кратковременными паводками, носящими систематический характер и возможными в лю- бое время года или наиболее часто повторяющимися в те или иные сезоны; в межпаводко- вые периоды на этих реках устанавливается низкий сток. Реки с весенним половодьем наиболее распространены на территории СНГ. В раз- ных климатических районах половодье проходит в разные месяцы в течение периода с марта по июнь. В зависимости от характера половодья и режима стока Б.Д. Зайковым вы- делено пять типов рек с весенним половодьем: казахстанский, восточно-европейский, за- падно-сибирский, восточно-сибирский и алтайский. Казахстанский тип характеризуется ис- ключительно резкой и высокой волной ве- сеннего половодья, продолжительностью менее 1 месяца и низким, вплоть до полно- го пересыхания рек, стоком в остальное время года. Максимальный расход полово- дья в среднем в несколько десятков раз превышает средний годовой расход. Этот тип рек распространен по северной окраине Арало-Каспийской низменности, в Цен- тральном и Западном Казахстане и в Юж- ном Заволжье. Восточно-европейский тип характери- зуется сравнительно высоким весенним половодье и осенними паводками. Макси- мальный расход половодья в среднем в 10- 20 раз превышает средний годовой расход, продолжительность 1-3 месяца. Распро- странён на большей части Восточно- Европейской равнины, Например, река Волга. Пересыхание рек летом и промер- зание зимой имеет место только на очень малых реках, с площадями бассейна до 200-300 км2. 29

Западно-сибирский тип характеризу- ется невысоким, растянутым до 4 меся- цев весенним половодьем, повышенным летне-осенним стоком и низкой зимней меженью. Осенью невысокие дождевые паводки (например, реки Обь, Кеть, Ва- сюган и др.). Максимальный расход по- ловодья превышает средний годовой расход в среднем в 10 раз. Этот тип при- урочен к Западно-Сибирской низменно- сти, простирающейся между Уралом и Енисеем, к северу от 54-55° с.ш. Восточно-сибирский тип характери- зуется очень долгим половодьем с по- стоянным колебанием расхода воды, летне-осенними паводками, зимней ме- женью. Максимальный расход полово- дья превышает средний годовой расход в среднем в 25 раз. Дождевые паводки на большинстве рек высоки, а в отдель- ные годы их максимальные расходы могут превышать максимальные расхо- ды весеннего половодья. Алтайский тип характеризуется не- высоким, растянутым половодьем гре- бенчатого типа, которое может длиться до полугода и более. Летне-осенний сток повышен, зимой низкая межень. Возможно промерзание средних рек. Например, река Томь. Максимальный расход половодья превышает средний годовой расход в среднем в 12 раз. Ча- ще всего встречается на территории Ал- тая и Средней Азии. Реки с половодьем в тёплую часть года. В состав второй группы Б.Д. Зайков включил те реки, у которых половодье проходит с мая по октябрь и формируется в одних условиях – преимущественно за счет муссонных дождей, а в других – в результате таяния высокогорных снегов и ледников. Заметим, что название «реки с половодьем в теплую часть года» условно, так как и на реках первой группы (с весенним половодьем) полово- дье проходит в месяцы с положительной температурой. Реки рассматриваемой группы разделены на два типа: дальневосточный и тянь-шаньский. 30

Дальневосточный тип характеризует- ся невысоким, сильно растянутым, име- ющим гребенчатый вид половодьем и низким, вплоть до полного истощения запасов грунтовых вод и промерзания рек, стоком в холодную часть года. Про- должительность летнего половодья со- ставляет 4-6 месяцев. Зимой – низкая ме- жень, обусловленная многолетней мерз- лотой. Максимальный расход половодья в среднем увеличивается в 10-15 раз. Тянь-шаньский тип по внешнему ви- ду гидрографа стока сходен с дальнево- сточным типом, однако основная волна половодья характеризуется меньшей амплитудой и формируется не дожде- выми, а талыми водами, образующими- ся от таяния высокогорных снегов и ледников. Этот тип распространен в го- рах Средней Азии, Большого Кавказа и полуострова Камчатка. Реки с паводочным режимом отличаются кратковременными паводками, ежегодно наблюдающимися в определенные сезоны года. Реки данной группы наименее распро- странены и подразделяются на три типа: причерноморский, крымский и северо- кавказский. Причерноморский тип характеризу- ется дождевым паводочным режимом в течение всего года. Распространён на малых реках чер- номорского склона Главного Кавказ- ского хребта, а также в области кар- патских притоков реки Днестр. 31

Крымский тип характеризуется па- водками зимой и весной. Летом и осе- нью наблюдается устойчивая межень, а некоторые реки в это время года даже пересыхают. Распространён в горах Крыма, в Ленкорани, на западной оконечности северного склона Большого Кавказа и на западном склоне Жмудских высот в Прибалтике. Северокавказский тип характеризу- ется паводочным режимом в теплую и устойчивой меженью в холодную часть года. Распространён в предгорьях восточ- ной половины северного склона Глав- ного Кавказского хребта и бассейна ре- ки Терек. Классификация рек П.С Кузина. В основу положена классификация рек Б.Д. Зай- кова, которая Павлом Сергеевичем Кузиным значительно развита и детализирована. П.С. Кузин все реки СНГ разделил на три основных типа по преобладанию фаз ре- жима и видов питания [17]: Основные типы водного режима: реки с половодьем (снеговое питание); реки с половодьем и паводками (снеговое и дождевое питание); реки с паводками (дождевое питание). Преобладающие виды питания: снеговое; снеговое и дождевое; дождевое. Реки указанных типов несут на себе черты географической зональности. Дополни- тельно был выделен ещё азональный четвертый тип – реки с преобладанием подземного питания, характеризующийся равномерным режимом в течение года. Три основных типа водного режима рек подразделяются на подтипы, различающие- ся главным образом по времени прохождения половодья и паводков. Всего выделено 14 подтипов, относящихся ко всем трем типам: I – Реки с половодьем (снеговое питание): Iа – реки с весенним половодьем; Iб – реки с весенне-летним половодьем; Iв – реки с летним половодьем. 32

II – Реки с половодьем и паводками (снеговое и дождевое питание): IIa1 – реки с весенним половодьем и паводками в тёплое время года; IIa2 – реки с весенним половодьем и паводками в холодное время года; IIa3 – реки с весенним половодьем и паводками в течение всего года; IIб1 – реки с весенне-летним половодьем и паводками в тёплое время года; IIб2 – реки с весенне-летним половодьем и паводками в холодное время года; IIб3 – реки с весенне-летним половодьем и паводками в течение всего года; IIв1 – реки с летним половодьем и паводками в тёплое время года. III – Реки с паводками (дождевое питание): IIIз – реки с паводками в течение всего года; IIIз1 – реки с паводками в течение всего года, преобладающими в холодное время года. Третьей стадией классификации явилось отнесение рек к той или иной физико- географической зоне. При переходе от одной географической зоны в другую происходит изменение водного режима, что указывает на существование тесной связи режима с при- родными условиями. Территория СНГ была разделена П.С. Кузиным на шесть основных зон: арктиче- ская, тундровая, лесная, степная, полупустынная и пустынная. Каждая из них представле- на равнинным и горным ландшафтами. На основе этого деления проведено гидрологиче- ское районирование территории и дана характеристика режима рек каждого из районов и подрайонов. В ней приводятся данные о среднем водном балансе и коэффициентах стока, максимальном и минимальном стоке, описываются фазы режима, условия замерзания и пересыхания рек. Таким образом, классификация П.С. Кузина содержит большую генетическую дета- лизацию типов рек по сравнению с классификацией Б.Д. Зайкова. Отдельные подтипы описываются в ней в свете физико-географической зональности. При этом обращается большое внимание на роль дождевых паводков. С практической точки зрения классифи- кация П.С. Кузина очень ценна для хозяйственного использования водных ресурсов от- дельных районов. При дифференциации рек по источникам питания и сезонному распределению объе- ма их стока наиболее сложно определить соотношения вклада источников в том случае, если их более двух (три или четыре). Например, при питании реки тремя источниками (грунтовые воды, снеговое и дождевое питание) на спаде половодья бывает очень сложно отличить, где ещё снеговое питание, а где уже начинается подземное. Во время снеготая- ния не вся талая вода сразу идёт на питание реки, часть просачивается в почву, а через один или два месяца начинается грунтовая подпитка водотока этой водой, превратившей- ся в подземную составляющую стока. Чтобы определить долю того или иного вида питания, гидрограф расчленяют по ис- точникам питания, как это показано на рисунке на примере гидрографа реки Волги. Рисунок 10 – Схема расчленения гидрографа по источникам питания реки Волги 33

На рисунке горизонтальная прямая, разделяющая глубоководное и верховое подзем- ное питание, проведена на высоте наименьшего расхода воды перед наступлением поло- водья. С началом половодья подземное питание убывает и полностью прекращается, когда расход воды достигает наибольшего значения. На гидрографе показаны летне-осенние па- водки и потери стока на образование льда. Тип питания и водный режим рек определяется географиче- ским положением речных бассейнов и особенностями строе- ния речной сети на основе использования широкого набора данных, получаемых от сети метеостанций и постов Росгид- ромета и задействованных в программах Всемирной метеоро- логической организации [35]. Их число измеряется десятками тысяч, а период наблюдения – от нескольких десятков до со- тен лет. При проведении исследований широко используются специальные гидрометеорологические карты, атласы, между- народные базы данных (например, база данных ЮНЕСКО RivDIS (Global River Discharge)) и т.д. Применение космической информации для решения задач определения типа питания и водного режима рек имеет большое преимущество перед традиционными методами ре- шения задачи в масштабности мониторинга пространственных объектов, в рассматривае- мом случае – бассейнов рек. 34

4. Структура и процессы рек Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих подзем- ных потоков, собирается в понижениях рельефа и, стекая под действием силы тяжести в направлении понижения местности, образует поверхностные водотоки. Совокупность ру- сел всех постоянных и временных водотоков в пределах определённой территории обра- зует русловую сеть. Часть русловой сети, включающая достаточно крупные, преимуще- ственно постоянные русловые потоки, определяется понятием речной сети. В строении русловой сети можно выделить следующие основные звенья, последо- вательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, реч- ные долины. Ложбина – верхнее (по течению) звено русловой сети, представляет собой слабовы- раженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Лощина – следующее за ложбиной звено русловой сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм дон- ного и берегового размыва или ветвистого русла. Суходол – преддолинное нижнее звено русловой сети без постоянного водотока; ха- рактеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока. 4.1. Структура речной долины Речная долина – наиболее полно разрабо- танное деятельностью воды звено русловой сети, характеризующееся большой протяжен- ностью и наличием постоянного водотока. Основным морфологическим элементом реч- ной долины, отличающими её от долин вре- менных водотоков, является широкое дно, по- делённое на русло и пойму. Характерной осо- бенностью речной долины является терраси- рованность склонов. Долины рек, имеющие русло, пойму и террасированные склоны, называются оформленными долинами. Углубление на дне речной долины, по которому постоянно протекает водоток, назы- вается руслом реки. Поперечный профиль русла обычно ассиметричен, то есть один берег пологий, а другой – крутой. В плане все реки очень извилисты за счет изгибов, которые называются меандрами. Название это дано по очень извилистой реке Меандр (ныне Большой Мендерес) в Малой Азии, на юго-западе Турции. Меандры постоянно изменяют своё местоположение, смеща- ясь вниз по течению. Процесс этот называется меандрированием и связан с тем, что струи водотока неравномерно разрушают берега. На поворотах струи реки ударяются о берег и размывают его. Берег отступает и при- обретает вогнутую форму. При этом размытый материал переноситься течением на про- тивоположный выпуклый берег. Там он оседает, образуя аккумулятивные формы, называ- емые: пляжами – над уровнем воды и косами – под водой. Таким образом, в плане – русло реки представляет собой чередование вогнутых эрозионных обрывистых берегов и вы- пуклых аккумулятивных. Аккумулятивные косы называются перекатами. 35

Перекат – характерная для равнинных рек форма донного рельефа, сформированная отложениями наносов, обычно в виде широкой груды, пересекающей русло под углом к общему направлению течения, вызывающая отклонение его от одного берега к другому. Это ассиметричная коса, у которой один склон пологий, а другой – обрывистый. Перекаты приурочены к выпуклым берегам и перемещаются вниз по течению реки, особенно во время половодий. В результате повышения аккумуляции материала на отдельных участках реки могут возникать острова, которые делят русло на рукава. Особенно много островов в речных дельтах и при выходе горных рек на равнину. Полоса, в пределах которой река меандриру- ет, называется меандровым поясом. Этот пояс имеет наибольшую ширину у рек с большой водностью. Меандрирование рек приводит к об- разованию поймы и дна долины, а также к рас- ширению дна долины за счет боковой эрозии, отодвигающей коренной склон долины. Проис- ходит это под влиянием силы Кориолиса, одной из сил инерции, существующей в неинерциаль- ной системе отсчёта из-за вращения и законов инерции, проявляющейся при движении в направлении под углом к оси вращения Земли. В Северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо от движения, поэтому правые берега рек более крутые – их подмывает вода под действием этой силы, в Южном полушарии – наоборот. Извилистость характерна для равнинных и полугорных рек, нахо- дящихся в стадии врезания или стабильного состояния продольного профиля. Для характеристики процесса меандрирования русла рек часто используют понятие излучина – участок извилистого русла водотока между двумя смежными точками перегиба его осевой линии. Часто термин излучина отождествляется с термином меандр, но это не всегда правомерно. Излучины рек образуются как при меандрировании, так и по другим причинам: геологическим, геоморфологическим и другим. Если при меандрировании из- лучины имеют причиной образования закономерное плановое развитие русла – процесс меандрирования, то в этом случае термин излучина и меандр практически идентичны. Ес- ли извилистость реки обусловлена обтеканием препятствия, а также во врезанных и адап- тированных реках, то излучины реки будут иметь место, а меандры – нет. Если говорить грубо, то излучина – это поворот реки. В плане излучины могут иметь различную форму. У равнинных рек чаще всего сег- ментные излучины, образованные дугами круга. Значительно распространены синусои- дальные – преимущественно на полугорных реках и омеговидные излучины – на малых равнинных реках. Реже встречаются сундучные и заваленные излучины. Нередки слож- ные излучины, имеющие вторичные изгибы. Рисунок 11 – Формы излучин (меандров) в плане: А – сегментные; Б – синусоидальные; В – сундучные; Г – омеговидные; Д – заваленные; Е – сложные 36

Различают также первичные и вторичные излучины. Первичные излучины обусловле- ны рельефом земной поверхности, на кото- рой заложился водоток, вторичные – фор- мируются в результате работы самого водо- тока. Первичные излучины отличаются от вторичных невыдержанностью размеров ра- диусов кривизны. Ярким примером первич- ной излучины может служить Самарская лука на Волге, огибающая Жигулевские го- ры. Среди вторичных излучин выделяют: вынужденные, свободные и врезанные. Вынужденные излучины образуются в результате отклонения русла речного потока каким-либо препятствием: выходом скальных пород на дне долины, конусами выноса бо- ковых притоков и т.п. Для вынужденных меандр характерны невыдержанность размеров и отсутствие закономерностей в их конфигурации и пространственном положении. Свободные, или блуждающие меандры создаются самой рекой среди рыхлых аллю- виальных осадков, слагающих пойму реки. Склоны долины и террасы в образовании этих излучин не участвуют. Форма, размеры и динамика свободных излучин обусловлены не случайными причинами, а определяются водностью и режимом реки. Так, радиус кривиз- ны свободных излучин пропорционален ширине русла и находится в прямой зависимости от расхода воды. Существует определенная связь между шириной русла и шагом меандра: величина отношения шага меандра к ширине русла обычно колеблется от 6 до 12. Наблю- дения показывают, что у небольших (маловодных) и медленно текущих (равнинных) рек кривизна излучин больше, а ширина пояса меандрирования меньше, чем у больших, мно- говодных и быстро текущих рек. Таким образом, каждому водотоку присущи определен- ный, зависящий от водоносности и быстроты течения предельный радиус кривизны излу- чин и ширина пояса меандрирования. Берега свободных излучин подвергаются деформациям направленного характера н испытывают смещение в продольном и в поперечном направлениях по отношению к оси долины реки. Скорости смещения излучин находятся в прямой зависимости от расхода воды и уклона и в обратной – от высоты берегов и некоторых других факторов. В процес- се синхронных перемещений в продольном и поперечном направлениях значительные из- менения может претерпевать форма свободных меандр. Врезанные меандры образуются из свободных в результате интенсивной глубинной эрозии. В отличие от свободных меандр шпоры врезанных меандр не заливаются в поло- водье, и в каждую излучину входит выступ коренного склона долины реки или её надпой- менных террас, т.е. излучины долины повторяют излучины русла. Размеры врезанных ме- андр обычно больше, чем свободных. Они также смещаются вниз по течению и в попе- речном к оси долины направлении, но скорости этих перемещений на несколько порядков меньше, чем у свободных излучин. Смещение врезанных меандр вниз по течению в усло- виях прекращения глубинной эрозии может привести к их уничтожению и образованию свободных излучин. Излучины, определяя гидравлическую структуру изгиба потока, играют большую роль в формировании речных долин, и прежде всего пойм. Речная долина – отрицательная, линейно вытянутая форма рельефа с однообразным падением. Пойма – часть речной долины, затопляемая водой в половодье или во время павод- ков. По положению относительно речного русла различают поймы: прирусловые, цен- тральные и притеррасные. Ширина пойм равнинных рек может равняться ширине русла и доходить до нескольких десятков ширин русла, иногда достигая 40 км. 37

В прирусловой части поймы находятся аккумулятивные прирусловые валы, пред- ставляющие собой невысокие гряды, которые тянутся вдоль реки. Они образуются во время половодий, когда водоток выходит из русла и откладывает около него самый тяже- лый материал. Скорость потока здесь уменьшается за счет трения, поэтому в прирусловой части накапливается крупнозернистый песок. Рисунок 12 – Структура поймы реки Центральная часть поймы – абсолютно плоская, или мелко-гривистая поверхность, то есть имеющая очень небольшие повышения рельефа. На центральной части поймы ча- сто образуются старицы (староречье, курья) – участки прежнего русла реки. Как правило, имеют серповидную или петлеобразную форму. Обычно образуются при спрямлении ме- андрирующего русла, когда в половодье или паводки воды, идут по пойме. Рисунок 13 – Вид меандрирующего русла со спутника. В речной долине видны серповидные старицы Притеррасная часть поймы – это пониженная площадь, сложенная из мелкого и тон- козернистого песка. После паводков вода здесь надолго застаивается и часто образуются пойменные болота. Иногда находятся конусы выноса оврагов, расположенных на склонах долины и притеррасные речки. На каждой реке выделяются: высокие поймы – формируются во время наиболее вы- соких паводков и заливаются водой не каждый год; низкие поймы – формируются во вре- мя небольших паводков и заливается ежегодно. По строению различают поймы: аккумулятивные – имеют значительную мощность речного аллювия; цокольные – поймы с маломощным аллювием, залегающим на более древних породах. Речные террасы – это ступенчатые формы рельефа, сложенные аллювиальными от- ложениями и протягивающиеся вдоль склонов речной долины, чаще – вдоль левого скло- на (в северном полушарии). Образуются террасы в результате углубления речного русла реки. Основными причинами для этого являются: увеличение водоносности реки, что вы- зывает усиление эрозионных процессов; понижение базиса эрозии; поднятие территории; увеличение уклонов земной поверхности в результате тектонических движений. Возраст террас определяется их положением относительно уровня воды в реке: чем выше терраса, 38

тем она древнее. Самая низкая терраса называется первой надпойменной. Выше распола- гается вторая надпойменная и так далее. Образование террас включает в себя: обра- зование поймы – понижение базиса эрозии – врезание потока – расширение поймы. У каж- дой террасы различают: площадку, уступ, бровку, тыловой шов, подножие уступа. Террасы бывают эрозионными, эрозионно- аккумулятивными и аккумулятивными. Акку- мулятивные террасы сложены аллювиальны- ми песками, имеющими мощность несколько десятков и даже сотен метров, эрозионные – имеют незначительную мощность аллювия, его ложе наклонено в сторону бровки террасы. Эрозионно-аккумулятивные террасы имеют достаточно большую мощность аллю- вия, поверхность цоколя – горизонтальная. Аллювий – несцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьёв), состоящие из обломков различной степени об- катаности и размеров (валун, галька, гравий, суглинок, глина). Дельты рек полностью состоят из аллювиальных отложений и являются аллювиаль- ными конусами выноса. Наличие аллювиальных отложений в разрезе является признаком континентального тектонического режима территории. Обозначения: 1 – пойменный аллювий; 2 – русловой аллювий поймы; 3 – аллювий прируслового вала; 4 – старичный аллювий; 5 – пойменный аллювий 2-й террасы; 6 – русловой аллювий 2-й террасы; 7 – коренные породы; 8 – зеркало грунтовых вод; 9 – уровень воды MAX (половодье); 10 – уровень воды MIX (межень); 11 – нормальная мощность аллювия; 12 – водоразборная гидрологическая скважина; А – русло; В – прирусловый вал; С – пойма; D – старица; II – вторая надпойменная терраса. Рисунок 14 – Поперечный разрез ти- повой речной долины Если вся терраса сложена аллювием и её основание, то есть цоколь, находится ниже уровня реки, то она называется аллювиальной. Если у подножия она сложена коренными породами, а на поверхности – аллювием, то это цокольная терраса. Терраса, сложенная от подножия до поверхности коренными породами называется коренной. Строение речных долин определяется геологическими, тектоническими и физико- географическими условиями. Так, в горных странах, где происходит поднятие земной по- верхности и интенсивное врезание рек, возникают следующие виды речных долин: тесни- ны, ущелья и каньоны 39

Теснина – глубокая узкая долина с отвес- Ущелье отличается от теснины V- ными, часто нависшими склонами, порожи- образным поперечным профилем, оно часто стым руслом, занимающим всё дно долины. имеет выпуклые склоны. Следует отметить, что в современной научной литературе существует много классификаций речных долин по типу по- перечного сечения. Например, вводятся типы поперечных сечений: щель (каньон); теснина, ущелье; U-образная долина; корытообразная долина (трог), трапе- цеидальная долина; ящикообразная долина; Каньон как и ущелье имеет V-образный неясно выраженная долина. профиль, но отличается ступенчатостью склонов. Профили большинства речных долин на равнине асимметричны по причине: геоло- гического строения и неотектонического движения; отклонения течения рек силой Корио- лиса; влияния склоновых процессов. Примером влияния геологического строения являет- ся куэстовый тип речной долин, формирующийся в условиях наклонного залегания пород различной плотности. Куэсты [от исп. cuesta - откос, склон го- ры] – ассиметричные гряды, образующиеся от эрозии и денудации в возвышенных райо- нах, основание которых сложено наклонны- ми слоями горных пород. Пологий склон ку- эсты совпадает с падением стойких брони- рующих пластов, крутой склон куэсты среза- ет пласты поперек залегания. Типичный куэ- стовый рельеф имеется в Крыму, вдоль Се- верного склона Большого Кавказа, в Коряц- ком нагорье. Известно, что большинство рек северного полушария имеют крутой правый берег и пологий левый. Это объясняется силой Кориолиса, отклоняющей течение рек в северном полушарии вправо. Асимметрия склонов может образовываться из-за многочисленных оползней. 40

4.2. Русловые процессы рек В настоящее время под русловыми про- цессами понимается совокупность явле- ний и процессов (в том числе и на водо- сборе), происходящих под воздействием комплекса различных природных и ан- тропогенных факторов, и выражающихся в различных морфологических изменени- ях речных русел. Русловые процессы изучает наука рус- ловедение (теория русловых процессов). Основными факторами, определяющими русловые процессов, являются:  сток воды, его величина и изменчивость, определяющие процессы формирования русла;  сток наносов, их крупность и форма перемещения, определяющие развитие форм русла и руслового рельефа и через баланс наносов – преобладание эрозии или ак- кумуляции;  геологическое строение долины реки и её бассейна, определяющие свободные (в легко размываемых породах) или ограниченные (в трудно размываемых поро- дах) условия развития русловых деформаций, уклоны реки и крупность наносов. Существует много видов классификации русловых процессов в зависимости от ко- личества учитываемых факторов. Рассмотрим классификацию, представленную в Посо- бии к СНиП 2.04.02-84, определяющую семь типов русловых процессов [9]. Рисунок 15 – Классифика- ция русловых процессов, Пособие к СНиП 2.04.02-84 1. Ленточно-грядовый тип. При ленточно-грядовом типе руслового процесса де- формация русла происходит в результате поступательного движения больших ленточных гряд с сезонным изменением их высоты по всей ширине русла. В условиях низкой межени движение ленточных гряд может приостанавливаться. Обнажающиеся при этом вершины гряд образуют одиночные осередки. Гребни гряд отстоят одни от других на расстоянии примерно четырех - восьми ширин русла. Русло реки в плане имеет незначительную и неупорядоченную извилистость. Плановые деформации не характерные. Пойма отсут- 41

ствует или является унаследованной от других типов русловых процессов. Данный тип обычно наблюдается в верховьях рек в слаборазвитых излучинах с начальной стадией ме- андрирования, в протоках, в спрямляющих излучинах и в каналах. Он может быть и при других типах руслового процесса. 2. Побочневый тип. При побочневом типе руслового процесса ленточные гряды пе- рекашиваются в плане, причём направление перекоса смежных гряд противоположно. В межень прибереговые части этих мезоформ обсыхают, образуя песчаные отмели (побоч- ни), располагающиеся по длине реки в шахматном порядке. Затопленный гребень гряды образует перекат. Снизу к гребню нередко примыкает коса, образующая затон. Пойма не характерна. Деформации русла сводятся при этом типе руслового процесса к сползанию в половодье перекошенных в плане ленточных гряд. Плановые деформации берегов наблю- даются на участках подвальев гряд, но не получают большого развития. 3. Ограниченное меандрирование. Для типа руслового процесса ограниченного ме- андрирования характерно наличие не размываемых берегов реки. В реке появляется изви- листость, выходящего на пойму паводочного потока и чередование отрывов течения от берегов. В местах отрыва возникает слабое течение или появляются застойные зоны, где оседают взвешенные наносы. В результате образуются отдельные небольшие пойменные массивы, привязанные к излучинам реки. Плановые деформации выражаются в сползании вниз по течению излучин и огибаемых ими пойменных массивов без существенного изме- нения их плановых очертаний и продольного профиля дна. Вертикальные деформации со- провождаются снижением отметок перекатов в межень и их восстановлением в первую половину половодья. В плёсе деформации имеют обратный ход, а именно: размыв в поло- водье и намыв в межень. 4. Свободное меандрирование. Для свободного меандрирования характерен замкну- тый цикл развития излучин. Каждый цикл начинается с искривления русла и формирова- ния излучины. В начале цикла излучины обычно сползают и, в отличие от ограниченного меандрирования, углы разворота постепенно увеличиваются. При дальнейшем увеличе- нии угла разворота сползание сменяется разворотом излучины или её вытягиванием. При больших углах разворота начинается раздвоение плёсов и излучина увеличивает асиммет- рию своих плановых очертаний, приобретая одновременно форму петли. Цикл развития излучины завершается промывом перешейка петли русла. Поток переходит в спрямлённое русло, а старое – главное русло, превращается в старицу. После прорыва перешейка цикл развития излучины повторяется. 5. Незавершённое меандрирование. При незавершённом меандрировании русло реки развивается по схеме свободного меандрирования, но цикл деформаций прерывается в ре- зультате образования спрямляющего потока. Последний создается до достижения излучи- ной формы петли, обычно при резком несовпадении динамических осей потока в полово- дье и в межень. Тип процесса распознаётся по наличию на меандрирующем участке двух русел: первичного русла и спрямляющего протока. 6. Пойменная многорукавность. Возникает в поймах, затапливаемых на большую глубину или сложенных различными по крупности отложениями. Спрямления русел охва- тывают не только отдельные излучины, но часто и серию излучин, образуя длинные пой- менные протоки и большие пойменные острова. В протоках могут существовать различ- ные типы руслового процесса. При анализе материалов по пойменной многорукавности требуется фрагментирование всех протоков, т.е. выделение тех типов процесса, которые в них обнаруживаются. 7. Русловая многорукавность. При русловой многорукавности меандрирующие реки, в отличие от ленточно-грядового типа руслового процесса, не используют для транспорта наносов имеющегося продольного уклона реки. В случаях же, когда реки оказываются пе- регруженными наносами и предельный продольный уклон оказывается для них недоис- 42

пользованным, русло заметно мелеет и развивается в ширину. При этом транспортирую- щая способность потока увеличивается, а само русло становится неустойчивым. Возника- ющие осередки делят русло на ряд коротких рукавов, часто изменяющих своё плановое положение. Русловая многорукавность (осередковый тип русловых процессов) распро- странён в условиях перегрузки потока наносами. Характеризуется распластанным руслом, по которому в половодный и паводочный периоды бессистемно перемещаются мезофор- мы (крупные скопления наносов), в разной степени обсыхающие в межень и создающие многорукавный облик русла. На реках, русла которых сложены подвижными скоплениями наносов, формируются характерные формы рельефа дна и плановых очертаний. Их виды весьма разнообразны, часть из которых в плане представлена на рисунке. Рисунок 16 – Формы русловых образований Гряды – подвижные образования, представляющие собой скопления камней и песча- ных наносов на дне поперёк русла реки. Залив – глубоко вдающаяся в берег часть реки и имеющая с ней свободный водооб- мен. Также затон – речной залив значительных размеров, на Дону – ильмень, по-русски – заводь. Затон удобен для зимовки или постоянной стоянки судов, чаще расположен в ста- рых руслах рек, в озёрах на пойме, соединённых с рекою протоком, и при впадении не- больших притоков. Большое значение, например, имеют затоны на реке Волге, заменяю- щие речные гавани. Коса – длинная, низкая, узкая клинообразная намывная полоса, состоящая из реч- ных отложений. Образуется у выпуклых берегов, где течение замедленно и откладывают- ся наносы. Значительное отложение наносов образует низкий отлогий песчаный берег без рас- тительности, имеющий значительные размеры, треугольную форму, основанием примы- кает к выпуклому берегу и вершиной постепенно переходит из надводного состояния в подводное. Коса незначительных размеров, примыкающая к косе или непосредственно к вы- пуклому берегу, называется закоском. Подводная коса больших размеров, вдающаяся да- леко в русло реки, называется заманихой. Коса под действием течения может быть сильно 43

размыта и стать обрывистой около «верховой» (верхней) по течению части, ввиду чего здесь обычно по глубокому месту проходит фарватер. Такую косу называют обрезной. Группа подводных кос, незначительных по своим размерам, называется застругами. За- струги примыкают к косам, закоскам и могут располагаться отдельно в русле. За косой образуются небольшие заливы в реке – затонины. Наносные образования выпуклого бере- га, косы, закоски и т.д. ввиду постоянной работы потока изменяют свои размеры, подвер- гаются размыву или, наоборот, увеличиваются. Осерёдок – наносное (подводное или надводное) отложение в русле реки, не имею- щее растительности. Ближе к берегу называется побочень, а у выпуклых берегов при ме- андрировании – пляж. Скопление наносов происходит при малой транспортирующей спо- собности потока и большом поступлении наносов. В межень осерёдки выходят из воды и превращаются в острова. За счёт перемещения наносов осерёдки перемещаются вниз по реке путём размыва ухвостья и намыва приверха. Закрепляясь растительностью или по другим причинам, осерёдки превращаются в русловые острова. Типы русловых островов, определяемых осерёдками – осерёдковый или осерёдковая многорукавность. При образо- вании русловых островов осерёдковая многорукавность трансформируется в русловую многорукавность. Останец обтекания – участок поймы (дна долины) между действующим руслом и покинутым рекой старым руслом (староречьем). Остров – участок суши, окружённый речными потоками. Выделяют русловые и пойменные речные острова. Русловые острова образуются в речном русле в результате аккумуляции наносов, пойменные острова – в результате формирования на пойме допол- нительного речного стока. Самым большим речным островом в мире считается остров Ба- нанал в Бразилии, площадь – 19162 км2, что немногим меньше площади Словении и в два раза превышает площадь Кипра. Отмель – мелководное место в русле, при очень низкой воде обсыхающее; отмель, покрытая водой при более высокой воде, называется мелью. Плёс – глубоководный участок русла реки, расположенный между перекатами, обычно образующийся в русле меандрирующей реки у вогнутого участка излучины бере- га. Перекаты вместе с расположенными между ними плёсами образуют на реках системы «плёс - перекат». Плёсы обычно приурочены к участкам русла с наибольшей кривизной, перекаты – к прямым (переходным) участкам русла между смежными излучинами. Плёс обычно образуется там, где в половодье наблюдается местное увеличение скорости тече- ния реки и интенсивно размывается её дно. Например, в изогнутых участках русла, в сужениях речной долины. Пляж – широкая ровная береговая полоса, примыкающая к руслу, сложенная реч- ными наносами (чаще песчаными). Пляж образуется на выпуклом берегу реки (излучины), обычно при меандрировании. В межень пляжи обсыхают. Напротив пляжа, у противопо- ложного берега реки обычно находится относительно глубокий плёс. Выше и ниже пляжа часто располагаются перекаты. В отличие от побочней – песчаное скопление в виде при- мыкающей к берегу части перекошенной в плане ленточной гряды, пляжи не смещаются вниз по реке, а обычно увеличивают свои размеры, так как пляжи являются зонами акку- муляции (отложения) наносов. Приплесок – узкая полоса побережья у уреза воды, образующаяся из песка или мел- кой гальки, продуктов наноса или разрушения берега, заливаемая даже при небольших подъемах уровня воды. Приток – водоток, впадающий в более крупный водоток. Обычно отличается от по- следнего меньшей длиной и меньшей водностью. Однако существуют и обратные приме- ры: существенно более водная река Ока считается притоком реки Волги, а далее притоком Волги считается гораздо более водная Кама; притоком реки Енисей считается Ангара, ко- торая в месте слияния имеет вдвое большую водность и т.д. Также приток обычно отлича- ется иным направлением долины. 44

Протока (проток) – ответвление реки, нередко отходящее далеко от основного рус- ла и отличающееся от него меньшими размерами. Некоторые протоки могут иметь боль- шие ширины и глубины по сравнению с руслом, но скорости течения при низких уровнях в них всегда значительно меньше. Рукав – сформировавшееся отдельное русло реки со всеми свойственными речному руслу особенностями морфологического строения, обычно вновь впадающее в ту же реку ниже по течению. Кроме рукавов, существуют следующие виды разветвлений рек: от- ветвления – длинные рукава, похожие на самостоятельные реки; протоки – второстепен- ные рукава. Существуют два основных способа образования рукавов: вследствие отложе- ния наносов в русле в виде осерёдка или острова; при спрямлении русла по пойме. Реже протоки возникают как результат обхода потоком выступов на дне, сложенных не размы- ваемыми породами. Местные русские названия рукавов, которые имеют также местные физико-географические особенности: воложка (река Волга), полой (река Северная Двина), речище (река Днепр), старо донье (река Дон), гирло (река Дунай и другие реки бассейна Чёрного моря). Староречье (старица) – полностью или частично отделившийся от реки участок её прежнего русла. Урез воды (реже береговая линия) – линия пересечения водной поверхности любого бассейна (водотока рек или водоёма) с поверхностью суши. Урез воды непостоянен. На его высотное положение и плановую конфигурацию влияют колебания уровня воды в во- дотоке (водоёме). Такие изменения могут вызываться различными причинами: изменение характера берега (опускание или поднятие суходола-суши), непосредственно колебаниями уровня воды в бассейне (половодье, паводки, приливы и отливы, нагонные и сгонные во- ды), сезонные и суточные колебания уровня воды (например, в результате функциониро- вания ГЭС). Шалыга – отдельно лежащая подводная отмель, образовавшаяся на судовом ходу или перекате. Возникает в результате местных русловых переформирований на перекатах с легкоподвижными наносами, а также за судами, вставшими на мель на перекате или за затонувшими крупными предметами (за ними образуется затишье, благодаря которому откладываются наносы). После снятия судна с места или подъема предмета в русле оста- ется бугор – шалыга, который затем размывается. По ширине потока реки скорости как поверхностная, так и средняя на вертикалях меняются довольно плавно, повторяя распределение глубин в живом сечении: у берегов скорость меньше, в центре потока она наибольшая. Линия, соединяющая точки на поверх- ности реки с наибольшими скоростями, называется стрежнем. Если стрежень определяет наиболее быструю часть поверхностного течения реки, то тальвег – линия наибольшей глубины реки и фарватер – линия судового хода на реке. Фарватер [от голл. vaarwater, от varen - плыть и water - вода] – судовой ход, без- опасный в навигационном отношении и обозначенный на местности и/или карте проход по водному пространству (реке, озеру, морю, проливу, фьорду, океану и др.), характери- зующийся достаточными глубинами и отсутствием препятствий для судоходства. На ре- ках фарватер обычно проходит по линии наибольших глубин русла – тальвегу. На погра- ничных судоходных реках граница во многих случаях устанавливается посередине глав- ного фарватера. Фарватер обозначают средствами навигационного оборудования – буями, створными знаками, бакенами. Река представляет собой природный постоянный водоток значительных размеров с естественным течением по руслу от истока вниз до устья и питающийся за счёт поверх- ностного и подземного стока со своего бассейна. 45

4.3. Истоки и устья рек Исток реки – это место, ниже которого наблюдается постоянное течение воды в реке или ручье. Истоком могут служить выходы подземных вод и ледники. На болотных ре- ках за исток принимается открытый поток с постоянным руслом; для рек, вытекающих из озёр – место пересечения береговой линии водоёма с руслом реки. Нередко для круп- ных рек за начало условно принимается ме- сто слияния двух рек разного названия. Например, река Обь начинается от слияния рек Бия и Катунь, река Амур – от слияния рек Шилка и Аргунь. Если длина площади бассейна реки определяется расстоянием по прямой от устья до наиболее отдалённой точки бассейна, то длина реки – расстоянием вдоль русла между ис- током и устьем. Современные исследователи заявляют, что самой длинной рекой в мире является Амазонка, чья длина от истока Укаяли составляет свыше 7000 км, тогда как река Нил про- тянулася примерно на 6850 км. Кроме того, у Амазонки самая большая площадь бассейна – 7180 км2 и крупнейшая на свете дельта площадью свыше 100 тыс. км² с самым большим речным островом Маражо площадью 40100 км2, омываемым частично Атлантическим океаном. Самой длинной рекой на территории России является Лена – 4337 км. Исток и устье являются важнейшими объектами речной системы, определяющими морфологические характеристики реки. Устье реки – это место впадения реки в море, озеро (водохранилище), другую реку или место, в котором река полностью расте- кается по поверхности суши, расходуясь на испарение или просачивание в почву, полно- стью разбирается на орошение или водо- снабжение и т.п. Если вследствие испарения, разбора на орошение или просачивания в грунт поток воды исчезает, то говорят о сле- пом устье. Например, река Окаванго, Южная Африка, не впадает ни в море, ни в озеро, а её конец теряется в болотах на северо-западе Калахари, называемых дельтой Окаванго. При впадении в море или озеро река часто отлагает значительное количество нано- сов и создает многорукавное устье – дельту, которая есть аккумулятивная гидрологиче- ская форма, образуемая рекой при впадении в конечный водоем. Название устья «дельта» дано от греческой буквы Δ (дельта) Геродотом приблизительно в 450 году до н.э., на кото- рую по форме она похожа. Дельта обычно характеризуется разделением реки на отдель- ные рукава. Приливы, отливы и морские течения затрудняют образование дельт. Чем меньше несёт река наносов, тем слабее выражены дельтовые формы. В этом случае река часто вливается в море одним широким руслом, образуя эстуарий, или губу. Прибрежная часть моря, непосредственно прилегающая к устью, испытывает влия- ние впадающей реки. Это влияние сказывается в понижении солености морской воды, в распределении глубин, течений и изменении других характеристик гидрологического ре- 46

жима. Указанная переходная зона называется устьевой областью. В пределах устьевой области различают предустьевое взморье и приморский участок реки. Приморский уча- сток реки делится на предустьевой и устьевой участки. Предустьевой участок имеет речной режим и только временами нарушается сгонно-нагонными и приливо-отливными явлениями. Его верхний створ находится на границе проникновения этих явлений, нижний – в месте разделения реки на рука- ва (дельта), а при однорукавных устьях (эстуарий, губа) – в сечении, где постоянно наблюдается смешение речной и морской воды. Устьевой участок реки простирается от нижнего створа предустьевого участка до предустьевого взморья. По ширине устьевой участок ограничивается корен- ными берегами долины, а если они нечетко выражены, то линией наибольшего разлива в половодье. Предустьевое взморье занимает про- странство от нижней границы устьевого участка (дельты) до зоны, дальше которой влияние реки на морской режим уже не прослеживается. Рисунок 17 – Районирование морского устья реки Дельта – сложенная речными наносами низменность в низовьях рек, прорезанная разветвлённой сетью рукавов и протоков. Образуется в результате взаимодействия речно- го стока, стока наносов, морского волнения, приливов и сгонно-нагонных течений. Дель- ты рек, впадающих в относительно спокойные водоёмы, могут достигать гигантских раз- меров: Ганг – 105,6 тыс. км2, Амазонка – 100 тыс. км², Лена – 45,5 тыс. км2, Инд – 41,4 тыс. км2, Нил – 24 тыс. км2, Волга – 19 тыс. км2. Дельту образует даже Нева, площадь ко- торой 83 км2, при длине реки всего 71 км. Эстуарий [от лат. aestuarium - затопляемое устье реки] – однорукавное, воронкообразное устье реки, расширяющееся в сторону моря. Образование эстуария происходит, если при- носимые рекой наносы удаляются морским те- чением или приливами и прилегающая к устью часть моря имеет значительные глубины; в этих случаях отложение наносов не происхо- дит даже при большом их выносе на устьевом участке. Одним из самых больших эстуариев в мире является Ла-Плато [от исп. Rio de la Plata - серебряная река], образованный при слиянии рек Уругвай и Парана. Это воронкообразное углубление на юго-восточном побережье Южной Америки, растянувшееся на 290 км от места слияния рек до Атлантического океана. 47

