Энергия и работа рек. Твердый и солевой сток

Сток — это перемещение вод по земной коре, являющееся важнейшим звеном общегокруговорота воды в природе. Различают поверхностный, или речной, сток и подземный. Поверхностный в зависимости от места стока подразделяется на склоновый, когда сток идет по склонам, и русловой (см. Реки).

Сток определенного участка суши измеряется показателями:

— расходом воды — объемом воды, протекающим в единицу времени через живое сечение реки. Он обычно выражается в м3/с Среднесуточные расходы воды позволяют определить максимальные и минимальные расходы, а также объем стока воды за год с площади бассейна. Годовой сток Амазонки -3787 км , а Волги -270 км3;

— модулем стока. Им называется количество воды в литрах, стекающее в секунду с 1 км2 площади. Вычисляется он путем деления величины стока на площадь речного бассейна. Самый большой модуль имеют реки тундровой и лесной зоны Европы;

— коэффициентом стока. Он показывает, какая доля осадков (в процентах) стекает в реки. Наиболее высокий коэффициент имеют реки тундровой и лесной зон (60-80%), в реках же пустынных районов он очень низок (Нил — 4%).

Стоком в реки сносятся рыхлые породы — продукты выветривания. Кроме того, эрозионная (разрушительная) работа рек также делает их поставщиком рыхлых пород. При этом образуется твердый сток — масса взвешенных, влекомых по дну и растворенных веществ. Количество их зависит от энергии движущейся воды и от сопротивляемости пород размыву. Твердый сток делится на взвешенный и донный, но это понятие условно, так как при изменении скорости течения одна категория может быстро переходить в другую. При большой скорости донный твердый сток может передвигаться слоем мощностью до нескольких десятков сантиметров. Передвижения их происходят очень неравномерно, так как скорость у дна резко изменяется. Поэтому на дне реки могут образовываться песчаные волны и перекаты, затрудняющие судоходство. От величины твердого стока зависит мутность реки, что, в свою очередь, характеризует интенсивность эрозионной деятельности в речном бассейне. В крупных системах рек твердый сток измеряется десятками миллионов тонн в год. Например, сток возвышенных наносов Амударьи — 94 млн. тонн в год, реки Волги — 25 млн. тонн в год, Оби — 15 млн. тонн в год, Дона — 6 млн. тонн в год, Хуанхэ — 1500 млн. тонн в год, Инда — 450 млн. тонн в год, Нила — 62 млн. тонн в год.

Величина стока зависит от целого ряда факторов:

— прежде всего от климата. Чем больше осадков и меньше испаряемость, тем больше сток, и наоборот. Величина стока зависит от формы осадков и распределения их во времени.

— от рельефа местности. При подъеме воздушных масс по склонам гор они охлаждаются, так как встречаются с более холодными слоями атмосферы, и водяной пар конденсируется, поэтому здесь количество осадков увеличивается. С возвышенных и горных территорий вода стекает быстро, а с равнинных медленно. По этим причинам равнинные реки имеют более равномерный режим, тогда как горные чутко и бурно реагируют на погоду;

— от почвенного покрова. В зонах избыточного увлажнения почвы большую часть года насыщены водой и отдают ее рекам. В зонах недостаточного увлажнения в сезон таяния снега почвы способны впитать всю талую воду, поэтому сток в этих зонах слабый;

— от растительного покрова. Исследования последних лет, проводимые в связи с насаждением лесных полос в степях, указывают на положительное влияние их на сток, так как он в лесных зонах значительнее, чем в степных;

— от влияния болот. Оно различно в зонах избыточного и недостаточного увлажнения. В лесной зоне болота являются регуляторами стока, а в лесостепной зоне их влияние отрицательное: они всасывают поверхностные и грунтовые воды и испаряют их в атмосферу, тем самым нарушая как поверхностный, так и подземный сток;

— от крупных проточных озер. Они являются мощным регулятором стока, правда, действие их локально.

Из приведенного выше краткого обзора факторов, влияющих на сток, следует, что величина его исторически изменчива.