Многие латиноамериканцы верят, что название «Серебряная река» связано с эпохой золотой лихорадки, когда в русле реки было обнаружено серебро. На самом деле это название возникло как созвучие с английским «River Plate» – «речная тарелка». Так эстуа- рий назвали британские путешественники за его плоское дно и обширные прибрежные мели, на которые нередко садились британские фрегаты. Устья в виде эстуария также имеют такие реки, как Амазонка, Темза, Енисей, Обь, Амур, река Святого Лаврентия. Один из самых больших эстуариев в Европе является Жи- ронда (Gironde), образованный реками Гаронна и Дордонь, во Франции, открывается в Бискайский залив. Длина 75 км, наименьшая глубина на фарватере 8 м. Для определения эстуария было предложено множество вариантов, но самое обще- принятое из них – однорукавное воронкообразное устье реки, расширяющееся в сторону моря. Однако это определение исключает ряд прибрежных водоёмов, таких как прибреж- ные лагуны и солёные водоёмы. Более точным определением эстуария будет следующее – общее название полузамкнутых водных объектов, являющихся частями устьевых обла- стей рек и характеризующихся активными процессами смешения речных и морских вод. Особой формой эстуариев являются лиманы, представляющие собой затопленную морем устьевую часть долины. Образование лиманов происходит при опусканиях берего- вой полосы. Лиманы сохраняют характерную извилистость речной долины. В отличие от лимана, участок моря, примыкающий к морскому берегу и отделённый от основного мор- ского пространства косой, называется лагуной. Таким образом, лиман представляет собой как бы часть реки, лагуна же является частью моря, примыкающей к устью реки. Наносы, выносимые реками в море, откладываясь за пределами устья, образуют мелководное взморье – бар. Лиман [от греч. λιμένας - гавань, бухта] – мелководный залив при впадении реки в море. Лиман образуется при затоплении морем равнинных рек и может быть открытым – губа или отделённым от моря узкой полосой суши – пересыпью. Обычно вода лимана имеет промежуточную солёность между водой моря и пресной водой реки, но при малом притоке пресной воды он может сильно засоляться вследствие испарения. Губа – русское название далеко вдающегося в сушу морского залива или бухты, в которые обычно впадают крупные реки. Слово «губа» в этом значении входит в состав многих географических названий, например Невская губа, Обская губа. Лагуна [от итал. laguna, от лат. lacus - озеро] – мелкий водоём, отделённый от моря узкой полосой намытого песка (пересыпью) или коралловыми рифами. Типичный пример лагунного города – Венеция. Первоначально лагуной называлась только Венецианская ла- гуна, потом этот термин стал применяться к мелким заливам по всему миру. 48

Если в лагуну впадает крупная река, то вода в лагуне может быть почти пресной, а её уровень может превышать уровень моря. Таковы, например, Куршский и Калининград- ский заливы. В таком случае лагуны фактически являются лиманами. Например, лиманы в дельте Кубани. В то же время, на Чёрном и Азовском морях так называются некоторые лагуны без впадающих рек. Среди впадающих в море или озеро устьев рек наиболее типичными является дель- ты. С позиции комплексного физико-географического подхода дельта представляет собой сформировавшуюся в результате современных процессов дельтообразования часть устье- вой области реки, включающую верхнюю, подверженную руслоформирующей деятельно- сти речного потока, толщу устьевого конуса выноса реки и надводную аллювиальную су- шу, обычно имеющую сложную и изменчивую гидрографическую сеть и специфический ландшафт. Выделяют два основных типа речных дельт по месту их формирования – дельты вы- движения и дельты заполнения. Дельты выдвижения на открытом морском побережье формируются при отсутствии бокового ограничения, больших глубин и более сильного воздействия морских факторов. К ним относятся дельты рек Волги, Лены, Дуная, Риони, Роны, Миссисипи. Дельты выполнения морских заливов, эстуариев, лагун, лиманов формируются в условиях бокового ограничения берегами залива, мелководности и ослабленного воздей- ствия морских факторов (например, волнение). К ним относятся дельты рек Печоры, Оби, Енисея, Днепра, Днестра, находящиеся в вершинах морских заливов, губ, лагун и лима- нов. Кроме того, дельты можно разделить на морские и озерные, приливные и неприлив- ные. Иногда дельты делят на мало- и многорукавные. Однако четкое разделение дельт на эти типы отсутствует. Дельты выдвижения подразделяют на клювовидные, дугообразные, лопастные и другие типы дельт. Клювовидные дельты (реки Тибр в Италии, Сулак в Дагестане) являются простей- шими и состоят из трех основных элементов: приустьевого участка русла и двух приусть- евых кос по обе стороны от него. Образование кос связано с уменьшением скорости реч- ного течения на участке смыкания реки и водоёма, в то время как на стрежне ещё продол- жает сохраняться течение, препятствующее отложению аллювия (дельта реки Тибр в Ита- лии). Вообще же этот тип дельты обычно характерен для небольших рек. Лопастые дельты (реки Миссисипи, Ду- най) у американских и английских авторов называются ещё «птичья лапа». Образова- нию лопастной дельты предшествует фурка- ция русла на 2-3 рукава. Причины фуркации могут быть разными: различия в уклонах местности, в геологическом строении, но наиболее важны те, которые связаны с дина- микой потока и наносов. Замечено, что во время паводка на приустьевом участке реки происходит увеличение продольного уклона поверхности потока, создающее благоприят- ные условия для донной эрозии. На некотором расстоянии выше устья образуется на дне русла отрицательная форма рельефа – приустьевая яма. Материал, выносимый из приустьевой ямы, отлагается в устье, вблизи окончаний приустьевых кос, где образуется аккумулятивный островок – осередок, делящий поток на два рукава. У нового устья каждого из рукавов надстраиваются новые приустьевые косы. Рукава удлиняются, выдвигаясь вместе с косами в море. 49

Этот процесс может повториться – в результате образуется лопастная дельта. В плане она действительно напоминает птичью лапу. Типичный пример лопастной дельты – дельта реки Миссисипи. Мелколопастная (многорукавная, ду- гообразная) дельта характеризуется мно- гократным и равномерным делением на рукава стока реки. При этом дельта дале- ко выдвигается в море. Примерами явля- ются, многорукавные выдвижные дельты рек Лены и Волги. Дельта Волги – самая большая речная дельта в Европе. Начина- ется в месте отделения от русла Волги рукава Бузан (в 46 км севернее Астраха- ни) и насчитывает до 500 рукавов, прото- ков и мелких речек. Основные рукава – Бахтемир, Камызяк, Старая Волга, Болда, Бузан, Ахтуба, Кигач (из них судоходна Ахтуба). Рукава образуют системы более мелких водотоков (шириной до 30-40 м и расходом воды менее 50 м3/с), составляющих основу русловой сети. Устье лежит на 28 м ниже уровня океана, общее падение – 256 м. За последние 130 лет площадь дельты Волги выросла в 9 раз из-за постоянного понижения уровня Каспийского моря. Дельты выполнения образуются при впадении реки в мелководный залив. Формиро- вание такой дельты протекает при совместном участии флювиальных (все водноэрозион- ные и водноаккумулятивные) и волновых процессов, причем последние способствуют об- разованию берегового вала на некотором расстоянии от края формирующихся рукавов дельты. В результате рельеф такой дельты принимает своеобразные черты. Приустьевые косы смыкаются с береговыми валами, образуя ячеистый рисунок по- ложительных форм рельефа – валов. Между ними остаются пониженные пространства, занятые болотами и озерами. Типичной дельтой выполнения является дельта Дуная. При значительном воздействии волнения морской край дельты приобретает выровненный кон- тур, как это наблюдается, например, в дельте Нигера, подверженной мощному воздей- ствию прибоя. Сравнительно редко встречаются дельты, в пределах которых происходит ветвле- ние на рукава, однако межрукавные острова при этом оказываются сложенными не ал- лювиально-дельтовыми, а какими-либо иными отложениями, слагающими прибрежную равнину. Это так называемые врезанные дельты или псевдодельты. 50

Подобную псевдодельту имеет, например, река Нева. Острова, на которых распо- ложена значительная часть города Санкт-Петербург, сложены не аллювием Невы, а очень молодыми морскими отложениями. Большинство крупных рек строит свои дельты в крупных тектонических депрессиях, поэтому мощность дельтовых отложении может достигать огромной величины. Депрессия [от лат. depressio - вдавливание, снижение] – в геоморфологии понижение на земной по- верхности независимо от его формы и происхождения. Физическая причина образования дельты в устье реки – это отложение речных нано- сов, в свою очередь вызванное уменьшением скоростей течения потока при его втекании в приёмный водоем (море, озеро). Почему же одни реки, впадая в моря или озера, образуют дельты, а другие нет? Ведь на земном шаре не так мало устьев рек, где нет дельт. Это, например, устья рек Южного Буга, Святого Лаврентия, Пенжины, Делавэра, большинство фьордов, устья многих малых рек. Очевидно, что всё дело в соотношении факторов, благоприятствующих и препят- ствующих возникновению и развитию дельты. Главный созидающий фактор – это величина стока наносов реки. Чем она больше, тем больше при прочих равных условиях и объём аллювиального конуса выноса реки и площадь дельты. Благоприятствуют образованию дельты также мелководность залива или прибрежной зоны моря, где формируется дельта, вертикальные движения земной коры с положительным знаком (тектоническое поднятие), понижение уровня приёмного водоема. Главный фактор, препятствующий образованию и развитию дельты, – это разруша- ющее воздействие морского волнения. Образованию дельты препятствуют также большие глубины залива или прибрежной зоны моря, сильные приливные течения, тектоническое опускание или просадка грунта, повышение уровня приёмного водоёма. Дельта растёт, если в устье реки складывается положительный баланс наносов. За- пишем уравнение баланса наносов за интервал времени Δt в следующем виде: , где – изменение объёма аллювиального конуса выноса в устье реки; – объём стока наносов реки; – количество наносов, уносимых морским волнением; – объём речных наносов (обычно мелких), уходящих за пределы конуса выноса на большие морские глубины. В устьях рек с крупными дельтами (реки Дунай, Амударья, Миссисипи, Хуанхэ) на формирование конуса выноса реки идет 70-90% речных наносов. Чем больше объем кону- са выноса , тем больше и площадь дельты . Для некоторых дельт выдвижения на от- крытом морском побережье между , км3, и площадью дельты , км2, получена эмпи- рическая зависимость [26] . При большом стоке наносов реки, , дельта выдвигается в залив или в море, а её площадь увеличивается. При малом стоке наносов может сложиться соотношение , в этом случае дельта размывается, деградирует и её площадь уменьшается. Во время постледникового повышения уровня Мирового океана, 6-18 тыс. лет назад, многие устья рек оказались затопленными и превратились в морские заливы (губы, лима- ны, лагуны, эстуарии). После относительной стабилизации уровня океана, 5-6 тыс. лет назад, в вершине морских заливов отложение речных наносов привело к возникновению небольших дельт. Дельты в условиях ограниченного размера заливов и их мелководности, а также при слабом воздействии морских факторов, быстро выдвигались в залив, как это показано на рисунке – схема последовательного формирования дельт. 51

1 – прилегающая к дельте суша (исходный коренной рельеф) 2 – морские песчаные пересыпи, косы, пляжи 3 – низменные дельтовые острова 4 – приморская аккумулятивная равнина 5 – водоемы дельты 6 – действующие рукава и протоки 7 – отмершие рукава и протоки 8 – осохшие котловины дельтовых водоемов Рисунок 18 – Схема последовательно- го формирования дельт выполнения морского залива (стадия I) и выдвиже- ния на открытом морском побережье (стадия II) [27] Стадия I развития дельты получила название стадии формирования дельты выпол- нения. Постепенно заполняя заливы речными наносами, реки выходили за береговую ли- нию и начали формировать дельту в море, в условиях больших глубин и более сильного воздействия морских факторов (волнения, течений). Эта стадия II называется стадией формирования дельты выдвижения. Скорость перехода от стадии к стадии зависела от со- отношения стока наносов реки, с одной стороны, ширины, глубины залива и противодей- ствия морских факторов – с другой. С переходом от стадии к стадии менялся тип дельт. Многие дельты мира уже завершили стадию I и перешли к стадии II, изменив свой тип с дельты выполнения морских заливов, эстуариев, лагун, лиманов на дельту выдвижения на открытом морском побережье. Формирование дельты выполнения и особенно дельты выдвижения может идти мед- ленным (эволюционным) и быстрым (скачкообразным с прорывами русла) путём. Первый тип – медленного развития, свойствен дельтам рек с небольшой или средней величиной нагрузки потока наносами (мутность воды менее 1 кг/м3). Примером может служить развитие дельты Килийского рукава в устье Дуная, как это представлено на ри- сунке. Рисунок 19 – Схема медленного развития дельты Килийского рукава в устье Дуная [27] 52

На рисунке цифрами обозначены: 1 – береговая линия Черного моря до начала формирования рассматриваемой дельты (середина XVIII века); 2 – морская коса, сложенная песком и битой ракушей; 3 – низкие, заросшие тростником острова дельты; 4 – песчаный морской берег дельты. Второй тип – быстрого развития, характерен для дельт рек с большой мутностью (более 1 кг/м3). При быстром развитии дельты прорывы русла бывают, в свою очередь, двух видов: в сторону моря и во внутренние пониженные части дельты. В первом случае – прорыв в сторону моря, после прорывов формируются новые частные дельты в море на периферии старой дельты (такие дельты называют причленён- ными), а старая дельта отмирает или разрушается морским волнением. В качестве примера такого развития можно привести дельты Миссисипи и Сулака. После серии прорывов формируется целый пояс таких причлененных дельт. Рисунок 20 – Схема быстрого развития дельты Сулака с прорывом в сторону моря [27] На рисунке цифрами обозначены: 1 – берег Каспийского моря до прорыва Сулака на открытое побережье (конец XVIII века) и начала формирования дельты выдвижения (ранее дельта выполнения Сулака нахо- дилась в Аграханском заливе); 2 – основная часть дельты; 53

3 – первая причленённая частная дельта, сформировавшаяся после естественного прорыва русла в северо-восточном направлении, предположительно в 1922 году; 4 – вторая причленённая частная дельта, сформировавшаяся в северном направлении после прокопа левой косы в 1929 году; 5 – третья причленённая частная дельта, сформировавшаяся после искусственного вывода реки в море в юго-восточном направлении и перекрытия старого русла в 1957 го- ду; 6 – Сулакская коса, сформировавшаяся из продуктов разрушения дельты волнением (при подъеме уровня моря в 1978–1995 годах коса была частично размыта); 7 – Сулакская бухта. Во втором случае – прорыв во внутренние пониженные части дельты, возникают разливы, нередко катастрофические. Постепенно на месте разливов внутри старой дельты формируется новая частная дельта, называемая наложенной. Эта новая частная дельта может перехватить большую часть стока реки. Затем наложенная дельта достигает мор- ского берега и начинает выдвигаться в море, формируется наложено-причленённая дельта. По такой схеме шло формирование дельт рек Хуанхэ, Терека, Амударьи, Или. Эти дельты представляют собой серию более древних и уже отмерших и более молодых наложено- причлененных дельт. Именно у этих дельт зафиксирована максимальная скорость выдви- жения в море: в дельте Амударьи 4 км/год, в дельте Хуанхэ до 10 км/год. Поскольку сток наносов реки – главный фактор формирования дельт, то его есте- ственные и антропогенные изменения (как увеличение, так и уменьшение) быстро отра- жаются на интенсивности смены стадий дельтообразования, ускорении или замедлении выдвижения дельты в море. При значительном уменьшении стока наносов может начаться размыв дельты морским волнением. Большинство дельт мира в прошлом всегда чутко ре- агировали на колебания стока рек из-за изменения климатических условий. В холодные и влажные периоды происходило ускоренное выдвижение дельт в море, а в теплые и сухие периоды выдвижение дельт замедлялось или даже сменялось частичным размывом. Установлено, что в так называемый малый ледниковый период (XV-XIX века) уве- личилась повторяемость дождевых паводков, возрос сток наносов рек и ускорилось вы- движение в море дельт многих рек Европы (реки Тибра, По, Эбро), а также дельт некото- рых рек Китая. Тесная связь интенсивности выдвижения в море дельт рек Дуная, Куры, Урала, Амударьи с величиной стока их наносов установлена и для более коротких перио- дов времени. В XVIII-XIX веках усилению эрозии в речных бассейнах, увеличению стока наносов рек и ускорению выдвижения многих дельт способствовал антропогенный фактор – вы- рубка лесов и распашка склонов. В XX веке (особенно во второй его половине) начал действовать другой антропоген- ный фактор – резкое уменьшение стока наносов рек в результате сооружения водохрани- лищ и зарегулирования рек. Многие реки заметно уменьшили сток наносов: Дунай, Терек и Хуанхэ – в 1,5 раза; Волга, Дон, Риони, Кура и Миссисипи – в 2 раза; Рона – в 3 раза; Сулак, Кубань и Тибр – в 8 раз; Нил – в 60 раз. В результате многие дельты замедлили своё выдвижение, в некоторых случаях усилился размыв их морского края. После сооружения каскада водохранилищ на Дунае в 60-70-х годах замедлилось вы- движение дельты Килийского рукава в устье Дуная. Значительное сокращение стока нано- сов Сулака в результате сооружения Чиркейской ГЭС в 1974 году привело к замедлению выдвижения дельты этой реки в море, а затем к началу её размыва. В последнем случае размыву дельты способствовало повышение уровня Каспийского моря. Весьма характерные процессы произошли в дельте реки Нил. До начала XX века ру- кава дельты Розетта и Дамиетта быстро выдвигались в Средиземное море. Однако после сооружения Старой Асуанской плотины в начале века и особенно высотной Асуанской плотины в 1964 году выдвижение дельты сменилось сильным размывом её морского бере- 54

га. Основная причина – резкое сокращение стока наносов реки (после 1964 года с 120 млн. т/год до 2 млн. т/год). Вековые и многолетние изменения уровня океана, морей и озер – важнейший фак- тор, влияющий на эволюцию дельт. Значительное снижение уровня моря (регрессия) вы- зывает, как правило, эрозионное врезание речного русла, иногда весьма сильное. Так, в устьевой части Нила во время очень низкого стояния уровня Средиземного моря сформи- ровался глубокий каньон. Во время регрессий место формирования дельты смещается в сторону моря. В периоды снижения уровня моря многие дельтовые водоемы высыхают, а сами дельты обычно быстро выдвигаются в море. Причина этого – увеличение количества переносимых рекой наносов: в водоем поступают не только транзитные речные наносы, но и продукты эрозии русла. Быстрое выдвижение в море дельты Сулака отмечено в период резкого падения уровня Каспийского моря в 30-х годах, а дельты Амударьи – в 60–70-е годы XX века, ко- гда уровень Аральского моря стал сильно снижаться. Интересно отметить, что эффект снижения уровня водоема частично компенсируется выдвижением дельты в море. Так, в 1961–1979 годах уровень Арала упал на 6,5 м, а главный рукав дельты Амударьи – Урдаб- ай выдвинулся в водоем на 17 км. В результате русло и уровни воды на месте старого морского края дельты понизились лишь на 4,5 м (на 2 м меньше, чем уровень моря за то же время). В периоды морских трансгрессий дельты обычно затопляются, узкая речная долина при этом превращается в залив (губу, эстуарий), а широкая – в блокированный пересыпя- ми со стороны моря лиман или лагуну. Место отложения речных наносов смещается вглубь континента. Именно повышение уровня моря и затопление речных долин стано- вятся причиной стадийного развития дельт, о котором говорилось выше. Повышение уровня моря, кроме того, увеличивает глубину взморья, что ведет, в свою очередь, к воз- растанию высот волн и усилению разрушающего воздействия волнения на дельты. Происшедшее в период 1978-1995 годов повышение уровня Каспийского моря на 2,3 м по-разному сказалось на дельтах впадающих в него рек. Небольшая (новая) дельта в устье главного рукава Терека с большим стоком наносов, несмотря на быстрое и значи- тельное повышение уровня моря, в целом сохранила свое положение, лишь нарастившись в высоту и поднявшись параллельно сама себе. Дельта же Сулака в условиях дефицита речных наносов после сооружения Чиркейской ГЭС была частично затоплена и размыта морским волнением. За 1978-1999 годы площадь этой дельты уменьшилась с 70,6 до 45,1 км2, то есть на 36%. Сходные процессы произошли в дельте Куры. На подтопленном мор- ском берегу около трех упомянутых дельт сформировались небольшие лагуны, отделен- ные от моря береговыми барами. В устье Волги были затоплены острова на взморье и уз- кая приморская полоса в самой дельте. Затоплению земель и размыву морского края дельт помимо повышения уровня моря способствует также просадка грунта, вызванная уплотнением рыхлых дельтовых отложе- ний. Интенсивность просадки грунта может достигать 2-7 мм/год. Такие явления отмече- ны в дельтах рек Кубани, Дуная, Миссисипи, Ганга и Брахмапутры, Нила, Роны, Эбро и многих других. В дельте Миссисипи, например, ежегодно из-за затопления и размыва бе- регов бесследно исчезает до 100 км2 земель. Повышение уровня моря и просадка дельтовых отложений способствуют усилению воздействия на дельты и других морских факторов – увеличение дальности распростране- ния в дельту приливов, нагонов, морских осолонённых вод. Процессы, сходные с теми, что произошли в дельтах рек, впадающих в Каспийское море в последние 20 лет, могут произойти и в дельтах на побережье Мирового океана в результате ожидаемого повышения его уровня. В настоящее время уровень океана подни- мается со скоростью 1,5–2 мм/год. Однако глобальное потепление климата, по прогнозам, должно ускорить рост уровня океана. Предсказывают, что к концу XXI века уровень океа- на повысится по сравнению с современным на 66 см (средняя оценка) или даже 110 см 55

(максимальная оценка). Очевидно, что это приведет к затоплению земель и разрушению берегов во многих дельтах мира. Так как в формировании дельты наряду с рекой принимаю участие и другие факто- ры, дельтовые отложения можно рассматривать как особую геологическую формацию. В её строении участвуют собственно русловые и пойменные отложения, отложения аван- дельты (подводного склона дельты) морские отложения. Кроме того, здесь в разрезе дель- товой формации можно встретить линзы озерных отложений, эоловые осадки в виде по- гребенных дюн, торфяники. Отложения древних дельт нередко таят в себе горючие полез- ные ископаемые – нефть и газ. Так, например, нефть, извлекаемая более 100 лет из так называемой продуктивной толщи в Азербайджане, приурочена к дельтовым отложениям среднего плиоцена (0,126-0,781 млн. лет назад). Речные дельты – одни из самых изменчивых природных объектов на Земле. Их су- ществование и интенсивность развития – следствие комплекса природных и антропоген- ных факторов, среди которых главные – изменения уровня моря и стока наносов рек. Дельты как элементы береговой зоны наиболее типичны для геологических эпох, характе- ризующихся стабильным или опускающимся уровнем Мирового океана или отдельных морей. Во время трансгрессии моря для береговой зоны более типичны эстуарии и лагу- ны. В периоды более холодного и влажного климата сток наносов рек возрастает и дельты активно выдвигаются в море. В периоды теплого и сухого климата рост дельт, наоборот, замедляется или даже сменяется их размывом. На развитии дельт сильно сказываются антропогенные факторы. Распашка земель и сведение лесов в XIX веке привели к усилению эрозии в речных бассейнах, возрастанию стока наносов и ускорению роста дельт многих рек. Сооружение во- дохранилищ на реках во второй половине XX века, наоборот, резко сократило сток наносов зарегулированных рек и привело к замедлению выдвижения дельт, а в не- которых случаях к их размыву. В настоящее время рост уровня Мирового океана также сказывается на замедлении роста многих дельт. При оценках влияния ожидаемого ускорения подъема уровня океана на дельты рек мира из-за потепления климата может помочь опыт изучения воздействия на дельты недавнего резкого повышения уровня Каспийского моря. Таким образом, реч- ные дельты могут рассматриваться как эффективные индикаторы крупномасштабных гло- бальных и региональных, естественных и антропогенных изменений природной среды. 56

5. Термический и ледовый режим рек. Ледовые явления Реки представляют собой объекты дея- тельной поверхности суши, термический режим – закономерные колебания темпе- ратуры воды которых, определяется фак- торами гидрометеорологической системы Земли, среди которых основными являют- ся: солнечная радиация, планетарные свойства и эндогенная энергия Земли, ат- мосферные газы и аэрозоли, а также гео- графические факторы [35]. Понятие «термический режим» введено нормативным документом ГОСТ 19179-73 «Гидрология суши. Термины и определения» [11], которое определяет закономерные ко- лебания температуры воды в водных объектах. При этом термин «термический режим» не является синонимом термина «температурный режим». Температура [от лат. temperatura - надлежащее смешение, нормальное состояние] – скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равно- весия макросистемы. В нашем случае – участка реки. Помимо динамики температуры при исследовании «термических режимов» рек рассматриваются также термодинамические энергетические процессы. Например, вводится понятие теплозапас – количество тепла, превышающее величину тепловой энергии, которая была бы во всей массе воды водного объекта при температуре 00 С. Использование понятия «тепловой режим» реки требует уточнения после ухода со сцены науки теории теплорода и развития молекулярно-кинетических основ термодина- мики. В строгом научном понимании теплота представляет собой один из способов пере- дачи энергии, поэтому физический смысл имеет лишь количество энергии, переданное системе. Однако слово «тепло» входит в такие устоявшиеся научные понятия, как поток тепла, теплоёмкость, теплота фазового перехода, теплота химической реакции, теплопро- водность, теплозапас и пр. По температурному режиму реки делятся на три основных зональных типа:  с постоянно тёплой водой без сезонных колебаний температуры (например, реки Амазонка, Конго, Нигер);  с сезонными колебаниями температуры воды, но не замерзающие зимой (например, реки Сена, Темза);  с большими сезонными колебаниями температуры, замерзающие зимой (например, реки Волга, Амур, Макензи). Последний тип рек с большими сезонными колебаниями температуры можно разде- лить на два подтипа – с неустойчивым и устойчивым ледоставом. У равнинных рек умеренного и субарктического климатических поясов [35] в теп- лое полугодие в первой половине периода температура воды ниже температуры воздуха, а во второй половине – выше. Температура воды по живому сечению у рек мало отличаются вследствие перемешивания. Изменение температуры воды по длине реки зависит от направления течения: оно меньше у широтных рек, нежели у рек, которые текут в мери- диональном направлении. У текущих рек с севера на юг температура повышается от исто- ка до устья (например, Волга), а текущих с юга на север – наоборот понижается (напри- мер, Обь, Енисей, Лена, Макензи). Эти реки несут огромные запасы тепла в Северный Ле- довитый океан, облегчая там ледовую обстановку в летне-осеннее время. 57

У горных рек, питающихся талыми водами снегов и ледников, температура воды ниже температуры воздуха на всём протяжении, но в низовьях разница между ними сгла- живается. В зимнем периоде замерзающих рек выделяют три основные фазы: замерзание, ле- достав, вскрытие. Замерзание рек начинается при температуре воздуха чуть ниже 0 0С с появления кристаллов - игл, потом сала и блинчатого льда. При обильных снегопадах в воде образуется снежура. Одновременно появляются полосы льда у берегов – забереги. На перекатах - быстринах может возникнуть донный лед, который всплывая образует вместе с блинчатым льдом, снежурой и оторвавшимися от заберегов льдинами осенний ледоход. Ледяной покров на поверхности рек устанавливается в основном в результате зато- ров – скопления льдин на мелководьях, в извилистых и узких местах, смерзания их друг с другом и с заберегами. Малые реки замерзают раньше больших рек. Подо льдом темпера- тура воды в реках почти постоянная и близка к 00 С. Продолжительность ледостава и тол- щина льда разная и зависит от зимних условий. Например, Волга в среднем течении по- крыта льдом 4-5 месяцев, а толщина льда на ней достигает одного метра, Лена в среднем течении замерзает на 6-7 месяцев при толщине льда до 1,5-2 м. При ледоставе на реках могут наблюдаться такие явления, как полыньи: динамические – на порожистых участках русла; термические – в местах выхода относительно теплых подземных вод или сброса тех- нических вод, а также ниже плотин водохранилищ. В районах многолетней мерзлоты с сильными морозами часты речные наледи – наросты льда в виде бугров при излиянии речной воды на поверхность вследствие суже- ния живого сечения потока. Случаются и зажоры – закупорка живого сечения реки массой внутриводного и донного битого льда. Наконец, возможно и полное промерзание рек на северо-востоке Сибири и на Аляске в условиях многолетней мерзлоты и при отсутствии у рек подземного питания. Вскрытие рек весной происходит через 1,5-2 недели после перехода температуры воздуха через 00С за счет солнечного тепла и прихода теплого воздуха. Таяние льда начи- нается под влиянием поступающих в реку талых снеговых вод, у берегов появляются по- лосы воды – закраины, а при таянии снега на поверхности льда – проталины. Потом про- исходят подвижки льда, он разрушается, наблюдается весенний ледоход и половодье. На реках, вытекающих из озер, помимо основного речного, наблюдается вторичный ледоход, обязанный выносу озерного льда. Высота половодья зависит от годового количества снежных запасов на водосборе, интенсивности весеннего снеготаяния и дождей в этот пе- риод. На реках, текущих с севера на юг, ледоход и половодье на разных отрезках проходят разновременно, начиная с низовья; бывает несколько пиков половодий, и в целом всё про- ходит спокойно, но растянуто во времени (например, на реках Днепр и Волга). На реках, текущих с юга на север, вскрытие начинается в верховьях. Волна полово- дья смещается вниз по реке, где всё ещё сковано льдом. Начинаются мощные ледоходы, часты разрушения берегов, возникает опасность для зимующих судов, например, на Се- верной Двине, Печоре, Оби, Енисее и др. Часто образуются ледовые заторы – торосистые нагромождения льдин, играющие роль плотин: выше их реки выходят из берегов и затап- ливают не только поймы, но и низкие надпойменные террасы. При этом под ледяной во- дой оказываются находящиеся на этих террасах населенные пункты. Так, в 2001 году мощные ледовые заторы образовались на Лене в среднем течении, в результате чего при- шлось эвакуировать население города Ленска и окружающих деревень, стоящих на первой надпойменной террасе. Часто от заторов страдает «родина Деда Мороза» – Великий Устюг, стоящий при слиянии рек Сухоны и Юга в начале Северной Двины. Для борьбы с этим стихийным бедствием созданы службы слежения за вскрытием льда и ледоходами и специальные подразделения, которые бомбят и взрывают ледовые заторы для расчистки русел ото льда. 58

5.1. Термический режим рек Термический режим рек определяется в основном количеством поступающей сол- нечной радиации и географическим фактором. Нагрев и охлаждение воды, вследствие большой её теплоёмкости, происходят медленно и зависят от массы; чем меньше масса воды, тем этот процесс идет быстрее. Существенное влияние на температуру воды может оказывать испарение. При интенсивном испарении температура воды понижается вслед- ствие большой затраты тепловой энергии. В отличие от воды, воздух весьма мало нагре- вается от солнечной радиации, в основном он получает тепло от поверхности земли и во- ды; воздух значительно быстрее теряет теплоту, чем вода. Несмотря на столь различные свойства воды и воздуха, годовой ход их температуры, в общем, близок друг другу, так как в обоих случаях зависит главным образом от посту- пающей солнечной радиации. Проведённый анализ соотношения температуры воды и воздуха на реках бывшего СССР (ныне СНГ), позволил установить семь характерных ти- пов рек по термическому режиму [41]. Следует отметить, что исследования проводились в середине прошлого века, но не утратили своей актуальности и сейчас. Тип I. Температура воды в реках в течение всего теплого период выше температуры воз- духа. К этому типу принадлежат реки запад- ных районов Европейской части СНГ, до бас- сейна Днепра включительно (кроме бассейнов Припяти, Десны и Сожа). Более высокая тем- пература воды рек по сравнению с температу- рой воздуха в этом районе объясняется частым вторжением холодных воздушных масс. Северо-запад и запад Европейской части СНГ находятся под воздействием холодных масс морского полярного воздуха и морского арктического воздуха, приходящих сюда с бо- лее низкими температурами, чем местный воз- дух. При достижении данной территории морской полярный воздух еще не успевает про- греться, поэтому температура воды примерно до 40° в.д. часто бывает выше температуры приходящего более холодного воздуха. Тип II. Вода в периоды весеннего полово- дья холоднее, а в остальную часть теплого времени года теплее воздуха. К этому типу относится подавляющее большинство рек, охватывающее около 3/4 территории СНГ, включая зону тундры, лесную зону и часть лесостепной зоны Западной Сибири. По существу, это все реки с ярко выражен- ным снеговым питанием. Следует отметить, что период, когда реки имеют более высокую температуру воды но сравнению с температу- рой воздуха, постепенно увеличивается в направлении с запада на восток. 59

Тип III. Для рек этого типа характерно превышение температуры воздуха над тем- пературой воды в начале и конце теплого периода, в то время как в середине теплого периода вода обычно теплее воздуха. Этот тип рек имеет ограниченное рас- пространение – он встречается только на Кольском полуострове. Превышение тем- пературы воздуха над температурой воды в осенний период объясняется здесь вхожде- нием более теплых масс морского арктиче- ского воздуха. Тип IV. В начале и середине теплого пе- риода наблюдаются небольшие различия между температурой воды в реках и возду- ха. В конце периода температура воды обычно значительно превышает температу- ру воздуха. Реки этого типа распространены в степ- ной области Европейской части СНГ. На больших реках, например, Дон и Се- верный Донец, после очищения их ото льда температура воды в течение одного месяца ниже температуры воздуха, а в последую- щие 2 месяца – выше. В июле и августе она вновь ниже, но в сентябре опять превышает температуру воздуха. На малых реках вода быстро прогревается и становится теплее воздуха, но уже в мае и позже вода обычно холоднее воздуха. Такое соотношение температуры воды и воздуха (пониженная температура воды в наиболее жаркое время лета) может быть объяснено значительными испарениями и связанной с этим потерей тепла. Возможно, что на пони- жение температуры воды в летнее время оказывает здесь влияние поступление грунтовых вод, относительная роль которых в питании рек степной зоны в летний период сравни- тельно велика (на средних и больших реках). Тип V. После очищения рек ото льда температура воды в течение 6-7 месяцев ниже температуры воздуха и только осе- нью превышает последнюю. Это харак- терно для рек Заволжья, Казахстана и степной части Северного Кавказа. 60

Тип VI. Температура воды рек в холод- ное время года выше, а в тёплое ниже тем- пературы воздуха. К этому типу относятся горные реки Крыма, Кавказа, Средней Азии. Термический режим рек связан с ледни- ковым или родниковым питанием; для него характерно поступление относительно хо- лодной воды из вышележащих в нижеле- жащие области. Продолжительность перио- да с температурами воды ниже температур воздуха увеличивается по мере удаления от истока к устью рек. Тип VII. Температура воды рек в течение почти всего года ниже темпе- ратуры воздуха. К этому типу отно- сятся нижние участки рек Черномор- ского побережья Кавказа, начиная от Сочи к югу. Распространение типов термических режимов рек по территории стран СНГ пред- ставлено на фоне карты средней температуры воздуха в январе на рисунке. Рисунок 21 – Типы термического режима рек на карте стран СНГ 61

Особенностью территории с типом термического режима рек II является наличие вечной мерзлоты, которая по существующим оценкам занимает от 60% до 65% террито- рии России. Наиболее широко вечная мерзлота распространена в Восточной Сибири и За- байкалье. Самый глубокий предел многолетней мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания многолетней мерзлоты была зафиксирова- на в феврале 1982 года и составила 1370 м. Вечная мерзлота (многолетняя криолитозона, многолетняя мерзлота) – часть крио- литозоны, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания льда. Криолито- зона – часть криосферы в пределах верхнего слоя земной коры, характеризующаяся в те- чение всего года или хотя бы короткое время (но не менее суток) отрицательной темпера- турой почв (горных пород) и наличием (возможностью существования) подземных льдов. В криолитозоне выделяются слои кратковременного и сезонного промерзания - протаива- ния (активный, деятельный, иногда – сезонно-талый слой) и многолетняя криолитозона (вечная мерзлота или многолетнемёрзлые породы). Нижней границей криолитозоны слу- жит изотермическая поверхность с температурой около 00С. Криолитозона может суще- ствовать как в пределах суши, так и на дне океана. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле составляет около 35 млн. км². Районы многолетней мерзлоты – верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2-3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 00C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, её глубина иногда превышает 1000 метров. Рас- пространение – север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого оке- ана и т.д. Рисунок 22 – Зоны сплошного, прерывистого и островного распространение вечной мерзлоты на территории суши территории Северного полушария и России Многолетняя мерзлота – явление глобального масштаба. Материк, где вечная мерз- лота отсутствует полностью – это Австралия, в Африке её наличие возможно только в вы- сокогорных районах. Значительная часть современной многолетней мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьирует от нескольких процентов до 90%. В многолетней мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидрантов, в частности возможно – гидрата метана. 62

5.2. Зимний режим рек Деление гидрологического года на сезоны достаточно прочно вошло в практику гид- рологии. Понятие «ледовый режим реки» связывают с «зимним сезоном», временные гра- ницы которого в настоящее время понимаются гидрологами по-разному. Одни исследова- тели начало зимнего сезона связывают с моментом появления ледохода, а конец – с мо- ментом очищения реки ото льда, другие – за начало зимнего сезона принимают дату появ- ления льда на реке, удерживающегося не менее 15 дней, а конец определяют началом оче- видного весеннего повышения расходов воды, вне зависимости от наличия ледяного по- крова. Существует и более простой критерий для определения зимнего сезона – просто наличие ледяного покрова. Приведённый далеко не полный перечень определений начала и конца зимнего сезо- на показывает неоднозначность в понятии сути термина «зимний сезон», что является следствием недоучета многообразия зимнего режима рек в различных климатических и физико-географических условиях. Если для районов северной полосы зимний период для рек связывается с наличием ледяного покрова, то для рек юго-западных и южных районов СНГ этот фактор не является доминирующим и обязательным. Для них холодный период года характеризуется иными соотношениями элементов водного баланса по сравнению с теплым периодом, т.е. зимнего сезона в обычном понимании здесь нет. Кроме того, следу- ет отметить, что даже внутри районов с выраженным ледоставом режимные характери- стики рек в зимний сезон весьма различны. В некоторых местах ледяной покров на реках неустойчив и не является наиболее характерной чертой режима; в этих местностях более типичными оказываются зимние паводки. Таким образом, зимний сезон на реках сле- дует рассматривать как их режимное состоя- ние, свойственное холодной части года, не- одинаковое для различных районов. Поэтому и критерии определения зимнего сезона для каждого климатического района могут быть различными. Например, для северных и севе- ро-восточных районов СНГ критерием нали- чия ледообразования наиболее приемлемо считать наличие устойчивых отрицательных температур зимой. Отмеченное многообразие проявления форм зимнего сезона на реках в различных климатических и физико-географических условиях превращает вопрос о назначении сро- ков его начала и конца в вопрос об установлении типов зимнего режима рек. В настоящее время существует несколько классификаций рек по типам зимнего ре- жима, одна из них была разработана в середине прошлого века советским учёным- гидрологом Алексеем Александровичем Соколовым [40]. Классификация рек по характеру зимнего режима А.А. Соколова часто встречается в научной литературе и включает: 1. Реки с ежегодным устойчивым ледоставом различной длительности. К этой груп- пе принадлежит подавляющее большинство рек СНГ. 2. Реки с неустойчивым ледоставом, наблюдающимся не ежегодно – реки крайних западных и южных районов Европейской части СНГ и Северного Кавказа, а также многие реки Приморья и Дальнего Востока. 3. Реки, на которых наблюдаются ледовые явления, но ледостав отсутствует. К этой группе принадлежит большинство рек Кавказа и горных областей Средней Азии и Алтая. 63

4. Реки, на которых ледовые образования вообще отсутствуют вследствие высоких температур воздуха в зимний сезон. К ним относятся водотоки Колхидской и Ленкоран- ской низменностей, ряд рек Средней Азии. В последующем была предложена классификация рек по характеру зимнего режима советским учёным-гидрологом Борисом Павловичем Пановым, которая обобщила и раз- вила предшествующие варианты классификаций рек [30]. В результате исследований зимнего режима и рассмотрения материалов по вопросу о классификации рек Б.П. Пановым были выделены четыре основных типа рек. Основные типы рек по зимнему режиму: I Реки с устойчивым ледоставом II Реки преимущественно с неустойчивым и прерывистым ледоставом III Реки с ледовыми явлениями, но без сплошного ледостава или с ледоставом только в особо суровые зимы IV Реки без ледовых образований Для типов рек I и II, III и IV были введены две группы подтипов, имеющих буквен- ные заглавные обозначения со сквозной нумерацией от «А» до «З». Подтипы зимнего режима рек типов I и II: А Реки без заметных возмущений в уровенном режиме при установлении ледяного покрова Б Реки с резкими изменениями уровенного режима в период установления ледяного покрова В Реки с плавным ходом уровней под ледяным покровом Г Реки со значительными колебаниями уровней под ледяным покровом В' Реки подтипа «В» с тенденцией к повышению уровней в период ледостава Г' Реки подтипа «Г» с тенденцией к повышению уровней в период ледостава Д Реки, вскрывающиеся в начале или раньше паводочного подъема, т.е. реки, вскрытие которых проходит в сопровождении незначительного паводка или без него. Например, реки юга Восточной Сибири и Забайкалья. Кроме того, сюда же следует отнести реки с большим озерным регулированием стоком – Ангара, Нева и т.д., у которых подъемов уровней весной не происходит, а также такого типа, как реки Аму-Дарья, Сыр-Дарья, Чу и т.п. Е Реки, вскрывающиеся высоко на ветви подъема паводка или у его вершины Подтипы зимнего режима рек типов III и IV: Ж Реки с паводочным режимом в зимний сезон З Реки с низкой водоносностью и устойчивыми уровнями в зимний сезон Распределение рек на подтипы производится на основании рассмотрения их уровен- ного режима за три периода сезона, а именно: период установления ледяного покрова; период ледоставный; период вскрытия. Для полной характеристики рек указываются особенностей хода уровней во все эти отрезки времени. Таким образом, для разработанной классификации предложен шифр, в котором римской цифрой обозначается тип реки, а буквенными обозначениями – подтип. 64

Подтип характеризуется тремя символами, из которых каждый определяет режим уровней в отмеченные характерные периоды сезона. Буквенные символы располагаются в порядке распределения времени обрисовываемых ими периодов. Следовательно, полная характеристика реки по её зимнему режиму складывается из четырех символов. Например: Шифр I БГЕ обозначает реку с устойчивым ледоставом, шугоносную, с резкими колебаниями уровней в период установления ледяного покрова и в последующее время, вскрывающуюся при высоко поднявшихся уровнях от весенней прибыли воды. Шифр IV Ж обозначает реку без ледовых явлений, с паводочным режимом в зимний се- зон. Пространственное распределение рек указанных четырех типов определяется клима- тическими характеристиками. В районах с устойчивыми отрицательными температурами воздуха в холодную половину года преобладают реки типа I, составляющие подавляющую часть рек СНГ. Реки типа II протекают в районах, которым свойственны мощные и про- должительные оттепели, сгоняющие не только снежный покров, но и вызывающие вскры- тие рек. Реки типа III являются преимущественно горными потоками, на быстринах кото- рых образуются только забереги и шуга, т. е. районы их распространения, кроме климати- ческих условий, определяются орографией местности. Эти реки представляются особо шугоносными. Реки типа IV в основном встречаются в южных районах СНГ (южное по- бережье Крыма, Черноморское побережье Кавказа, юг Туркмении и т.д.). Часто реки с обильным развитием шуги принимают за какой-то особый тип, что до некоторой степени представляется условным. Перекатный характер равнинных рек и за- торный тип ледостава на больших реках способствует разновременности их замерзания, что определяет неизбежность образования внутриводного льда. Таким образом, возникно- вение шуги на равнинных реках при их замерзании – явление обычное и вопрос идёт только о его систематичности и интенсивности. В качестве примера можно указать, что на такой равнинной реке, как Дон, у города Ростова шуга образуется не ежегодно. В случаях отсутствия шуги установление ледяного покрова происходит без особых повышений уровней. Наоборот, при интенсивных шугоходах ледяной покров образуется со значи- тельными колебаниями уровней. В 1931 году на реке Дон у Ростова образовалось такое большое количество шуги, что 30 судов было сорвано со своих причалов. Граница между типами зимнего режима рек I и II проходит в обычные по суровости зимы от Рижского залива, юго-западнее реки Лиелупе, южнее среднего течения реки За- падная Двина, у верхнего течения реки Дисны, до реки Лучесы, от которой уходит на юг в бассейн реки Днепр. Здесь от города Орши вниз по правобережью Днепра до Киева гра- ница раздела типов проходит в меридиональном направлении. Южнее Киева граница ме- няет направление почти на широтное и через истоки реки Сумы обходит реку Мерлю, уходит к среднему течению реки Волчья и устью реки Чир. Затем резко изгибается к юго- западу, включает в зону первого типа все левобережные притоки реки Дон и её междуре- чья с рекой Кубань, а также среднее течение реки Кумы. Участок нижнего течения Кумы отходит в зону II типа. В левобережной части бас- сейна реки Днепр многие малые реки из числа притоков рек Сожи и Десны принадлежат ко II типу, в чем сказываются особенности их питания. К востоку от Каспийского моря в зону рек I типа отходит нижнее течение рек Аму- Дарьи (граница проходит несколько севернее сухого русла Унгуз), почти вся равнинная часть реки Сыр-Дарья и нижнее течение рек Арыси, Ассы, Таласа, Чу, Или, Каратала и Аксу. В горной части Средней Азии к зоне I типа относятся в пределах территории СНГ юго-восточная часть Тянь-Шаня, где протекают истоки рек Нарыма, и юго-восточнее при- токи Иссык-Куль. Кроме того, к этой ж е зоне относятся и реки, протекающие в пределах склонов хребта Таласского Алатау. 65

Южная граница зоны рек II типа на юго-западе Европейской части СНГ выходит за её пределы. В Крыму она проходит по склонам Крымских гор, на Северном Кавказе по среднему течению левобережных притоков реки Кубани, верховьям рек Кумы, Терека, Сунжи и Сулака. Реки III типа находятся в горных районах Кавказа, Тянь-Шаня, Алтая и на Карпатах. Следует отметить, что в Средней Азии к зоне рек I типа непосредственно примыкает зона рек III типа. Пространственное распределение рек по принятым типам в основном определено климатическими условиями, а в равнинной местности исключительно ими. В Европейской равнинной части СНГ граница между I и II типами проходит, повто- ряя в общем очертания изотерм; в непосредственной близости от неё располагается изо- терма января в - 6° С и изолинии оттепелей пятнадцатидневной продолжительности, сго- няющих снег. В годы с теплыми зимами рассматриваемые границы отодвигаются к севе- ру, а в холодные – к югу. Приведенная классификация рек по типам зимнего режима Б.П. Панова позволяет подойти к определению сроков начала и конца зимнего сезона в соответствии с характер- ными свойствами различных типов рек. Доминирующие свойства зимнего режима того или иного типа рек служат критерием для определения сроков наступления и окончания зимнего сезона. Исходя из этого положения, следует считать, что для рек I и II типов установление ледяного покрова и есть основной признак наступления зимнего сезона. Од- нако для рек I типа только устойчивый ледостав является критерием определения зимнего сезона, а для рек II типа его заменяет появление временного ледостава. Ледяные образо- вания, наблюдаемые до установления ледяного покрова, есть явления, свойственные пе- реходному состоянию реки от теплой половины года к холодной, и поэтому могут быть отнесены к осеннему сезону. Для рек III типа ведущим признаком являются ледяные обра- зования: забереги, сало, шуга, снежура; поэтому их первое появление и определяет начало зимнего сезона. У рек IV типа, не изменяющих своего гидрофизического состояния, при переходе от теплой половины года к холодной признаками смены сезонов является смена режима расходов и изменение водоносности реки. По аналогии с положениями, принятыми для определения сроков наступления зим- него сезона, выбираются основания и для определения его конца. Однако при этом появ- ляется серьезное осложнение для рек I типа с вскрытием в период прохождения паводка. В этом случае существует накладывание одного сезонного состояния на другое, наблюда- емое в широких масштабах там, где паводок наступает значительно раньше в верховьях, чем в нижележащих частях бассейна. Поэтому этот вопрос целесообразно рассматривать изолированно для главной реки и для её притоков. В то время, когда на главной реке проходит верховой ранний паводок, опережающий местную весну, на притоках может происходить только начало таяния снегов, т. е. здесь зимний сезон может считаться еще не оконченным. Разрыв между сроками «местной» и «верховой» весны свойственен только крупным рекам, ориентированным в своём течении близко к меридиану. Для таких рек окончание зимнего сезона следует определять отдель- но для главной реки и отдельно для местных её притоков. 66

5.3. Ледовый режим рек Ледовый режим рек характеризуется сово- купностью повторяющихся процессов возник- новения, развития и исчезновения льда. Зако- номерности его определяются в зависимости от климатических условий речных бассейнов, вод- ности рек, морфологических характеристик ру- сел и гидравлических свойств потока. Ледовые явления имеют место почти на всех реках тер- ритории СНГ, за исключением южного побере- жья Крыма, Ленкоранской и Колхидской низ- менностей и южной части Туркмении. На большинстве рек ежегодно наблюдаются основные фазы ледового режима – за- мерзание, ледостав и вскрытие. Реки западных районов европейской части СНГ, равнин- ной части Северного Кавказа и Средней Азии в годы с неустойчивым температурным ре- жимом зимнего сезона отличаются повторным замерзанием и вскрытием. На реках горных районов Кавказа и Средней Азии, расположенных южнее 44° с. ш., ледостав наблюдается крайне редко и только на отдельных участках. Периоды ледового режима. По характеру режима ледообразовательных процессов, уровней и расходов воды в зимний сезон на реках Б.П. Пановым [30] были детализирова- ны фазы ледового режима и введены периоды ледового режима: предледоставный, зажор- но - заторный, устойчивого ледяного покрова, предвесеннего повышения уровней и рас- ходов воды, подвижек ледяного покрова и весеннего ледохода. Предледоставный период охватывает временной интервал от появления первого льда до густого ледохода и характеризуется весьма большим разнообразием в режиме уровней и расходов воды, вследствие уменьшения интенсивности питания рек поверх- ностным стоком, перераспределения и изъятия русловых запасов вод на ледообразование. Зажорно - заторный период на озерных, порожистых и горных реках характеризует- ся тем, что поднимают уровни рек иногда до высоких отметок. Зажор – скопление шуги, донного льда и других видов внутриводного льда в русле реки в период осеннего шугохода и в начале ледостава, стесняющее живое сечение потока и приводящее к подпору (подъёму уровня воды), снижению пропускной способности рус- ла, либо отверстий водопропускного сооружения и возможному затоплению прибрежных участков реки. Затор – скопление льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды. Заторы обычно происходят в сужениях и излучинах рек, на отмелях и в других местах, где проход льдин затруднен. Вследствие заторов уровень воды повышается, вызывая иногда наводнения. Обычно большие заторы наблюдаются весной на крупных реках, текущих с юга на север. Период устойчивого ледяного покрова для большинства рек СНГ выделяется плав- ностью хода и замедленным нарастанием ледяного покрова. Только юго-западные и гор- ные районы СНГ с неустойчивым ледоставом или при его отсутствии обладают в это вре- мя режимом уровней рек со значительной амплитудой колебаний. В отличие от него пер- вый и второй периоды характеризуются частыми и резкими колебаниями уровней и рас- ходов воды, разнообразием ледовых фаз. Период предвесеннего состояния реки со свойственным ему относительно медлен- ным подъемом уровней, началом таяния ледяного покрова является своеобразной стадией развития процессов таяния льда, главным образом с нижней поверхности. Период подвижек ледяного покрова и весеннего ледохода определяется разрушени- ем ледяного покрова и прибыли талых вод снегов. 67

Ледоход – движение льдин и ледяных полей на реках и озёрах под действием тече- ния или ветра. В период замерзания обычен осенний ледоход, образовавшийся от смерза- ния ледяного сала, снежуры и шуги на малых и средних реках со слабым течением. Такие льдины образовываются из так называемого шугового льда (шуговых венков и ковров) и оторвавшихся заберегов на больших реках. Осенний ледоход и переход его в ледостав со- провождается зажорами. В период вскрытия наблюдается весенний ледоход, который об- разуется из обломков ледяного покрова, взламываемого силой течения. На больших реках весенний ледоход, как правило, сопровождается заторами. Во введённых периодах ледового режима, помимо процессов образования льда на реках, широко используются характеристики динамики уровней и расхода воды. Напри- мер, предледоставный период охватывает временной интервал от появления первого льда до густого ледохода и характеризуется весьма большим разнообразием в режиме уровней и расходов воды, что объясняется уменьшением интенсивности питания рек поверхност- ным стоком, перераспределения и изъятия русловых запасов вод на ледообразование. Режим уровней в предледоставный период формируется в чрезвычайно сложных условиях большого разнообразия синоптических процессов, уменьшения водоносности рек, перераспределения русловых масс, подпоров и изъятия воды на ледообразование. За различные годы по ряду рек Б.П. Пановым было выделено 3 основных типа хода уровней: I типу свойственно низкое стояние уровней в предшествовавшее ледообразованию время с общей тенденцией к подъёму в течение всего предледоставного и даже начально- го отрезка ледоставного периода. В этом типе выделены два подтипа: а) подъём уровней сконцентрирован в конце периода; б) подъем уровней происходит более или менее равномерно. Колебания уровней такого характера обычно сопровождаются глубокими и часто неоднократными кратковременными их понижениями. II тип хода уровней определяется преимущественно низким и средним положениями их без выраженной, или со слабой тенденцией к повышению в последующее время. Этот тип наиболее часто наблюдается на малых и средних реках. III тип характеризуется ниспадающим ходом уровней, часто продолжающимся и по- сле ледостава, что свойственно рекам, замерзание которых начинается с верховий или охватывает одновременно все течение. Падение уровней нередко сопровождается одним или несколькими кратковремен- ными их снижениями, нарушающими плавность хода. Последнее из таких понижений обычно, непосредственно предшествует установлению ледяного покрова и является наиболее глубоким. Такие колебания уровней при появлении льда на реках широко из- вестны в гидрологической практике и получили название ледоставных птичек понижений уровней или провальных уровней. Значительным рекам, ориентированным в своем течении на север, замерзающим вначале в низовьях и позже в верховьях, в рассматриваемый период свойственны подъемы уровней от подпоров, создаваемых ледовыми явлениями. Это же обстоятельство опреде- ляет и наличие благоприятных условий для формирования зажоров и заторов. На реках, текущих с юга на север, на которых ледоставные процессы распространя- ются снизу вверх, уменьшение водоносности ниже верхней границы заберегов и других ледовых образований происходит за счет задерживающего их влияния и сработки запасов вод бассейна. 68

Типы процессов замерзания рек. В осенний период устойчивый переход сред- несуточных температур воздуха через 00C влечёт за собой снижение температуры во- ды до 00C и начало ледовых явлений на во- доемах и водотоках. Характер развития ле- довых процессов в реке обусловлен сочета- нием условий теплообмена и перемешива- ния водных масс, движения и накопления льда в русле. Начальным проявлением ледовых явлений на реках является появление сала – плы- вущих кусков ледяной пленки, состоящей из кристаллов льда в виде тонких игл. Сало обычно плывет по реке в течение нескольких дней. Практически одновременно у берегов, где скорости течения меньше, образуются забереги – узкие полоски неподвижного тонко- го льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает образовываться внутривод- ный лед – непрозрачная губчатая ледяная масса, состоящая из хаотически сросшихся кри- сталлов льда. Необходимым условием образования внутриводного льда является пере- охлаждение воды, т.е. переход температуры воды через 00C, и наличие в воде ядер кри- сталлизации в виде кристаллов льда, взвешенных минеральных частиц и т.д. Внутривод- ный лед может формироваться и в виде донного льда. Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще речного потока образуют шугу. Движение шуги по реке называется шугоходом. Вместе с шугой по реке может транспортироваться битый лед от заберегов и снежура – выпавший в воду снег. С дальнейшим охлаждением воды начинается образование льда на водной поверхно- сти вдали от берегов. В процессе образования льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. С образованием льдин начинается осенний ледоход, продолжительность кото- рого зависит от водности реки. В период осеннего ледохода русло реки может оказаться забитым шугой и обломка- ми льда – формируются зажоры, сопровождающиеся подъёмом уровня воды на располо- женном выше участке реки. Если в процессе осеннего ледохода происходит закупорка русла плывущими льдинами, имеет место формирование затора. По мере увеличения чис- ла плывущих льдин и их размера скорость движения ледяных полей уменьшается. В ме- стах сужения реки, у островов, в мелких рукавах ледяные поля начинают останавливаться. Образование ледяных перемычек вследствие остановки и смерзания отдельных ле- дяных полей фактически является началом формирования ледяного покрова на реке. Остановке и смерзанию ледяных полей способствуют зажоры и заторы. Процесс замерза- ния реки завершается ледоставом – образованием сплошного ледяного покрова, способ- ного оказать сопротивление воздействию подлёдного потока. Для малых рек характерно образование ледостава без ледохода за счет расширения и смерзания заберегов. Некото- рые участки реки могут в течение долгого времени, иногда в течение всей зимы, не замер- зать. Незамерзающие участки реки – полыньи могут быть как термического, так и дина- мического происхождения. Характер развития ледовых процессов в реке обусловлен сочетанием условий тепло- обмена и перемешивания водных масс, движения и накопления льда в русле. Детальные исследования процессов ледообразования и формирования ледяного покрова, количе- ственная оценка характеристик теплообмена и перемешивания водных масс, интенсивно- сти охлаждения и кристаллизации воды в реках, находящихся в различных климатических условиях, позволили установить закономерности и выделить основные типы процессов замерзания рек. 69

Выделение типов процессов замерзания рек основано на использования методики, предложенной В.А. Рымшей [18], в которой теоретическое описание процесса ледообра- зования основано на связи между интенсивностью ледообразования на глубине h, тепло- обменом S и турбулентной теплопроводностью η (турбулентностью перемешивания): [( ) √ ] , Вт/м3, √ ( √ ) где m – параметр, характеризующий период появления первичных кристаллов льда. Интенсивность ледообразования определяется количеством тепловой энергии, отда- ваемой единицей объёма переохлаждённой воды при кристаллизации с образованием льда на глубине z. Характер распределения Pz по глубине в зависимости от η иллюстрирует график, из которого следует, что при относительно слабом перемешивании процесс ледообразования сосредоточен в поверхностном слое воды. При больших значениях коэффициента η рас- пределение Pz по всей глубине приближается к равномерному распределению. Рисунок 23 – Распределение интенсивно- сти ледообразования Pz по глубине для различных значений η Условие больших значений коэффициента η соответствует образованию внутривод- ного льда. Промежуточное состояние характеризуется развитием процесса замерзания с образованием поверхностного льда и шуги. Для поверхностного слоя, z→0, выражение для интенсивности ледообразования упро- щается и принимает вид √ .. Чем меньше P0, тем вероятнее образования внут- реннего льда. При больших значениях P0, наоборот, наиболее вероятно образование льда на поверхности. В зависимости от интенсивности ледообразования, скорости течения и продолжи- тельности замерзания выделено три типа замерзания рек. Первый тип замерзания (быстрый) характеризуется большой интенсивностью ледо- образования в поверхностном слое (Р0 ˃2×10-4 Вт/см3). Замерзание сопровождается обра- зованием сала и заберегов. Ледяной покров формируется путем роста и смыкания забере- гов при незначительной начальной толщине льда 1-2 см в течение 1-2 суток. 70

При замерзании по второму типу (замедленному) ледообразование происходит в слое активного перемешивания толщиной 20-30 см. При этом 1×10-4 ≤ Р0 ≤ 2×10-4 Вт/см3. В период замерзания образуются забереги и льдины, перемещающиеся по реке – ледоход. Ледяной покров формируется при остановке, сплочении и смерзании льдин. Начальная толщина ледяного покрова 10-15 см. Длительность процесса замерзания 3-10 суток. Третий тип замерзания (длительный) характеризуется интенсивным ледообразова- нием по всей глубине потока, Р0 < 1×10-4 Вт/см3. Замерзание сопровождается образовани- ем шуги, движением её вниз по течению (шугоход). Ледяной покров формируется при остановке, сплочении и смерзании шуги. Толщина ледяного покрова в начале ледостава превышает 20 см. Длительность процесса замерзания 10-20 суток и более. На участках с повышенными уклонами образуются зажоры льда. Таблица 7 – Типы замерзания рек в зависимости от интенсивности ледообразования Р0, скорости течения v и продолжительности периода замерзания τ [14] Первый тип замерзания наблюдается на малых и некоторых средних реках, отлича- ющихся незначительной водностью в осенне-зимний период и медленным течением, ско- рость которого не превышает 0,2 м/с. Плотность теплового потока с водной поверхности, равная 100 Вт/м2, является достаточной для охлаждения и замерзания реки. Длительность периода замерзания небольшая вследствие интенсивного теплообмена водных масс с ат- мосферой в условиях малой водности. Этот тип замерзания отмечается на многих реках в пределах Восточно-Европейской равнины, на реках левобережья Нижней Волги, в обширной области низовий Урала, на большинстве рек Северного и Центрального Казахстана. Образование ледяного покрова в результате роста и смыкания заберегов имеет место на малых и средних реках севера Яку- тии, Сибири, на равнинных реках Забайкалья, на реках Амурского бассейна, на реках по- бережья Охотского моря, Сахалина и Камчатки. Второй тип замерзания распространён на многих средних и больших реках равнин- ной территории европейской и азиатской частей СНГ, на которых скорость течения в пе- риод ледообразования не превышает 0,4 м/с. Начало ледохода отмечается спустя 2-3 суток 71

после появления заберегов. В случае резкого похолодания, температура воздуха от -150С до -100С, одновременно с появлением заберегов наблюдается ледоход. Неоднородность гидравлических и морфологических характеристик по длине реки обусловливает значи- тельное колебание ледотранспортирующей способности на отдельных участках. Увеличе- ние её сверху вниз нарушается на поворотах русла, в местах слияния рукавов, а также впадения притоков. В годы малой водности ледотранспортирующая способность резко уменьшается. Так, например, в низовьях рек Обь и Иртыш сток льда в годы максимальной водности в 3 раза больше, чем в годы малой водности. Причем в годы повышенной водно- сти наблюдается интенсивное шугообразование и вместо второго типа процессов замерза- ния рек, отмечается третий тип замерзания. Рисунок 24 – Распределение основных типы процессов замерзания рек по территории СНГ: 1 – первый тип; 2 – второй тип; 3 – третий тип [14] Формирование ледяного покрова по длине рек происходит путем образования ряда перемычек в местах малой ледопропускной способности русла. Между перемычками кромка ледяного покрова перемещается вверх по течению за счет образования и движения льда на участке, расположенном выше по течению и ограниченном ближайшей перемыч- кой. Скорость перемещения кромки в среднем составляет 30-100 км/сутки. Изменяется она в зависимости от длины участка ледообразования, расходов льда (балльности ледохо- да, толщины и плановых размеров льдин, а также скорости их движения). На реках, теку- щих с севера на юг, скорость перемещения кромки меньше, чем на реках, текущих с юга на север, особенно на участках впадения крупных притоков. Так, например, скорость пе- ремещения кромки льда на Северной Двине 50 км/сутки, а на Урале 20 км/сутки. Реки, текущие в широтном направлении, замерзают почти одновременно по всей длине, Кроме того, в годы пониженной водности при глубоком и продолжительном похо- лодании даже на больших реках – Лене, Енисее и Амуре – отмечается одновременное за- мерзание участков протяженностью 1000-1500 км. 72

Третий тип замерзания является характерным для участков рек с повышенной ско- ростью течения, более 0,4 м/с. Ежегодно наблюдается третий тип замерзания на реках Средней Азии и Кавказа, Прибайкалья и Забайкалья, Камчатки, Сахалина, Алтая, запад- ных районов европейской части СНГ и Кольского полуострова. Кроме того, он наблюда- ется на многих больших и средних реках в годы повышенной водности и с неустойчивы- ми погодными условиями. При замерзании рек одновременно с заберегами появляется шуга. Характер распределения её на водной поверхности, размеры и форма шуговых скоплений являются в какой-то мере отражением структурных особенностей потока. На прямолинейных участках она движется по всей ширине реки, а на извилистых – только у одного из берегов в виде полосы. Между шириной полосы шуги и кривизной потока существует достаточно тесная связь. С уменьшением радиуса кривизны русла закономерно уменьшается и ширина поло- сы движения шуги и льда. Такая закономерность объясняется повышением интенсивности поперечной циркуляции воды с уменьшением радиуса кривизны русла. На участках пово- рота русла наблюдается изменение характера движения шуги в результате отклонения льдин к вогнутому берегу, где густота шугохода увеличивается. Кроме того, распределе- ние шуги по ширине реки изменяется под влиянием ветра и в зависимости от его направ- ления скорость движения шуги увеличивается или уменьшается. Формирование ледяного покрова из шуги, которая часто бывает смерзшейся в по- верхностном слое, сходно с образованием его из льдин и происходит так же, как при вто- ром типе замерзания путем перемещения кромки ледяного покрова снизу вверх по тече- нию реки. Водная поверхность постепенным заполняется поверхности льдом, поступаю- щим с верхних участков, либо путем образования отдельных перемычек и последующего замерзания водной поверхности между ними. В зависимости от морфологических особенностей русла имеет место тот или другой вариант. На участках рек с повышенными уклонами водной поверхности образуются за- жоры льда. В этих случаях наблюдается наиболее длительный период замерзания рек, так как скорость перемещения кромки на зажорных участках невелика, 3-6 км/сутки. Сток льда за период замерзания шугоносных рек исчисляется миллионами кубических метров. При третьем типе продолжительность замерзания участка реки 10-20 суток и более. Причем на реках бассейнов с неустойчивыми погодными условиями осенне-зимнего пе- риода (западная часть СНГ, южные районы Азии, на Сахалине и Камчатке) в отдельные годы она увеличивается до 50 суток. Кроме указанных типов замерзания в природе имеют место также случаи с различ- ными промежуточными условиями, при которых наблюдается формирование ледяного покрова за счет шуги и поверхностного льда. На реках Енисей, Лена, Урал и других при быстром смерзании шуги в условиях резкого похолодания иногда трудно отличить шуго- ход от ледохода. В сложном сочетании всех причин замерзания выделяются особенности, присущие тому или другому процессу замерзания. Тип замерзания определяет ледовый режим реки, характеризующийся интенсивно- стью нарастания толщины ледяного покрова, условиями вскрытия, образования зажоров и заторов льда, а также пропускной способностью русла в зимний период. Сроки замерзания рек. Начало развития ледовых явлений на реках определяется особенностями циркуляции воздушных масс осенне-зимнего периода над территорией стран СНГ. На большинстве рек Восточной Сибири появление льда связано с формированием восточно-сибирского антициклона и притоком холодных воздушных масс, поступающих через Карское море и Таймыр. На реках Западной Сибири сроки появления льда обуслов- лены формированием и развитием гребня восточно-сибирского антициклона, усилению которого способствует вторжение холодных воздушных масс с севера и северо-запада. От характера развития процессов синоптического предзимья зависит период появле- ния льда на реках европейской части СНГ. На реках Сибири и в северных районах евро- 73

пейской части СНГ лёд образуется в октябре, в большинстве районов европейской части СНГ – в ноябре, а в районах Средней Азии и Кавказа – в декабре. Рисунок 25 – Начало ледостава на реках и даты начала ледохода на реках СНГ При интенсивном похолодании лёд появляется почти одновременно на малых, сред- них и больших реках, при слабом и кратковременном похолодании – только на малых и средних реках. На больших реках различие в сроках появления льда обусловлено не толь- ко своеобразной структурой метеорологических элементов, определяющих разновремен- ность сроков перехода температуры воздуха к отрицательным значениям, но и направле- нием течения, а также гидрологическими особенностями отдельных участков реки. Закономерная последовательность распространения ледовых явлений по длине больших рек нарушается местными условиями. На Оби в зоне впадения Иртыша ледовые явления наблюдаются в более поздние сроки, а в зоне впадения Томи и Чулыма – в более ранние. Запаздывает появление льда на Енисее под влиянием Ангары. Холодные воды Бу- реи способствуют раннему появлению льда в низовье Амура. На Енисее, Лене, Северной Двине, Печоре и других реках лед поступает из притоков на несколько суток раньше начала ледообразования на главной реке. Разница в сроках появления льда по длине Ени- сея и Лены в среднем составляет 2-3 недели. Появление льда на реке Оби происходит в течение недели. Отмечается одновременность появления льда в среднем и нижнем тече- нии Северной Двины. Влияние водности наиболее выражено для рек, текущих с юга на север, и в значительной мере ослаблено для рек, бассейны которых вытянуты в широтном направлении. Установлены основные закономерности территориального распространения сроков ледовых явлений в зависимости от климатических условий. На картах изохрон сроков ле- довых явлений пространственное распределение средних многолетних сроков появления 74

льда характеризуется широтной направленностью изохрон в пределах Восточной Сибири, с небольшим отклонением под влиянием выноса теплых воздушных масс с Тихого океана в районе Приморского края. Отклонение изохрон от широтной направленности выражено в Западной Сибири из-за выноса теплых воздушных масс с Атлантики. Наиболее сильное влияние его на северо-западе европейской части СНГ и поэтому изохроны сроков ледовых явлений приобретают направленность с северо-востока на юго-запад. Пространственное распределение сроков ледовых явлений полностью отражает за- кономерное изменение теплообмена водных масс с атмосферой на реках территории СНГ. Различие между сроками ледовых явлений на реках южных и северных районов азиатской части СНГ в среднем составляет около месяца (конец сентября - конец октября), а евро- пейской – почти полтора месяца (конец октября - середина декабря). Изменчивость сроков ледовых явлений увеличивается с востока на запад. Среднее квадратическое отклонение сроков появления льда от средних значений на реках Восточ- ной Сибири и Дальнего Востока составляет 4-5 суток, а затем увеличивается до 8-10 на реках Западной Сибири и до 15-20 суток на реках западных и южных районов европей- ской части СНГ. Характер изменчивости сроков ледовых явлений обусловлен климатиче- скими особенностями речных бассейнов различных географических районов. Наименьшая изменчивость отмечается в районах резко континентального климата, а наибольшая – в зоне морского климата. Процессы замерзания рек завершаются ледоставом. В течение октября он распро- страняется на реках азиатской части СНГ. В ноябре замерзают реки Камчатки, северных районов Приморья и Сахалина, а также реки северных районов европейской части СНГ. В декабре ледяной покров образуется почти на всех реках СНГ, за исключением рек горных районов Средней Азии и Кавказа, расположенных южнее 440 с.ш., на которых ледостав наблюдается крайне редко и только на отдельных участках. Пространственное распределение средних многолетних сроков ледостава на реках территории СНГ в общем характеризуется широтной направленностью на азиатской части и направленностью с севера-востока на юго-запад в большинстве районов европейской части СНГ. 75

6. Опасные гидрологические явления Речные системы являются открытыми динамическими системами и находятся под значительным воздействием окружающей среды. При определённых условиях дина- мика развития происходящих в них про- цессов может привести к возникновению опасных природных явлений (ОПЯ), кото- рые по интенсивности развития, продол- жительности или моменту возникновения могут представлять угрозу жизни или здо- ровью граждан, а также могут наносить значительный материальный ущерб. Типовой перечень опасных природных явлений определён руководящим докумен- том РД 52.88.699 - 2008 «Положение о порядке действий учреждений и организаций при угрозе возникновения и возникновении опасных природных явлений», введённым в дей- ствие РОСГИДРОМЕТОМ с 01.01.2009 года [37]. Типовой перечень включает метеороло- гические, агрометеорологические, гидрологические, морские гидрометеорологические и гелиогеофизические ОПЯ. Опасные природные гидрологические явления (ОПГЯ) – события гидрологического происхождения или результат гидрологических процессов, возникающих под действием различных природных или гидродинамических факторов или их сочетаний, оказывающих поражающее воздействие на людей, сельскохозяйственных животных и растения, объекты экономики и окружающую природную среду [12]. Опасные природные явления, в результате которых на определённых территориях или акваториях произошли или могут возникнуть чрезвычайные ситуации называются источниками природных чрезвычайных ситуаций. Природная чрезвычайная ситуация (ПЧС) – обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате возникновения источника природной чрезвы- чайной ситуации, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и (или) окружающей природной среде, значительные материаль- ные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. По существующей мировой статистике источниками природных чрезвычайных си- туаций являются штормы и наводнения – по 32%, землетрясения – 12%, засухи – 10%, другие опасные природные явления – 14%. Наиболее подвержены природным чрезвычай- ным ситуациям Азия – 38%, Северная и Южная Америка – 26%, далее идут Африка и Ев- ропа – по 14%, Океания – 8%. Типовой перечень опасных природных гидрологических явлений, составленный с учетом рекомендаций Всемирной метеорологической организации (ВМО), включает [15,37]: половодье – фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климати- ческих условиях в один и тот же сезон, характеризующаяся наибольшей водностью, высо- ким и длительным подъемом уровня воды и вызываемая снеготаянием или совместным таянием снега и ледников. Различают половодья весеннее, весенне-летнее и летнее; паводок – фаза водного режима реки, вызываемая дождями или снеготаянием во время оттепелей, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, ха- рактеризуется интенсивным, обычно кратковременным увеличением расходов и уровней воды до отметок повторяемостью наивысших уровней менее 10 % и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей; 76

зажор – скопление шуги с включением мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъём уровня воды до отметок повторя- емостью наивысших уровней менее 10 %; затор – скопление льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъём уровня воды до отметок повторяемостью наивысших уровней менее 10 %; сель – стремительный поток большой разрушительной силы, состоящий из смеси во- ды и рыхлообломочных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек в результате интенсивных дождей или бурного таяния снега, а также прорыва завалов и морен. Морена – геологическое тело, сложенное ледниковыми отложениями; низкая межень – понижение уровня воды ниже проектных отметок водозаборных сооружений и навигационных уровней на судоходных реках в конкретных пунктах в тече- ние не менее 10 дней; раннее ледообразование – появление льда и образование ледостава (даты) на судо- ходных реках, озерах и водохранилищах в конкретных пунктах в экстремально ранние сроки повторяемостью не чаще 1 раза в 10 лет; очень большие расходы воды – расходы воды (естественные, сбросные через гидро- узел или при прорыве плотины), нарушающие нормальные условия эксплуатации гидро- технических сооружений и хозяйственных объектов. Обеспеченность не более 10% (уста- навливаются территориальными органами); очень малые расходы воды – расходы воды (естественные, сбросные через гидроузел или при прорыве плотины), нарушающие нормальные условия эксплуатации гидротехни- ческих сооружений и хозяйственных объектов. Обеспеченность не менее 90% (устанавли- ваются территориальными органами). Водность рек оценивается величиной годового стока – объёмом воды, прошедшим через живое сечение за определённый отрезок времени, т.е. за год. Колебания годового стока, как и других гидрологических величин, обусловлено достаточно большим количе- ством факторов (климатических, метеорологических, антропогенных и др.) и подтвержде- ны существенным изменением от года к году. Поэтому их часто изучают при помощи ме- тодов математической статистики и теории вероятностей. Многолетние изменения годо- вого стока можно изучать по так называемым кривым повторяемости и обеспеченности среднегодовых расходов рек. Под повторяемостью понимают отношение числа лет с определённым расходом во- ды к общему периоду наблюдения, под обеспеченностью – вероятность превышения чис- ла лет с определённым расходом, над числом лет с меньшим расходом. Для таких расчётов необходимы данные по расходам за значительный период (не менее 50 лет), которые разбиваются на ряд интервалов. Расчёт ведётся табличным ме- тодом. Предположим, что имеются данные за 77 лет, минимальный расход воды – 650 м3/с, максимальный – 2550 м3/с [3]. Разобь- ём расходы воды с интервалом в 200 м3/с и внесём имеющиеся данные в таблицу. Таблица 8 – Расчёт обеспеченности и повторяемости гидрологических величин Величина повторяемости показывает, насколько часто в ряду наблюдений встреча- ется тот или иной расход воды: минимальный расход в 650 м3/с отмечен лишь в один год из 77 лет наблюдения – это составляет 1,3%; максимальный расход встречается тоже 1 раз 77

– повторяемость 1,3%. Величина обеспеченности показывает, насколько часто встречает- ся изучаемая характеристика – среднегодовой расход – не ниже меньшей границы интере- сующего нас интервала, сколько лет обеспечивается значение расхода воды, не ниже за- данного. Например, расход воды в интервале от 1000 до 1199 м3/с и более в ряду наблю- дений отмечался 70 раз, это значение было обеспечено в 91% случаев. Следовательно, чем ниже расход воды, чем больше вероятность его превышения (т.е. обеспеченность), и, наоборот, чем больше среднегодовой расход, тем меньше его реальная обеспеченность. 6.1. Половодье Половодье – одна из фаз водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон года, – относительно длительное и значительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы. Половодье вызывается усиленным продолжи- тельным притоком воды, обусловленным весен- ним таянием снега на равнинах, летним таянием снега и ледников в горах, а также обильными до- ждями (например, летними муссонами). За период весеннего половодья на северных реках нашей страны проходит до 60%, а на южных до 80-90% годового стока. Половодья, вызванные весенним снеготаянием, характерны для многих равнинных рек, которые делятся на две группы: реки с преобладанием весеннего стока (например, реки Волга, Урал); реки с преобладанием летнего стока (например, реки Анадырь, Юкон, Макензи). Половодья, обусловленные летним таянием горных снегов и ледников, характерны для рек Средней Азии, Кавказа и Альп. Половодья, вызванные летними муссонными дождями, характерны для рек Юго- Восточной Азии (например, реки Янцзы, Меконг). При изучении половодий с весенним таянием снега на равнинах учёные выделяют перечень переменных по времени гидрологических факторов, обусловливающих высоту весеннего половодья: запас воды в снежном покрове к моменту начала таяния и характер его распределе- ния по поверхности водосбора; атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья; осеннее - зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния; глубина промерзания почвы к началу снеготаяния; ледяная корка на почве; интенсивность снеготаяния; сочетание волн половодья крупных притоков речного бассейна. Последние два фактора почти не влияют на объём весеннего половодья и учитыва- ются лишь при прогнозе максимума половодья. Обычно выделяют два этапа формирования речных половодий: первый этап называется гидрометеорологическим – определяется процессами по- ступления воды на водосбор в ходе снеготаяния и/или выпадения жидких осадков и поте- рями стока, происходящими по разным причинам; второй этап называется гидравлическим (гидромеханическим) – отражает механизм добегания (движения) воды до замыкающего створа. 78

Начало процессов снеготаяния определяется ростом поступления радиации от Солн- ца и прогревом снежной массы до нулевых температур. Динамику изменений снежного покрова на территории СНГ иллюстрирует рисунок. Рисунок 26 – Динамика схода и число дней со снежным покровом на территории СНГ 79

Период вскрытия ледяного покрова на реках России занимает достаточно большой период времени, с марта по июнь месяц. При этом реальные даты вскрытия могут иметь значительные отклонения от прогнозных значений, как это представлено на рисунке – сроки вскрытия ледяного покрова на реках России, предварительный прогноз, 2012 год, РОСГИДРОМЕТ. Рисунок 27 – Сроки вскрытия ледяного покрова на реках России Стекание образующейся в процессе снеготаяния воды определяется рельефом водо- сбора, наличием лесов, озер и болот, определяющих как потери стока, так и характер (условия) стекания на водосборе. Особенностью формирования стока весеннего половодья является сравнительно кратковременное и одновременное таяние снега на больших терри- ториях (1-2 млн. км2 на равнинах). В результате даже при небольшой интенсивности про- цесса водоотдачи из снега на средних и больших водосборах формируются большие па- водки. Иная ситуация наблюдается на малых водосборах, значительную часть которых может охватить ливневый дождь. При таких дождях интенсивность поступления воды в русловую сеть может многократно превосходить интенсивность водоотдачи из снежного покрова и образовывать значительный паводок. В областях муссонного климата дожди могут орошать одновременно большие водо- сборы, приводя к значительным дождевым паводкам на больших реках. Стекание воды по склонам сопровождается затоплением бессточных углублений и временным скоплением в проточных емкостях. Значительная часть талой воды поглоща- ется почвой и не участвует далее в формировании половодья. Наличие лесов и болот вы- зывает уменьшение максимального расхода половодья и увеличение его продолжительно- сти. Условия формирования половодья могут существенно изменяться от года к году. Так, большое осеннее увлажнение почвы и наличие ледяной корки весной приводит к увеличе- нию весеннего стока и большим максимальным расходам. Максимальные уровни воды рек периода весеннего половодья иллюстрирует карта предварительного прогноза на 2012 год, представленная на рисунке. 80

Рисунок 28 – Максимальные уровни воды рек периода весеннего половодья, предварительный прогноз, 2012 год Изменение запасов воды на поверхности водосборов рек в период половодья иллюстри- руют результаты измерения, полученные в пе- риод снеготаяния в 1984 году на реках Сухона и Вычегра. Измерения были проведены сотрудниками Государственного гидрологического института (ГГИ), г. Ленинград при разработке методики по оценке запасов воды на поверхности водо- сборов в период весеннего снеготаяния на ос- нове авиационных гамма-съёмочных прибо- ров. Рисунок 29 – Изменения запасов воды на по- верхности водосборов рек Сухона и Вычегра в период половодья, 1984 год Рассмотрим факторы, обусловливающие объём весеннего половодья, в отдельности. Это важно для понимания того, при каких условиях возникают ОПГЯ, вызванные полово- дьями, как составляется прогноз высоты и объема половодья и пр. 81

Запасы воды в снежном покрове. Пер- вый выпавший снег редко остается на зиму. Обычно в предзимье снег выпадает два-три раза и тут же тает. При этом увлажняется верхний слой почвы, что во многом опре- деляет потери стока половодья. Определе- ние истинной величины снегозапасов в бассейне сопряжено с немалыми трудно- стями. Ведь снег залегает на местности крайне неравномерно. Причина не только в том, что в разных местах выпадает неодинаковое количество твердых осадков, сколько в том, что ветер переносит выпавший снег с места на место. Пе- ренос снега начинается уже при скорости ветра 5-7 м/с. Снег с открытых поверхностей сносится в различного рода понижения местности – лощины, балки, овраги, русла рек и ручьёв. Снег отлагается и в зонах перехвата – на опушках леса, в лесозащитных полосах, в садах, у изгородей, около отдельных деревьев и кустов. Один буран в открытой степи мо- жет до неузнаваемости изменить рельеф снежного покрова. Некоторое влияние оказывают на запасы воды и зимние оттепели. При оттепелях снег тает преимущественно в поле и почти не тает в лесу. Соотношение между снегозапа- сами в поле, лесу, оврагах и других объектах местности меняется от года к году. В сред- нем, например, в Центральных черноземных областях в узких оврагах снега в 2,5 раза больше, чем в поле, на опушках леса – в 2 раза, в лесу – в 1,3 раза, в лощинах, ложбинах и в руслах рек в 1,2 раза больше. В отдельные оттепельные и ветреные зимы соотношение может быть существенно иным. Так, в конце зимы 1951-52 годов в бассейне Дона снега в оврагах было в 5 раз больше, чем в поле. Заметим, что и лес лесу рознь – здесь имеют зна- чение возраст, густота и состав леса. Почти всегда на 10 % площади снегозапасы в 2-4 ра- за больше средней величины и еще на 10% площади – в 1,5-2,0 раза меньше. Ввиду всех этих обстоятельств снегосъёмки производятся один раз в 5 дней вблизи метеорологических станций на характерных для данной местности маршрутах длиной 2 км в поле и 0,5 км в лесу и оврагах. Измерения осуществляются через каждые 10 м, при- чем на 5-10 измерений высоты приходится одно измерение плотности. Снегозапасы (запас воды в снежном покрове) – общее количество воды в твердом и жидком виде, содержащееся в рассматриваемый момент времени в снежном покрове. Сне- гозапас определяется произведением высоты снега на его плотность, полученные в ре- зультате снегосъёмок. Иногда используют термин – водность снежного покрова. Довольно длительное время оценку состояния снегозапасов пытаются осуществить посредством спутниковых наблюдений, в частности на основе измерения пассивного мик- роволнового излучения с помощью платформ MODIS SSMR и MODIS SSM/I. Модели восстановления снегозапасов по данным дистанционных измерений, как правило, основа- ны на расчете разницы тех или иных частотных диапазонов микроволнового излучения в сочетании с коэффициентами, характеризующими особенности поверхности и в первую очередь состояние растительности. Несомненным преимуществом получаемой в результа- те информации является широкий пространственный охват, а существенный недостаток спутниковых наблюдений – неточности восстановленных данных, связанные с влиянием растительности и расчленённого рельефа, с характером снежной толщи (слоистость, нали- чие воды и ледяных прослоек, величина зерна, толщина). Средние снегозапасы бассейна вычисляются как средние взвешенные с учетом доли площади занятой полем, лесом и овражно-балочной сетью. В свою очередь, средняя вели- чина снегозапасов для поля, так же как для леса и овражно-балочной сети, определяется как средняя арифметическая из данных измерений. Обычно данных о снегозапасах в лесу в 3-5 раз меньше, чем в поле, и это отрицательным образом влияет на точность прогноза. 82