Зоной самого обильного стока являются экваториальные широты, максимальная величина его модуля здесь 1500 мм в год, а минимальная — около 500 мм в год. Здесь же сток распределен равномерно во времени. Самый большой годовой сток в Южной Америке.

Зоной минимального стока являются субполярные широты Северного полушария, охватывающие тундру. Максимальная величина модуля стока здесь 200 мм в год и менее, причем наибольшее количество его приходится на весну и лето.

В полярных областях сток осуществляется ледниками, толщина слоя в переводе на воду приблизительно 80 мм в Антарктиде и 180 мм в Гренландии.

На каждом материке есть площади, с которых сток осуществляется не в океан, а во внутренние водоемы — озера. Такие территории называются областями внутреннего стока или бессточными. Формирование этих областей связано с выпадением атмосферных осадков, а также с удаленностью внутриматериковых территорий от океана. Самые крупные площади бессточных областей приходятся на Африку (40% от общей территории материка) и Евразию (29% от общей территории).

Солевой сток рек

В природных условиях вода не является химически чистой, а всегда содержит какое-то количество растворенных веществ, с которыми она соприкасается в процессе круговорота.

Известно, сточные воды, как правило, имеют сравнительно малую минерализацию - pppa.ru. Это является следствием следующих обстоятельств:

1) вода, поступающая в реки с водосборной площади, соприкасается с хорошо промытыми почвогрунтами;

2) в реках происходит сравнительно быстрая смена воды.

Химический состав речных вод качественно более или менее однообразен и представлен главным образом следующими ионами: HCO3 (гидрокарбонатный ион), SO (сульфатный ион), Сl (хлоридный ион), СО (карбонатный ион), Са (ион кальция), Mg (ион магния), Na (ион натрия), К (ион калия).

В гидрохимическом режиме вод суши наблюдается определенная закономерность, выражающаяся в том, что в направлении от зоны тундры к зоне пустынь наблюдается:

1) увеличение степени минерализации речных вод;

2) изменение класса вод от гидрокарбонатного к сульфатному и далее к хлоридному.

В направлении с севера на юг увеличивается жесткость вод и уменьшается содержание органических веществ в воде.

По степени минерализации воды О.Алехин выделяет четыре группы рек:

1) малой минерализации (до 200 мг/л);

2) средней минерализации (200—500 мг/л);

3) повышенной минерализации(500-1000мг/л);

4) сильной минерализации (более 1000 мг/л).

Энергия и работа рек

Вода, стекающая под действием силы тяжести по склонам и руслам рек, постоянно совершает работу. Потенциальная энергия рек на участке протяженностью L км при падении Нм и при среднем расходе воды на этом участке Q м3/с в единицу времени равна 9,81 • 103 Ндж. Энергия на данном участке в киловаттах называется кадастровой мощностью.

N = 9,81Q • N квт.

Если N разделить на протяженность участка L, то получится удельная мощность реки Nуд = N/L квт/км. Сумма мощностей участков реки на всем протяжении называется полной мощностью реки:

Потенциальная мощность рек СССР составляет около 500 млн кВт.

В естественных условиях энергия воды тратится на преодоление внутреннего сопротивления движению, обусловленного перемешиванием частиц воды, на трение о земную поверхность и ложе реки. Эта часть энергии рассеивается в потоке в виде тепла. Другая, меньшая часть энергии, расходуется на размыв грунта, взвешивание и перенос твердого и растворенного материала в более пониженные места.

На склонах водосбора работа текучей воды проявляется в разрушении связанности частиц почв и горных пород и в смыве их в понижения: ложбины, лощины, суходолы и реки. Этот процесс называется склоновой эрозией. Русловой поток в процессе русловой эрозии производит работу по преобразованию самого русла, разновидностью которого является размыв ложа в результате трения твердых частиц, влекомых потоком. Продукты разрушения совместно с материалом, поступившим со склонов водосбора, перемещаются вниз по течению на некоторое расстояние.