В декаду наибольшей высоты снежного покрова его плотность большей частью со- ставляет: в Европейской части России – 0,25 г/см3, в Сибири – 0,23 г/см3, на Дальнем Во- стоке – 0,20 г/см3. Средняя многолетняя величина максимальных за зиму снегозапасов изменяется от 40-50 мм на юго-западе Украины и в Молдавии до 180-200 мм в Центральной Сибири. Ещё более сильно выраженная территориальная изменчивость характерна для наиболь- ших из максимальных снегозапасов: в Европейской части России они колеблются в ин- тервале от 60-80 мм до 300-350 мм. Атмосферные осадки в период снеготая- ния и половодья. Весенние осадки, являясь дополнительным источником питания рек, играют весьма важную роль в формирова- нии максимума весеннего половодья. Мож- но выделить осадки периода снеготаяния и размерзания почвы, а также осадки после- дующего весеннего периода до конца поло- водья. Первые обращаются в сток с теми же потерями, что и снегозапасы, вторые – с не- сколько большими потерями. Если коэффициент стока снегозапасов и осадков принять за 1,0, то для осадков он составляет 0,8 на севере в зоне избыточного увлажнения и 0,5 на юге в зоне недостаточно- го увлажнения. Момент оттаивания почвы примерно совпадает с окончанием снеготаяния в лесу, а в безлесных районах оттаивание почвы начинается спустя 5-8 дней после схода снега. Осенне-зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния. Влажность верх- него слоя почвы толщиной 0,5-1,0 м – самый важный фактор потерь талых вод. Но именно влажность почвы и есть самая изменчивая во времени и в пространстве величина. В каж- дой низине влажность почвы больше, чем на возвышенных местах. Влажность суще- ственно различается на песчаных и глинистых почвах, на распаханных и целинных участ- ках, при наличии травяной или древесной растительности и т. д. Измерение влажности почвы является проблемой. Например, в лесу влажность поч- вы обычно не измеряется. При прогнозах широко используются разного рода косвенные характеристики. Например, используется разность между суммарными осадками и сум- марным испарением за 2,5-3,0 месяца до устойчивого перехода средней суточной темпе- ратуры воздуха через 0°С. Величина разности примерно равна запасу продуктивной влаги в слое 0-50 см. Другая распространенная характеристика – суммарный сток реки за период октябрь - январь. Во время зимних оттепелей влажность почвы возрастает настолько, насколько убы- вают снегозапасы, если, конечно, не возникают паводки зимой. При этом в величину осенней влажности почвы (или в её косвенную характеристику) вводится соответствую- щая поправка. Глубина промерзания почвы к началу снеготаяния. Наблюдения на полях показыва- ют, что при глубоком (свыше 60 см) промерзании почвы зимой её оттаивание весной про- исходит лишь после освобождения полей от снега. Хорошо увлажненная и глубоко про- мерзшая почва практически непроницаема для талой воды. Напротив, сухая, неглубоко промёрзшая почва впитывает в себя много воды. Внешним признаком влажной промерзшей почвы является то, что она с трудом ру- бится топором или раскалывается ломом, а не промёрзшая сухая почва сравнительно лег- ко разрыхляется лопатой и режется ножом. Бывает, что в многоснежную слабо морозную зиму замёрзшая с осени почва оттаивает до того, как весной устанавливается положитель- ная температура воздуха. Случается и нечто противоположное. Просочившаяся в почву 83

талая вода замерзает из-за наличия большого запаса холода в почве. И тогда на короткое время образуется запирающий слой почвы. Иногда можно наблюдать и такую картину. После схода снега и исчезновения луж в период оттаивания почвы в гидрографическую сеть продолжает поступать довольно мно- го воды с полей. Это, как иногда говорят, идет «донник», или «земляная вода». Донником в отдельных местностях называют такое состояние почвы, когда под от- таявшим верхним слоем почвы находится ещё мерзлый слой. Нога человека увязает в гря- зи, но упирается в твердый грунт. В период донника можно видеть, как в поле то в одном, то в другом месте почва, которая утром имела вид жижи, к вечеру обезвоживается, вода проваливается вниз. Это происходит в тот момент, когда нижний слой почвы полностью оттаивает. Через несколько дней почва подсыхает, и человек уже может пройти по полю. Ускоренному оттаиванию мерзлого слоя почвы снизу благоприятствует неглубокое зале- гание зеркала грунтовых вод. Слабо промерзшей обычно считают почву с глубиной промерзания до 15-20 см, а сильно промерзшей – свыше 60-80 см. Уже при средней глубине промерзания 60 см на ровных полях не остается участков со слабым промерзанием. Наиболее интенсивное промерзание почвы происходит в начальный период зимы, до того как высота снежного покрова в полях достигнет 10-15 см. Глубина промерзания в лесу намного меньше, чем в поле. Для леса глубина промер- зания почвы не такая важная характеристика, как для поля. Лесные почвы обладают гро- мадной скважностью. Следует подчеркнуть, что процесс инфильтрации воды в мёрзлую почву как в поле, так и в лесу чрезвычайно сложный. На него оказывают влияние не только гравитационные и молекулярные силы, под воздействием которых происходит движение воды, но и замер- зание просочившейся воды, оттаивание частиц льда, разжижение грунта и пр. Ледяная корка на почве и зимние оттепели. Ледяная корка на почве образуется во время коротких, но сильных оттепелей при условии, что почва водонепроницаема. Обыч- но корка бывает не сплошной, а занимает понижения рельефа. Чаще всего запас воды в ледяной корке составляет 5-10 мм (в пересчете на весь бассейн), но бывает и 20-25 мм. В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стока очень вы- сокий, потери стока минимальные и талая вода скатывается по ледяной корке, как по ас- фальту. Во время длительных зимних оттепелей талая вода успевает достичь гидрографи- ческой сети, и тогда на реке проходит зимний паводок. Как правило, зимние паводки от- мечаются к западу и югу от линии Петрозаводск - Москва - Волгоград - Гурьев - Кзыл- Орда - Алма-Ата. Большой зимний паводок был, например, зафиксирован во время сильной январской оттепели 1955 года на Тихой Сосне, Осколе, Цне, Хопре и на других реках в пределах Белгородской, Тамбовской и Курской областей. Подъем уровня составил 2,5-3,0 м, чему способствовали также обильные дожди, слой осадков которых достиг 20-25 мм. Другой большой зимний паводок прошёл на левых притоках реки Припять в пределах Белоруссии в первой половине зимы 1980-81 годов. Во время паводка наложились одна на другую две последовательные волны от таяния твердых и выпадения жидких осадков; подъем уровня составил 1,5-2,5 м. В обоих описанных случаях оказались затопленными большие земель- ные угодья на пойме. Полностью или частично было загублено много заготовленного на зиму и не вывезенного сена. Интенсивность снеготаяния. Учет интенсивности снеготаяния важен при прогнозах высоты половодья и почти не нужен в случае прогнозов объёма половодья. Чем меньше объём половодья в данном году, тем значительнее роль интенсивности снеготаяния. Роль интенсивности снеготаяния в формировании весеннего половодья различна для крупных, средних и малых рек. 84

Чем меньше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния. Более того, на очень малых водотоках ход стока в целом повторяет ход интенсивности снеготаяния. Как тает снег? Для выяснения этого, ка- залось бы, простого вопроса от ученых потребовалось немало усилий. Очень уж разнообразны физические свойства самого снежного покрова, а главное – условий его таяния. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ров- ной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах и наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает поз- же, чем в полях: в южных районах на 6-8 дней, в северных на 15-20 дней. Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления положительной температу- ры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиация способствует обтаиванию частиц снега в поверхностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и тая- ния днем снег превращается в массу бесформенных ледяных зёрен, сначала мелких, а за- тем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму. На первых порах снег лишь насыщается талой водой. Водоотдача из него начинается только после того, как растает 15-20 % снегозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32-0,34 г/см3, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи становится небольшой. Обычно основная масса снега стаивает при средней суточной тем- пературе воздуха 3-50С, но бывает, что и при температуре 12-150С, когда дневная темпе- ратура достигает 20-250С, как, например, это было в 1979 году в бассейне реки Вятки. Интенсивность снеготаяния и водоотдачи в отдельной точке можно рассчитать до- вольно точно методом теплового баланса. Совсем иное положение с речным бассейном в целом, где имеется бесчисленное количество склонов разной экспозиции, длины, угла наклона к горизонту, степени затенённости растениями и т.д. В таких случаях широко применяется расчет интенсивности снеготаяния с использованием, так называемого коэф- фициента стаивания – слоя талой воды в миллиметрах, приходящегося на один градус средней суточной температуры воздуха. Типичные значения коэффициента стаивания со- ставляют для поля 5,0 мм, для смешанного леса 2,5 мм, для густого хвойного леса 1,5 мм (указаны мм/сутки на 10С положительной средней суточной температуры воздуха). Коэффициент стаивания – величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же конкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко или крупно зернистый) и пр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благо- даря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внут- риснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная и плёночная вода переходит в гравитационную воду и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготая- ния возрастает в 1,2-1,4 раза. Определённую роль играет и ветер, который не даёт застаи- ваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах. Не вся поступившая на поверхность речного бассейна талая вода стекает в реки. Часть воды просачивается в почву и идёт на пополнение почвенной влаги и запасов грун- товых вод. Часть воды уходит на испарение и перехватывается бессточными понижения- ми (обычно 10-15 мм), болотами и озерами. Все эти расходные компоненты баланса прак- тически невозможно измерить на громадных пространствах. Ещё труднее их предвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычно решается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей). Посредством локальных зависимостей в неявном виде учитываются индивидуальные особенности речного бассей- 85

на (лесистость, заболоченность, рельеф, состав грунтов и пр.). Исключаются систематиче- ские ошибки в учёте стока воды и в наблюдениях за обусловливающими факторами. В общем случае основой для долгосрочного прогноза объема половодья служит эм- пирическая зависимость между объёмом, с одной стороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а также косвенной количественной характеристи- кой водопоглотительной способности поверхности бассейна реки к началу весны – с дру- гой стороны. Для этого надо располагать рядом наблюдений не менее чем за 15-20 лет. Иногда прибегают к установлению фоновой зависимости для рек какого-либо однородно- го по физико-географическим условиям района. Это возможно потому, что все величины выражены в миллиметрах слоя. Локальные и фоновые зависимости строятся в двух вари- антах – с учетом весенних осадков после схода снега и без них. Объём половодья пред- ставляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище, озеро или когда её сток интенсивно разбирается для нужд ирригации и водоснабжения. Материал по существующим методическим подходам к прогнозированию объёмов половодий можно найти, например, в работе [8]. Наводнения в период весенне-летнего поло- водья на горных реках. Источники питания горных рек хорошо известны: сезонные и веч- ные снега, ледники, жидкие осадки, грунтовые воды. Сезонные снега стаивают в течение ле- та, вечные снега не успевают растаять. Пло- щадь, занятая вечными снегами и ледниками, для больших речных бассейнов обычно со- ставляет небольшую долю всей площади бас- сейна, поэтому основную роль в питании больших горных рек играют сезонные снега. С гидрологической точки зрения главная особенность горных районов – это верти- кальная зональность климата. С повышением местности, как правило, возрастает количе- ство атмосферных осадков, короче летний период и ниже температура воздуха. Весной таяние начинается в нижней зоне бассейна и постепенно охватывает всё более высокие зоны. Когда тепло распространится на весь бассейн, то нижняя часть бассейна уже осво- бождается от снега. Чем больше средняя высота того или иного небольшого речного водо- сбора, тем позже дата поступления максимального расхода воды. Вследствие неодновременности таяния снега на различных высотных зонах полово- дье большой горной реки растягивается на длительное время. Это уже весеннее - летнее половодье с кратковременными повышениями уровня при выпадении жидких осадков и резком потеплении или, напротив, с понижениями уровня при относительном похолода- нии. В горных районах в период снеготаяния особенно велика роль жидких осадков. Тут сказываются и дополнительные поступления тепла от дождевой воды, и разрушительная работа дождевых капель, и энергия многочисленных мелких ручейков. Способы прогнозов максимальных расходов и уровней воды больших горных рек наименее сложны в тех местах, где ежегодно происходит полное стаивание снега, а жид- ких осадков выпадает сравнительно мало. И наоборот, прогнозы наиболее трудны там, где снег за лето не успевает полностью растаять и где выпадает много жидких осадков. В любом случае решающее значение для прогноза имеет правильный учёт снегоза- пасов и жидких атмосферных осадков. Однако и тут есть немало трудностей. Ведь снег в горах залегает крайне неравномерно. Немногочисленные снегомерные маршруты прокла- дываются лишь по дну речных долин, а каждая долина обладает индивидуальными осо- бенностями. Жидкие осадки фиксируются на метеорологических станциях, которые, как правило, расположены в предгорьях. 86

6.2. Паводок Паводок – фаза водного режима реки, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, характеризуется интенсивным, обычно кратковременным, увеличением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Паводки периодически не повторяются. Продолжительность паводка от нескольких долей часа до нескольких суток. В процессе перемещения паводка по реке образуется паводочная волна. На реках СНГ различают два вида явлений, при которых наблюдаются большие рас- ходы воды в течение года, – половодье и паводки. С половодьем связано повышенная водность рек весной во время снеготаяния. Характерной особенностью половодья являет- ся регулярность (ежегодное повторение), приуроченность к определенному времени (для северного полушария – весна) и охват одновременно или с небольшим сдвигом во време- ни больших районов. Паводки – явления дождевого, преимущественно ливневого, проис- хождения. Они более кратковременны, чем половодья, и могут наблюдаться в любое вре- мя года. Иногда выделяется один, более обильный осадками сезон, к которому большей частью и приурочены паводки. На подавляющем большинстве рек максимальные расходы воды образуются за счет таяния снега, накопленного за зиму в бассейне, и наблюдаются во время наиболее интен- сивного снеготаяния. Лишь на сравнительно небольшой части территории страны они формируются за счет ливневых дождей. К ним относятся реки Дальнего Востока, Черно- морского побережья Кавказа, Крыма и отчасти Средней Азии. Во время весеннего половодья расходы воды в реках увеличиваются настолько, что нередко в десятки и сотни раз превышают величину среднего годового расхода. Макси- мальные модули стока для ряда рек Европейской части СНГ достигают в периоды поло- водья 200-350 л/сек·км2 и более. Величина модуля стока зависит от площади водосбора: чем больше бассейн, тем меньше значение стока. Если взять малые водосборы, то наибольшие модули стока на них в период весеннего половодья достигают значительных величин, причем максимумы стока могут в 100 раз и более превосходить средний годовой расход. В районах, где максимумы стока формируются за счет снеготаяния, паводки дожде- вого происхождения обычно по высоте подъема воды уступают весеннему половодью. Это, однако, справедливо только в отношении больших и средних рек. Что касается малых водотоков, то дождевые максимумы на них могут превышать подъемы воды при весенних половодьях. Чем меньше площадь бассейна, тем более интенсивным ливнем она может быть охвачена. Существует, следовательно, некоторый предел площади водосбора, ниже которого более высокими являются дождевые максимумы, а выше – снеговые. В Европейской части СНГ дождевые максимумы могут преобладать, начиная со сле- дующих примерных предельных значений площади водосбора [40]: в лесной зоне – лишь на незначительных бассейнах, площадью в несколько квадрат- ных километров, иногда до 20-30 км2; в лесостепной зоне – на небольших реках с площадью водосбора менее 100 км2; в степной зоне – на реках с площадью водосбора до 3000-5000 км2. На очень малых водосборах степной зоны Европейской части СНГ ливневые макси- мумы могут быть весьма значительными. В качестве примера можно привести следующие данные о максимальных ливневых модулях стока на юге Украины: балка Воробьёвка, 87

площадь водосбора 43 км2 – 650 л/сек·км2; балка Александровна, площадь водосбора 0,4 км2 – 29000 л/сек·км2. В районах с преобладанием дождевого питания наибольший сток в году наблюдает- ся в период прохождения дождевых паводков. Максимумы снегового происхождения по своим размерам здесь значительно уступают ливневым паводкам. В этом отношении осо- бенно характерными являются реки Дальнего Востока. Летние муссонные дожди, в отли- чие от ливней Европейской части СНГ, охватывают здесь сразу обширные пространства, поэтому дождевые максимумы наблюдаются не только на малых водотоках, но и на реках с большими площадями водосборов, включая и самую большую водную артерию Дальне- го Востока – реку Амур. Максимальные расходы дождевых паводков для большинства рек этого района превышают величину среднегодового расхода воды в 6-10 раз, а на малых реках с площадью водосбора 3000-5000 км2 – в 25-50 раз и более. Особенно высокие мак- симумы стока характерны для рек Приморья. На реке Майхэ, например, с площадью водо- сбора 1460 км² наивысший модуль стока достигает 655 л/сек·км2, а на реке Лянчихэ при площади водосбора 43 км2 – 6300 л/сек·км2. Для качественного понима- ния распределения дождевых (ливневых) паводков приведём карту-схему ливневого райониро- вания территории СНГ. На ней ве- личин интенсивности дождей ча- совой продолжительности тем вы- ше, чем выше значение цифры на выделенных регионах СНГ. Рисунок 30 – Карта-схема ливнево- го районирования территории СНГ С конца июля 2013 года юг Дальнего Востока России и северо-восток Китая оказались подвержены ката- строфическим наводнениям, вызванными интенсивны- ми затяжными осадками, что привело к последователь- ному увеличению уровня воды в реке Амур. На пике паводка, 3 и 4 сентября, расход воды в Амуре достигал 46 тыс.м³/с, при норме в 18-20 тыс.м³/с. Наводнение та- ких масштабов произошло впервые за 115 лет наблюде- ний, и, согласно существующим моделям, вероятность повторения такого события – один раз в 200-300 лет. Причин несколько. Одна из них – снежная зима в районе бассейна пеки Амур и поздняя весна. Вслед- ствие этого, когда начался паводок в середине июля, почва была уже насыщена влагой на 70-80 %, что спо- собствовало формированию паводка практически без потерь. Свою роль сыграли многолетние лесные пожа- ры и вырубки лесов. Леса выполняют важную водо- охранную функцию, задерживая часть осадков. Другой причиной наводнения являются аномальные изменения циркуляции воздуш- ных масс над югом Сибири и Дальним Востоком. Разбалансировка механизма регуляции воздушных масс способствовала формированию мощных циклонов с более длительным периодом существования. Над северной территорией Китая летом доминировали очень 88

высокие температуры с высокой влажностью, а над Якутией, напротив, температуры были достаточно умеренными, а воздух сухим. Вызвано это было установлением блокирующего антициклона над западом Тихого океана. Блокирующая волна высокого давления остано- вила циклоны над Приамурьем, не давая им быстро проходить на «кладбище» местных циклонов в Охотское море. Таким образом, к началу июля 2013 года над Приамурьем сформировалась стационарная высотная фронтальная зона, вдоль которой в течение двух месяцев один за другим перемещались глубокие, насыщенные тропической влагой цикло- ны, сопровождавшиеся сильными ливневыми дождями. В результате в Амурской области и Еврейской автономной области с июля по август выпало больше годовой нормы осад- ков. В итоге активизировались одновременно все паводочные области бассейна Амура: верхний Амур, Зея, Бурея, Уссури и Сунгари. В предыдущие годы одновременная работа всех областей сразу не наблюдалась. Обычно функционировала одна или несколько паво- дочных областей. Вначале паводковая ситуация образовалась на верхнем Амуре и Бурее, позже, на конец августа она возникла и в бассейнах Сунгари и Уссури. Расположенные на крупных притоках Амура Зейское и Бурейскок водохранилища максимальным снижением величин сбросных расходов способствовали смягчению павод- ковой ситуации. Ими был аккумулирован значительный объём стока, что позволило удерживать уровень реки Амур пониженным более чем на метр на протяжении 2 месяцев. Благодаря Зейскому гидроузу на пике паводка в бассейн реки Зеи 31 июля сбрасывалось в 10 раз меньше воды, чем поступало в водохранилище. На начальном этапе наводнения сыграли свою противопаводковую роль и 6 водохранилищ на реки Сунгари в Китае, позже переключившиеся в транзитный режим. Паводковые воды, стекая по поверхности земли в речную сеть, разрушают строения, смывают почву, образуют овраги, способствуют возникновению оползней, опустошают речные долины, если сформированный ими в речном русле паводок высок. Прогноз дождевых паводков является одним из важнейших направлений гидрологи- ческих прогнозов. Если рассматривать земной шар в целом, то почти на 70 % его терри- тории максимальные расходы воды отмечаются именно во время прохождения дождевых паводков. Вторым важным моментом является тот факт, что, как правило, дождевые па- водки возникают внезапно, поэтому даже небольшая заблаговременность их предсказа- ния во многих случаях позволяет сохранить значительные материальные ценности и жиз- ни людей. На территории России прогноз дождевых паводков особенно актуален для ливнеопасных районов, к которым в первую очередь можно отнести Дальний Восток и Черноморское побережье Кавказа. Расчёт и прогноз дождевых паводков принято считать одной из труднейших проблем гидрологии, которая вполне удовлетворительного решения не получила и до настоящего времени. Формирование дождевого стока на водосборе является сложным многофактор- ным процессом. Более того, он может быть дифференцирован на ряд частных процессов, в свою очередь регулируемых взаимообусловленными причинно-следственными связями в границах речного бассейна. Реализация того или иного подхода при решении прогностической задачи во многом определяется объёмом и качеством имеющейся информации, а также особенностями формирования стока в конкретной физико-географической зоне. Формирование стока дождевых паводков определяется следующими основными процессами: поступлением воды на поверхность почвы; потерями дождевых вод на впитывание в почву, поверхностное задержание и испа- рение при стекании воды по склонам; стеканием воды с поверхности водосбора; стеканием воды по руслам рек. 89

Характерной особенностью дождевых паводков является генетическая неоднород- ность, под которой подразумеваются различные условия формирования, динамика разви- тия и режим стекания. Генетическая классификация видов склонового стока, предложенная А.Н. Бефани [4], выглядит следующим образом: 1) сток равнин при глубоком залегании грунтовых вод, возникающий от дождей бо- лее интенсивных, чем поверхностная фильтрация («подвешенный» сток); 2) поверхностный сток с равнин, возникающий при подъёме грунтовых вод к по- верхности («подпертый» равнинный сток); 3) надмерзлотный сток болотно-тундровых вод (преимущественно поверхностный) и смешанный болотный сток; 4) «подвешенный» поверхностный сток горных районов; 5) «подпертый» поверхностный сток с горных склонов, возникающий после насы- щения рыхлых отложений, лежащих на относительном водоупоре коренных пород (или на мерзлоте); 6) «контактный» сток в слое рыхлых отложений, имеющий различные формы (дре- нажный, жильный, пластовый и т. д.); 7) внутрипочвенный сток равнин. Отдельные виды стока часто сочетаются, переходят из одного вида в другой. К настоящему времени для перечисленных генетических типов разработаны приближённые теории формирования стока, общим недостатком которых следует считать не учёт вре- менного задержания воды на водосборе. Наибольшей сложностью генезиса стока отличаются бассейны горных рек. Здесь наиболее часто встречается контактный сток, когда дождевая вода, легко проникая через рыхлые породы, стекает по контакту с малопроницаемым слоем со скоростью, во много превышающей скорость грунтовых вод. Вместе с тем, на горных склонах образуется и поверхностный сток. Это происходит тогда, когда интенсивность дождя превосходит ин- тенсивность впитывания и в случае насыщения рыхлых почво-грунтов. Скорости поверх- ностного стока существенно выше, чем контактного, причем его максимум наступает позднее максимума дождя, как правило, на интервал, равный половине времени добега- ния воды, в то время как максимум второго – лишь с окончанием дождя. В общем виде гидрограф поверхностного стока имеет вогнутые очертания, а гидрограф подповерхност- ного характеризуется более равномерным подъемом и практически линейной ветвью спа- да. Можно выделить три основных типа горных склонов: залесенные участки с провальным впитыванием, где дождевые воды образуют кон- тактный сток; залесенные участки, где интенсивность ливневых осадков может превышать интен- сивность впитывания, в результате чего помимо «подвешенного» стока образуется и по- верхностный сток; открытые малопроницаемые горные склоны, где преобладает «подвешенный» по- верхностный сток. На безлесных равнинных водосборах с глубоким залеганием грунтовых вод форми- рование паводков происходит за счет «подвешенного» поверхностного водообразования. Несоизмеримо мал внутрипочвенный сток, который по данным экспериментальных ис- следований составляет сотые доли процента от общего. В зоне степей формирование дождевого стока во многом определяется спецификой процесса потерь. На тяжелых поч- вах слаборасчлененных плоских равнин величина потерь определяется поверхностным задержанием, в результате чего гидрографы паводков характеризуются распластанностью и сглаженной верхней частью. В условиях значительных уклонов и выраженной расчле- ненности основной причиной потерь является поверхностное впитывание. 90

На равнинах лесной зоны, согласно классификации, встречается пять типов стока: подвешенный и подпертый поверхностный, подвешенный и подпертый внутрипочвенный и болотный. В связи с неглубоким залеганием грунтовых вод в этой зоне преобладающим является «подпертый» поверхностный сток, а водообразование определяется не столько разностью осадков и впитывания, сколько особенностями пространственного распреде- ления ёмкости зоны аэрации и слоем дождя в период подтопления. На небольших откры- тых водосборах формируется и «подвешенный» ливневой сток. Даже гидрографы ливне- вых осадков распластаны, а «острые пики» отмечаются лишь на малых водотоках. На залесенных водосборах поверхностный приток сопровождается внутрипочвен- ным, а ливневой – подвешенным внутрипочвенным, однако обычно максимумы форми- руются водами поверхностного притока. 6.3. Сель Сель [в гидрологии от араб. - сайль - бур- ный поток] – водный поток с очень большой концентрацией минеральных частиц, камней и обломков горных пород (от 10-20% до 60-70% общего потока), возникающий в бассейнах не- больших горных рек и сухих логах, вызванный, как правило, ливневыми осадками или бурным таянием снега, а также при прорыве плотин, за- пруд и т.д. Сель – грозное явление природы, часто имеющее катастрофический характер. Огромная масса воды устремляется вниз по ущельям, смывая и захватывая по дороге элювий и делювий. В результате водный поток обогащается твердым материалом и пре- вращается в грязекаменный поток. В зоне действия селей существует постоянная угроза разрушения мостов, плотин, трубопроводов, зданий и сооружений в населённых пунктах, завала грязекаменной массой многолетних насаждений, посевов и т.д. Районы, подвер- женные селям, называют селеопасными. В сентябре 2002 года крупнейшая в России гляциальная катастрофа унесла жизни больше 120 человек, погибших и пропавших без вести, в том числе 42 человека из съё- мочной группы Сергея Бодрова-младшего, снимавшего в Северной Осетии фильм «Связ- ной». Ледовый грязекаменный поток 20 сентября 2002 года, стартовав в 20 часов 08 ми- нут, стремительно продвинулся почти на 20 км по долине реки Геналдон со скоростью 150-200 км/час, разрушив строения, базы отдыха, линии электропередач. В результате подпруживания реки Геналдон и её притоков образовалось несколько запрудных озёр. Сели распространены во всех горных районах мира, кроме Антарктиды. В России к селеопасным районам относится 25% территории, среди которой Северный Кавказ – Ка- бардино-Балкария, Дагестан, Северная Осетия; Кольский полуостров, Саяны, Прибайка- лье, Камчатка и другие регионы. Классические районы распространения селей на терри- тории СНГ – горные районы Средней Азии, Закавказья и Казахстана. Характерными особенностями селей, помимо внезапности и кратковременности дей- ствия, являются пульсирующий характер движения (из-за образующихся заторов), очень большая скорость движения (до 10 м/с), высокая эродирующая и ударно-разрушительная способность, обусловленная наличием твердого материала. Объём отдельных глыб, увле- чённых селевым потоком, может достигать более 60 м3 с массой около 150 тонн, а энергия давления селя на препятствие – от 5 до 12 т/м2. Большое разрушительное воздействие селевых потоков обусловлено большими ско- ростями движения и наличием в них обломков горных пород. На своём пути сели часто 91

прокладывают глубокие русла, которые в обычное время бывают сухими или содержат небольшие ручьи. Материал селей откладывается в предгорных равнинах. Полезные пло- щади оказываются погребенными под толщей грязи, песка и камней. Если принять эти свойства в качестве руководящих, то к селевым или селеподобным явлениям, кроме соб- ственно селевых, следует отнести потоки, в которых твердая составляющая представлена снегом и льдом, а также специфические потоки, формирующиеся в субаквальной (подвод- ной) среде. Опираясь на систематизацию основных типов селевых и селеподобных потоков с учетом среды проявления, вещественного состава и параметров выделяют четыре группы потоков: собственно селевые – грязекаменные и водокаменные потоки, селевые паводки; параселевые, включающие водоснежные и водоледяные потоки. Твердая составля- ющая в них представлена почти исключительно снегом и льдом. Отличаются от собствен- но селевых потоков значительно меньшей плотностью и слабой эрозионно- аккумулятивной деятельностью; ультраселевые потоки – гигантские по масштабам (носят характер геологических ка- тастроф), уникальны по условиям формирования; квазиселевые потоки – селеподобные явления на дне морей и океанов, известные как мутьевые потоки. Масштабы их превосходят масштабы ультраселевых потоков на суше, а движение продолжается и на практически плоской поверхности абиссальных равнин. Согласно генетической классификации выделяют три класса и восемь типов селевых явлений, представленных с характеристиками главных факторов формирования, основных особенностей распространения, режима, причин и механизмов зарождения в таблице. Дождевой тип селя – один из генетических типов селей, образующийся по причине прохождения ливней и длительных дождей. Механизм зарождения в большинстве случаев относится к эрозионному типу: смыв и размыв склонов, глубинный и боковой размыв русла ведут к возрастанию насыщенности потока обломочным материалом и к образова- нию селевой волны. Массовый сход дождевых селей наблюдается при аномально высоких суточных суммах осадков или при длительном дождливом периоде, завершающимся лив- нем. Является самым массовый типом селевых явлений на Земле, характеризуется наибо- лее широким диапазоном значений объёма селевых выносов и повторяемости селей. Снеговой тип селя – один из генетических типов селей, возникновение которого обусловлено процессами накопления и таяния снежного покрова и снежников. Выделяют- ся два вида снегового селя – водоснежные потоки и снежниковые сели. Первый служит главным типом селевых явлений среднегорий субарктической зоны. Снежниковые сели распространены в Субарктике, а так на альпийском и субнивальном поясах высокогорий умеренной зоны. Снежник – неподвижное скопление снега и льда, сохраняющееся на земной поверхности в течение части или всего теплого времени года (перелетки) после стаивания окружающего снежного покрова; стадия перехода от сезонного снежного по- крова к ледникам. Возникают в затенённых местах из-за замедленного таяния снега, при- несённого ветром или лавинами. Способствуют формированию в горах каров. Наиболее частый механизм зарождения селя – прорыв временных запруд, образуе- мых русловыми и лавинными снежниками в сужениях долин. Такие прорывы формируют, как правило, водокаменные потоки или селевые паводки, наиболее характерные для Суб- арктики. Второй, более редкий механизм зарождения снежниковых селей связан с накоп- лением (преимущественно путем лавинного сноса и выветривания) на уступах продольно- го профиля денудационных врезов и русел рыхлообломочной массы, которая при пере- увлажнении способна к самоистечению; при этом формируются грязекаменные потоки. Этот тип селей встречается в высокогорьях умеренной зоны. Главным импульсом, обес- печивающим сход снегового селя, служит интенсивное снеготаяние, иногда с участием дождей. 92

Период схода селя в субарктической зоне приходится на весну, в высокогорьях уме- ренной зоны – на лето. По объему селевых выносов снеговой сель относятся к группе средних. Таблица 9 – Генетическая классификация селевых явлений 93

Ледниковый тип селя (гляциальный сель) – один из генетических типов селей, фор- мирование которого связано с нарушением устойчивости ледниково-моренных комплек- сов, а жидкая составляющая образуется преимущественно за счет талых ледниковых вод. Возникновение вызывается прорывом ледниково-подпрудных озер и внутриледниковых ёмкостей, а также оползанием или срывом моренных и ледяных масс. По составу селевой массы ледниковые сели могут быть водокаменными, грязекаменными, водоледяными. Наиболее мощные сели высокогорий; зоны распространения их окаймляют области со- временного горного оледенения. Активизация характерна для этапа деградации оледене- ния, особенно для его начальных стадий. Вулканогенный сель – один из генетических типов селевых явлений, причиной обра- зования служит извержение вулкана, преимущественно взрывного типа. Механизм зарож- дения связан со спуском кратерных озер, с интенсивным таянием снега и льда и пр. Вул- канические сели (лахары) – самые мощные среди всех типов селей суши. Длина их пути достигает 300 км, объем перемещенных обломочных масс – до 500 млн. м3, толщина от- ложений – до 20 м. Отличаются непостоянством пути схода; участвуют в формировании вулканогеннопролювиальных вулканов. Являются одними из основных источников опас- ности при извержении вулканов. Лахар [от индон. lahar - грязевой вул- канический поток, грязевая лава] – грязе- вой поток на склонах вулкана, состоящий из смеси воды и вулканического пепла, пемзы и горных пород. Возникает при смешивании раскалённого вулканическо- го материала с более холодными водами кратерных озёр, рек, ледников или дожде- вой водой. Движется подобно селю под действием силы тяжести. Различают горя- чие и холодные лахары. В результате выброса лавы или схода пирокластических потоков происходит быст- рое таяние снежного покрова и ледников на склонах вулкана, а образовавшаяся вода сме- шивается с пеплом и горными породами. При извержении Везувия в 79 году, под пеплом которого был похоронен город Помпеи, город Геркуланум завалило трёхметровым слоем грязекаменной массы, принесённой лахаром. При раскопках обнаружено, что селевой панцирь Геркуланума значительно более плотный, чем пепловый слой Помпеи. Извержение вулкана Невадо-дель-Руис 13 ноября 1985 года в Колумбии по коли- честву жертв занимает четвёртое место среди известных вулканических изверже- ний. Хотя само извержение было относи- тельно небольшим, пирокластические по- токи и выброс горячей породы привели к таянию части ледникового покрова на вершине вулкана и образованию лахаров в ущельях на склонах горы. Основные лахары вулкана Невадо-дель-Руис шли на восток по ущельям рек Асуфра- до, Лагунильяс и Гуали; кроме того, один лахар сошёл на запад по ущелью Чинчины. Гря- зевые потоки вдоль Асуфрадо и Лагунильяс слились и образовали большой лахар, кото- рый практически полностью уничтожил город Армеро, стоявший на равнине 2 км вниз по течению от устья ущелья Лагунильяс и на расстоянии 46 км от вершины вулкана. Из 29000 жителей города погибли свыше 20000 человек. 94

До 1985 года Армеро был одним из процветающих сельскохозяйственных центров Колумбии, а также одним из ведущих производителей хлопка, из-за чего его нередко называли «Белым городом». После извержения вулкана Невадо-дель-Руис город был пол- ностью разрушен; восстановлен только к 1995 году. Сейсмогенный сель – один из генетических типов селей, который вызывается земле- трясением силой 8 баллов и выше. Зарождение селя связано со срывом грунтовых масс со склонов, иногда – с выбросом воды из горных озер. Вызванные землетрясением оплывины могут трансформироваться в селевой поток непосредственно, оползни и обвалы создают временные плотины, прорыв которых служит толчком для возникновения селя. Является редким типом селевых явлений, свойственен областям с высокой сейсмической активно- стью. Например, Алматы и многие другие города юго-востока Казахстана расположены в зонах высокой сейсмической и селевой опасности. За последние 150 лет на территории Алматы наблюдалось четыре разрушительных землетрясения в 1841, 1887, 1889 и 1911 годах. Их сила достигала 9-10 баллов. Все они вызвали сейсмические катастрофы, разру- шили древние поселения и принесли большие жертвы среди людей. Особенно мощные сели были спровоцированы сильным землетрясением 9 июня 1887 года. Сейсмогенные сели прошли по многим рекам Заилийского Алатау. Самые раз- рушительные были на реках Малая и Большая Алматинка и Аксай с объёмами выносов грязекаменной массы более 10-25 млн. м3. При катастрофических ливневых селях 1921 года и гляциальных в 1963, 1973 и 1977 годах объемы селевых выносов по рекам Малая и Большая Алматинка и Иссык составили до 6-7 млн. м3. По своим масштабам сейсмогенные сели превысили в два-три раза все катастрофи- ческие ливневые и гляциальные сели, наблюдавшиеся на территории Казахстана. Сейчас Алматы защищён высотными плотинами с ёмкостями селехранилищ, рассчитанных на задержание катастрофических селей с объёмом выносов до 8-12 млн. м3. Лимногенный сель – один из генетиче- ских типов селей, возникновение которо- го связано с размывом естественных озёрных плотин и спуском части или всего объема воды горного озера. Фор- мируется, главным образом, в озерах за- вального (плотинного) типа; такие озера образуются в результате подпруживания реки обвалами, оползнями, конусами выноса боковых притоков, древними мо- ренами. Подобные озера существуют сотни - первые тысячи лет и прорыв их подготавлива- ется длительными процессами эволюции озёрной плотины, включая суффозию и эрозию. Распространены преимущественно в молодых горах, сформированных в неотектониче- ский этап развития рельефа, для которого характерна значительная величина тектониче- ских поднятий и высокая сейсмичность. Например, завальные озера и следы их существо- вания распространены в высокогорьях Тянь-Шаня, Памира, Алтая. Они лежат в интервале высот 1500-4000 м. Основным источником материала завальных плотин служат тектони- чески раздробленные породы. Расположение озер тяготеет к зонам разломов. Примером формирования лимногенного селя является прорыв завальной плотины озера Яшинкуль в долине реки Тегермач 18 июня 1966 года [32]. Озеро и долина располо- жены на северном склоне хребта Кичик-Алай, обрамляющего Ферганскую долину с юго- востока, имело глубину более 100 м и объём около 9 млн. м3. Завальная плотина озера вы- сотой 150 м и объемом около 20 млн. м3 была образована обвалом вследствие землетрясе- ния более 130 лет назад от времени прорыва. В теле плотины непрерывно развивались 95

процессы суффозии, о чём свидетельствуют родники и активный рост оврага в нижнем бьефе. Суффозия способствовала разуплотнению грунтовой массы плотины. Перед прорывом уровень воды в озере был лишь на 1,5 м ниже гребня. В первой по- ловине июня вследствие активного снеготаяния и ливней начался резкий подъём уровня воды. 18 июня около 15 часов началось обрушение крутых стенок оврага, а в 16-17 часов – перелив через гребень плотины. Начало размыва плотины сопровождалось выдавливани- ем участка шириной 25 м, что многократно ускорило скорость размыва. Масса воды озера объёмом 6,5 млн. м3 размыла около 3 млн. м3 грунта плотины и обрушилась в долину. После прорыва ниже плотины сформировались два паводковых вала высотой до 10 м, которые через 1,5 км трансформировались в водо-каменный селевой поток глубиной около 10-12 м. Средняя скорость движения селя составила 6 м/с, максимальный подъем уровня в сужениях долины достигал 15-18 м. Селевой поток разгрузился при выходе в до- лину реки Исфайрамсай, перегородив её конусом выноса. Временное озеро прорвалось, и вновь образованный селевой поток прошёл по всей долине реки Исфайрамсай; в устье его прохождение было зафиксировано около 20 часов. Средняя глубина потока составила 5-6 м, ширина – от 65 до 130 м, скорость – от 3,4 до 5 м/с. Антропогенный сель – один из генетиче- ских типов селей, образование которых пря- мо связано с последствиями хозяйственной деятельности, кардинально изменяющими условия среды. Причинами образования чаще всего служат оползания и размывы отвалов горных пород, прорыв водохранилищ, хво- стохранилищ и пр. Как правило, антропоген- ные сели образуются в местах, где ранее се- левой процесс не развивался. Приведём несколько примеров развития антропогенных селей. Район вольфрамо- молибденового рудника в городе Тырныауз, Кабардино-Балкария. В зоне освоения оказа- лись две небольшие крутонаклонные долины (балки) – Большой и Малый Мукулан, пло- щадью 5,2 и 2,0 км2. До складирования отвалов селевые потоки сходили изредка лишь по руслу Большого Мукулана. В течение 1968–1994 годов в долины было сброшено около 300 млн. м3 горной породы – материала вскрыши рудника. Отвалы сложены глыбово- щебнистым материалом с супесчаным заполнителем. Занимают днища и борта долин; превышение над дном долины составляет 400-500 м. Начиная с 1970 года в обеих долинах начали сходить техногенные сели, зарождающиеся в теле отвалов в результате оплывания и размыва грунтов во время ливней. В Малом Мукулане селевые потоки формируются ежегодно, от 1 до 10 раз за сезон, в Большом Мукулане – в среднем каждые три года, от 1 до 4 случаев за сезон. Это необы- чайно высокая повторяемость для Центрального Кавказа, где среднее её значение для дождевых селей составляет один раз в 10 лет. Сход и параметры техногенных селей прямо связаны с величиной и интенсивностью дождей. Единовременный объём выносов обло- мочных масс составлял в среднем около 10 тыс. м3, возрастая в отдельных случаях до 150 тыс. м3. Дождевые техногенные сели систематически заносили автомобильную дорогу, которую пришлось перенести на правый берег реки Баксан; они создают также угрозу подпруживания реки. В Китае насчитывается 28 участков с развитием техногенных селей «рудничного происхождения». Причина селей – горнодобывающие и горно-обогатительные предприя- тия по добыче железа, меди, угля и пр. Непосредственными причинами формирования очагов зарождения служат: заполнение крутых оврагов обломочным материалом вскрыш- ных работ (это основная причина), взрывные работы, строительство автомобильных до- рог, сопровождающееся выбросом обломочных масс на крутые склоны, прорыв хвосто- 96

хранилищ, создание холмов из пород вскрыши, гидравлические вскрышные работы и пр. Селевые потоки образуются в период прохождения обильных дождей. Объем выноса тех- ногенных селей достигает 100-200 тыс. м3, длина пути – от 0,5 до 7-12 км. Из 28 участков, где формируются техногенные сели, в 14 они сходили многократно, в другой половине – иногда. Сход техногенных селей нередко носил катастрофический характер. Особый случай по масштабу, месту и времени представляют события в песках Жа- манкум под Алма-Атой. Озеро-накопитель сточных вод было создано в естественном по- нижении, среди песков аккумулятивной наклонной равнины. Объём его к январю 1988 года составил 36 млн. м3. Из-за небольшого превышения уровня перемычка была разру- шена, начался сток в направлении долины реки Каскелен. На протяжении 10 км возникла цепочка озер с временными перемычками. После выхода на пойму реки Каскелен начался стремительный процесс регрессивной эрозии и формирования главного селевого потока, прошедшего по реке Каскелен 33 км до Капчагайского водохранилища. Весь процесс раз- вивался в течение двух суток. Озеро-накопитель было спущено; бывшую чашу отстойника соединил с рекой Кас- келен каньон, возникший в песках пустыни. Параметры его таковы: длина 10,6 км, шири- на 110-240 м, глубина до 50-53 м, средний уклон 7-8 ‰. Вынесенные массы песка отложе- ны в долине реки Каскелен (32,7 млн. м3) и Капчагайском водохранилище (4 млн. м3). Максимальный расход потока на выходе в долину реки составил 1500-2500 м3/с, рассчёт- ная плотность селевой массы – 1900 кг/м3. Помимо масштаба необычным явилось разви- тие селевого процесса на равнине и в зимнее время. Последствия схода селя носили ката- строфический характер: погибли 10 человек, разрушены один железнодорожный и два ав- тодорожных моста, фермы, погибли сотни овец. Общие особенности техногенных селей: распространение носит локальный характер, включая низкогорные и равнинные тер- ритории; по составу техногенные сели относятся преимущественно к грязекаменным селям; повторяемость селей разнообразна; объём выноса обломочных масс в большинстве случаев относится к категориям мел- ких и средних, изредка формируются очень крупные и гигантские потоки. Природно-антропогенный сель – один из генетических типов селей, условия форми- рования которого связаны с ситуацией, при которой последствия хозяйственной деятель- ности служат толчком для изменения хода природных процессов и последующего разви- тия селевых явлений. Как правило, причиной их возникновения служит сведение лесов, перевыпас скота, распашка крутых склонов. Это приводит к усилению неравномерности жидкого стока, возрастанию стока наносов, усилению эрозии и, в конечном счете, к разви- тию селевых процессов. Например, в Карпатах заготовка древесины в 40-50-е годы XX века превышала рас- четную лесосеку в 2-3 раза. Сплошные рубки и бессистемный спуск деревьев по склонам привел к уничтожению лесной подстилки и интенсивному поверхностному стоку. Частота селей возросла втрое по сравнению с 30-ми годами XX века. Позднее, снижение объёма лесозаготовок привело к снижению селевой активности. Аналогичные процессы развивались, например, в средневековой Европе, когда леса корчевались под пашню, и ранее, в античном Средиземноморье, когда леса сводились для строительства флота. К общим особенностям природно-антропогенных селей относятся: региональный характер распространения; господствующими типами селей служат водокаменные и селевые паводки. Большая часть склоновых селевых бассейнов в горах входит в категорию природно- антропогенных, как и овражные сели на равнинах. 97

Рисунок 31 – Оценка антропогенного фактора развития селевых процессов на территории стран СНГ [32] Основными особенностями рассматриваемой генетической классификации селевых явлений являются: классификация охватывает всё многообразие селевых явлений; в основу выделения группировок селевых явлений положены главные факторы и первопричины формирования, без которых они невозможны. Выделенные генетические группировки селей существенно различны по особенностям распространения и режима. Собственно генетические подразделения селевых явлений коррелируют с пространствен- но-временными характеристиками их развития, демонстрируя естественный исторический характер классификации; выделением классов селей зонального и регионального развития отражена двой- ственная природа селевых явлений, одинаково тесно связанных с условиями климатиче- скими и геологическими. Выделение антропогенных селей на уровне класса объясняется не столько отличием их от селей, развивающихся в условиях естественных ландшафтов по основным характеристикам, сколько тем обстоятельством, что само их появление, активи- зация или затухание определяются в первую очередь хозяйственной деятельностью чело- века. В условиях резко возросших возможностей воздействия человека на окружающую среду антропогенный фактор становится в один ранг с факторами природной среды; направленность или основные типы защиты различны для разных классов и типов селей. Фоновый прогноз разных генетических типов селей строится на разной основе; ге- нетическая классификация селевых явлений служит одним из оснований при разработке стратегии противоселевой защиты. В первую очередь её следует использовать в работах по оценке селевой опасности территории, в частности – при составлении карт селевой опасности; структура классификации удобна для её совершенствования и детализации. Выде- ленные восемь типов селевых явлений можно подразделить на виды или подтипы, как это сделано в отношении снеговых селей (водоснежные потоки и снежниковые сели). 98

6.4. Затор льда Затор льда – это нагромождение льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение живого сечения русла и связанный с этим резкий подъем уровня воды. Затор наблюдается во время весеннего ледохода, гораздо реже – во время осеннего ледохода. Весенний затор – это явление, вызывающее временную задержку в развитии ледохода. Образова- ние заторов льда при вскрытии рек явля- ется одной из важнейших причин возник- новения опасных явлений в период ве- сеннего половодья. Вскрытие рек. Разрушение ледяного покрова рек как из-за таяния в результате при- тока тепла, так и механического разрушения ледяного покрова под воздействием различ- ных динамических нагрузок является сутью процесса вскрытия рек. Различают несколько типов процесса вскрытия рек: вскрытие рек, характеризующееся разрушением ледяного покрова путем таяния льда под влияние потоков тепла от солнечной радиации, воздуха и воды. В этом случае лёд та- ет на месте. Такое вскрытие типично для малых и некоторых промерзающих до дна сред- них рек; вскрытие рек, обусловленное разрушением ледяного покрова за счет таяния и меха- нического разрушения под воздействием динамических нагрузок со стороны водного по- тока и ветра. Сопровождается образованием закраин, подвижками, разделением сплошно- го ледяного покрова на поля и льдины, ледоходом. Наблюдается на многих средних и больших реках. Например, в бассейнах Оби, Енисея, Амура и других рек Восточной Си- бири; вскрытие, характеризующееся механическим разрушением ледяного покрова под воздействием паводочной волны. Вскрытие сопровождается формированием заторов льда, представляющих собой скопление льда в русле реки, стесняющее живое сечение реки и вызывающее подъём уровня воды в месте скопления льда и на некотором участке выше него. Такой характер вскрытия наблюдается на больших и средних реках при интенсив- ном развитии весеннего половодья. Например, на Енисее, Лене, Амуре и Колыме, в верхо- вье и низовье рек Обь и Иртыш. Естественно, что при различных типах вскрытия рек длительность процесса разная. При первом типе – 10-20 суток, при втором – 5-15 суток и при третьем – от 2 до 12 суток. Процесс формирования заторов льда. Заторы льда наблюдаются в весенний период при вскрытии реки. Образование заторов имеет место тогда, когда возникают затруднения в транспорте льда вниз по течению реки. Причины подобных затруднений многообразны. В одних случаях это большие объемы транспортируемого льда при малых расходах воды, в других случаях – наличие преграды в виде прочного ледяного покрова и т.д. Процесс образования и разрушения затора льда схематично можно представить в следующем виде. Весной с наступлением положительных температур воздуха начинается таяние снега в бассейне. Расход воды в реке увеличивает уровень, повышается ледяной покров, который всплывая, отрывается от берегов. С повышением уровня воды возрастает ширина реки; между краем всплывшего ледяного покрова и берегом появляются полосы чистой воды – закраинам. Появлению закраин способствует также размывающее действие талой снеговой воды, стекающей со склонов непосредственно в реку. 99

Одновременно, под действием тёплого воздуха и солнечных лучей, ослабевает ледя- ной покров в реке. Наступает момент, когда влекущее усилие текущей воды приводит к разлому ледяного покрова на отдельные крупные поля, которые приходят в движение. Этот момент называется подвижкой. При этом перемещения ледяных полей невелики и ограничиваются размерами закраин. Однако ледяные поля обладают очень большой мас- сой и при столкновении с берегами и друг с другом довольно быстро разламываются на крупные льдины. Начинается весенний ледоход. Движущиеся массы льда могут встретить на своем пути преграду, которой может быть еще не вскрывшийся участок реки со сплошным и довольно прочным ледяным по- кровом. У кромки ледяного покрова движение льдин замедляется и вовсе приостанавлива- ется. Под напором подносимого течением ледяного материала кромка неподвижного ле- дяного покрова оказывается частично взломанной и выглядит в виде скопления слегка наклоненных друг к другу льдин. Некоторые из подплывающих льдин увлекаются течени- ем под разрушенную часть кромки льда. В этом месте находится голова, или основание затора льда. Преградой движущимся ледяным полям могут быть также различного рода стеснения русла (например, острова, резкие сужения, повороты). Рисунок 32 – Продольный разрез затора льда [25] К остановившимся у взломанного края льдинам подплывают новые массы льда. Под их напором начинается торошение, сопровождающееся время от времени небольшими подвижками. В этом месте поверхность реки представляет собой хаотическое нагромож- дение крупно и мелко битых льдин. Русло здесь сильно стеснено льдом. Из-за стеснения русла льдом уровень воды в реке повышается. Существенно, что повышение уровня про- исходит также на некотором участке реки выше места стеснения, т.е. в зоне подпора. Ско- рость течения в зоне подпора уменьшается, а подплывающие сверху льдины уже облада- ют меньшей живой силой. Торошение льда постепенно ослабевает и затем прекращается. Процесс формирования затора льда на этом заканчивается. Разрушение (прорыв) затора льда происходит либо вследствие резкого увеличения расхода воды в реке (при этом лед в заторе всплывает), либо в результате воздействия теплого воздуха и талой воды. Чаще всего, прорыв затора льда является результатом сов- местного влияния обоих факторов. 100

Места образования заторов льда. Заторы льда свойственны средним и в особенно- сти крупным равнинным и полугорным рекам. На малых реках заторов почти не бывает. Однако заторы присущи далеко не всем средним и крупным рекам. Для образования зато- ра нужно сочетание определенных условий, главными из которых являются: участие в ле- доходе больших масс льда и наличие препятствий движению льда. Большие объёмы льда перед вскрытием имеются в руслах почти всех рек в районах с суровым климатом. Именно поэтому заторы льда часто бывают на реках Сибири и Даль- него Востока, тогда как в южных районах Европейской части СНГ они наблюдаются реже. Препятствием для движения льда обычно являются большие участки рек со сплош- ными и достаточно прочными ледяными покровами. Поэтому мощные и частые заторы льда имеют место на тех реках, где вскрытие происходит сверху вниз по течению. Такой последовательностью вскрытия обладают разные реки: крупные реки, текущие с юга на север – Лена, Енисей, Иртыш, Северная Двина, Аму-Дарья и др. В южных (верхних) районах эти реки вскрываются раньше, чем в север- ных (нижних) районах, поэтому движущийся лед встречает неподготовленные к вскрытию ледяные покровы; реки, верховья которых являются горными и полугорными, а низовья равнинными – Днестр, Амур, Томь, Висла и др. В верховье из-за большой скорости реки вскрываются раньше, чем в низовье; реки, где за большим участком со значительной скоростью течения следует участок с малой скоростью. На первом участке вскрытие происходит на много раньше, чем на втором участке. Последовательностью вскрытия реки (сверху вниз по течению) определяется лишь сама возможность затора льда. Место же возникновения затора обусловливается морфо- метрическими особенностями реки, а также гидрометеорологическими условиями того или иного года. Следует отличать постоянное место образования заторов льда и участки с непосто- янными очагами заторов. Известны два типа постоянных мест образования заторов. 1. Место перелома генерального продольного профиля реки от участка с большим уклоном (а значит и большой скоростью течения) к участку с малым уклоном (следова- тельно, малой скоростью). К этому типу относится: зона выклинивания подпора водохранилища (например, река Обь у города Камень на Новосибирском водохранилище; река Неман у посёлка Бирштонас на Каунасском водо- хранилище); устье реки при впадении в море или озеро (например, река Сясь у села Сясьские Рядки при впадении в Ладожское озеро; река Северная Двина у города Архангельска); зона перехода от порожистого участка к равнинному участку или от крутого к поло- гому (например, река Даугава у города Яунелгава ниже Плявиньских порогов до построй- ки Плявиньской ГЭС и река Сухона у города Великий Устюг); место слияния двух рек, несущих большие массы льда (например, слияние Северной Двины и Вычегды у города Котлас). 2. Место очень крутого поворота реки (более 110-115°) в сочетании с сужением. Ти- пичным в этом отношении является крутой поворот реки Днестр у села Воронково. Непостоянные места образования заторов льда бывают очень разными – резкие сужения, крутые повороты, перекаты с островами, места бифуркаций, участки с наличием прочного ледяного покрова на значительной длине. Нередко заторы возникают в тех ме- стах, где осенью при установлении ледостава наблюдались подвижки льда и имели место зажоры. Где именно возникнет затор в данном году? Это определяется гидрометеорологи- ческими условиями зимнего и весеннего периодов; в первую очередь, начального периода весеннего половодья. 101

Факторы образования заторов льда. Важнейшей характеристикой затора, кроме места его образования, является его мощность, характеризуемая высотой подъема уровня воды. Зависимость этой величины от многих факторов обусловливает значительный эле- мент случайности при её определении, лишая возможности во многих случаях точно про- гнозировать образование заторов. К главным факторам заторообразования относятся: количество и интенсивность поступления льда к затору; интенсивность паводка, в частности, максимальная (из средних суточных величин) интенсивность подъема уровня воды в период ледохода; наличие препятствий движению льда. Немалую роль играют и другие факторы – расход воды, температура воздуха, мощ- ность снежного покрова в бассейне реки, суммарная солнечная радиация, последователь- ность вскрытия рек в бассейне и пр. Наиболее просто выявляется роль отдельных факторов в случае, когда затор образу- ется в постоянном месте. Мощность затора и подъём уровня находятся в прямой зависи- мости от количества льда, поступающего к затору. Поэтому после суровой малоснежной зимы со значительным объемом льда в руслах рек к началу весны максимальный затор- ный уровень намного превышает максимальный уровень после мягкой многоснежной зи- мы со сравнительно малыми объёмами льда. Количество и интенсивность подносимого течением льда связано, помимо прочего, с дружностью вскрытия рек. При одновременном вскрытии всех главных рек бассейна сток льда большой, в результате чего формируется мощный затор. При неодновременном вскрытии рек сток льда и интенсивность ледохода невелика, соответственно и затор небольшой. Влияние расхода воды в период вскрытия реки, при постоянном месте образования затора льда, проявляется в том, что чем больше расход, тем интенсивнее весенний ледо- ход и выше максимальный заторный уровень. В то же время при большем расходе воды голова затора смещается вниз по течению, поэтому в хвосте затора и в зоне выклинивания подпора влияние расхода воды может не ощущаться. Высокая температура воздуха после формирования затора льда благоприятствует его быстрому разрушению – главным образом за счет воздействия тёплых талых вод. Однако интенсивное потепление до вскрытия способствует образованию затора льда. При этом в связи с резким увеличением расхода воды, неподготовленный к вскрытию ледяной покров взламывается механическим путем. Процессы вскрытия и заторообразования на участках реки с непостоянным местом образования заторов льда протекает гораздо сложнее. Прежде всего, заметим, что весной подвижки и ледоход начинаются лишь после того, как уровень воды в реке превысит тот уровень, при котором осенью произошло установление ледостава. Между тем, из-за коле- бания температуры воздуха и расхода воды в осенний период установление ледостава происходит на различных участках реки при неодинаковом превышении уровня над ме- женным. В местах, где осенью наблюдались подвижки льда и зажоры, уровень при уста- новлении ледостава высокий, поэтому здесь происходит задержка вскрытия. Причиной задержки служит и то, что в указанных местах ледяной покров более толстый и прочный, чем в целом на реке. Таким образом, места осенних подвижек и зажоров часто являются местами образования весенних заторов. Вскрытие реки обычно сопровождается возрастанием расхода воды. При этом на рассматриваемом участке реки возникают с небольшими интервалами во времени цепочки заторов льда. Прорыв одного затора приводит к вскрытию некоторого участка реки и за- вершается образованием ниже по течению другого затора и т.д. Длительность существо- вания таких заторов исчисляется часами (самое большее 12-18 часов). Иначе протекает процесс, когда расход воды сравнительно небольшой и более или менее постоянный. При этом подплывающие к затору массы льда обладают небольшой живой силой; влекущее усилие потока под затором также невелико. Прорыва затора не 102

происходит, имеет место лишь торошение льда у верхней границы затора, а сам затор рас- пространяется вверх по реке. Длина затора достигает 10-15 км, а на реках Сибири иногда до 35 км. Такие большие по протяженности заторы льда обладают большой устойчиво- стью. Длительность их существования на реках Европейской части СНГ достигает иногда 3-5 суток, а на Севере Сибири – 8-10 суток. Искусственное разрушение подобных заторов льда практически невозможно. Классификация заторов. В настоящее время еще не разработана общепринятая классификация заторов, которая может быть произведена по различным признакам. Так, например, может рассматриваться ниже приведённая классификационная схема, основанная на учете гидрологических условий в места образования заторов, что отвечает задачам борьбы с этим явлением. В схеме классификации заторы льда на реках делятся на два типа [25]. 1. Русловые заторы: а) непосредственно у кромки ледостава при неодновременном вскрытии реки, обычно текущей с юга на север; б) в местах уменьшения ледопропускной способности реки (всякого рода стесне- ния, места резкого уменьшения уклона и скорости); 2. Подпорные заторы: а) в зонах выклинивания подпора водохранилищ; б) в дельтах и устьях рек, впадающих в моря и озера, или в более поздно вскры- вающиеся реки. Район образования заторов типа 2, а также в некоторых случаях 1б (например, пере- ход от порожистого участка к равнинному участку или крутой поворот с сужением) обыч- но ограничен, т.е. заранее известен. В связи с этим для заторов этого типа целесообраз- ность предупредительных мер борьбы совершенно очевидна. Русловые заторы типа 1а могут возникать в самых различных местах по длине реки в зависимости от предшествующих гидрометеорологических условий. Это обстоятельство часто делает проведение предупредительных мер борьбы весьма затруднительным. Распространение заторов льда на реках. Заторные явления характерны для рек, вскрытие которых происходит в ре- зультате разрушения относительно проч- ного ледяного покрова живой силой по- тока, что имеет место, если половодье начинается в верхней части бассейна. Та- кой последовательностью вскрытия об- ладают крупные реки, текущие с юга на север и реки, верховья которых являются горными и полугорными, а низовья рав- нинными. На реках, текущих с юга на север, как известно, движение половодья совершается быстрее продвижения весны, вследствие чего сокращается продолжительность подготови- тельного периода вскрытия рек, и весеннее половодье взламывает мощный ледяной по- кров, мало тронутый тепловым разрушением. При этом высота паводочного подъема в момент вскрытия к низовьям постепенно возрастает. Наоборот, на реках, текущих в направлении с севера на юг, разрушение ледяного покрова в низовьях происходит ещё до прохождения волны половодья сверху, т.е. в значительной мере под влиянием тепла атмо- сферного воздуха. Наиболее мощные заторы образуются после холодной зимы при дружном формиро- вании весеннего половодья и при расходах воды, близких к максимальным значениям. 103

Особо мощные заторы, отличающиеся устойчивостью и высокими подъемами уровней, чаще всего формируются на зажорных участках. Территориальное распространение заторов льда характеризуется повышенной за- торностью рек севера европейской и азиатской частей СНГ. Большая повторяемость зато- ров льда (70-100 %), высокие заторные уровни (10-25 м) и заторные подъемы (4-6 м) наблюдаются на больших реках Сибири вследствие повышенной прочности ледяного по- крова, значительной интенсивности и больших расходов воды весеннего половодья. Рисунок 33 – Карта распространения заторов на реках СНГ [14] h < 300 см 1 – повторяемость 20-40 %, 2 – 40-60 %, 3 – 60-80 %, 4 – 80-100 %; 300< h <500 см 5 – повторяемость 20-40 %, 6 – 40-60 %, 7 – 60-80 %, 8 – 80-100 %; h > 500 см 9 – повторяемость 20-40 %, 10 – 40-60 %, 11 – 60-80 %, 12 – 80-100 % Особенно благоприятные условия для формирования заторов весной создаются на реке Лене в результате не только интенсивного развития паводочной волны под влиянием дружной весны, но и почти одновременного вскрытия главной реки и её притоков. Вскрытие реки Лены происходит сверху вниз по течению со скоростью в среднем 100 км/сут. В местах формирования заторов оно задерживается на 5-6 суток. Почти одно- временно вскрываются отдельные большие участки (200-300 км), расположенные пре- имущественно ниже участков крупных заторных скоплений. Хотя количество заторных участков уменьшается по длине реки, но размеры их увеличиваются в 5-10 раз, достигая 50-100 км в низовье реки. В среднем и нижнем течении реки Лены образование заторов льда в отдельные годы происходит в местах недостаточной ледопропускной способности русла под воздействием волны прорыва верхних по течению заторных скоплений. Волны перемещаются по реке со скоростью 3-5 м/с. Наибольшей заторностью по повторяемости, количеству заторных участков и их размерам, а также по мощности заторных скоплений отличается средняя часть реки. 104

В районе коренного изменения направления течения реки отмечается наибольший заторный подъем уровня воды 9,6 м, соответствующий 4-5-кратной толщине льда перед вскрытием. При этом отношение заторного подъема ΔНЗТ к заторному уровню НЗТ, т.е. относительный заторный подъем, в значительной мере характеризующий стеснение русла заторным льдом, составляет 0,5-0,6. Ниже по течению ΔНЗТ/НЗТ постепенно уменьшается (0,4-0,2), за исключением устьевого участка (0,35), на котором образуются наиболее мощ- ные заторные скопления (8-10 м) вследствие повышенной прочности и большой толщины льда перед вскрытием (2,0-2,3 м). Естественно, здесь отмечаются и самые большие затор- ные подъемы уровня воды (9,0-10,5 м). Повышенной заторностью характеризуются при- токи реки Лены – Алдан, Витим, Вилюй, Олекма. Заторные подъёмы уровня воды на реке Олекме достигают 10 м. В отличие от рек бассейна Лены вскрытие реки Енисея и его притоков (Абакана, Ан- гары, Средней и Нижней Тунгуски и др.) происходит при менее интенсивном формирова- нии весеннего половодья, особенно в северной части бассейна. Процесс вскрытия распро- страняется по длине Енисея со скоростью в среднем около 70 км/сут. Паводочная волна, идущая по Енисею, взламывает ледяной покров, создавая подпор и тем самым способ- ствуя формированию заторов на нижних участках притоков (Подкаменная Тунгуска, Нижняя Тунгуска). Заторность на Енисее по частоте, мощности и размерам заторных участков увеличи- вается от верховьев к устью реки. Наиболее мощные заторные скопления имеют место в районах Туруханска, Игарки, Дудинки. Однако не уступают им по мощности отдельные заторы льда в средней части течения реки и даже в верховье, образующиеся на зажорных участках. Заторные подъёмы достигают 8-9 м. Кстати, относительный заторный подпор по длине Енисея уменьшается от 0,7-0,8 (верховье) и до 0,2-0,3 (низовье). Почти не изменяет- ся ΔНЗТ/НЗТ по длине основных притоков Енисея и в среднем составляет 0,5-0,6. На реках Восточной Сибири (Индигирке, Колыме, Тимптоне, Яне) половодье фор- мируется весьма интенсивно, чему способствует дружный характер весны и наличие мно- голетней мерзлоты. Процесс вскрытия этих рек происходит при большой сопротивляемо- сти ледяного покрова, интенсивном заторообразовании и заторных подъемах уровня воды от 2 до 5 м. Причем значение ΔНЗТ/НЗТ по длине рек мало меняется и в среднем составляет 0,5-0,6. Реки бассейна Оби отличаются более затяжным характером вскрытия, под влиянием которого значительно снижается прочность ледяного покрова и уменьшается заторность. Крупные заторы с повторяемостью 60-80 % и заторными подъемами уровня 3-5 м наблю- даются на верхних участках рек Обь, Иртыш, Томь. На нижних участках рек снижается количество заторных участков, уменьшаются заторные подъемы до 1 м и соответственно ΔНЗТ/НЗТ до 0,1. Повышенной заторностью характеризуется вскрытие реки Амур благодаря своеобра- зию формирования весеннего половодья. Ледоход проходит при низких уровнях, так как снежный покров в бассейне реки невелик, а грунтовое питание в значительной мере за- держивается мерзлотными процессами. Весенними паводками не обеспечивается ледо- транспортирующая способность потока, достаточная для свободного движения льда большой толщины и прочности. Начинается вскрытие в средней части реки, отличающей- ся наибольшей проточностью, и отсюда распространяется вверх и вниз по течению. При- мерно в то же время начинается вскрытие верховьев. Соответственно распределению толщины льда по длине реки наиболее мощные заторы льда образуются на Верхнем Аму- ре. Значительное стеснение русла льдом обеспечивает здесь заторные подъёмы на 8-9 м. На Среднем Амуре заторы не отличаются мощностью и устойчивостью, а кроме того по- вторяемость их относительно небольшая. Однако в отдельные годы заторные подъёмы достигают 5 м. На Нижнем Амуре стеснение русла заторным льдом уменьшается и соот- ветственно снижаются заторные подъёмы уровня, максимальные из них не превышают 3,5 м. Относительный подъем заторного уровня ΔНЗТ/НЗТ уменьшается по длине реки от 105

0,8 в верховье до 0,2 в низовье. Заторные явления отмечаются почти на всех реках бассей- на Амура, однако наиболее мощные имеют место на реках Зея, Бурея, Амгунь, Уссури. Заторные подъёмы на Зее и Бурее достигают 6 м. В пределах европейской части СНГ повышенная заторность характерна не только для северных рек (Печора, Северная Двина, Сухона, Юг), но и для рек западного района (Днестр, Великая, Западная Двина, Неман, Вента), а также для рек Кольского полуострова (Поноя и др.). На реке Северная Двина и её притоках (Вага, Пинега и Сухона) отмечается законо- мерное увеличение заторности в направлении течения. В нижних течениях рек под влия- нием заторных скоплений, достигающих 3-4-кратной толщины ледяного покрова перед вскрытием, происходит значительное стеснение льдом русла, определяющее заторные подъемы уровня воды на 3-6 м. Причем относительный заторный подъем ΔНЗТ/НЗТ мало меняется вдоль реки и в среднем составляет 0,4-0,5. Повышенной заторностью характеризуется река Печора и её притоки Ижма и Уса, особенно в средней части течения. Заторные подъёмы уровня воды достигают 6-9 м, а от- носительный подъем заторного уровня может достигать 0,7. Сравнительно мощные заторы льда образуются на реках Западная Двина, Неман и Вента благодаря морфологическим особенностям русла (пороги) и разновременному вскрытию главной реки и её притоков. Заторные подъемы и относительный подпор затор- ного уровня увеличиваются по длине реки. Весьма большой заторностью отличается река Днестр. Формирование мощных зато- ров льда на ней связано с зимними вскрытиями отдельных участков реки во время оттепе- лей, а также зажорным характером замерзания. Заторы льда с повторяемостью 90-100 % образуются, как правило, на зажорных участках. Заторные подъёмы реки 5-6 м, а относи- тельный подъем заторного уровня реки 0,6-0,8. На реках Кольского полуострова заторы образуются главным образом в устьях рек. Заторные участки достигают 3-5 км, заторные подъемы уровней – 5-8 м. Вскрытие рек центральных и восточных районов европейской части СНГ носит от- носительно бурный характер и происходит при подъёмах уровня, близких к пику полово- дья. Интенсивный ледоход нередко сопровождается заторами. Вследствие сравнительно небольшой толщины и прочности ледяного покрова заторные подъёмы на реках бассейнов Дона и Урала не превышают 3 м, повторяемость заторов льда небольшая (20-30%). Реки южных районов вскрываются на ранней стадии весеннего половодья при отно- сительно низких уровнях. Разрушение ледяного покрова происходит здесь главным обра- зом под воздействием солнечной радиации, и заторы льда почти не наблюдаются. Из всего многообразия условий, характеризующих территориальное распределение заторов льда на реках, выявляется закономерное повышение заторности с увеличением уклонов на реках как азиатской, так и европейской части СНГ. Рисунок 34 – Зависимость коэффи- циента заторности от уклона [14] 106

Наибольшие заторные подъемы уровня воды на реках Лене, Енисее, Оби, Иртыше, Днестре и других наблюдаются в местах перелома генерального продольного профиля. На участках с равномерным распределением уклонов по длине реки большей частью наблю- дается равномерное распределение толщины ледяного покрова, и поэтому при вскрытии обеспечивается практически безостановочное движение льда и заторы не образуются. Для этих участков выполняется условие беззаторного транспорта льда. Так, например, на 500- 800-километровых участках Средней Оби и Нижнего Иртыша с равномерным распределе- нием уклонов по длине реки (0,030-0,025 0/00) заторы не наблюдаются. Однако на верхних участках Оби, Иртыша и других рек в местах неравномерного распределения уклонов, особенно при резком переходе от больших к малым, характер движения льда существенно меняется. Вследствие уменьшения энергии потока падает его влекущая сила, тормозится, а затем прекращается движение льда. Получены зависимости для определения заторных уровней и для участков рек, не освещённых данными непосредственных наблюдений. В качестве исходных данных для расчета используются кривые расходов воды, средних глубин и ширин русла, сведения об уклонах реки на исследуемом участке. Кроме того, можно оценить, на каких участках рек заторные явления более опасны, а заторные уровни превышают максимальные уровни ве- сеннего половодья. Как показал анализ, максимальные заторные уровни превышают мак- симальные уровни весеннего половодья главным образом на заторных участках с уклона- ми более 0,1 0/00. Исключением являются участки, находящиеся в подпоре от заторов, рас- положенных ниже по течению. Превышение отмечается более чем на 1/3 всех заторных участков рек европейской и азиатской частей СНГ. Особенно большое превышение в 5-7 м имеет место на заторных участках с уклонами 2-3 0/00 с зажорным характером замерзания. Количество участков с таким превышением невелико, около 5 %. Преобладающим (около 75 °/о) является пре- вышение 0,5±1,5 м на заторных участках европейских рек и 0,5-2,5 м – на азиатских. В зависимости от высоты заторного уровня определяются границы выхода воды на пойму и распространение подпора по длине реки, а также оценивается мощность затора: 1. Катастрофический затор – максимальный заторный уровень выше максимального уровня весеннего половодья, заторный подъем выше 5 м. 2. Сильный затор: а) максимальный заторный уровень выше максимального уровня весеннего поло- водья, заторный подъем 3-5 м; б) максимальный заторный уровень не превышает максимального уровня весен- него половодья, а заторный подъем больше 5 м. 3. Средний затор: а) максимальный заторный уровень превышает максимальный уровень весеннего половодья, заторный подъём 1-3; б) максимальный заторный уровень не превышает максимального уровня весен- него половодья, а заторный подъем 3-5 м; 4. Слабый затор – максимальный заторный уровень не превышает максимального уровня весеннего половодья, заторный подъем 1-3 м. Мощность заторов в сочетании с их повторяемостью наиболее полно характеризует заторную активность рек. На представленной выше карте распространения заторов на ре- ках СНГ особенно выделяются крупные реки Сибири – Лена, Енисей, Ангара. Отличаются заторной активностью и реки северных и западных районов европейской части СНГ. На реках Северной Двине, Печоре, Западной Двине и Днестре неоднократно наблюдались катастрофические заторы. 107

6.5. Зажор Зажор – скопление шуги, донного льда и других видов внутриводного льда в русле реки в период осеннего шугохода и в начале ледостава, стесняющее живое сечение потока и приводящее к подпору (подъему уровня воды), снижению про- пускной способности русла, либо отвер- стий водопропускного сооружения и возможному затоплению прибрежных участков реки. Толщина зажорных скоп- лений может превышать 10 м, а длина достигать 10-20 км, объемы шуги в зажо- ре от 3 до 100 млн. м3. Образование зажоров приводит к уменьшению пропускной способности русла, к по- вышению уровня воды выше зажора, что может вызвать затопление прилегающей местно- сти, и понижению уровня ниже зажора. Образование шуги в русле реки и водохранилище является причиной серьёзных ледовых затруднений на водозаборах (обмерзание труб, со- розадерживающих решеток, забивка оголовков), что часто может приводить к полному прекращению подачи воды. Зажоры льда характерны для рек со значительной скоростью течения. Наблюдаются зажоры в период замерзания и в зимний период. В большинстве случаев на не зарегулированных реках зажоры льда достигают опасных размеров в начале зимы. В нижних бьефах ГЭС и на многих горных реках максимальный зимний (зажорный) уровень может иметь место в любое время. Процесс зажорообразования определяется комплексом факторов, которые можно разделить на две группы: факторы, способствующие образованию шуги; факторы, способствующие остановке и смерзанию шуговых масс. Факторы первой группы определяются скоростным режимом потока и климатиче- скими (температурными) условиями в районе. При определенном сочетании скорости те- чения (обычно превышающей 1 м/сек) и температуры воздуха происходит переохлажде- ние воды, ведущее к интенсивному образованию внутриводного льда и шуги. Факторы второй группы определяются морфометрическими особенностями участка реки, создающими условия для задержки и смерзания шуги (повороты русла, переломы генерального продольного профиля, острова и отмели). Таким образом, зажоры образуются, в основном, в тех же местах, где и заторы, если выше по течению происходят процессы интенсивного образования больших масс шуги. Это не исключает того, что имеются участки, где место образования зажоров от года к го- ду меняется. Условиями образования и развития зажоров являются [25]: наличие незамерзающего участка реки (перекаты, участки с повышенными скоро- стями, полыньи и пр.) или открытой водной поверхности водохранилища; наличие отрицательной температуры воздуха ниже критической, вызывающей теп- лоотдачу с водной поверхности; наличие турбулентного течения в водотоке или сильного ветрового волнения на во- дохранилище, которые способствуют переохлаждению водной массы и кристаллизации внутриводного льда; повышенная шугонасыщенность потока в целом; 108

наличие особых орографических особенностей русла реки, способствующих задер- жанию ледяной массы (меандры, бифуркация и пр.), а также разные препятствия, в том числе и гидротехнические сооружения, острова и пр.; изменение скоростей течения на реке (плесы-перекаты, места выклинивания кривых подпора водохранилищ и др.). Скоростные условия в реке, влияющие на зажорообразование, можно подразделить следующим образом [25]: при ν = 0,4-0,5 м/сек и меньше замерзание реки происходит при образовании ледяно- го покрова. Если шуга уже образовалась выше по реке при скоростях ν > 0,5 м/сек, то, по- пав в зону скоростей ν ≤ 0,5 м/сек, шуга всплывает и движется в виде шугового ковра. При отрицательных температурах шуговой ковер быстро замерзает; при ν = 0,7 - 0,067×Н м/сек, где Н – глубина потока, м; шуговой ковер не будет под- ныривать; при ν = 1,5 м/сек шуга начинает распределяться по всему сечению, частично покры- вая и поверхность потока; при ν > 1,5 м/сек происходит полное взвешивание шуги. Водная поверхность обна- жается. Устойчивость фронтальной кромки ледяного покрова зависит также от скоростных условий. При значении скорости, большей критической, кромка льда не будет устойчивой. Часть шуги уйдет под ледяной покров и будет служить материалом для формирования за- жора. В реальных условиях схема явления осложняется непрерывными колебаниями гид- рометеорологических элементов. Так, при сильных морозах на реке образуется много льда, в особенности, если длина шугообразующего (т.е. незамерзшего) участка велика. Этот лед обладает значительной прочностью, и благодаря низкой температуре воздуха легко смерзается; кромка продвигается быстро, зажорный подъем уровня оказывается не- большим. Напротив, при слабых морозах к кромке подплывают тонкие непрочные льдин- ки и шуга; смерзание их происходит медленно, время от времени происходит торошение. В результате кромка продвигается постепенно со значительным подъёмом уровня. В нижних бьефах ГЭС процесс протекает аналогичным образом. Отличие состоит в том, что со временем движение кромки замедляется за счет уменьшения длины ледообра- зующего участка, а затем вовсе прекращается. Размер полыньи при стабильном положе- нии кромки определяется многими факторами – теплопотерями, расходом воды, темпера- турой воды и т.п. Методы предсказания зажоров льда, как и заторов, пока что разработаны очень сла- бо. Прогнозы возможны лишь в отдельных случаях, при более или менее постоянном ме- сте образования зажора. Предсказание максимального зажорного уровня осуществляется на основе связи его с водностью в предледоставный период, например, со средним расхо- дом воды за ноябрь. Подобные связи получены для Ангары, Невы и Свири (заблаговре- менность прогнозов 1,0-1,3 месяца). На реках, где расход воды в предледоставный период подвержен значительным колебаниям, строится связь максимального зажорного уровня с расходом в период замерзания. Заблаговременность прогноза при этом уменьшается до 3- 5 суток. Мощность зажора, образующегося в нижнем конце незамерзающего участка реки, находится в прямой зависимости от объёма льда. Соответственно, для целей прогноза можно установить связь максимального зажорного уровня со стоком льда. Количествен- ный расчёт и прогноз хода уровня в период зажоров льда пока невозможны. Лишь на ос- новании многолетнего опыта удаётся оценить тенденцию в ходе уровня. Выделяют четыре стадии образования зажора: прекращение транзита шуги и образование неподвижного шугового льда; занос шуги с выше расположенного участка и её скопление подо льдом; 109

уплотнение шуги (подвижки); стеснение водного сечения русла большим количеством ледяного материала и обра- зование уровня подпора. Зажорные явления характерны для шугоносных рек, отличающихся наличием поро- гов и перекатов. Зажоры образуются на участках перелома общего продольного профиля реки, а также на участках с сосредоточенным падением. В пределах европейской части СНГ зажоры наблюдаются на большинстве рек. По- вышенной зажорностью характеризуются реки бассейнов Белого и Баренцева морей – Се- верная Двина, Сухона, Вычегда, Печора, Онега, Кемь, Тулома, Поной и др. На Северной Двине и её притоках (Сухона, Пинега, Вычегда) повторяемость зажо- ров 90-100 %. Зажорные участки длиной 5-25 км расположены по всей реке от истока до устья. Наибольшие зажорные подъёмы уровня ΔНЗЖ наблюдались на нижних участках Северной Двины (5,1 м), Сухоне (4,6 м), Вычегде (3,3 м), Пинеге (2,6 м). Относительный зажорный подъём уровня, т. е. ΔНЗЖ/НЗЖ, составляет 0,25-0,75 в зависимости от зашуго- ванности русла. Значительная зажорность характерна для Печоры и её притоков – Ижмы, Сулы, Цильмы, особенно в средней части рек. Зажорные подъёмы уровня воды на Печоре дости- гают 3,5-4,2 м, а на притоках – 2,5-2,7 м. Относительный подъем уровня составляет 0,3- 0,7. Рисунок 35 – Карта распространения зажоров на реках СНГ [26] 1) Нмакс.зж ˃ Нмакс.н/зж 2) Нмакс.зж ˂ Нмакс.н/зж 3, 4, 5, 6 – повторяемость соответственно: 0-40 %, 40-60 %, 60-80 %, 80-100 %; 7) h˂300 см 8) 300˂h˂500 см 9) h˃500 см 110

На реках Кольского полуострова формирование ледяного покрова нередко сопро- вождается зажорными явлениями, большей частью на устьевых участках. Зажорные подъ- емы уровня воды превышают 3 м (река Стрельня – 3,3 м, Поной – 3,1 м). Интенсивное шугообразование и формирование зажоров большой мощности, вызы- вающее зимние наводнения, наблюдаются на Неве, Западной Двине и Немане. Повторяе- мость зажоров на Неве 100%. Максимальный зажорный подъем уровня 3,4 м при зашуго- ванности русла 6-7 м и пористости зажорных скоплений 0,35-0,40. Относительный зажор- ный подъем уровня составляет 0,4-0,6. Примерно такой же интенсивности отмечались зажоры на Нарве. Зашугованность русла распространялась на 8-40 м по глубине, а зажорные подъемы достигали 3,8 м. Одна- ко после сооружения Нарвской ГЭС пороги оказались затопленными и зажоры не наблю- даются. Повышенной зажорностью отличается Западная Двина, хотя повторяемость зажоров несколько ниже, 50-70 %. Вместе с этим максимальный зажорный подъем уровня воды достигал 5,7 м (самый высокий на реках европейской части СНГ). Относительный зажор- ный подъем уровня составляет 0,3-0,6. Реки бассейнов Черного, Азовского и Каспийского морей также характеризуются значительной зажорностью, но повторяемость зажоров и зажорные подъёмы значительно ниже, чем на реках северных районов. Наибольшая зажорность отмечается на Днестре (особенно на его карпатских притоках), Днепре, Южном Буге, на Дону, Северском Донце. Мощные зажоры образуются на многих реках Северного Кавказа и Закавказья. Фор- мирование ледяного покрова сопровождается образованием зажоров на реках бассейнов Волги и Урала. На многих реках юга и юго-запада СНГ, в том числе на Тиссе, Днестре, Кубани, Те- реке и др. вследствие частой смены погодных условий имеют место повторные замерза- ния и вскрытия, сопровождающиеся зажорно-заторными явлениями. Эта особенность также свойственна нижним бьефам зарегулированных рек, на которых под влиянием су- точного регулирования ГЭС происходит непрерывный процесс образования и разрушения ледяного покрова. В местах стабилизации кромки ледяного покрова почти ежегодно наблюдается обра- зование зажоров льда из-за интенсивного шугообразования в приплотинной полынье, а также заторов льда в период значительных колебаний расходов воды, вызывающих срыв кромки ледяного покрова. Аналогичным является режим рек бессточных областей Средней Азии и бассейна Аральского моря. На большинстве рек Средней Азии отсутствует устойчивый ледостав. На Амударье ледяной покров образуется главным образом на нижних участках реки. По- вторяемость зажоров 70-100 %, а наибольшие зажорные подъёмы уровня воды около 4 м. Относительный зажорный подъем уровня воды составляет 0,4-0,6. На Сырдарье интенсивное шугообразование и формирование зажоров наблюдается на всей длине реки от истока до устья. Повторяемость зажоров льда на большинстве участков 100 %. Наибольший зажорный подъем отмечается в месте впадения притока Ка- ра-Узяк и достигает 3,4 м, а подпор уровня воды под воздействием шуговых образований составляет 0,3-0,5. На реках Чу, Талас и Арысь зажорные подъемы уровня достигают 2,5- 3,0 м. Особенно развиты на реках этого района зажорно-заторные явления, вызывающие резкие подъемы уровня на 3-5 м (Амударья – 3,4, Сырдарья – 3,7, Чирчик – 4,7, Нарын – до 12 м). Повышенной зажорностью характеризуются реки бассейна озера Балхаш и Цен- трального Казахстана – Или, Сарканд, Карой и др. Зажорные подъемы уровня на них при большой зашугованности русла превышают 3 м. Почти отсутствуют зажорные явления на реках Северного Казахстана из-за незначи- тельной водности и малых скоростей течения в осенне-зимний период. 111

На реках Сибири формирование ледяного покрова нередко сопровождается образо- ванием зажоров. В Западной Сибири по интенсивности шугообразования и повторяемости зажорных явлений (80-100 %) выделяются Иртыш и реки Алтая – Бия, Катунь, Кальджир, Курчум, Кокса, Томь и Чулым. Максимальные зажорные подъёмы уровней воды на этих реках превышают 3 м (Катунь – 3,6, Кальджир – 4,8, Томь – 5,6 м). Относительный зажор- ный подъём уровня при большой зашугованности составляет 0,4-0,7. В отдельные годы (повторяемостью 20-55 %) зажорный характер замерзания отме- чается на участках повышенных уклонов Верхней и Средней Оби. В районе городов Бар- наула, Красно-Игловска и Александровского зажорные подъемы уровня воды достигают 3 м, при этом относительный подъем уровня воды составляет 0,55-0,65. Повышенной зажорностью (70-100 %) характеризуется Енисей вследствие морфо- логических особенностей русла и суровых погодных условий в период замерзания. Ин- тенсивное шугообразование на участках с повышенными скоростями течения способству- ет формированию зажорных скоплений толщиной 3-5 м в местах сосредоточенного паде- ния. Максимальные зажорные подъёмы в верховье реки достигают 6,3 м, в районе города Енисейска – 6,5 м, села Ярдево – 6,7 м. Подпор уровня составляет 0,6-0,8. Самой шугоносной из крупнейших рек Сибири является Ангара. Повторя- емость зажоров 90-100 %. Зашугован- ность русла отмечается по всей длине реки, причём на отдельных участках достигает 70-80%. До строительства Иркутской, Братской, Усть-Илимской ГЭС зажорные скопления достигали 5- 10 м. Максимальные зажорные подъ- ёмы уровня превышали 7 м (село Не- вон – 7,2 м, село Падун – 7,3 м), а отно- сительный зажорный подпор уровня воды составлял 0,7-0,8. После создания ГЭС зажоры образуются в нижних бьефах ГЭС и в зоне выклинива- ния подпора уровня воды водохранилища. Зажорные подъемы достигают 4-5 м, а зажор- ный подъем уровня воды составляет 0,5-0,6. Значительной зажорностью характеризуются притоки Енисея – реки Туба, Кан, Ма- на. Зажорные подъемы нередко достигают 3-3,5 м, а подпоры уровня составляют 0,5-0,6. На Лене и её притоках развитие процессов зажорообразования несколько ослаблено из-за интенсивного понижения температуры воздуха в период замерзания, способствую- щего смерзанию шуги и формированию ледяного покрова. Однако в отдельные годы от- мечается образование зажоров льда и на Лене в районах городов Кюсюр, Ленинска, Якут- ска и др. Зашугованность русла достигает 6-7 м, а высота торосов – 2-3 м. Зажорный подъём уровня составляет 3,5-4 м. На Витиме подъём уровня при зажорах достигает 3,5 м. Зашугованность отмечается на многих других реках этого района, но зажорные подъёмы уровня небольшие, 1-1,5 м. Замерзание рек Забайкалья и Амурского бассейна характеризуется интенсивным шугообразованием и образованием зажоров на реках Селенге, Шилке, Аргуни, Амуре и их притоках – Зее, Бурее, Амгуни и др. Возникают они на суженных участках русла, в местах разветвления на рукава, на перекатах. Зашугованность в отдельные годы превышает 50 %. Зажорные подъёмы уровня воды на Амуре достигают 3,5-4,4 м, а на других реках – 1,5-3,0 м. Подпоры уровня составляют 0,4-0,6. Интенсивным шугообразованием и формированием зажоров в период замерзания характеризуются реки Сахалина и Камчатки. Зажорные подъемы достигают 1,5-2,5 м, а 112

относительный подъём уровня воды составляет 0,4-0,6. На многих участках рек Камчатки максимальные зажорные уровни превосходят максимальные уровни весеннего половодья. При анализе условий, характеризующих территориальное распространение зажоров льда на реках, выявляется закономерное повышение зажорности с увеличением уклонов рек как азиатской части СНГ, так и европейской. Наибольшие зажорные подъёмы уровня воды на Енисее, Ангаре, Западной Двине и других реках наблюдаются в местах перелома их генерального продольного профиля. Зажорной активностью отличаются не только реки с неустойчивыми погодными условиями западных и южных районов европейской части СНГ, Кавказа, Средней Азии, Приморья, Камчатки и Сахалина, но и реки северных районов и Сибири. Зажоры льда яв- ляются очагами образования заторов льда при вскрытии рек. В Санкт-Петербурге, и без того за- мечательном городе, имеется ещё одна «изюминка», вызывающая интерес и восторг – это ледоход (шугоход). И будь он осенний или весенний, он все- гда восхищает прогуливающихся по набережным туристов или попросту зазевавшихся прохожих. В большинстве случаев установле- ние ледостава в устье реки Невы про- исходит за счет ладожского льда. В связи с морфометрическими особен- ностями Невы, а точнее с наличием поворотов, сужений русла реки и пе- реломами продольного профиля, еже- годно на реке Неве в период её замер- зания образуются зажоры. Формирование зажоров из года в год наблюдается в одних и тех же определенных местах: от моста Петра Великого до моста Володарского, в районе Новосаратовки (Рыбацкого) и в районе Усть-Ижоры. Невские зажоры представляют собой плотные скопления мелкобитого кристалличе- ского льда и шуги, стесняющие живое сечение русла иногда на 70-80%. В результате, вы- ше образуемого зажора начинается повышение уровней. Для города это оборачивается подтоплениями за счет просачивания невской воды в подвальные помещения и через ка- нализационные люки. Затрудняется нормальная работа водозаборов из-за забивки оголов- ков шугой. В районе Усть-Ижоры подтопление происходит за счет подпора реки Ижоры от реки Невы. Уровни мест ниже возникающего зажора, соответственно, сильно падают. В этом случае оголовки выведенных водозаборов могут оголиться. Причин возникновения зажора много: горизонт Ладожского озера, ход температуры воздуха, количество поступающего в реку озерного льда, скорость продвижения кромки ледостава вверх по реке, подвижки в ледяном покрове после его установления, морфомет- рия реки Невы, величина подпора уровней от Финского залива, сбросы промышленных вод и т.д. Основным же фактором, обусловливающим высокие зажорные подъемы уровня воды на реке Неве, является высокое стояние Ладожского озера. Зажорные скопления не сплошные, а состоят из ряда сильно уплотненных зажорных пробок. Основное ядро зажора образуется у кромки ледостава, и подъём уровня на выше- лежащем участке продолжается до тех пор, пока на участке не установится ледостав. Тело 113

зажора в длину бывает от 2 до 16 км, а в толщину от 1 до 8 м. Вес льда в зажоре – до 20-25 млн. тонн. Поверхность льда в месте зажора торосистая. Большое влияние на зажоры оказывают подвижки льда (смещение вниз по реке ле- дяных масс на отдельном участке, после которого меняется месторасположение кромки ледостава). В случае подвижки, как правило, происходит уплотнение зажорных скоплений и на участке нового положения кромки ледостава отмечается резкий скачок уровня на 0,5- 0,8 м, а иногда на 1,2-1,5 м. Такие подвижки чаще всего происходят уже при наличии сформировавшихся зажоров и, следовательно, при более высоких горизонтах воды. Подвижки значительной массы льда (по всей ширине реки и протяженностью не- сколько километров) могут вызвать навалы льда на берегах, повреждение набережных, повреждение и снос вниз по течению судов и строительной техники, задействованной в ремонте мостов. Так же существует опасность гибели людей, работающих со льда. С момента установления неподвижного льда в устье реки Невы наступает острая необходимость дальнейшего освещения хода зажорного процесса, тесно связанного с условиями продвижения кромки ледостава. В связи с этим в группе Гидрологических про- гнозов Санкт-Петербургского Гидрометцентра ежегодно организуется зажорная служба. На реке Неве имеется сеть постоянных гидрологических постов: Невская Устьевая станция, Горный институт, Обуховский завод, Новосаратовка и Отрадное. На период за- жорных явлений дополнительно открываются временные посты: на мостах Александра Невского, Петра Великого, Финляндского ж/д и в посёлке Усть-Ижора. Ежедневно, без выходных, сотрудниками группы гидрологических прогнозов соби- рается и обрабатывается гидрологическая информация об уровнях воды и ледовой обста- новке, строятся графики продольных профилей реки Невы и комплексные графики хода уровней. Для более подробного освещения ледовой ситуации проводятся визуальные об- следования реки Невы и используются данные, предоставленные дежурными с мостов. В течение всего периода действия зажорной службы гидрологи-прогнозисты составляют краткосрочные консультации и предупреждения для МЧС, администрации города и заин- тересованных организаций. К сожалению, предотвратить или как-либо снизить негативное воздействие зажоров не представляется возможным. В период зажорных явлений на реке Неве нельзя прово- дить взрывные и ледокольные работы. Последствия зажора можно только сократить, про- ведя профилактические мероприятия. 6.6. Низкая межень Низкая межень – понижение уровня воды ниже проектных отметок водоза- борных сооружений и навигационных уровней на судоходных реках в кон- кретных пунктах в течение не менее 10 суток. Низкая межень является весьма негативным явлением для водного хо- зяйства, управляющего водопользова- нием в интересах населения, промыш- ленности, сельского хозяйства, энерге- тики, водного транспорта, рыбоводства и рыболовства. Причина низкой межени в критическом уменьшении поверхностного и подземного стока воды в русло рек, вызванного многолетними колебания метеорологических (осадки, испарения) и гидрологических (уровень, расход) характеристик, приводящих к маловод- ному году или серии маловодных лет. 114

Причиной низкой межени также является хозяйственная деятельность человека, из- меняющего сток рек и характеристики водосборных бассейнов (лесистость, травонос- ность, пашни, заболоченность). Под меженью понимается низкий уровень воды в реке или озере, фаза водного ре- жима, а также период, когда сохраняется такой уровень воды. Для рек умеренной полосы (климат умеренных широт), географически расположенной в Северном полушарии между 40° с.ш. и 68° с.ш., имеет место летняя (или летне-осенняя межень) и зимняя межень. В меженные периоды сток воды мал и реки в основном питаются грунтовыми водами. Лет- няя (летне-осенняя) межень охватывает период года от конца половодья до осенних па- водков, а при их отсутствии – до начала зимнего периода, то есть до появления на реке ледовых явлений, зимняя межень – период от начала зимнего периода до начала полово- дья. Межень считается продолжительной, если она наблюдается свыше 30 суток, и ко- роткой, если она отмечается от 10 до 30 дней. Для рек умеренной полосы межень обычно прерывистая, особенно на реках с паво- дочным режимом; в этом случае она занимает периоды времени от окончания тех павод- ков, у которых полностью завершается цикл спада, до следующих паводков. Выделение межени на гидрографе реки в ряде случаев является операцией недоста- точно определенной, содержащей элементы субъективизма. В качестве критерия такого выделения условно принимают, что к межени относятся те периоды низкого стока, в тече- ние которых объёмы стока паводка (каждого в отдельности) не превышают 10-15% обще- го объема стока за рассматриваемый период. Уровень воды в меженной фазе водного режима реки определяется значением ме- женного уровня (горизонта) – уровень, на котором вода держится в продолжение боль- шей части года. Для летней межени знание уровня необходимо для определения того, до- статочна ли глубина реки для судоходства. В этом состоянии находится река в течение того периода, когда она получает воду главным образом из постоянных источников и ключей. Расход воды в меженное время не сохраняет постоянной величины, а увеличива- ется или уменьшается в некоторых пределах в зависимости от колебаний в количествах воды, доставляемых источниками и ключами, и от случайных местных небольших прибы- лей атмосферной воды. Для характеристик меженной фазы реки также используются понятия: нормальный меженный горизонт – среднестатистическое значение уровня воды в меженный период, определяемое по многолетним наблюдениям для конкретных участков реки; низкий меженный горизонт – соответствует среднему из наблюденных в течение многих лет самых малых возвышений воды над дном реки; самый низкий меженный горизонт – уровень, ниже которого по наблюдениям мно- гих лет, вода не опускалась. Если понятия нормальный, низкий и самый низкий меженный уровень являются ре- зультатами статистической обработки данных измерения, полученных на водомерных по- стах и станциях, то понятие низкая межень является оперативной характеристикой водно- го хозяйства, управляющего водопользованием на реке. Критерий – понижение уровня воды ниже проектных отметок водозаборных сооружений и навигационных уровней на судоходных реках в конкретных пунктах в течение не менее 10 суток. Распространение опасного природного гидрологического явления типа низкая ме- жень хорошо иллюстрируется внутригодовыми режимами стока рек, построенными на основе анализа годовых гидрографов по схеме классификации рек Б.Д. Зайкова. 115

7. Наводнения Наводнение – это затопление водой местности в пределах речной долины и населённых пунктов, расположенных вы- ше ежегодно затопляемой поймы, вслед- ствие обильного и сосредоточенного при- тока воды в результате снеготаяния или дождей или вследствие загромождения русла льдом (весной) или шугой (осенью). К особому типу наводнений относятся наводнения, вызываемые ветровым наго- ном воды в устьях рек [43]. Из всех видов стихийных бедствий наводнения на реках занимают первое место по суммарному среднегодовому ущербу. В России угроза наводнений висит над 400 города- ми, тысячами поселков и сельских населенных пунктов, 400 тыс. км. 2 площади её терри- тории. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. км2, на которой расположено более 300 городов, десятки тысяч посёлков и сёл (по- селений), более 7 млн. га сельскохозяйственных угодий. Среднемноголетний общий (прямой и косвенный) ущерб от наводнения в настоящее время оце- нивается суммой свыше 40 млрд. руб. в год и величина ущерба имеет тенденцию к увеличению [13]. Рисунок 36 – Среднемноголетний общий ущерб от наводнений по основным водным объектам России [13] Речные долины и поймы рек предназначены природой для пропуска так называемой большой воды. Однако человек всегда селился на речных берегах, так как река служила и служит ему средством сообщения, источником водоснабжения, энергии, орошения, а так- же местом отдыха. Преимущество расположения городских и сельских построек, а также промышленных площадок на более низких отметках бесспорно и очевидно. В этом случае сокращаются капиталовложения на строительство гидротехнических сооружений, уменьшаются напоры при водоснабжении предприятий и жилых зданий, сокращаются расходы на организацию хозяйства пристаней судов и т.д. Поэтому многие поймы, несмотря на угрозу затопления, всё же застроены. Тем самым, человек подвергал и подвергает свои строения и себя риску оказаться рано или поздно в воде. Таким образом, наводнение является, прежде всего, ре- зультатом конфликта человека с природой на урезе воды, т.е. это явление не только гид- рологическое, обусловленное водным режимом реки, но и социально-экономическое. Различают потенциальную опасность наводнений по гидрологическим причинам и риск наводнений или потенциальную опасность (угрозу) для освоенной человеком терри- тории. Есть еще понятие «уязвимость общества от наводнения» [6]. 116

Потенциальная опасность наводнений по гидрологическим причинам определяется степенью неожиданности и высотой затопления водой местности без учета социально- экономического фактора. Чем реже наводнение, тем больше его опасность. Вероятность возникновения наводнения зависит от высоты поймы и наивысшего уровня воды. При низкой пойме наводнения могут быть почти ежегодными. В этом случае даже при высо- ких исторических уровнях воды опасность наводнений, как правило, невелика, поскольку они ожидаемы. Количественной мерой потенциальной опасности наводнений по гидрологическим причинам является величина D определяемая выражением ( )( ) где – максимальный уровень воды с 1%-ной вероятности превышения; – от- метка начала затопления поймы; – вероятность затопления поймы в долях единицы. Риск – это математическое ожидание потерь от наводнения. Он может быть опреде- лён как произведение вероятности наступления нежелательного события, в частности, наводнения (Р) на меру ожидаемого ущерба или людских потерь (М), R=PM. Общий ущерб от наводнения слагается из затрат на предупредительные меры (С) и не предотвращенные потери (n), которые могут быть аппроксимированы функцией от уровня воды или глубины затопления поймы. Ещё одним аргументом является повторяе- мость наводнений, определяющая степень неожиданности явления. Размеры ущерба при наводнениях также зависят от продолжительности стояния опасных уровней воды, площади затопления, времени затопления (весной, летом, зимой), своевременности прогноза и организованности населения. Однако, чем более освоена че- ловеком территория, тем больше материальный ущерб в пересчёте на один гектар затоп- ленной площади. В особенности это относится к старым многоэтажным городским за- стройкам. Среди не предотвращённых потерь от наводнений различают прямые и косвенные потери – прямой и косвенный ущерб. Виды прямого ущерба: повреждение и разрушение жилых и производственных зданий, железных и автомо- бильных дорог, линий электропередачи и связи, мелиоративных систем и пр.; уничтожение и порча сырья, топлива, продуктов питания, кормов, удобрений и пр.; затраты на временную эвакуацию населения и перевозку материальных ценностей в незатопляемые места; гибель скота и урожая сельскохозяйственных культур; смыв плодородного слоя почвы и занесение почвы песком. Виды косвенного ущерба: затраты на приобретение и доставку в пострадавшие районы продуктов питания, пи- тьевой воды при изобилии загрязнённой воды, строительных материалов, кормов для ско- та и пр.; сокращение выработки продукции; ухудшение условий жизни населения; невозможность рационального использования территории; увеличение амортизационных расходов по содержанию зданий в нормальном состо- янии. Прямой и косвенный ущерб обычно находятся в соотношении 70% и 30%. 117

Все перечисленные виды ущерба от наводнений достаточно хорошо известны. Ме- нее известно, что наводнения порой сопровождается пожарами: в прошлом из-за топив- шихся печей, в настоящее время – вследствие обрывов и короткого замыкания электриче- ских кабелей и проводов. Мало известно и то, что здания, периодически попадающие в зону затопления, теряют капитальность, повреждается гнилью дерево, отваливается шту- катурка, выпадают кирпичи, подвергаются коррозии металлические конструкции и пр., а главное – из-за разжижения и размыва грунта под фундаментом происходит неравномер- ная осадка зданий и, как следствие, появляются трещины. Из-за неравномерной осадки грунта происходят частые разрывы канализационных и водопроводных труб, электриче- ских, телевизионных и прочих кабелей. При сравнительно частых затоплениях (1 раз в 3-4 года) срок межкапитального ре- монта кирпичного здания уменьшается на 15 лет, а стоимость ремонта обходится в три раза дороже. После каждого значительного затопления балансовая стоимость деревянного здания падает на 5-10 %, а шоссейной и железной дороги – на 8-12 %. Современный город с асфальтированными улицами, зданиями из кирпича и железобетона более чувствителен к наводнению, чем старый город с почти сплошь деревянными строениями. В крупных городах удельный материальный ущерб от наводнения на один гектар затопленной пло- щади в 5 раз больше, чем в небольших населенных пунктах. Если материальный ущерб от наводнений в городе связан главным образом с площа- дью, глубиной и, отчасти, продолжительностью затопления, то для сельского хозяйства решающее значение имеют время (сезон) и продолжительность затопления. Всякое затоп- ление сельскохозяйственных культур приводит к вытеснению воздуха из почвы. Посколь- ку в этом случае в почве прекращается газообмен и в воду поступает углекислота от кор- ней растений, они отравляются собственными выделениями. Это и служит главной при- чиной падения урожайности и даже гибели растений в результате наводнения. Весеннее затопление речных пойм в целом благоприятно для растительного мира. Однако применительно к сельскохозяйственному производству здесь есть свои пределы. Чрезмерно длительное стояние полой воды (10-30 суток) приводит к трансформации лу- гов в сторону болотного типа с низкой кормовой и хозяйственной ценностью трав. Высу- шенное сено с участков, где затопление было длительным, скот вообще не ест, так как по- сле 10-12 дней затопления резко увеличивается процент жестких трав. Помимо главной причины – длительности затопления, имеют значение высота слоя воды, её мутность, температура, скорость течения, вид и фазы жизнедеятельности расте- ний. Так, ущерб резко возрастает при глубине затопления свыше 0,4-0,5 м. В пору цвете- ния ущерб намного больше, чем в пору созревания. Все культурные растения, за исключе- нием риса, обладают большей чувствительностью к летнему затоплению, чем к весеннему половодью. Так, в случае затопления тёплой водой, люцерна погибает через 2-3 дня, а весной при затоплении холодной водой выдерживает срок в 10-15 дней. Ущерб от летних затоплений варьирует в чрезвычайно широких пределах. Растительные сообщества на вы- соких отметках более чувствительны к длительному затоплению, чем на низких отметках. Кратковременное затопление не вредит лесу. Деревья, которые затапливались с мо- лодого возраста, намного устойчивее, чем изредка затапливаемые взрослые деревья. В це- лом с повышением температуры воды устойчивость деревьев к затоплению падает. Дере- вья чувствуют себя в стоячей воде хуже, чем в проточной воде. Особенно долго могут стоять в воде (до 3-5 месяцев) ольха, береза и ива. При наводнениях редкой повторяемости происходят мощные русловые переформи- рования. Появляются новые рукава и углубляются существующие. Частично, а иногда и полностью смывается верхний слой почвы на распаханных участках поймы там, где рус- ловый и пойменный потоки пересекаются под острым углом. Русло заносится илом и пес- ком. Для каждого города в соответствующем территориальном управлении по гидроме- теорологии и мониторингу окружающей среды или в подчиненной ему гидрометеороло- 118

гической обсерватории известны так называемые критические уровни воды. Критический уровень – это уровень по ближайшему гидрологическому посту, с превышением которого начинается затопление данного города (населённого пункта). Могут быть несколько значений критического уровня, характеризующих последова- тельность затопления города по мере повышения уровня воды в реке. Для некоторых го- родов в органах МЧС имеются также карты затопления при двух-трех значениях уровня. Такие карты вычерчиваются по данным аэрофотосъемок разливов или путем «отбивки» соответствующих высотных зон по крупномасштабным топографическим картам. Карты затопления служат основой для построения кривой площадей, т.е. для связи между уров- нем воды в реке и площадью затопления города. Представление о том, что следует считать наводнением, меняется со временем. Поясним это на примере Петербурга. В первые годы суще- ствования города (1703-1720 годы) подъем воды в устье реки Нева всего на 130-150 см над ординаром уже представлял опасность. В конце XVIII - начале XIX века угроза наводнения возникала уже только при подъёме воды на 150-170 см. В настоящее время такие подъёмы проходят не замеченными, так как город поднял- ся благодаря подсыпке территории землёй, вынутой при рытье каналов и углублений рек, выгрузке балласта с кораблей, прибывающих в порт, мощению улиц и площадей, а затем их асфальтированию. Затопление окраинных парков и садов, пустырей и других пониже- ний начинается сейчас лишь при подъеме воды на 180-200 см, а для некоторых жилых кварталов – на 200-210 см. Для городов необходимо различать понятия «подтопление» и «затопление». При подтоплении вода проникает в подвальные помещения из-за подпора грунтовых вод по разного рода засыпанным канавам и траншеям, в которых заложены тепловые, водопро- водные и иные сети, имеющие выходы в реку в пределах города, при затоплении – мест- ность покрывается слоем воды той или иной высоты. Последовательность затопления от- дельных частей города определяется их высотным положением относительно реки. Ти- пичная картина такова: сначала заливаются подвальные помещения; потом затапливаются дворы, которые почти всегда ниже, чем улицы и площади; далее заливаются мостовые, тротуары и первые этажи зданий. Применительно к нуждам сельского хозяйства детализация критических уровней производится в соответствии с общей для всех речных пойм последовательностью затоп- ления. При этом достаточно выделить три критических уровня: уровень начала выхода воды в низины поймы, средний уровень центральной части поймы и уровень полного за- топления поймы (принимается равным отметке прируслового вала). На подавляющем большинстве равнинных рек наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении цен- тральные части пойм чаще всего полностью заливаются при уровне более низком, чем средний многолетний максимальный уровень. Многолетний опыт свидетельствует о том, что материальный ущерб от наводнений существенно уменьшается при наличии заблаговременного гидрологического прогноза, хорошо налаженной службы информации, высокой организованности населения. При оценивании риска наводнения, наряду с экономическими факторами, важную роль играют социальный и экологический аспекты. 119

С социальным аспектом восприятия последствий наводнений связан термин «уязви- мость» – возможность и способность общества противостоять риску наводнений: способ- но ли данное сообщество самостоятельно справиться с последствиями наводнения, или требуется помощь на муниципальном, федеральном или международном уровне. Так, к примеру, ущерб от конкретного наводнения в 1 млн. долл. $ не представляет проблемы для богатой страны или богатого сообщества, готового к риску наводнения, тогда как мо- жет лишить всяких перспектив развития или даже существования сообщество, постра- давшее от наводнения в бедной стране, где население не получает компенсации от госу- дарства. Поэтому понятие «уязвимости» общества к наводнениям наряду с понятиями «опасность» и «риск» играет существенную роль для принятия решений в мероприятиях по борьбе с наводнениями и смягчению их последствий, т.е. снижению риска до приемле- мого уровня (управление риском). Классификация наводнений. Понятие «наводнение» определяет процесс затопле- ния местности в результате обильного и сосредоточенного притока воды, образующейся при возникновении опасных природных и антропогенных гидрологических явлений. В результате на определённой территории может возникнуть чрезвычайная ситуация. За- топление местности характеризуется набором параметров, определяющих состояние про- цесса. Например, превышение среднестатистической затопляемости прилегающих к руслу реки территорий, образующих пойму – часть речной долины, затопляемая водой в поло- водье или во время паводков, уровень превышения над ординаром и пр. Наводнение является сложным динамическим процессом и поэтому многоаспектен по изучению и многокритериален при оценке. Соответственно классификация наводнений весьма разнообразна и отражает различные гносеологические подходы к изучению и оценке явления. В настоящее время широко распространена классификация наводнений по причинам и механизмам формирования. Например, в работе [29] согласно данных критериев выде- лено пять видов наводнений: 1. Наводнения, связанные с прохождением очень большого для данной реки расхода воды. Такие наводнения случаются в период весеннего снеготаяния, при выпадении обильных ливневых и дождевых осадков, в случае крушения плотин и при прорывах за- вальных озер. 2. Наводнения, вызванные в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Это обычно происходит в начале и в конце зимы при зажорах и заторах льда. 3. Наводнения, обусловленные как прохождением больших расходов воды, так и значительным сопротивлением водному потоку. К ним относятся селевые потоки на гор- ных реках и водно-снеговые потоки в балках, оврагах и ложбинах. 4. Наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водо- хранилищах, а так же в морских устьях рек. 5. Наводнения, вызванные переполнением котловин озёр и внутренних морей. В пределах России преобладают наводнения первой группы (около 80% всех зафик- сированных случаев). Они встречаются на равнинных и горных реках, в северных и юж- ных районах. Остальные виды наводнений имеют локальное распространение. Из них наиболее часто наблюдаются наводнения, обусловленные заторами льда, которые фикси- руются на 50% гидрологических постов. Представленную классификационную схему видов наблюдений развивает приятая в настоящее время классификационная таблица, в которой раскрываются причины и харак- тер проявлений наводнений. В обеих классификациях особо выделены нагонные наводне- ния и наводнения, образующихся при прорыве плотин. 120

Таблица 10 – Виды наводнений в зависимости от причин возникновения и характера проявления Виды Причины Характер наводнений возникновения проявления Половодье Весеннее таяние снега на равнинах Повторяются периодически в или весенне-летнее таяние снега и один и тот же сезон. дождевые осадки в горах Характеризуются значительным и длительным подъемом уровней воды Паводок Интенсивные дожди и таяние снега Отсутствует четко выраженная при зимних оттепелях периодичность. Характеризуется интенсивным и сравнительно кратковременным подъемом уровня воды Заторные, зажорные Большое сопротивление водному Заторные наводнения образуются наводнения потоку, на отдельных участках русла в конце зимы или начале весны. (заторы, зажоры) реки, возникающее при скоплении Они характеризуются высоким и ледового материала в сужениях или сравнительно кратковременным излучинах реки во время ледостава подъемом уровня воды в реке. (зажоры) или ледохода (заторы) Зажорные наводнения образуют- ся в начале зимы и характеризу- ются значительным (но менее чем при заторе) подъемом уровня во- ды и более значительной продол- жительностью наводнения Нагонные наводнения Ветровые нагоны воды в морских Возможны в любое время года. (нагоны) устьях рек и на ветреных участках Характеризуются отсутствием пе- побережья морей, крупных озер, во- риодичности и значительным дохранилищ подъемом уровня воды Наводнения (затопления), Излив воды из водохранилища или Характеризуются образованием образующиеся при водоема, образующийся при проры- волны прорыва, приводящей к прорывах плотин ве сооружения напорного фронта затоплению больших территорий (плотины, дамбы и т.п.) или при ава- и разрушению (повреждению) рийном сбросе воды из водохрани- встречающихся на пути её движе- лища, а также при прорыве есте- ния объектов (зданий, сооружений ственной плотины, создаваемой при- и др.) родой при землетрясениях, оползнях, обвалах, движении ледников По размерам наводнений и наносимому ими суммарному ущербу выделяются не- большие, большие, выдающиеся и катастрофические наводнения [29]: 1. Небольшие наводнения приносят незначительный материальный ущерб. Они по- чти не нарушает нормального течения жизни людей. Повторяемость примерно 1 раз в 5-8 лет. 2. Большие наводнения сопровождаются значительным материальным ущербом. Наносят моральный урон населению. Приходится эвакуировать часть населения. Повторя- емость примерно 1 раз в 10-25 лет. 3. Выдающиеся наводнения охватывают крупную речную систему. Почти полностью парализуют хозяйственную деятельность человека. Наносит большой материальный урон. Возникает необходимость массовой эвакуации населения. Повторяемость 1 раз в 50-100 лет. 4. Катастрофические наводнения распространяются на несколько крупных речных бассейнов. Надолго парализуют хозяйственную деятельность человека, сопровождаются человеческими жертвами. Повторяемость 1 раз в 100 лет и реже. 121

Представленная классификация по размерам наводнений и наносимому ими сум- марному ущербу в настоящее время характеризуется классификационной таблицей навод- нений в зависимости от масштаба распространения и повторяемости. Таблица 11 – Классификация наводнений в зависимости от масштаба распространения и повторяемости Классы Масштабы распространения Повторяемость наводнений наводнения Наносят сравнительно незначительный ущерб. Низкие Охватывают небольшие прибрежные территории. Затопляется менее 10% сельскохозяйственных угодий. 5-10 лет (малые) Почти не нарушают ритма жизни населения. Наносят ощутимый материальный и моральный ущерб, охватывают сравнительно большие земельные участки реч- ных долин, затапливают примерно 10-15% сельскохозяй- Высокие ственных угодий. 20-25 лет Существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. Приводят к частичной эвакуации людей. Наносят большой материальный ущерб, охватывая целые речные бассейны. Затапливают примерно 50-70% сельскохозяйственных уго- дий, некоторые населенные пункты. Выдающиеся Парализуют хозяйственную деятельности и резко нарушают 50-100 лет бытовой уклад населения. Приводят к необходимости массовой эвакуации населения и материальных ценностей из зоны затопления и защиты наиболее важных хозяйственных объектов Наносят огромный материальный ущерб и приводят к гибели людей, охватывая громадные территории в пределах одной или нескольких речных систем. Затапливается более 70% сельскохозяйственных угодий, Катастрофические множество населенных пунктов, промышленных предприя- 100-200 лет тий и инженерных коммуникаций. Полностью парализуется хозяйственная и производственная деятельность, временно изменяется жизненный уклад насе- ления Распространение наводнений на реках России. Наводнения наблюдаются на боль- шинстве рек России. При этом каждому географическому району страны свойственны определенные типы наводнений, обусловленные тем или иным сочетанием различных факторов. Наибольшее число наводнений в России отмечается на её европейской террито- рии, Дальнем Востоке и северо-востоке страны. Объясняется это главным образом более интенсивными атмосферными процессами на окраинах Евразии. При меньшем числе наводнений в Западной и Восточной Сибири по сравнению с Европейской территорией России (ЕТР) площади речных бассейнов, на которых они наблюдаются, значительно больше. В среднем за год в результате наводнений затаплива- ется площадь: на ЕТР – 135, в Западной Сибири – 220, в Восточной Сибири – 585 и на Дальнем Востоке – 210 тыс. км2. На севере ЕТР реки протекают с юга на север, и основной причиной наводнений на них являются ледовые затруднения, наблюдающиеся во время замерзания и весеннего вскрытия. Северная Двина известна мощными заторами в районе дельты: повторяемость наводнения в Архангельске один раз в 3-4 года. Например, в 1961 году от мощного затора льда было затоплено около половины города. В 1966 году за счет образования мощных заторов на реке Печоре был частично подтоплен город Нарьян-Мар и т.д. 122

Рисунок 37 – Районирование территории России по генезису опасных паводков и половодий [13] Наводнения на реке Волхов и весенние подъемы уровня озера Ильмень периодиче- ски затапливают города Новгород и Старую Руссу, а также много мелких населенных пунктов. В паводок 1966 году площадь озера Ильмень увеличилась в 2 раза; высокий уро- вень воды удерживался в течение двух месяцев. Поймы рек Центрально-Черноземного экономического района густо заселены и насыщены хозяйственными объектами, поэтому ущерб от наводнений в этих районах осо- бенно велик. Наводнения здесь определяются большим снегонакоплением в бассейнах рек, дружным его таянием и высокими дождевыми пиками. Наводнениям подвержен участок Дона от Цимлянского водохранилища до устья. Причинами их являются весенние половодья (подъем уровня на 2-5 м) и сгонно-нагонные явления (подъем уровня на 1-1,5 м). Почти ежегодным затоплениям подвергаются насе- ленные пункты, расположенные по берегам Северского Донца. Здесь берега распаханы почти до уреза воды, пойма реки стеснена различными постройками и сооружениями, по- этому даже сравнительно не очень высокие подъемы уровня и во время весенних полово- дий несут угрозу затопления. Сооружение ряда гидроузлов на Волге, Каме, Доне и некоторых других реках почти полностью ликвидировало опасность значительного затопления территорий в бассейнах этих рек в результате разлива вод в период весеннего половодья, однако теперь в нижних бьефах ГЭС формируются мощные зажоры льда, а в устьях рек, впадающих в водохрани- лища – заторы. В бассейнах рек Северного Кавказа отмечаются высокие летние паводки дождевого происхождения, сочетающиеся с интенсивным таянием снега в горах и ледников. На Ку- бани помимо наводнений по указанным выше причинам известны наводнения, возникаю- щие зимой при стеснении русла реки ледяным покровом. Низовья Кубани подвержены наводнениям, которые чаще всего бывают на участке от Тиховского гидроузла до устья, а также в низовьях рек Лабы и Белой. Терек и его притоки известны бурными паводками в июле-августе и зимними наводнениями из-за зажоров льда, местных ледоставов и других ледовых затруднений. Особенно страдает от наводнений нижнее течение Терека от места впадения реки Сунжи до устья, где дно поднялось выше окружающей территории. 123

Рисунок 38 – Районирование территории России по степени опасности наводнений На реке Урал бурные половодья обусловлены совпадением времени прохождения пиков половодья самого Урала и впадающих в него притоков – реки Кумак и Орь. Города Орск и Ново-Троицк, расположенные у впадения этих рек в Урал, страдают от частых наводнений. В Западной и Восточной Сибири (бассейны рек Обь, Енисей, Лена) катастрофиче- ские наводнения бывают в основном в период весеннего половодья при сочетании боль- ших расходов воды с образованием мощных заторов льда. Вскрытие на этих реках проис- ходит сверху вниз при наличии мощного и ещё прочного льда на нижних участках рек и в условиях характерного для Сибири резкого перехода от зимы к весне. Заторные явления на реках Сибири отличаются большой динамичностью. Особенно бурно ледовые процес- сы проходят в период формирования затора на участке реки перед его очагом. В этой ак- тивной зоне имеют место случаи раздавливания льдом речных судов, разрушения и по- вреждения причалов. Процессы вскрытия ледяного покрова на реках Обь и Иртыш отличаются от анало- гичных процессов на других крупных сибирских реках, таких, как Енисей и Лена, на ко- торых главную роль в разрушении ледяного покрова играет взлом льда под влиянием по- ловодной волны, опережающей развитие климатических процессов. На Иртыше и Оби (ниже города Новосибирска) наблюдается запаздывание вскрытия по сравнению с прито- ками, текущими с юга. При поступлении паводочных вод из боковых бассейнов в главных реках уровни бывают уже повышенными из-за вод, приходящих с юга, что создает подпор в устьевых зонах притоков. Реки Обь и Иртыш не только задерживают сброс паводочных вод из притоков; на разных фазах половодья в многоводные годы притоки заполняются водами основной реки. Это приводит к катастрофическим наводнениям в бассейнах при- токов. Длительное стояние паводочных вод на притоках вызывает в свою очередь задерж- ку стока из притоков следующего порядка. Катастрофически высокие уровни в реках бассейна Енисея обусловлены большими снегозапасами в горной части бассейнов рек Абакан и Чулым, дружным таянием, интен- сивной заторообразующей деятельностью и дождевыми паводками. 124

Для рек Забайкалья и, особенно для бассейна реки Селенги, характерны ежегодные заторы льда, что связано с большой протяженностью, извилистостью и резко меняющейся шириной русла. Наивысшие заторные уровни не уступают по величине уровням во время весенних половодий и дождевых паводков. В городе Улан-Удэ угрожающие подъёмы уровня во время ледохода имеют повторяемость, равную 30%. Существенное влияние на характер вскрытия рек Забайкалья оказывает метеороло- гическая обстановка – частое чередование волн холода и тепла, определяющих затяжной характер весны. Летом реки Читинской области почти ежегодно имеют высокие уровни за счёт дождевых паводков, связанных с развитием циклонической деятельности. Основная река Якутии – Лена славится своими заторами, сопровождающимися раз- ливами рек, затоплением прибрежных районов и населенных пунктов. На Лене ущерб наносится также механическим воздействием льда на берега и расположенные на них со- оружения. Вскрытие Лены представляет собой почти ежегодно передвижение вниз серии заторов льда. Этот процесс проходит очень бурно и часто сопровождается катастрофиче- скими подъемами уровней воды с нагромождением по берегам масс льда, достигающих в высоту нескольких метров. Наиболее часто заторы образуются у городов Киренск, Ленек, Олекминск и Якутск. У Якутска река разбивается многочисленными островами на прото- ки, затрудняющие пропуск льда. Весьма большой ущерб приносят наводнения в бассейне реки Амур и в Приморском крае; эти наводнения вызываются преимущественно летне-осенними дождями, связанны- ми с выходом на Японское море циклонов. В отдельные годы наблюдаются смешанные снего-дождевые половодья. У ряда населенных пунктов они проходят во время весеннего ледохода, при заторах льда. Средняя повторяемость обычных наводнений в этом районе – раз в два года. Большинство наводнений наблюдается в августе - начале сентября, реже во второй половине июля. Размеры наводнений и их последствия определяются наличием широких речных долин с пойменными террасами, незначительно возвышающимися над меженным уровнем воды. Наводнения в бассейне Амура особенно опасны из-за своей внезапности и почти не поддаются долгосрочным прогнозам. Они наблюдаются ежегодно, иногда по два раза в год. В бассейнах рек Уссури и озера Ханка в среднем ежегодно бывает 1 катастрофиче- ское наводнение, 2 больших и 5 малых наводнений. Наиболее длительные наводнения бы- вают в низовьях правобережных притоков Уссури и рек, впадающих в озеро Ханка. В от- дельные годы под влиянием продолжительных ливней, охватывающих одновременно огромные территории, расходы в 10-12 раз превышают средние, а уровни поднимаются на 10-12 м выше меженных. На полуострове Камчатка высокие уровни рек чаще всего обусловлены большими снегозапасами и интенсивным таянием снега, а на острове Сахалин катастрофические наводнения имеют место в годы, когда на волну весеннего половодья накладывается дож- девой паводок. На реках нашей страны зарегистрировано немало выдающихся и даже катастрофи- ческих наводнений. Тем не менее, они не достигали столь грандиозных размеров, как на реках: По и Арно в Италии, Янцзы и Хуанхэ в Китае, Ганге и Брахмапутре в Индии, Мис- сури и Миссисипи в США, Амазонке в Бразилии. Главная причина такого различия за- ключается в особенностях климата. На большей части нашей страны наводнения приуро- чены к весеннему половодью, а на Дальнем Востоке – к периоду летних муссонных до- ждей. Иными словами, наши наводнения повторяются в один и тот же сезон года, о них знают, их ждут. На всех же названных зарубежных реках наводнения, вызывающие бед- ствия, обусловлены обильными дождевыми и ливневыми осадками, место и время выпа- дения которых заранее неизвестно. Имеет значение и меньшая хозяйственная освоенность пойм в России (кроме южных районов нашей страны) по сравнению с зарубежными стра- нами. 125

Нагонные наводнения связанны с ветровым нагоном со стороны моря, а также приливами, – явление, распростра- нённое в устьях многих рек России (Нева, Дон, Северная Двина и др.). Устьевые об- ласти крупных рек, впадающих в моря, являются наиболее плотно населенными районами земного шара. Обилие пресной воды, плодородие почвы, богатство рыб- ных ресурсов, скрещение речных и мор- ских путей – все это издавна привлекало сюда человека. Поэтому устьевые области рек всегда были центрами цивилизации. Из 200 столиц мира около половины находится в морских устьях рек. Семнадцать из двадцати трех городов-мультимиллионеров с численностью населения свыше 5 млн. чело- век расположены в устьях рек. В первую очередь это относится к южным районам. Менее благоприятны природные условия в устьях рек в умеренной зоне и совсем неблагоприят- ны в полярных районах. Тем не менее, и здесь повсеместно в устьях крупных рек распо- ложены города, развито судоходство и интенсивно ведется рыбное хозяйство. Таким об- разом, приходится считаться с тем, что устьевые области многих крупных рек подверже- ны нагонным наводнениям. Устьевой областью называют сравнительно небольшую часть нижнего течения реки вместе с поймой и долиной. Верхней её границей считается то место, до которого распро- страняются сгонно-нагонные и приливно-отливные колебания уровня. Часть устьевой об- ласти может быть занята дельтой – системой островов, рукавов и проток. Острова боль- шей частью образованы вследствие осаждения речного ила. Нагон воды представляет собой подъём уровня, вызванный воздействием ветра на водную поверхность. Приводят к наводнениям время от времени в морских устьях круп- ных рек, а также на берегах больших озер и водохранилищ. Возникают на наветренном берегу водоема (озера, водохранилища, моря) за счет касательного напряжения на плоско- сти раздела вода - воздух. Вовлекаемые ветром в движение в сторону наветренного берега поверхностные слои воды испытывают лишь сопротивление нижних слоев воды. С обра- зованием уклона водной поверхности под действием силы тяжести нижние слои начинают двигаться в противоположном направлении, уже испытывая гораздо большее сопротивле- ние шероховатости дна. Из-за неравенства расходов воды, движущейся в противополож- ных направлениях, возникают подъём уровня у наветренного берега водоема и спад у подветренного. Сильные ветры характерны для глубоких циклонов – своего рода гигантских атмо- сферных вихрей с пониженным давлением в центре. Ветровые потоки в циклоне на Се- верном полушарии направлены против часовой стрелки и к его центру. Обычно в южной части циклона находится сектор с относительно теплым воздухом. Линия раздела между холодным и тёплым воздухом в циклоне называется атмосферным фронтом или просто фронтом. Ветер в циклоне достигает наибольшей силы в полосе фронта. Обычно циклон перемещается со скоростью 30-50 км/ч. В силу отмеченных особенностей проходящий над водоемом циклон создаёт не только нагон и сгон, но также длинную волну и сейшу. Под длинной волной понимается волна, длина которой в сотни и тысячи раз превы- шает глубину водоема. Сейша – колебательное движение водных масс около одного или нескольких цен- тров. Возникает из-за разности атмосферного давления в противоположных частях водое- ма или как остаточное явление после прекращения действия вынуждающих сил нагона и 126

сгона длинной волны. Так что нагоны воды в широком понимании слова – это и нагон и сгон, длинная волна и сейша. Общим для морских устьев рек является то, что нагон может совпасть с приливом или отливом; соответственно он будет либо несколько большим, либо несколько мень- шим. В течение суток наблюдается два прилива и два отлива. В продолжение же лунного месяца высота полусуточного прилива зависит от взаимного положения ближайших небесных тел. Прилив бывает самым большим, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой линии. Такой прилив называется сизигийным. Ещё одна общая закономерность для морских устьев рек состоит в том, что нагонная волна распространяется вверх по реке на тем большее расстояние, чем меньше уклон вод- ной поверхности и больше глубина реки. А так как большие реки в своих устьевых обла- стях как раз и обладают малыми уклонами и значительными глубинами, то нагонная вол- на на таких реках иногда распространяется на многие сотни и даже тысячу километров. На малых реках дальность распространения нагонной волны исчисляется десятками ки- лометров. Отнюдь не обязательно, чтобы самый большой подъем уровня отмечался в устье реки. До некоторого пункта на реке подъём может нарастать, затем начать умень- шаться. Особенности процесса возникновения нагонного наводнения, его проявление в кон- кретных физико-географических условиях лучше всего показать на примере невских наводнений. Тем более что по высоте подъёма уровня, повторяемости явления, матери- альному ущербу, наконец, негативным социальным последствиям нагонные наводнения в устье Невы в пределах Санкт-Петербурга занимали первое место в стране. Всё это проис- ходило в устье Невы до завершения 12 августа 2011 года строительства комплекса защит- ных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений. 12 августа 2011 года было завершено длившееся более 40 лет строительство комплекса защитных сооружений Санкт- Петербурга от наводнений (сокращенно – КЗС, в просторечии – дамба). КЗС предназначен для защиты аквато- рии Невской губы и дельты Невы от сгонно-нагонных явлений. Протяжен- ность защитных сооружений 25,4 км. Комплекс рассчитан на защиту от навод- нений высотой до 4,55 метров, верхняя отметка волноотбойной стенки над сред- ним многолетним уровнем воды – 7,5 м. Комплекс защитных сооружений включает в себя 11 защитных дамб (Д-1 - Д-11), 6 водопропускных сооружений (В-1 - В-6), два судопропускных сооружения (С-1 и С-2) и шестиполосную автомагистраль, проходящую по гребню защитных дамб, с мостами, тун- нелем и транспортными развязками. Нумерация сооружений идет от Бронки к Горской (с юго-запада на северо-восток). Общая длина дамб – 23,4 км. Получив информацию от Гид- рометцентра о подъеме уровня воды, Дирекция КЗС заблаговременно (за 3 часа) преду- преждает Администрацию Большого порта об угрозе затопления и прекращении навига- ции. Начинается подготовка к маневрированию затворов всех защитных сооружений. При угрозе наводнения сначала закрываются затворы судопропускных сооружений С-1 и С-2, а потом створы водопропускных сооружений В-1 и В-6. По научным представлениям, картина возникновения невских наводнений следую- щая. В силу общих законов циркуляции земной атмосферы циклоны перемещаются с за- пада на восток. Циклоны, пересекающие Балтийское море, выводят из равновесия его водные массы и формируют длинную волну. 127

Её образованию способствует как статический эффект (низкое атмосферное давле- ние в центре циклона), так и динамический (дующие к центру циклона ветры). Циклоны перемещаются над Балтикой по разным траекториям. Особое значение в формировании наводнения имеют те из них, которые пересекают море с юго-запада на се- веро-восток, т.е. в том направлении, в котором вытянуто само море. Рисунок 39 – Синоптическая ситу- ация перед нагонным наводнением в Санкт-Петербурге [6]: Н и В – соответственно области низкого и высокого атмосферного давления; П и Р – зоны падения и роста атмо- сферного давления; X и Т – холодный и теплый атмо- сферные фронты в циклоне. Цифры у изолиний – атмосферное давление в миллибарах. Стрелкой показана наиболее опасная траек- тория центра циклона. В этом случае циклон увлекает длинную волну к горлу Финского залива. Обычно высота длинной волны не более 30-50 см, скорость распространения её гребня 40-60 км/ч. При продвижении по широкой и глубокой западной половине залива высота и скорость волны меняются мало. С подходом же к вершине залива высота волны возрастает, так как залив делается уже. Длинная волна пробегает залив за 7-9 ч. Если в течение этого времени нет ветра или ветер очень слабый, то волна распространяется только лишь под действием силы тяжести, т.е. как свободная волна. За счет свободной длинной волны в устье Невы возможен подъ- ем воды до 200-250 см. Однако свободная длинная волна бывает крайне редко, её продви- жению всегда сопутствует ветер. Северный и южный ветры не влияют на высоту волны. Встречный восточный ветер уменьшает её высоту. Западный попутный ветер, а он является преобладающим, способствует увеличению высоты волны. В последнем случае возрастание высоты волны бывает особенно значи- тельным, если атмосферный фронт в циклоне совпадает с гребнем волны и перемещается вместе с ним примерно с одинаковой скоростью 40-60 км/ч. При этом фронт как бы под- хлестывает волну. Подобная ситуация складывается тогда, когда углубляющийся циклон, дойдя до гор- ла Финского залива, поворачивает на восток, а центр его перемещается вдоль залива, находясь всё время севернее залива. Эффект подхлестывания создается вследствие смены ветров южных румбов впереди фронта на западные в его тылу, а также за счет перехода от пониженного давления перед фронтом к повышенному позади фронта. Таким образом, длинная волна большей частью бывает вынужденной, т.е. такой, на которую воздействует ветер. Постепенное возрастание высоты вынужденной длинной волны из-за сужения зали- ва и попутного ветра отчетливо прослеживается на примере наводнения 1973 г. 128

Рисунок 40 – Ход уровней воды в разных пунктах Финского залива и реки Невы во время наводнения 19-20 декабря 1973 го- да: 1 - Таллинн, 2 - Усть-Ижора, 3 - Кронштадт, 4 - Горный институт. Довольно значительный подъем воды в устье Невы (до 130-150 см) может иметь ме- сто и без длинной волны, а только лишь за счет сильного и устойчивого западного (нагон- ного) ветра на Финском заливе. Длинноволновая и сгонно-нагонная форма денивеляции (т.е. нарушения горизон- тального положения поверхности моря) после прекращения действия вынуждающей силы трансформируется в постепенно затухающее сейшеобразное (колебательное) движение водных масс около одного или нескольких центров. Роль сейш в формировании невских наводнений особенно велика, когда циклоны движутся серией с интервалом 24-28 часов. В этом случае водные массы моря как бы рас- качиваются циклонами, и на предыдущие колебания накладываются следующие. За счет сейши в устье Невы может быть подъем воды до 140-150 см. В конечном счете, длинная волна, ветровой нагон и сейша имеют одну и ту же первопричину – изменение во времени и в пространстве атмосферного давления. Поэтому ни одна из названных форм денивеля- ции водной поверхности почти никогда не встречается в чистом виде. Можно лишь гово- рить о преобладании той или иной формы денивеляции в данном конкретном случае. Тем не менее, выделение трех составляющих процесса важно для его познания и предсказания. Ледяной покров препятствует подъему воды, если последний вызван в основном длинной волной или сейшей. Установлено, что зимой подъем воды в Петербурге меньше, чем в летне-осенний период примерно на 1/3, если кромка припая достигает меридиана «Озерки - Старое Гаркалово», и на 2/3, если она достигает меридиана острова Мощный, соответственно 90 и 130 км к западу от устья реки Невы. Значительные подъемы воды чаще всего происходят глубокой осенью и в начале зи- мы; на период сентября - декабря приходится 80 % всех случаев. Весной и летом больших подъемов (более 250 см) не бывает. До сих пор при всех известных наводнениях не было сочетания самых неблагоприятных условий. Как показывают расчеты, 1 раз в 1000 лет у Горного института (2,8 км от устья) можно ожидать подъем 464 см, т. е. на 54 см выше, чем в рекордном 1824 г. Никакой пе- риодичности наводнений не наблюдается. Так, известны 8-12-летние периоды почти без наводнений и периоды с весьма частыми наводнениями. Более того, в отдельные годы от- мечалось по нескольку наводнений; рекордными в этом отношении были 1752 год (пять наводнений), 1863 год (три наводнения) и 1986 год (четыре наводнения). Прогноз невских наводнений осуществляется на основе гидродинамической модели Балтийского моря (BSM5), созданной с помощью программной системы CARDINAL. Мо- дель основывается на системе дифференциальных уравнений длинной волны для мелкой воды. На её основе создана автоматизированная система прогноза наводнений в Санкт- Петербурге. Основные исходные данные – результаты прогноза Европейского центра про- гнозов погоды (г. Рединг). 129

Волны при прорыве плотин. Плоти- ны могут возводиться человеком при устройстве водохранилищ или созда- ваться природой в горных районах при оползнях и обвалах горных пород, дви- жении ледников, землетрясениях и др. Строительная практика России не даёт примеров крушения крупных речных гидротехнических сооружений. И дело не только в высоком уровне развития науки, но также в особенностях водного режима рек. На большей части территории России половодье на реках наблюдается в весенний период. К этому времени осуществляется предпаводочная сработка водохранилища, за счет чего создается регулирующий объем. Гидрологи заранее оценивают объём и макси- мум предстоящего половодья, да и само половодье на крупной реке нарастает сравнитель- но плавно. В целом же для рек всего мира характерно преобладание паводочного режима, который создается за счет дождей и ливней, следовательно, время, место и высота самого паводка заранее остаются неизвестными. По данным статистики [6] за последнее столетие потерпели крушение 49 больших плотин, или около 1% от числа построенных за этот же период. Причины крушений раз- личные: 40% аварий вызвано дефектами оснований, 25% – недостаточной пропускной способностью водосбросов плотин, 15% – плохим качеством строительных работ и 20% – прочими причинами (неправильная эксплуатация, землетрясения, военные действия и т.д.). Преимущественно разрушаются плотины из несвязанных материалов (земляные и каменно-земляные). Существенно, что с созданием глубокого водохранилища в районе его строительства может на некоторое время активизироваться тектоническая деятельность (за счет допол- нительного давления на грунт столба воды). За рубежом известны случаи толчков силой до шести баллов. Мелких же толчков бывает десятки и сотни. Подземные толчки особен- но опасны, если они происходят под плотиной. Тектонические явления отмечались, в частности, под Красноярским и Братским водохранилищами. Число разрушений малых плотин в России также намного меньше, чем за рубежом, главным образом, вследствие уже известной особенности водного режима рек. Тем не ме- нее, аварии случаются. Наиболее частые причины аварий – это ошибки эксплуатирующе- го персонала. Самая распространённая ошибка – запаздывание с началом интенсивной сработки водохранилища при наступлении паводочного периода. Результат – перелив во- ды через гребень плотины. Перелив воды может быть вызван также недостаточной пропускной способностью или неисправностью водосливов, прорывом вышерасположенной плотины, неправильной её эксплуатацией. В результате перелива вода начинает размывать слабое место низового откоса. Далее, следуя закону регрессивной эрозии, размыв бурно возрастает. В теле пло- тины образуется своего рода овраг, быстро развивающийся в ширину и, особенно, в глу- бину. Если даже плотина и не оказывается прорванной, то приходится пропускать через неё очень большие расходы воды, которые сами по себе вызывают затопление в нижнем бьефе. В горных районах время от времени происходит разрушение плотин (запруд, зава- лов), созданных самой природой при обрушении крутых склонов речной долины. За счет прорыва подпруженных ледниками озёр и внутриледниковых водоёмов на горных реках также наблюдаются бурные паводки. Причины этого явления разнообразны: переполне- 130

ние полостей в теле ледника, подвижки и обвалы ледника, объединение полостей и тре- щин в одну систему. По какой бы причине ни произошло разрушение плотины, завала или запруды, все- гда стоит задача оценить возможные максимальный расход и уровень воды у расположен- ного ниже по течению населенного пункта или хозяйственного объекта. С этим, в первую очередь, связан размер возможного ущерба. Аналогичная задача возникает при аварийных сбросах из водохранилищ (например, в случае угрозы перелива воды через гребень плоти- ны) и при некоторых специальных попусках (для промывки русла, снятия с мели судна, срыва древесины с берегов и пр.). Практика показывает, что земляные и каменно-земляные плотины, если и разруша- ются, то не по всей длине. Чаще всего возникает проран шириной 0,20-0,35 от длины пло- тины. На первых порах при разрушении плотины зарождающаяся волна носит прерывный характер с обрушением фронта. Затем она принимает очертание более или менее правиль- ной волны. Скорость движения её гребня поначалу очень велика. В простейшем случае, если ширина прорыва примерно равна ширине реки в нижнем бьефе, то скорость движе- ния гребня волны в зависимости от напора на плотине (для средних и крупных рек) может достигать 50 км/час. При такой скорости течения – это уже аэрированный поток – смесь воды и воздуха. Прорывная волна быстро распластывается по длине реки. Основные при- чины распластывания – растекание воды из лобовой части волны, где уклоны водной по- верхности весьма значительны, вниз и вверх по реке, а также заполнение и последующее опорожнение ёмкости русла и поймы. Гидротехнические сооружения (ГТС), предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод: плотины, каналы, дамбы, судоход- ные шлюзы, туннели, как напорные, так и безнапорные составляют значительную часть водохозяйственного комплекса Российской Федерации и насчитывают более 65 тыс. еди- ниц. В их числе 37 крупных водохозяйственных систем, используемых для межбассейно- вого перераспределения стока рек из районов с избытком речного стока в районы с их де- фицитом. Суммарная протяженность каналов переброски более 3 тыс. км, объём перебра- сываемого стока около 17 млрд. м3 [23]. Для регулирования речного стока построено около 30 тысяч водохранилищ и прудов общей вместимостью более 800 млрд. м3, в том числе 2290 водохранилищ с объемом свыше 1 млн. м3 каждое, из них 110 – крупнейших с объемом свыше 100 млн. м3 каждое. Для защиты поселений, объектов экономики и сельскохозяйственных угодий построено свыше 10 тыс. км защитных водооградительных дамб и валов. При этом наибольшую потенциальную опасность представляют плотины гидроэлек- тростанций с напорами от 20 до 250 м, большая часть которых введена в эксплуатацию свыше 35 лет назад. Подавляющее большинство водоподпорных ГТС представлено пло- тинами малых и средних водохранилищ, многие из которых эксплуатируются без рекон- струкции и ремонта и являются объектами повышенной опасности. Деятельности по обеспечению безопасности при проектировании, строительстве, ка- питальном ремонте, эксплуатации, реконструкции, консервации и ликвидации гидротех- нических сооружений, регламентируется Федеральным законом от 21 июля 1997 года № 117-Ф3 «О безопасности гидротехнических сооружений» (с изменениями и дополнени- ями). На начало 2013 года определено общее соотношение ГТС по безопасности: нор- мальный уровень – 39,4%, пониженный уровень – 43,4%, неудовлетворительный уровень – 12,5%, опасный уровень – 4,7% [13]. Наиболее опасные природные процессы и антропогенные факторы, угрожающие безопасности гидротехническим сооружениям (ГТС) – факторы риска, а также послед- ствия аварий ГТС (плотин) и меры их предупреждения представлены в таблице. 131

Таблица 12 – Факторы риска, последствия разрушения ГТС и меры предупреждения [23] Стихийные: экстремальный сток, ледовые явления, нагоны, опасные метеорологиче- ские явления (бури, ураганы, ливни, снегопады, смерчи и т.д.), долговременные изме- Факторы риска, нения климата, землетрясения, цунами, оползни, обвалы, снежные лавины и сели, по- движки ледников, вулканическое извержение опасные явления Антропогенные: ошибки проектирования, несоблюдение строительных норм и правил эксплуатации ГТС, непрофессионализм, некомпетентность обслуживающего персона- ла, военные действия, террористические акты Сверхнормативный сброс воды Перелив через гребень плотины Вид аварий Повреждение или размыв тела плотины и береговых сооружений Нарушение фильтрационной прочности различных частей гидроузла Нарушение устойчивости или чрезмерные перемещения сооружений Неисправность, повреждение технологического оборудования. Формирование волн прорыва, затопление и подтопление местности в нижнем бьефе Последствия Опорожнение водохранилищ Вытеснение воды из водохранилищ при оползнях и обвалах, заполнение их наносами Потери на фильтрацию через тело плотины Активизация экзогенных процессов: интенсивная эрозия, процессы в нижнем и верхнем бьефе, обрушение берегов, деформация русел и пойм Активизация и возникновение "местных" очагов сейсмической активности Сопутствующие Залповое поступление загрязняющих веществ и наносов из водохранилища, машинного зала, разрушенных волной прорыва складов, хранилищ токсичных веществ Формирование застойных зон в мелководных зонах долин, возникновение экстремальных бактериологических ситуаций Число факторов, интенсивность их проявления Экологическое состояние региона Тяжелые погодные и климатические условия Уклон местности, ширина, геоморфологическое строение долины реки Явления, Время прихода гребня волны прорыва (сезон года, время суток) усиливающие Плотность населения Степень хозяйственной освоенности района, наличие опасных технологических процес- (ослабляющие) сов, хранилищ токсичных веществ катастрофы Недооценка последствий стихийных бедствий, техногенных катастроф Несовершенство системы обеспечения безопасности. Заблаговременность оповещения населения Подготовленность населения, государственных служб и общественности к возможным катастрофам Научные исследования, направленные на решение прикладных задач Повышение профессионального уровня, подготовка специалистов в области стихийных бедствий и техногенных катастроф Организация служб мониторинга за состоянием гидроузлов и ГТС Прогноз факторов риска и возможных последствий аварий Меры по Соблюдение норм безопасности, корректировка решений на всех этапах предотвращению создания и эксплуатации гидроузлов и ликвидации Усиление охраны ГТС последствий Разработка мер по предупреждению и оповещению населения, по защите населения, катастроф природных и хозяйственных объектов от катастроф Обучение населения поведению и действиям при катастрофах Разработка сценариев реагирования во время и после катастроф Оказание помощи жертвам катастроф Ликвидация последствий (возмещение материального ущерба, восстановление разру- шений и т.д.) 132

8. Качество вод основных рек России Основными факторами, определяющими гидрохимический режим поверхностных вод, являются климатические условия, геологическое и геоморфологическое строение территории, характер почв и растительного покрова, а также антропогенное воздействие неочищенных и загрязнённых сточных вод многочисленных предприятий различной хо- зяйственной направленности. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод является основной причиной возникновения чрезвычайных экологических ситуаций, вызванных периодическим накоплением в одной среде большого набора загрязняющих веществ. По сбросам загрязняющих веществ, по их количеству и компонентному составу, в каждом гидрографическом районе превалируют предприятия разных видов промышлен- ности, чаще всего металлодобывающей, металлургической, металлообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, химической, химико-биологической, фармацевтической, оборон- ной, предприятий энергетики, жилищно-коммунального хозяйства, стоки сельскохозяй- ственных предприятий и др. Поступление в водные объекты сточных вод большинства видов промышленного и коммунального хозяйства является одной из причин их загрязнения минеральными, био- генными и органическими веществами, многие из которых токсичны, а также евтрофиро- вания отдельных водных объектов, в первую очередь водохранилищ. Евтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в ре- зультате накопления в воде биогенных элементов (ГОСТ 17.1.1.01-77). Международная организация по стандартизации предлагает иное определение – обогащение воды биоген- ными веществами, особенно соединениями азота и фосфора, что ускоряет рост водорос- лей и высших форм растительной жизни. Следствием евтрофирования является массовый рост водорослей и высших растений, это проявляется в цветении воды, а затем снижении и исчерпании кислорода, растворённого в воде, за счет разложения возросшей массы мертвых водорослей редуцентами, численность которых также возрастает. В России практически во всех водных объектах в настоящее время идет процесс ев- трофирования вод (антропогенное евтрофирование), включая такие внутренние моря как Азовское, Балтийское и Каспийское. Современный уровень очистки сточных вод недостаточен, даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержится такое количество нитратов и фосфатов, которое вполне достаточно для роста и развития многих водорослей. Существенное влияние на содержание биогенных, органических веществ и пестицидов оказывают стоки с сельско- хозяйственных угодий, пастбищ, животноводческих ферм. Согласно Государственному докладу «О состоянии и использовании водных ресур- сов Российской Федерации в 2012 году» на территории России ежегодно регистрируется около 19 тысяч случаев высокого загрязнения (ВЗ) и экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ) водных объектов. Экстремально высокие уровни имеют место в 24% случаев загрязнения на примерно 100 водных объектах, высокие уровни – в 76% случаев на примерно 216 водных объектах. Максимум случаев ВЗ и ЭВЗ водных объектов приходится в основном на март месяц. Наибольшую нагрузку от загрязнения испытывают бассейны рек Волги, Оби и Аму- ра, на долю которых приходится свыше 70% всех случаев ВЗ и ЭВЗ. Наблюдается тенден- ция роста доли количества случаев ВЗ и ЭВЗ, приходящаяся на бассейн реки Волга (в 2012 г. – более 35% случаев) и снижение доли количества случаев ВЗ и ЭВЗ, приходящей- ся на бассейн реки Амур. Карта загрязнённости основных рек России представлена на ри- сунке. 133

Рисунок 41 – Карта загрязнения основных рек России [13]: 1 – Нева 11 – Вилюй 21 – Дон 2 – Северная Двина 12 – Лена 22 – Кубань 3 – Мезень 13 – Яна 23 – Терек 4 – Печора 14 – Индигирка 24 – Сулак 5 – Пур 15 – Колыма 25 – Урал 6 – Таз 16 – Анадырь 26 – Ангара 7 – Енисей 17 – Днепр 27 – Селенга 8 – Пясина 18 – Волга 28 – Амур 9 – Хатанга 19 – Кама 29 – Зея 10 – Оленек 20 – Обь Рисунок 42 – Распределение числа случаев ВЗ и ЭВЗ по бас- сейнам рек, в %% от общего числа случаев на территории России [13] Распределение ВЗ и ЭВЗ по бассейнам рек за 2012 год представлено в таблице, в ко- торой выделены субъекты РФ, в которых произошли загрязнения поверхности вод рек. 134

Таблица 13 – Экстремально высокое и высокое загрязнение поверхностных вод Рос- сийской Федерации в 2012 году [13] Число случаев Бассейн Субъект РФ реки ЭВЗ ВЗ Сумма Пермский край Астраханская область Московская область Нижегородская область Волга 139 546 685 Рязанская область Самарская область Свердловская область Тульская область Челябинская область Курганская область Новосибирская область Омская область Обь 208 273 481 Свердловская область Тюменская область Челябинская область Забайкальский край Амур 12 202 214 Приморский край Хабаровский край Сев. Двина 11 32 43 Вологодская область Урал 13 20 33 Оренбургская область Дон 0 25 25 Белгородская область Енисей 1 18 19 Красноярский край Терек 0 17 17 Республика Северная Осетия - Алания Камчатский край Приморский край Ленинградская область Прочие 75 321 396 Мурманская область Новосибирская область Сахалинская область Итого 459 1454 1913 Согласно Государственному докладу в бассейнах рек Дон и Терек в 2012 году не бы- ло случаев экстремально высокого загрязнения. ВЗ и ЭВЗ поверхностных вод были зафик- сировано в 44 субъектах Российской Федерации. Две трети случаев ВЗ и ЭВЗ пришлось на водные объекты Московской (18,9%), Свердловской (13,3%), Мурманской (8,7%), Ново- сибирской (6,6%), Челябинской (4,3%), Тюменской (3,8%) областей, Приморского (9,8%) и Пермского (4,8%) краёв. На Московскую область приходится наибольшее среди субъек- тов Российской Федерации количество случаев ВЗ и ЭВЗ. Тенденция роста доли количества случаев ВЗ и ЭВЗ, приходящихся на регион, в те- чении последних шести лет (2006-2012 гг.) имеет место в Челябинской, Новосибирской, Мурманской областях. Устойчивый тренд снижения доли количества случаев ВЗ и ЭВЗ за этот же период наблюдался в Тюменской области. 135

Рисунок 43 – Распределение числа случаев ВЗ и ЭВЗ по некоторым субъектам РФ [13] Более половины всех случаев связано с загрязнением поверхностных вод марганцем, нитратным и аммонийным азотом. Суммарный вклад цинка, железа, меди и дефицита рас- творённого кислорода в загрязнение поверхностных вод составляет около 20% ежегодно. Количество случаев загрязнения поверхностных вод ртутью в 2012 году составило 23 случая и сократилось в 3,4 раза по сравнению с 2011 годом. Из устойчивых тенденций динамики распределения ВЗ и ЭВЗ по отдельным ингре- диентам на протяжении периода 2007-2012 годов отмечается снижение доли количества случаев ВЗ и ЭВЗ по таким ингредиентам как цинк, медь и рост процента случаев экстре- мально высокого и высокого загрязнения марганцем. Рисунок 44 – Распределение случаев ВЗ и ЭВЗ по ингредиентам, в %% от общего количества случаев ВЗ и ЭВЗ [13] 136

Максимальное число повторений случаев ВЗ и ЭВЗ (76 раз) наблюдалось на пункте реки Москвы, город Воскресенск. В 2011 году данный пункт также отмечался как пункт с наибольшим количеством повторений случаев ВЗ и ЭВЗ. По данным Государственного доклада в 2012 году на территории Российской Феде- рации было зафиксировано 29 аварий, среди которых наиболее часто повторяющимися стали – несанкционированный сброс, прорывы нефтепроводов и аварии на нефтескважи- нах, последствием которых стали отдельные нефтяные, мазутные и масляные пятна на водной поверхности. Следствием аварийных ситуаций стал замор рыбы на водных объектах: Красногвар- дейский пруд (река Ирбит, Свердловская область), Парковое озеро (город Нижний Новго- род), река Бирюса (посёлок Нерой, Иркутская область), река Инсар (город Саранск), Горь- ковское водохранилище (город Чкаловск, Нижегородская область), пруд деревни Рубцы (город Киров). Рисунок 45 – Аварийные ситуации, приведшие к высоким уровням загрязнения вод- ных объектов в 2012 году [13] Оценка степени загрязнения поверхностных вод проводится в соответствии с требо- ваниями Методических указаний РД 52.24.643-2002 «Метод комплексной оценки степени загрязнения поверхностных вод по гидрохимическим показателям» [36]. Методические указания устанавливают порядок расчета системы показателей ком- плексной оценки и классификацию загрязнённости, качества поверхностных вод на осно- ве данных гидрохимической сети наблюдений Росгидромета (ГСН). Сеть пунктов гидрохимических наблюдений в стране состоит из 3192 пунктов (4423 створа) на 2220 водных объектах. При этом контролем охвачено: 1928 рек, 147 озер и 145 водохранилищ. Анализируется более 55 тысяч проб воды на наличие 118 ингредиентов, выполняется более 2 милиона определений. 137

Контролируемые вещества можно разделить на несколько групп: 1. Физические показатели: температура воды, цветность, прозрачность, запах, удельная электропроводность. 2. Обще санитарные характеристики: водородный показатель (рН), окислительно - восстановительный потенциал, взвешенные вещества, БПК5 (биологическое потребле- ние кислорода за 5 суток), растворённый кислород, сероводород. 3. Биогенные вещества (отражают степень антропогенного воздействия): железо, общий азот, соединения минерального азота (нитраты, нитриты, ионы аммония), хими- ческое потребление кислорода (ХПК), фосфор общий. 4. Главные ионы: хлоридные, сульфатные, гидрокарбонатные, кальция, магния, натрия, калия, суммы ионов. 5. Общераспространённые загрязняющие вещества: растворённые нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), фенолы, формальдегид, мик- роэлементы (хром, свинец, медь, цинк, никель, кадмий и др.), ртуть. Метод комплексной оценки степени загрязнения поверхностных вод по гидрохими- ческим показателям позволяет однозначно скалярной величиной оценить загрязненность воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества воды, классифицировать воду по степени загрязнённости, подготовить аналитическую инфор- мацию для представления государственным органам и заинтересованным организациям в удобной и доступной для понимания, научно обоснованной форме. При комплексной оценке загрязнённости поверхностных вод используются резуль- таты режимных наблюдений за состоянием воды на водных объектах. Для определения степени загрязнённости воды по гидрохимическим показателям приняты следующие пять классов качества воды [36]: 1-й класс – условно чистая; 2-й класс – слабо загрязнённая; 3-й класс – загрязнённая; 4-й класс – грязная; 5-й класс – экстремально грязная. Проблема загрязнения поверхностных вод суши (реки, озера, водохранилища) тесно связана с проблемой обеспеченности пресной водой. В условиях растущего дефи- цита чистой пресной воды служба наблюдений за уровнем загрязнения поверхностных вод является частью государственной системы мониторинга загрязнения природной среды. Ниже приводятся характеристики качества поверхностных вод основных рек Рос- сии на основе материалов Государственного доклада [13]. Описания рек заимствованы из Свободной энциклопедии Википедия. Реки Северо-Запада. Особенностью гидрохимического режима рек Калининградской области является высокое содержание железа и соединений минерального азота – влияние сточных вод коммунального и сельского хозяйства. Река Преголя – река, впадающая в Балтийское море, точнее в пресноводный Калинин- градский (Вислинский) залив. Длина Преголи – 123 км, вместе с Анграпой (один из важ- нейших притоков) – 292 км. Площадь бассейна Преголи – 15,5 тыс. км². По качеству воды в целом на протяжении ряда лет оценивается как «грязная», 4-й класс. Характерными за- грязняющими воду реки веществами являются органические вещества, аммонийный и нитритный азот, соединения железа и ртути. Река Неман – река Белоруссии, Литвы и Калининградской области. Длина реки – 937 км, площадь водосборного бассейна – 98200 км², среднегодовой расход воды – 678 м³/с. В нижнем течении является важной приграничной рекой, служит государственной границей между Россией и Литвой. Качество воды реки Неман на территории Калининградской об- ласти в последние годы стабилизировалось на уровне «загрязнённая», 3-й класс Загряз- 138

ненность Немана определяется, в основном, сбросами сточных вод предприятий ЖКХ го- родов Немана и Советска. Река Нева – река в России, протекающая по территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга, соединяет Ладожское озеро с Невской губой Финского залива Балтий- ского моря. Длина – 74 км, площадь бассейна – 5 тыс. км². Нева – это единственная река, вытекающая из Ладожского озера. На берегах Невы расположены четыре города: Шлис- сельбург, Киров, Отрадное и Санкт-Петербург. Судоходна на всём протяжении, является частью Волго-Балтийского водного пути и Беломорско-Балтийского канала. Общий уровень загрязненности Невы определяется содержанием в воде трудноокис- ляемых органических веществ (ХПК), соединений, меди, цинка, железа. Качество воды в створах города Санкт-Петербург изменялось в диапазоне от 2-го до 3-го класса, вода ха- рактеризовалась как «слабо загрязнённая» и «загрязнённая». По степени загрязнённости притоки Невы варьируют в диапазоне от «загрязнённых» до «грязных». Самым загрязненным притоком Невы на протяжении десятилетий остается река Охта в створе Санкт-Петербурга, качество воды которой стабилизировалось на уровне 4-го класса, «грязная». Река Волхов – большая река на северо-западе Европейской части России, в Новго- родской и Ленинградской областях. Единственная река, вытекающая из озера Ильмень. Волхов протекает по Приильменской низменности, впадает в Ладожское озеро. Длина – 224 км, площадь бассейна – 80,2 тыс. км², среднегодовой расход воды – 593 м³/с (по неко- торым данным 586 м³/с). Ледостав с конца ноября по начало апреля. Судоходна. Главные притоки: справа – Вишера, Пчёвка, Оскуя; слева – Кересть, Тигода. На реке построена Волховская ГЭС (Ленинградская область). На Волхове расположены (по течению) города: Великий Новгород, Кириши, Волхов, Новая Ладога. Вода реки Волхов в районе города Кириши характеризуется низким качеством, в большинстве лет оценивается как «грязная» – 4-й класс, а в отдельные годы как «очень загрязненная» – 5-й класс. Реки Мурманской области. Экологическое состояние воды малых рек Мурманской области продолжает находиться в критическом состоянии. В 2012 году на 22 водных объ- ектах Кольского полуострова был зарегистрирован 151 случай высокого загрязнения: 61 – соединениями никеля, 9 – ртути, 11 – меди, 5 – молибдена, 34 – дитиофосфата, 11 – со- единениями азота, 3 – сульфатами и анионным синтетическим поверхностным веществам, 4 – органическими веществами и пр. На водные объекты Мурманской области оказывают негативное влия- ние сточные воды предприятий гор- нодобывающей, горнообрабатываю- щей и металлургической промыш- ленности: ОАО «Кольская ГМК» – реки Нюдуай, Хауки-лампи-йоки, Ко- лос-йоки; ОАО «Ковдорский ГОК» – реки Можель и Ковдора; ЗАО «Лово- зерская горно-обогатительная компа- ния». В зоне влияния сточных вод предприятий города Мурманска и сельскохозяйствен- ных комплексов находятся река Роста, ручей Варничный и ручьи бассейна реки Колы. Наиболее загрязненными водными объектами области по данным наблюдений явля- ются река Роста и ручей Варничный (город Мурманск); реки Колос-йоки и Хауки-лампи- йоки (город Никель); река Нюдуай (город Мончегорск). По качеству вода характеризует- ся: ручей Варничного и река Роста – «экстремально грязная»; река Хауки-лампи-йоки – «очень грязная»; реки Колос-йоки, Печенга, Луотн-йоки, Нама-йоки, Нюдуай и Белая – «грязная». 139

Северная Двина – река на севере Европей- ской части России. Длина – 744 км, длина с Сухоной – 1300 км, длина с Вычегдой – 1803 км. Площадь бассейна – 357 тыс. км². Пита- ние смешанное, с преобладанием снегового. Среднегодовой расход воды у слияния рек Сухоны и Юга – 770 м³/с, в устье – 3490 м³/с. Наибольший размах колебаний уровня между устьями рек Ваги и Пинеги до 14 м. Замерза- ет в конце октября - начале ноября, вскрыва- ется от начала апреля до начала мая. Ледоход бурный с частыми заторами. Основные при- токи – реки Вычегда, Пинега, Вага и Юмиж. Соединена через реку Сухона с Волго- Балтийским путём (Северо-Двинская водная система, через реку Пинега с рекой Кулой. Вода реки в большинстве створов характеризуется как «очень загрязнённая»; у горо- да Великого Устюга, ниже города Красавино, деревни Телегово, села Усть-Пинеги – вода «грязная». Характерными загрязняющими веществами являются трудноокисляемые орга- нические вещества, соединения железа, меди, цинка. В дельте Северной Двины, вода в большинстве створов оценивалась как «загрязнен- ная». Основными источниками загрязнения реки Сухоны, одного из крупнейших притоков Северной Двины, являются сточные воды предприятий деревообрабатывающей, ЦБК, ЖКХ и сельского хозяйства, суда речного флота. Увеличивается число створов реки, вода в которых характеризуется как «грязная». Характерными загрязняющими веществами, в первую очередь, являются трудноокисляемые органические вещества. Одна из наиболее грязных рек бассейна Северной Двины – река Пельшма (верхний приток Сухоны) десятилетиями характеризуется стабильно на уровне «экстремально гряз- ной» из-за загрязнения недостаточно очищенными сточными водами ОАО «Сокольский ЦБК» и очистных сооружений города Сокола. Вода реки Вычегды – одного из крупных притоков Северной Двины в последние годы оценивалась как «загрязнённая» и «очень загрязнённая». Река Дон. Река в Европейской части России. По площади водосбора, равной 422 тыс. км², в Европе уступает только Волге, Днепру и Дунаю. Длина реки – 1870 км. Исток Дона расположен в северной части Среднерусской возвышенности, на высоте около 180 м над уровнем моря. Бассейн Дона целиком находится в пределах лесо- степной и степной зон, чем объясняется относительно малая водность при большой площади водосбора. Средний годовой рас- ход воды составляет 900 м³/с. Относитель- ная водность Дона в 5-6 раз ниже, чем у рек Северного края – Северная Двина, Пе- чора. Водный режим Дона также типичен для рек степной и лесостепной зон. При сравнительно слабом грунтовом и дожде- вом питании высока доля снегового пита- ния – до 70 %. 140

Дон отличается высоким весенним половодьем и низкой меженью в остальное время года. С окончания весеннего половодья и до начала нового весеннего подъёма уровень и расход воды постепенно падают. Осенний паводок слабо выражен, летние паводки крайне редки. Качество воды верхнего течения Дона (город Данков) в многолетнем плане практиче- ски не меняется и характеризуется как «загрязнённая» и «очень загрязнённая». Отмечает- ся незначительная тенденция роста содержания в воде сульфатов. Наиболее загрязненной является вода верхнего течения Дона выше города Донского Тульской области и характе- ризуется как «грязная». Качество воды Дона в среднем течении определяется 3-м классом. Наиболее загрязнена вода Дона в нижнем течении у города Азова, характеризуемая как «грязная». Существенное негативное влияние на качество воды Дона оказывает река Северский Донец. Качество воды Северского Донца на территории Ростовской области в течение по- следних 4-8 лет определялось 4-м классом, «грязная». Критическим показателем устойчи- вости загрязнённости воды остаются сульфаты, нарушение ПДК которыми было зареги- стрировано в каждой пробе воды. Высокое содержание сульфатов характерно также для рек Тузлов, Большой Несветай, Грушевка (притоки нижнего течения реки Дон), где прослеживается влияние шахтных вод. Вода реки Вороны в районе города Уварово (приток Хопра) характеризуется 2-м классом качества, «слабо загрязненная». Содержание главных ионов в воде в многолетнем плане стабильное. Река Кубань. Река России, беру- щая свое начало в горах Карачаево- Черкесской Республики. Длина реки – 870 км, площадь бассейна – 58 тыс. км². Протекает по территории Кара- чаево-Черкесии, Ставропольскому и Краснодарскому краям, Адыгее. При впадении в Азовское море река обра- зует крупную заболоченную, но вы- сокопродуктивную кубанскую дельту площадью около 4300 км². Общий сток Кубани в Азовское море состав- ляет около 11,0 км³ в год. Кубань бе- рёт своё начало в районе горы Эль- брус. Если длину реки Кубань счи- тать вместе с её притоком Уллука- мом, то она увеличивается до 906 км. За 111 км от Азовского моря отделяет правый судоходный рукав Протока, по кото- рому почти половину своих вод Кубань сбрасывает в Азовское море недалеко от рабочего посёлка Ачуево. Не доходя до моря около 20 км Кубань отделяет влево рукав – Старая Кубань, который впадает в Кизилташский лиман, прилегающий к Чёрному морю. Именно этот рукав был самым полноводным в XIX веке, то есть можно говорить, что ранее Ку- бань впадала в Чёрное море. Сейчас же основное русло (Петрушин рукав) впадает в Те- мрюкский залив Азовского моря около города Темрюк. Водные ресурсы, представленные полноводными левобережными притоками сред- него течения реки Кубань, такими как Афипс, Псекупс, Белая, Пшиш и их притоками и правобережными притоками, такими как Мара, Джегута и Горькая, образуют речную сеть протяжённостью 9482 км. Всего же в Кубань впадает более 14000 больших и самых малых притоков. 141

Качество воды реки Кубань характеризуется в основном 3-м классом, «загрязнённая». Характерными загрязняющими веществами являются в большинстве створов на участке городов Невинномысск - Краснодар соединения меди, железа и сульфаты, на устьевом участке (хутор Тиховский – город Темрюк) – трудноокисляемые органические вещества. Река Волга. Река Европейской ча- сти России. Небольшая часть дельты Волги, вне основного русла реки, находится на территории Казахстана. Одна из крупнейших рек на Земле и самая большая в Европе. Длина реки – 3530 км, площадь бассейна – 1361000 км². На Волге расположены четыре города-миллионника (от ис- тока к устью): Нижний Новгород, Казань, Самара, Волгоград. В период 30-х - 80-х годов XX века на Волге построено 8 гидроэлектростанций, являющихся частью Волжско- Камского каскада. Волга берёт нача- ло на Валдайской возвышенности и впадает в Каспийское море. Речная система бассейна Волги включает 151 тыс. водотоков общей протяжён- ностью 574 тыс. км. Волга принимает около 200 притоков. Бассейн Волги занимает около 1/3 Европейской территории России и простирается от Валдайской и Среднерусской возвышенности на западе до Урала на востоке. Основная, питающая часть водосборной площади Волги, от истока до городов Нижнего Новгорода и Казани, расположена в лесной зоне, средняя часть бассейна до городов Самары и Сарато- ва – в лесостепной зоне, нижняя часть – в степной зоне до Волгограда, а южнее – в полу- пустынной зоне. В течение многолетнего периода наиболее распространёнными загрязняющими веще- ствами в бассейне Волги были трудно и легко окисляемые органические вещества, соеди- нения меди, железа, в меньшей степени – нефтепродукты и фенолы. В течение ряда лет поверхностные воды бассейна в большинстве створов оценивались как «загрязнённые» и «грязные». Качество воды Волги ниже города Астрахани в последние четыре года наблю- дений стабилизировалось на уровне 4-го класса, «грязная». Водотоки Нижнего Поволжья довольно разнообразны как по составу загрязняющих веществ, так и по уровню загрязнённости. Вода большинства водных объектов оценивает- ся как «загрязнённая» и «грязная», река Степной Зай ниже города Альметьевска, река Ка- зань в черте города Казани, река Чапаевка ниже города Чапаевска – «грязная» и река Па- довая – «экстремально грязная». Река Ока. Крупнейший из притоков Волги. Длина реки – 1498,6 км, площадь бас- сейна – 245 тыс. км². Река берёт начало из родника в селе Александровке Галузского рай- она Орловской области, проходит по Среднерусской возвышенности, в верховьях имеет глубоко врезанную, преимущественно узкую речную долину со значительными уклонами. Максимальная ширина поймы в среднем течении, в месте впадения Пры – около 2,5 км. На протяжении десятилетий граница «регулярного судоходства» по Оке постепенно «сдвигалась» вниз по течению. В 1960-70-е годы она находилась у посёлка Машковичи (1170 км). В настоящее время формально регулярное судоходство в соответствии с «Пе- речнем водных путей» начинается от города Калуга, транзитное – от Коломны (то есть от 142

устья реки Москвы). Ниже впадения реки Москвы на протяжении 100 км река шлюзована. Плотины гидроузлов – Белоомутский и Кузьминский, последний гидроузел включает микроГЭС. Степень загрязненности воды Оки изменяется по течению от «загрязнённой» и «очень загрязнённой» в верхнем течении (город Орел - город Алексин) до «грязной» в большинстве створов ниже по течению. Вода реки загрязнена легко и трудно окисляемы- ми органическими веществами и соединениями меди. В многолетнем плане вода боль- шинства притоков Оки варьирует в пределах 3-го и 4-го классов. Критическими загрязня- ющими веществами воды притоков, протекающих по территории Московской, Тульской и Владимирской областей, чаще всего является нитритный азот. В Оку впадает более 100 рек, из них 25 больших и средних. Река Москва является притоком Оки. Качество воды реки Москва под влиянием Люберецкой и Курьяновской станций аэрации, а также загрязнённых притоков снижается от «очень загрязненной» в верхнем течении, до «грязной» ниже по течению. Критическими загрязняющими веще- ствами воды реки остаются аммонийный и нитритный азот, легко окисляемые органиче- ские вещества (по БПК5), в последние годы к ним добавились соединения меди. Вода большинства притоков реки Москва по качеству изменяется от «грязной» и «очень гряз- ной» до «экстремально грязной» в реке Пахре. Река Кама. Река в европейской части России, левый и самый крупный приток реки Волги. Берёт начало в центральной части Верхнекаменской возвышенности из четырёх ключей у бывшей деревни Карпушата, ныне вошедшей в состав се- ла Кулига, Кезский район Удмуртской Республики. Течёт в основном между возвышенностями Высокого Заволжья по широкой, местами сужающейся до- лине. В верховьях (от истоков до устья реки Пильвы) русло неустойчиво и из- вилисто, на пойме старицы. После впа- дения реки Вишеры становится много- водной рекой. Берега меняются: правый низменный и носит преимущественно луговой характер, левый почти везде возвышенный и местами обрывистый. На этом участке много островов, встре- чаются мели и перекаты. Ниже впадения реки Белой у Камы высоким становится правый берег и низким левый. В низо- вьях Кама течёт в широкой (до 15 км) долине, ширина русла 450-1200 м; раз- бивается на рукава. Ниже устья Вятки река впадает в Камский залив Куйбы- шевского водохранилища. В бассейне Камы 73718 рек, из них 94,5% составляют мелкие реки длиной менее 10 км. Основные притоки слева – Южная Кельта, Вишера с Колвой, Чусовая с Сылвой, Белая с Уфой, Ик, Зай, Шемша, Мензеля; справа – Коса, Обва, Вятка, Мёша. Все правые прито- ки Камы и часть левых (Весляна, Лунья, Леман, Южная Кельтма) – это равнинные реки, текущие с севера. Горные, холодные и стремительные реки берут начало в Уральских го- рах и впадают в Каму слева (Вишера, Яйва, Косьва, Чусовая и ряд их притоков). 143

Наибольшие объемы недостаточно очищенных сточных вод поступают в Каму, её во- дохранилища и притоки в районе городов Пермь, Краснокамск, Первоуральск, Ижевск, Стерлитамак, Туймазы, Златоуст, Красноуфимск. В течение последнего десятилетия каче- ство поверхностных вод бассейна определяется загрязнением соединениями марганца, железа, меди и трудно окисляемыми органическими веществами. Хронический характер загрязнённости воды большинства водных объектов бассейна Камы соединениями мар- ганца и железа формируется, как правило, на фоне повышенного содержания этих метал- лов в природных породах. В бассейне реки Белой к распространённым загрязняющим веществам относятся нефтепродукты. Вода Белой и большинство её притоков соответствовует 4 классу и оце- нивается как «грязная». Вода реки Камы и её водохранилищ варьирует в пределах 3-го класса и оценивается как «загрязнённая». Река Обь. Река в Западной Сибири, обра- зуется на Алтае при слиянии рек Бии и Кату- ни. Длина реки – 3650 км, площадь водо- сборного бассейна – 2990000 км². В начале течения Обь заметно петляет, и её русло пе- риодически изменяется в разном направле- нии – либо на север, либо на запад. Протека- ет в Алтайском крае через Барнаул, затем не- которое время разделяет Алтайский край и Новосибирскую область. Протекает через Новосибирскую область, в частности через Новосибирск. Севернее, в Томской области сливается с Томью, а затем с Чулымом, после чего несколько сворачивает на запад и возле города Колпашево сливается с рекой Кеть. В Ханты-Мансийском автономном округе Обь протекает через Нижневартовск, Сургут, Нефтеюганск и некоторые другие города. После Ханты-Мансийска Обь поворачивает на север и с этого участка начинается дельта. После Салехарда и Лабытнанги заметно расширяется, переходит в Обскую губу и впадает в Карское море. По площади бассейна Обь занимает первое место в России, является третьей по во- доносности рекой России (после Енисея и Лены). В южной части Оби находится Новоси- бирское водохранилище. В конце XIX века был построен Обь-Енисейский канал, соеди- нивший Обь с Енисеем. В настоящее время он не используется и заброшен. Основным притоком является река Иртыш. Длина от его истока на границе Монголии и Китая до впадения слева в Обь равняется 4248 км, что превышает длину самой Оби. Вода Оби в многолетнем плане на участках село Фоминское - город Камень-на-Оби и город Новосибирск – село Дубровино, в нижнем течении от города Нижневартовска до села Полноват характеризуется как «загрязнённая» и «очень загрязнённая». Ниже по тече- нию от посёлка Горок до города Салехарда – как «грязная». Критического уровня загряз- нённости воды в среднем течении Оби на участке город Колпашево - село Белогорье до- стигают соединения железа; у города Салехарда – растворенный в воде кислород. Каче- ство воды реки Полуя характеризуется как «грязная». Из Казахстана на территорию России вода Иртыша поступает как «загрязненная». Ниже по течению на территории Омской и Тюменской областей качество воды не меняет- 144

ся. Вода реки Исети в створах ниже города Екатеринбурга стабильно оценивается как «экстремально грязная». Критического уровня загрязнённости воды достигали аммоний- ный и нитритный азот, фосфаты, соединения марганца, органические вещества. Река Ми- асс в створах ниже города Челябинска характеризуется как «экстремально грязная» и «очень грязная». Река Енисей. Одна из величайших рек мира и России, впадает в Карское море. Длина реки – 3487 км, площадь бассейна – 2580000 км2. По площади бассейна Ени- сей занимает 2-е место среди рек России (после Оби) и 7-е место среди рек мира. Для бассейна Енисея характерна резкая асимметричность: его правобережная часть в 5,6 раза выше левобережной части. Енисей – природная граница между За- падной и Восточной Сибирью. Левобере- жье Енисея заканчивает великая Западно- Сибирская равнина, а правобережье пред- ставляет царство горной тайги. От Саян до Северного Ледовитого океана Енисей проходит через все климатические зоны Сибири. Собственно Енисей начинается в городе Кызыле при слиянии Большого Енисея и Малого Енисея. На протяжении первых 188 км Енисей течёт под названи- ем Верхний Енисей, в пределах северного борта Тувинской котловины. От Шагона начинается Саяно-Шушенское водохранилище, образованное плотиной Саяно-Шушенской ГЭС. Приняв слева реку Хемчик, Енисей поворачивает на север и на протяжении 290 км прорывается через горы Западного Саяна и Минусинскую котловину. После пересечения Саяно-Шушенской ГЭС начинается небольшое Майнское водохрани- лище, заканчивающееся Майнской ГЭС. После впадения левого притока реки Абакан начинается Красноярское водохранилище (длина 360 км), образованное плотиной Красно- ярской ГЭС у города Дивногорска, в месте пересечения Енисеем отрогов Восточного Сая- на, ширина долины здесь пять км, русла – более 500 метров. Между Красноярском и усть- ем Ангары долина Енисея вновь расширяется, река теряет горный характер, но в русле ещё имеются подводные гряды – продолжение отрогов Енисейского кряжа. Ниже впаде- ния Ангары характер долины и русла Енисея резко меняется. Правый берег остаётся гори- стым, левый – становится низким, пойменным. Ширина долины Енисея у устья Нижней Тунгуски около 40 км, у Дудинки и Усть-Порта до 150 км, русла – 2500-5000 м; мини- мальные глубины всего нижнего Енисея колеблются от 5 до 8,5 м. Ниже Дудинки преоб- ладающие глубины – 20-25 м, русло разбивается на рукава, острова достигают длины 20 км. От устья реки Курейки, где уже ощущаются приливные колебания уровня, начинается устьевой участок Енисея. За устьевой створ принят створ мыса Сопочная Карга. Ниже посёлка Усть-Порт начинается собственно дельта Енисея. Бреховскими островами русло Енисея делится на множество проток, из которых выделяются четыре основные рукава: Охотский Енисей, Каменный Енисей, Большой Енисей и Малый Енисей. Общая ширина русла здесь 50 км. Ниже Енисей течёт в одном русле, в «горле», образуя Енисейский залив Карского моря. Правые притоки Енисея доминируют над левыми по количеству приносимой воды и по площади водосбора. 145

Основным притоком является река Ангара, но примерно один год из десяти лет дру- гой крупный приток, река Нижняя Тунгуска, превосходит её по годовому стоку. На некоторых участках Енисея в районе городов Саяногорска и Лесосибирска, посёл- ков Подтесово и Стрелок, села Селиваниха отмечается улучшение качества воды. В ниж- нем течении Енисея в створе 1 км ниже города Игарка вода характеризуется как «гряз- ная», критическими загрязняющими веществами являются соединения меди и нефтепро- дукты. Вода притоков Енисея характеризуется широким диапазоном от «загрязнённая» до «экстремально грязная». Критическими загрязняющими веществами в воде отдельных притоков Енисея являются соединения меди, марганца, в воде некоторых рек имеются со- единения цинка (реки Тея, Ирба, Чуня, озеро Шира), соединения кадмия (река Рыбная); хлориды, сульфаты, трудно окисляемые органические вещества (озеро Шира). Река Лена. Крупнейшая река Восточной Сибири, впадает в море Лаптевых, десятая в мире по длине и восьмая в мире по полноводности, протекает по территории Иркутской области и Якутии. Некоторые из её при- токов относятся к Забайкаль- скому, Красноярскому, Хаба- ровскому краям, Бурятии, Амурской области. Лена – самая крупная из рос- сийских рек, чей бассейн цели- ком лежит в пределах страны. Протяжённость реки – 4400 км, площадь бассейна – 2490 тыс. км². По разным оценкам, годо- вой сток реки Лена составляет от 489 до 542 км3. Основное питание, так же как и почти всех притоков, составляют та- лые снеговые и дождевые воды. Повсеместное распространение вечной мерзлоты в пределах водосбора мешает пи- танию реки грунтовыми водами, исключением являются только геотермальные источни- ки. В связи с общим режимом осадков для Лены характерны весеннее половодье, несколь- ко довольно высоких паводков летом и низкая осенне-зимняя межень в устье. По характеру течения реки различают три её участка: от истока до устья Витима; от устья Витима до места впадения Алдана и третий нижний участок от впадения Алдана до обширной дельты Лены с площадью около 60000 км². Лена до нынешнего дня остаётся главной транспортной артерией Якутии, связыва- ющей её районы с федеральной транспортной инфраструктурой. По Лене производится основная часть «северного завоза». Началом судоходства считается пристань Качуг, одна- ко, выше по течению от порта Осетрово по ней проходят лишь небольшие суда. Ниже го- рода Усть-Кут вплоть до впадения притока Витим на Лене ещё много сложных для судо- ходства участков и относительно мелких мест, вынуждающих ежегодно проводить работы по углублению дна. Навигационный период продолжается от 125 до 170 суток. Качество воды реки Лены в фоновом створе верхнего течения посёлка Качуга остаёт- ся на уровне 2-го класса («слабо загрязненная»); в створе города Усть-Кута качество воды падает до 3-го класса («загрязненная» вода), что обусловлено увеличением количества за- 146

грязняющих веществ. В створах города Керенска качество воды находится в пределах 2 и 3 классов. Ниже города Якутска вода Лены оценивается как «очень загрязнённая». Многолетние наблюдения за качеством поверхностных вод бассейна реки Лены сви- детельствуют, что наиболее распространенными загрязняющими веществами являются органические вещества, фенолы, соединения марганца. Река Колыма. Река Якутии и Ма- гаданского края. Длина реки – 2129 км, площадь бассейна – 643 тыс. км². Образуется от слияния рек Аян-Юрях и Кулу, берущих начало на Охотско- Калымском нагорье. Впадает в Ка- лымский залив Восточно-Сибирского моря тремя главными протоками: Ка- менная Колыма – правая, судоходная, Походская Колыма и Чукочья. Длина дельты 110 км, площадь 3000 км². Питание реки смешанное: снеговое (47 %), дождевое (42 %) и подземное (11 %). Половодье с середины мая по сентябрь. Размах колебаний уровня до 14 м. Годовой сток в устье 123 км³ (3900 м³/с). Замерзает в середине ок- тября, реже в конце сентября. Колыма судоходна от устья реки Бахапча, навигация 4-5 мес. На реке находится Ко- лымская ГЭС, которая обеспечивает электроэнергией большую часть Магаданской обла- сти и Магадана, строится Усть-Среднеканская ГЭС. В бассейне Колымы находятся место- рождения золота. Высокий уровень загрязнения поверхностных вод зафиксируется по содержанию взвешенных веществ, соединений свинца, марганца и цинка в реках Колыма, Берелех, Та- лок, Оротукан. Река Амур. Река на Дальнем Востоке в Восточной Азии. Образуется слиянием рек Шил- ка и Аргунь. В соответствии с российской лоцией Амур де- лится на верхний Амур – до Благовещенска, средний Амур – от Благовещенска до Хаба- ровска и нижний Амур – ниже Хабаровска. По площади бас- сейна, 1855 тысяч км², Амур занимает четвёртое место среди рек России (после Енисея, Оби и Лены) и десятое место среди рек мира. Среднегодовой рас- ход воды в районе Комсомоль- ска – 9819 м³/с, в районе устья – 11 400 м³/с. Важнейшая особенность гидрологического режима Амура – значительные колебания уровня воды, обусловленные почти исключительно летне-осенними муссонными дождя- ми, которые составляют до 75 % годового стока. Колебания уровня в русле реки относи- 147

тельно межени составляют от 10-15 метров в верхнем и среднем и до 6-8 на нижнем Аму- ре. При этом во время наиболее сильных ливней разливы на среднем и нижнем Амуре мо- гут достигать 10-25 километров и держаться до 70 дней. После строительства гидроузлов на основных притоках Зея, Бурея и Сунгари, летне-осенние паводки на реке менее выра- жены и в нижнем течении реки изменения уровня составляют 3-6 м. 26 августа 2013 года после многодневных проливных дождей на Амуре произошло катастрофическое наводне- ние. Амур судоходен по всей длине – от Покровки (в 4 км ниже по течению от слияния Шилки и Аргуни), где он имеет гарантированную ширину 300 метров и глубину 1,3 м, и до впадения в Амурский лиман. Практически каждый год в реке фиксируются превышения ПДК по фенолу, нитрат- ам и микробиологическим показателям. В результате аварии, произошедшей 14 ноября 2005 года на одном из китайских химических заводов, произошёл массированный выброс ядовитых веществ в реку Сунгари, после чего пятно нитробензола, нитробензина и других химикатов двинулось по течению в Амур. Для Амура на всем протяжении характерно наличие в воде соединений железа, меди, марганца. Практически по всему течению вода Амура оценивается преимущественно как «загрязненная» или «очень загрязненная». В многолетнем плане значительных изменений качества воды Амура не наблюдается. Бассейн рек Японского моря. По каче- ству вода рек бассейна Японского моря, характеризующая фоновый уровень, соот- ветствует 3-му и 4-му классам, «загряз- нённая» и «грязная». Наиболее загрязнен- ными остаются реки Раздольная, Кома- ровка, Раковка в зоне влияния города Ус- сурийска; река Кневичанка ниже сброса сточных вод Артем-ТЭЦ. Для них харак- терна загрязнённость соединениями желе- за, цинка, меди и тяжелыми металлами, азотом, органическими веществами. Реки острова Сахалина. Загрязненность воды большинства рек последние годы была невысокой. По качеству вода рек Сахалина, характеризующая фоновый уровень, соответ- ствовует 2 классу, «слабо загрязненная». В течение последних пяти лет в воде этих рек отсутствовали фенолы, нефтепродукты, АСПАВ, соединения никеля. Возросло число створов, где вода соответствует категории «слабо загрязненные». Одной из самых загрязненных рек Сахалина остается река Охинка, источниками за- грязнения которой являются нефтедобывающие предприятия, расположенные по всей длине реки. Причины загрязнения – отсутствие необходимых очистных сооружений и не- удовлетворительная работа имеющихся систем нефтесбора, потери нефти при транспор- тировке. Ответственным за удручающее состоя- ние реки Охинка является ООО «РН - Са- халинморнефтегаз» – одно из старейших в России и крупнейшее на Дальнем Востоке нефтегазодобывающее предприятие, об- разованое в 1928 году. За более чем во- семьдесят пять лет своей деятельности ООО «РН - СМНГ» добыло почти 130 миллионов тонн нефти и более 70 милли- ардов кубометров газа. 148

Реки полуострова Камчатки. В фо- новых гидрохимических створах рек Камчатки, Берша, Большой и Быстрой за последние годы снизились до значений ниже ПДК концентрации в воде легко окисляемых органических веществ, фе- нолов, соединений свинца. Вместе с тем резко повысился уровень максимальных концентраций нефтепродуктов. По каче- ству вода этих рек в фоновых створах в течение многих лет варьирует в пределах «слабо загрязнённая» и «загрязнённая». Водотоки бассейна реки Озерной остаются по-прежнему наиболее загрязненными со- единениями железа, что носит природный характер и обусловлено наличием вдоль бере- говой полосы значительных участков красной глины. В последние пять лет возросла за- грязненность воды реки Озерной в районе посёлка Шумного. Трансграничные водные объекты. Со стоком реки Иртыш наблюдется су- щественное снижение поступления на территорию России общего железа, ле- тучих фенолов, минерального азота, хлорорганических пестицидов, но уве- личение переноса соединений шестива- лентного хрома. В бассейне реки Вуоксы отмечена тенденция к снижению перено- са главных ионов и нефтепродуктов; в бассейне реки Северский Донец – обще- го фосфора и соединений цинка. В бассейне реки Селенги отмечается рост переноса соединений шестивалентного хрома, кремния и летучих фенолов и уменьшение поступления соединений меди и цинка. Со стоком реки Миус наблюдается заметный рост поступления на территорию России ор- ганических веществ, кремния, общего железа, летучих фенолов и соединений меди, с во- дой реки Ишим – всех определяемых веществ, за исключением общего фосфора и нефте- продуктов. В бассейне реки Терека произошло увеличение переноса минерального азота, кремния, соединений меди и цинка, но уменьшение переноса общего железа и нефтепро- дуктов; в бассейне реки Раздольной отмечен рост переноса органических веществ, глав- ных ионов, минерального азота, соединений цинка, но снижение переноса нефтепродук- тов. Наиболее загрязненные участки рек, воды которых классифицируются как «грязные»: на границе с Норвегией – река Колос-йоки; с Финляндией – река Селезнёвка; с Польшей – река Мамоновка; с Украиной – реки Северский Донец, Большая Каменка, Миус; с Казах- станом – реки Малый Узень, Большой Узень, Илек, Уй, Тобол; с Китаем – реки Раздоль- ная, Уссури, Аргунь и протока Прорва. Наименее загрязнены участки рек на западных границах России: с Норвегией – река Патсо-йоки; с Финляндией – реки Патсо-йоки, Лендерка, Вуокса; с Эстонией – река Нарва выше города Ивангорода и села Степановщина. Качество воды рек оценивалось как «условно чистая» или «слабо загрязненная» и колебалется в пределах 1-го и 2-го классов. 149

9. Классификатор тематических задач гидрологии рек Классификатор тематических задач оценки природных ресурсов и окружа- ющей среды, решаемых с использова- нием материалов дистанционного зон- дирования Земли [16] включает 318 наименований задач, из которых 61 за- дача относится к области «Поверхност- ные воды» и объединена в разделы: «Гидрология суши», «Гидрология морей и океанов» и «Антропогенные воздей- ствия на поверхностные воды». Темати- ческие задачи гидрологии рек состав- ляют более трети задач области и вклю- чены в разделы «Гидрология суши» и «Антропогенные воздействия на по- верхностные воды». Классификатор предназначен для ис- пользования при подготовке заявок на данные ДЗЗ, при планировании и коор- динации работ по созданию и развитию ведомственных, региональных и муни- ципальных программ ДЗЗ. Несмотря на коммерческую направленность, класси- фикатор остаётся весьма удачным си- стемным документом отрасли ДЗЗ. Задачи гидрологии рек включены в следующие темы задач по наименованиям: Б1. Гидрология суши. 30. Гидрография рек, озёр и водохранилищ: 30.2. Характеристика речной долины и её элементов (бровка, склон, дно, пойма, террасы и др.); 30.3. Выявление водоразделов и картографирование речных бассейнов; 30.4. Определение характерного рисунка речной сети; 30.5. Выявление временных водотоков (ложбин стока и лощин); 30.6. Определение типа реки по источнику питания; 30.7. Типизация приустьевых участков рек (дельта, эстуарий) и его элемен- тов; 30.8. Выявление слепых устьев рек (висячих дельт); 30.14. Анализ распределения твердого стока рек по акватории реки и в устье. 31. Гидрометрия рек, озёр и водохранилищ: 31.1. Определение коэффициента извилистости реки; 31.2. Определение густоты речной сети; 31.3. Определение температуры водной поверхности и изучение теплового режима крупных водоёмов. 150

32. Русловые процессы: 32.1. Выявление элементов строения пойм крупных рек (излучины, меанд- ры, фурки, старицы и др.); 32.2. Типизация русла реки (фуркирующее, меандрирующее и др.); 32.3. Определение типа меандрирования русла; 32.4. Выявление и типизация крупных русловых форм и их элементов (гря- ды, перекаты, плёсы, затоны и др.); 32.5. Выявление структуры молодых пойменных образований (острова, от- мели, косы, отмостки, бичевники и др.); 32.6. Определение типа руслового процесса. 33. Ледовая обстановка рек: 33.1. Анализ неравномерности схода (вскрытия) льда на реках; 33.2. Выявление ледовых заторов, участков русла с течением воды поверх льда и др. для прогнозирования наводнений. 34. Половодья и паводки: 34.1. Выявление участков разлива рек в период половодий и паводков для прогнозирования наводнений; 34.2. Определение границ зон затопления при наводнениях и предваритель- ная оценка последствий наводнений. Б3. Антропогенные воздействия на поверхностные воды. 39. Воздействия на прибрежную, шельфовую зону и акваторию; 39.1. Оценка состояния гидротехнических сооружений; 39.2. Оценка экологического состояния участков побережья рек и морей в местах размещения опасных промышленных объектов; 39.3. Выявление участков загрязнения поверхностно-активными веществами (аварийных сбросов и разливов загрязняющих веществ), определение источников загрязнения и прогноз распространения загрязняющих ве- ществ по акватории; 39.4. Выявление участков загрязнения минеральными взвесями (аварийных сбросов и разливов загрязняющих веществ), определение источников загрязнения и прогноз распространения загрязняющих веществ по ак- ватории; 39.5. Ранжирование акватории по степени загрязнения; 39.6. Определение площади и степени загрязнения водохранилищ ГЭС дре- весиной; 39.7. Изучение процессов цветения водохранилищ; 39.8. Выявление участков теплового загрязнения акваторий промышленны- ми предприятиями; 39.9. Выявление несанкционированной застройки водоохраной зоны. Характеристики тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли из космоса представлены в виде таблицы. В отличие от подобной сводной таблицы, которая была опубликована в Классификаторе редакции 6, в рассматриваемом варианте отсутству- ет графа «Освоенность технологии решения» с градацией оценок: «имеется» – имеется готовая технология в составе методического руководства и тех- нологической инструкции; «опытная» – имеется опытный вариант технологии решения; «подходы» – разработаны научные подходы для создания технологии решения. Соотношение оценок для тематических задач гидрологии рек в Классификаторе ре- дакции 6 определялось: «опытная» / «подходы» / «имеется» – 73% / 23% / 4%. 151

Таблица 16 – Характеристики тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использованием материалов ДЗЗ Требуемые Тематическое определение задач Картографический результат решения характеристики материала Уровень Спектр. Наименование Тематическая Картируе- Разре- Тема и мас- диапазон, задачи карта мые слои шение, м штаб мкм (см) 30. Гидрогра- 30.1. Картографи- Топографическая, Речная Обз-1000 250-70 0.4-1.1 фия рек, рование речной гидрографическая, сеть Осн-200 30 2.4-7.0 озер и во- сети речного и поверх- Дет-50 15-5 см дохранилищ ностного стока и Дет-10 1 др. 30.2. Характеристи- Топографическая, Речная Обз-200 70-30 0.4-1.1 ка речной до- гидрографическая, сеть Осн-50 30 лины и её эле- речного и поверх- Дет-25 5-15 ментов (бровка, ностного стока и склон, дно, др. пойма, террасы и др.) 30.3. Выявление Гидрографическая Элементы Осн-200 30 0.4-1.1 водоразделов и речной Дет-50 5-15 2.4-7.0 картографиро- сети Дет-10 1 см вание речных бассейнов 30.4. Определение Геоморфологиче- Речные Обз-1000 500-70 0.4-1.1 характерного ская и др. долины и их Осн-200 30 рисунка речной элементы Дет-50 15-10 сети 30.5. Выявление Земель водного Границы Обз-1000 500-70 0.4-1.1 временных фонда, речных участков Осн-200 30 бассейнов и др. типов зе- Дет-50 15-10 водотоков мель водно- (ложбин стока го фонда, и лощин) уточненные границы бассейнов рек и вод- ных объек- тов 30.6. Определение Гидрологического Реки Обз-1000 500-70 0.4-1.1 типа реки по районирования различных Осн-200 30 источнику типов Дет-50 15-10 питания питания 30.7. Типизация Геоморфологиче- Дельты, Обз-1000 500-70 0.4-1.1 приустьевых ская и др. эстуарии Осн-200 30 участков рек и др. Дет-50 15-10 (дельта, эстуа- рий) и его эле- ментов 30.8. Выявление Гидрографическая, Слепые Обз-200 30 0.4-1.1 слепых устьев геоморфологиче- устья Осн-50 15-10 рек (висячих ская и др. рек Дет-25 5 дельт) 30.14. Анализ Руслового Распределе- Обз-1000 500 0.4-0.7 распределения переноса, ние мутно- Осн-200 70-30 твердого стока санитарного сти по руслу Дет-50 15-10 рек по аквато- состояния реки рии реки и в водоема устье 31. Гидромет- 31.1. Определение Геоморфологиче- Береговой Обз-1000 250-70 0.4-1.1 рия рек, коэффициента ская и др. склон, Осн-200 30 озер и во- извилистости побережье, Дет-50 15-10 дохрани- реки береговая лищ отмель и др. 31.2. Определение Геоморфологиче- Значения, Обз-200 30 0.4-1.1 густоты речной ская и др. характери- Осн-50 15 2.4-7.0 сети зующие гу- Дет-25 2.5 см стоту речной сети 152

31.3. Определение Геотермическая Значения Обз-1000 1000 3.6 - 4.0 температуры температу- Осн-200 30 8.3 - 13.4 водной ры водной Дет-50 15 поверхности и поверхности изучение и её динами- теплового ка режима крупных водоемов 32. Русловые 32.1. Выявление Геоморфологиче- Элементы Обз-200 30 0.4-0.8 процессы элементов ская, русловых строения Осн-50 10 строения пойм процессов и др. пойм Дет-25 5 крупных рек (излучины, ме- андры, фурки, старицы и др.) 32.2. Типизация Геоморфологиче- Русла рек Обз-500 70 0.4-1.1 русла реки ская, русловых разных Осн-200 30 (фуркирующее, процессов типов Дет-50 5 меандрирую- и др. щее и др.) 32.3. Определение Геоморфологиче- Меандры Обз-500 70 0.4-1.1 типа меандри- ская, русловых разных Осн-200 30 рования процессов типов Дет-50 5 русла и др. 32.4. Выявление и Геоморфологиче- Русловые Обз-500 70 0.4-0.7 типизация ская, русловых формы и их Осн-200 30 крупных русло- процессов элементы Дет-50 5 вых форм и их и др. элементов (гряды, перека- ты, плесы, за- тоны и др.) 32.5. Выявление Геоморфологиче- Пойменные Обз-500 30 0.4-0.7 структуры ская, русловых образования Осн-200 10 молодых пой- процессов и др. Дет-50 5 менных обра- зований (ост- рова, отмели, косы, отмостки, бичевники и др.) 32.6. Определение Геоморфологиче- Характери- Обз-500 30 0.4-0.7 типа руслового ская, русловых стики типа Осн-200 10 процесса процессов и др. руслового Дет-50 5 процесса 33. Ледовая 33.1. Анализ Оперативные и Ледовая Обз-500 30 0.4-1.1 обстанов- неравномерно- дежурные карты обстановка Осн-200 5-15 2.4-7.0 ка рек сти схода (планы) Дет-50 0.4-1.1 см (вскрытия) льда на реках 33.2. Выявление Оперативные и Заломы, Обз-200 30 0.4-1.1 ледовых дежурные карты и заторы, Осн-50 5-15 2.4-7.0 заторов, участ- планы ледовые Дет-10 1 см ков русла с плотины течением воды и др. поверх льда и др. для прогно- зирования наводнений 34. Полово- 34.1. Выявление Оперативные и Затоплен- Обз-200 30 0.4-1.1 дья и участков раз- дежурные карты ные участки Осн-50 5-15 2.4-7.0 паводки лива рек в Дет-10 1 см период поло- водий и павод- ков для прогно- зирования наводнений 34.2. Определение Дежурные и опера- Границ зон Обз-200 30 0.4-1.1 границ зон тивные карты затопления Осн-50 5-15 2.4-7.0 затопления Дет-10 1 см при наводнени- ях и предвари- тельная оценка последствий наводнений 153

39. Воздей- 39.1. Оценка Топографическая, Гидротехни- Обз-200 30 0.4-1.1 ствия на состояния гид- гидрологического ческие со- Осн-50 10 прибреж- ротехнических районирования, оружения Дет-10 2-1 ную, шель- сооружений гидротехнических фовую зоны сооружений и др. и акваторию 39.2. Оценка эколо- Проектов водо- Промыш- Обз-200 30 0.4-1.1 гического со- охранных и при- ленные Осн-50 10 стояния участ- брежных зон объекты на Дет-10 2-1 ков побережья водоемов, регла- берегах рек и морей в ментирования крупных местах разме- использования водоемов щения опасных территорий в промышленных водоохранной объектов зоне 39.3. Выявление Оперативные карты Участки Обз-200 30 0.6-0.8 участков за- МЧС, экологических акватории, Осн-50 15 2.4 - 7.0 грязнения по- ситуаций, санитар- загрязнен- Дет-25 5 см верхностно- ного состояния и ные ПАВ, активными ве- др. прогноз рас- ществами (ава- простране- рийных сбро- ния загряз- сов и разливов няющих загрязняющих веществ веществ), опре- деление источ- ников и прогноз распростране- ния загрязняю- щих веществ по акватории 39.4. Выявление Санитарного Участки Обз-1000 500-70 0.4-0.7 участков состояния акватории, Осн-200 30 загрязнения водоемов, загрязнен- Дет-50 15-5 минеральными экологических ные мине- взвесями (ава- ситуаций и др. ральными рийных сбро- взвесями, сов и разливов прогноз рас- загрязняющих простране- веществ), опре- ния загряз- деление источ- няющих ве- ников и прогноз ществ распростране- ния загрязняю- щих веществ по акватории 39.5. Ранжирование Санитарного Участки Обз-1000 250 0.4-1.1 акватории состояния водое- акватории с Осн-200 30 2.4-7.0 по степени мов, экологических различной Дет-50 5-15 см загрязнения ситуаций и др. степенью загрязнён- ности 39.6. Определение Экологических Участки ак- Обз-200 30 0.6-0.8 площади и ситуаций, ватории с Осн-50 15 2.4 - 7.0 степени санитарного затопленной Дет-25 5 см загрязнения состояния или плава- водохранилищ водоемов и др. ющей дре- ГЭС древеси- весиной ной 39.7. Изучение Экологических Участки Обз-200 30 0.6-0.7 процессов ситуаций, санитар- цветения по Осн-50 15 3.5 – 7.0 цветения ного состояния типам Дет-25 5 см водохранилищ водоемов и др. 39.8. Выявление Экологических Участки Обз-100 20 0.4-0.8 участков ситуаций, теплового Осн-50 10 теплового санитарного загрязнения Дет-25 5-2 загрязнения состояния акваторий про- водоемов и др. мышленными предприятиями 39.9. Выявление Экологических Объекты Обз-50 15-10 0.4-0.8 несанкциони- ситуаций, несанкцио- Осн-10 4-2 рованной санитарного нированной Дет-5 1-0.5 застройки в состояния застройки в водоохранной водоёмов и др. водоохран- зоне ной зоне 154

В таблице введены условные обозначения: Графа «Уровень и масштаб»: Уровни: «Глоб» – глобальный уровень; «Обз» – обзорный уровень – обнаружение объектов и их общих характе- ристик; «Осн» – основной уровень – оценка геометрии и основных характеристик объектов; «Дет» – детальный уровень – изучение геометрии и основных характери- стик сложных объектов. Масштабы: 2500 – М 1:2500000; 1000 – М 1:1000000; 500 – М 1: 500000; 200 – М 1:200000; 50 – М 1:50000; 25 – М 1:25 000; 10 – М 1:10000; 5 – М 1:5000. При изучении реки рассматриваются как пространственные объекты, которые одно- значно определяются содержанием, границами и описываются в виде набора данных. Для этого существуют исторически сложившиеся воднобалансовая, гидрологическая на реках и каналах, гляциологическая, метеорологическая и другие наблюдательные сети. Появле- ние современных геоинформационных систем (ГИС) и средств дистанционного зондиро- вания водных объектов из космоса открыло новые перспективы для науки и практики по- тамологии, обеспечивая одновременный сбор данных со всего бассейна рек с различным уровнем разрешения и требуемой сезонностью и оперативностью. 155

Заключение Основой водных ресурсов Российской Федерации является речной сток, образован- ный более 2,7 млн. рек и ручьёв, общая протяженность которых составляет около 8 млн. км. Занимая 12,6% территории Земли, Россия отличается хорошо развитой речной сетью, а также уникальным водным побережьем, имеющим протяженность около 60 тыс. км. Ос- новная величина водных ресурсов России формируется в пределах страны и всего 5% по- ступает с территорий сопредельных государств. Значительная часть бассейнов рек России географически расположена в мало обжитых регионах и зонах вечной мерзлоты. Напри- мер, бассейн Северного Ледовитого океана включает более половины территории России (65%), а вечная мерзлота достигает южных районов Сибири. Обжитая территория России подвержена опасным природным явлениям, из которых по суммарному среднегодовому ущербу на первом месте находятся наводнения. В России угроза наводнений висит над 400 городами, тысячами поселков и сельских населенных пунктов, 400 тыс. км. 2 площади её территории. Наводнениям с катастрофическими последствиями подвержена территория в 150 тыс. км2, на которой расположено более 300 городов, десятки тысяч посёлков и сёл (поселений), более 7 млн. га сельскохозяйственных угодий. Всё это делает исключительно актуальной для России задачу совершенствования системы мониторинга речных бассей- нов, в том числе с использованием космических средств. Создание космического сегмента мониторинговой системы требует привлечения широкого круга специалистов как в области космического аппаратостроения, так и в обла- сти гидрологии рек, формирования междисциплинарных знаний для углубленного пони- мания решаемых ей задач. В монографии излагаются основы научной дисциплины «Гидрология рек», рассмат- риваемой в соответствии со структурой задач, введённой «Классификатором тематиче- ских задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использовани- ем материалов дистанционного зондирования Земли», область тематических задач – «По- верхностные воды». Монография ориентирована на разработчиков космических систем (КС) дистанци- онного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, поскольку эффективность жизненного цик- ла данных систем во многом определяется глубиной научного понимания решаемых задач специалистами, их создателями. К сожалению средства ДЗЗ и получаемые ими данные часто рассматриваются как панацею. Материал монографии поможет здраво определить возможности космоса заказчикам, учесть особенности создаваемых КС ДЗЗ для решения задач гидрологии рек конструкторам и эффективно использовать возможности КС ДЗЗ эксплуатирующим организациям. Материал монографии может быть использован при подготовке специалистов кос- мической отрасли и возможно заинтересует профессионалов - гидрологов. 156

Литература 1. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н., Косицкий А.Г. Масштабные эффекты изменения стока в русловой сети территории. // География, Общество, Окружающая среда, Т.VI. - М.: Городец, 2004. - с.345-374. 2. Алексеевский Н.И., Косицкий А.Г., Христофоров А.В. Фрактальные свойства речных систем и их использование в гидрологических расчётах. // Вестник Томского госу- дарственного университета. 2013. № 371. - с. 167-170. 3. Бердникова Т.А., Демидова А.Г. Гидрология и гидрохимия. - М.: Пищевая промыш- ленность, 1977. - 310 с. 4. Бефани Н.Ф. Прогнозирование дождевых паводков на основе территориально общих зависимостей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 182 с. 5. Билич Ю. С, Васмут А. С. Проектирование и составление карт: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1984. - 364 с. 6. Бузин В.А. Опасные гидрологические явления. Учебное пособие. - СПб.: изд. РГГМУ, 2008. - 228 с. 7. Геоморфологический словарь-справочник / Сост. Л. М. Ахромеев; Под ред. П. Г. Шевченкова. - Брянск: Издательство Брянского государственного университета, 2002. - 320 с. 8. Георгиевский Ю.М., Шаночкин С.В. Гидрологические прогнозы. Учебник. - СПб.: изд. РГГМУ, 2007. - 436 с. 9. Гидрология: учебное пособие по курсу «Науки о Земле» для студентов, обучающихся по специальности 28020265 «Инженерная защита окружающей среды» / сост. В. А. Михеев. - Ульяновск: УлГТУ, 2010. - 200 с. 10. ГОСТ 17.1.3.07 - 82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоёмов и водотоков. Сб. ГОСТов. - М.: ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ", 2010. 11. ГОСТ 19179 - 73. Гидрология суши. Термины и определения. - М.: Издательство стан- дартов, последняя актуализация 22.03.2010 г. - 34 с. 12. ГОСТ Р 22.0.03 - 95. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определения». - ИПК, Издательство стандартов, 1999. 13. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2012 году». - М.: НИА-Природа, 2013. - 370 с. 14. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 242 с. 15. Инструкция. Критерии опасных гидрометеорологических явлений и порядок подачи штормового сообщения. РД 52.04.563-2002. Росгидромет. Дата введения 01.07.2003 г. 16. Классификатор тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей сре- ды, решаемых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли. Редакция 7. - Иркутск: ООО «Байкальский центр», 2008. - 80 с. 17. Кузин П.С. Классификация рек и гидрологическое районирование СССР. - Л.: Гидро- метеоиздат, 1960. - 455 с. 18. Ледовые процессы и явления на реках и водохранилищах. Методы математического моделирования и опыт их реализации для практических целей (обзор современного состояния проблемы): монография / В.А. Бузин, А.Т. Зиновьев. - Барнаул: Изд-во ООО «Пять плюс», 2009. - 168 с. 19. Лукьянович М.И. Генетическая и сезонная структуры речного стока континентов. // Научный журнал «География и природные ресурсы», №3, 2011. 125-133 с. 20. Львович М. И. Элементы режима рек земного шара. - М.: Гидрометеоиздат, 1945. - 126 с. 21. Львович М. И. Мировые водные ресурсы и их будущее. - М.: Мысль, 1974. - 274 с. 157

22. Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учебное пособие для студентов вузов, обуча- ющихся по специальности "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чер- нов; под ред. А.В. Чернова. - М.: Просвещение, 2004. - 288 с. 23. Ляпичев Ю.П. Гидрологическая и техническая безопасность гидросооружений: Учеб- ное пособие. - М.: РУДН, 2008. - 222 с. 24. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных ис- следований, 2002. - 656 с. 25. Методические указания по борьбе с заторами и зажорами льда. ВНС-028-70. Энергия, Ленинградское отделение, 1970. 26. Михайлов В.Н. Гидрология устьев рек: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 176 с. 27. Михайлов В.Н. Речные дельты: строение, образование, эволюция. // Соросовский об- разовательный журнал, т.7, №3, 2001. 28. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. - М.: Высшая школа, 2005. - 462 с. 29. Нежиховский РА. Наводнения на реках и озерах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 184 с. 30. Панов Б.П. Зимний режим рек СССР. - Л.: Издательство Ленинградского университе- та, 1960. - 241 с. 31. Перов В.Ф. Селевые явления. Терминологический словарь. - М.: Издательство Мос- ковского университета, 1996. - 34 с. 32. Перов В. Ф. Селеведение. Учебное пособие. - М.: Географический факультет МГУ, 2012 г. - 272 с. 33. Пособие к СНиП 2.04.02-84. Пособие по проектированию сооружений для забора по- верхностных вод. 34. Пудовкин О.Л. Дистанционное зондирование Земли из космоса: Прикладные задачи лесного хозяйства. - Открытая платформа электронных публикаций SPUBLER, дата публикации: 2013-06-29. - 205 с. 35. Пудовкин О.Л. Гидрометеорологическая система Земли. - Открытая платформа элек- тронных публикаций SPUBLER. Дата публикации: 2014-04-06. - 200 с. 36. РД 52.24.643 - 2002. Методические указания. Метод комплексной оценки степени за- грязнения поверхностных вод по гидрохимическим показателям. - Росгидромет, 2002. - 20 с. 37. РД 52.88.699 - 2008. Положение о порядке действий учреждений и организаций при угрозе возникновения и возникновении опасных природных явлений. - М.: Росгидро- мет, 2008. - 30 с. 38. Руководство по гидрологическим прогнозам. Выпуск 3. Прогнозирование явлений на реках и водохранилищах. / Под ред. Н.В. Шаблиева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -168 с. 39. Смольянинов В. М. Общее землеведение: литосфера, биосфера, географическая обо- лочка. Учебно-методическое пособие / В.М. Смольянинов, А. Я. Немыкин. - Воронеж: Истоки, 2010. - 193 c. 40. Соколов А.А. Гидрография СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1952. - 287 с. 41. Соколова Е.М. Термический режим рек СССР. – Л.: Труды гос. гидрол. ин-та, вып. 30. 1951. 42. Тертышников А.В., Яковлев О.В. Основы технологий мониторинга гидрометеороло- гической безопасности. Монография. - Химки: АГЗ, 2006. - 256 с. 43. Чеботарёв А.И. Гидрологический словарь. - Ленинград: Гидрометиздат, 1978. - 308 с. 158

Chkmark
Всё

понравилось?
Поделиться с друзьями

Отзывы