Твердые частицы, образованные в результате эрозии водосборов и русел, переносимые водотоками и формирующие их ложе, называются речными наносами.

Речные наносы разделяют на взвешенные и влекомые или донные. Деление это условно, т. к. при изменении скорости течения одна категория наносов быстро переходит в другую. Чем больше скорость потока, тем крупнее могут быть взвешенные частицы. При уменьшении скорости более крупные частицы опускаются на дно, становясь влекомыми (движущимися скачкообразно) наносами.

Количество взвешенных наносов, проносимых потоком через живое сечение реки в единицу времени (секунду), составляет расход взвешенных наносов (R кг/с).

Количество взвешенных наносов, проносимое через живое сечение реки за большой промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.),— сток взвешенных наносов.

Измерение расхода взвешенных наносов основано на определении мутности воды, т. е. весового содержания наносов в единице объема. Мутность выражается зависимостью:

где Рн — вес наносов в пробе в граммах; V — объем пробы воды| в миллилитрах; — мутность в г/м3.

При средней мутности в реке менее 50 г/м3, а большинство рек СССР имеет именно такую мутность, расход взвешенных наносов вычисляется по формуле:

где —средняя мутность потока в г/м3;. Q — расход воды в м3/с.

При большей средней мутности учитывается отдельно мутность! на каждой вертикали, и приведенная выше формула видоизменяет-1 ся.

Подсчет стока взвешенных наносов основан на использовании! зависимости между расходами наносов и расходами воды R = f(Q).

Количество взвешенных наносов в реке зависит от скорости течения, и главным образом, от поступления наносов с водосборного бассейна.

Распределение взвешенных наносов в живом сечении потока неравномерное. Более насыщены наносами нижние слои, где преобладают более крупные частицы.

Взвешенные наносы составляют основную часть расхода наносов рек. На равнинных реках взвешенные наносы могут составлять до 90—95% всего количества наносов. Суммарный сток взвешенных наносов рек в океан со всей территории суши, за исключением областей внутреннего стока, составляет 15,7 млрд т в год.

На горных реках 20—30% расхода наносов приходится на расход влекомых наносов. Величина расхода влекомых наносов зависит от скорости течения, формы и поверхности самих частиц и характера дна реки. По закону Эри масса частиц, перемещаемых водой по дну (М), пропорциональна скорости (V) в шестой степени: М = А • V6, (А — коэффициент). Эта формула показывает, что при увеличении скорости потока в 3 раза масса частиц, которые река способна переносить при этой скорости, увеличится в 729 раз. Вот почему на равнинных реках влекомые наносы состоят преимущественно из песка различной крупности, горные же реки переносят гравий, гальку, крупные валуны.

При большой скорости влекомые наносы могут передвигаться слоем мощностью до нескольких десятков сантиметров. Передвижение их происходит очень неравномерно, так как скорость у дна резко изменяется. Поэтому на дне реки образуются песчаные волны.

Общее количество наносов (взвешенных и доенных), проносимое через живое сечение реки за большой промежуток времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.), называется стоком наносов.

Следует отметить, что реки выносят в море лишь часть тех продуктов водной эрозии, которые образуются на их водосборах. При перемещении наносов в руслах рек и особенно в их низовьях, где энергия потока ослабевает и транспортирующая способность уменьшается, наблюдается отложение наносов, в результате чего на устьевых участках образуются дельты. За счет отложений наносов образовались Великая Китайская равнина, Амазонская и Миссисипская дельтовые равнины. Дельты многих рек простираются в море на десятки километров. Так, соединенные между собой дельты рек Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы простираются на 1100 км.

Интенсивность эрозии и величина стока наносов определяется как климатическими компонентами географического ландшафта, так и прочими факторами подстилающей поверхности, в частности, характером рельефа, растительного покрова и почв. В связи с изменением этих факторов с севера на юг наблюдается и изменение стока наносов, т. е. обнаруживается его географическая зональность, что позволяет картировать характеристики стока наносов.

Поиск по сайту: