Подземные воды

Подземными водами называются воды, находящиеся под поверхностью Земли в жидком, твердом и газообразном состоя­нии. Они скапливаются в порах, трещинах, пустотах горных пород.

Подземные воды образовались в результате просачивания воды, выпавшей на поверхность Земли, конденсации водяных паров, поступивших по порам из атмосферы, а также в резуль­тате образования водяных паров при остывании магмы на глу­бине и конденсации их в верхних слоях земной коры. Решаю­щее значение в образовании подземных вод имеют процессы просачивания воды с поверхности Земли. В отдельных зонах, например в песчаных пустынях, основную роль играют воды, поступившие из атмосферы в виде водяных паров.

Вода, испытывающая влияние силы тяжести, называете)! гравитационной. Ее движение обусловлено наклоном водоупор ного слоя.

Вода, удерживаемая молекулярными силами, называется пленочной. Молекулы воды, которые непосредственно соприк.-i саются с зернами пород, образуют гигроскопическую воду. Пле ночную и гигроскопическую воду можно удалить из породи только при прокаливании. Поэтому растения эту воду не могу! использовать.

Корневые системы растений усваивают капиллярную во (находящуюся в капиллярах почвы) и гравитационную.

Скорость движения грунтовых вод незначительна и завис от структуры горных пород. Различаются мелкозернистые пор ды (глины, суглинки), зернистые (пески), трещиноватые (" вестняки). Через пески по трещинам гравитационная вода б препятственно стекает со скоростью 0,5—2 м в сутки, в сугли' ках и лессах — 0,1—0,3 мм в сутки.

Обычно все горные породы в зависимости от их способности пропускать воду подразделяют на водопроницаемые и вод<> упорные. К водопроницаемым относятся пески, к водоупор ным — глины и кристаллические породы. Воды, прошедппн через водопроницаемые породы, на глубине скапливаются in ■ водоупорным слоем, образуя так называемые водоносные слом Верхний уровень водоносного слоя, называемый зеркалом nci. земных вод, повторяет изгибы рельефа: над холмами поим шается, под котловинами — понижается.

Знание расположения зеркала грунтовых вод имеет болы»' практическое значение для водоснабжения (при рытье колодш бурении скважин). Обычно зеркало подземных вод приближгн ся к уровню воды в реках, озерах, морях и изменяется по вреи' нам года. Весной, когда грунты сильно увлажняются от тайн снега, уровень повышается, а зимой понижается. Повышаем уровень грунтовых вод и при сильных дождях.

Там, где водоносный слой выходит на поверхность, нахо­дятся родники (ключи). Их можно проследить вдоль оврагов, балок, речных долин. В отдельных местах родники располагают­ся на равнинах — в небольших понижениях или на склонах воз­вышенностей и холмов.

В зависимости от условий выхода подземных вод родники подразделяют на нисходящие и восходящие. Вода нисходящих источников просачивается на поверхность по уклону. Восходя­щие источники образуются в тех местах, где водоносный слой сменяется водоупорным и вода поднимается вверх по поверх­ности водоупорного слоя. Там, где межпластовые воды заклю­чены между двумя водонепроницаемыми слоями, создается на­пор воды и образуются так называемые артезианские воды. Обычно они встречаются на больших глубинах — в понижениях изгибов водонепроницаемых пластов и всегда находятся под большим давлением. Напорные воды являются прекрасным источником водоснабжения.

Глубинные подземные воды, находящиеся под воздействием магматических очагов, дают начало горячим источникам. В Со­ветском Союзе они встречаются на Камчатке, Северном Кавка-1сив других местах. Температура воды в них достигает +70— ')5° С. Фонтанирующие горячие источники называются гейзера­ми. В Долине гейзеров на Камчатке открыто более 20 крупных гейзеров, среди них Великан, выбрасывающий воду на высоту ■ Ю м, а также множество мелких. За пределами нашей страны известны гейзеры в Исландии, Новой Зеландии, США (йелло-устонский национальный парк).

Подземные воды, проходя через те или иные горные породы, растворяют их и образуют минеральные источники с содержа­нием солей более 1%о (при меньшем содержании солей источ­ники считаются пресными). В зависимости от химического со­става, источники подразделяются на серные (Пятигорск, Маце-ета), углекислые (Кисловодск), щелочно-солевые (Ессентуки), железисто-щелочные (Железноводск) и др. Они используются и лечебных целях. В местах их выхода строятся курорты.

Вопросы и задания. 1. Каков общий запас подземных вод на Земле? Каково их хозяйственное значение? 2. Каково образование подземных вод и какие виды этих вод вы знаете? 3. Какую подземную воду могут использовать растения? 4. Каков состав солей в воде вашей местности? Имеются ли мине­ральные источники? Опишите один из них. Если минеральные источники от­сутствуют, то опишите один из родников.

Реки

В Советском Союзе насчитывается более 200 000 рек. Река — мо естественный постоянный водоток, текущий по уклону и за-i дюченный в берега. Начало рекам дают источники, выходящие на земную поверхность. Многие реки берут начало в озерах и оплотах, на склонах гор из-под ледников.

144

К) Заказ 34

145

Временные водотоки, ручьи и реки образуют текучие воды. Они выравнивают поверхность Земли: разрушают возвышен­ности, горы и уносят продукты разрушения в более низкие ме­ста. Значение текучих вод очень велико и в хозяйственной дея­тельности человека. Родники, реки и ручьи — основные источ­ники водоснабжения. Вдоль ручьев и рек расположены насе­ленные пункты, реки используются как пути сообщения, а так­же для строительства гидроэлектростанций и лова рыбы. В за­сушливых областях вода рек идет на орошение (Мургаб, Тед-жен, Амударья, Сырдарья и др.).

Каждая река имеет исток, верхнее, среднее и нижнее тече­ние, притоки, устье. Исток — место, откуда река берет начало. Устье — место впадения в другую реку, озеро, море. В пустынях реки иногда теряются в песках, их вода расходуется на испаре­ние и фильтрацию.

Реки, протекающие по какой-либо территории, образуют речную сеть, которая состоит из отдельных систем, включаю щих главную реку и ее притоки. Обычно главная река длиннее, полноводнее и занимает осевое положение в речной системе. Как правило, у нее более древний геологический возраст, чем у притоков. Иногда бывает и наоборот. Например, Волга несет воды меньше, чем Кама, но считается главной рекой, так как ее бассейн исторически был заселен раньше, чем Кама. Неко торые притоки бывают длиннее главной реки (Миссури длин нее Миссисипи, Иртыш — Оби).

Притоки главной реки подразделяются на притоки первого, второго и последующих порядков.

Речная сеть состоит из речных систем. В речную систему входят главная река и ее притоки. Речная система характерп зуется степенью протяженности всех своих рек, площадью бас сейна, извилистостью и густотой речной сети. Протяженноеп. рек можно измерить по крупномасштабной карте с помощью циркуля, курвиметра, менее точно—• путем наложения мокрой нитки.

Под бассейном реки понимают площадь, с которой она по­лучает питание. Площадь бассейна можно определить по круп­номасштабным картам с помощью палетки. Бассейны различ­ных рек разделяются водоразделами. Они чаще проходят по возвышенностям, в отдельных случаях — по равнинным заболо­ченным местам.

Извилистость — это отношение длины реки к прямой, coi¹» диняющей исток и устье или между двумя отдельными пупк тами.

Густота речной сети есть отношение суммарной протяжен ности всех рек данной главной реки к площади бассейн л (км/км²). Она зависит от рельефа, климата, горных пород, ела гающих местность, где она протекает. В местах, где выпадай большее количество осадков и испарение незначительное, реч-

146

пая сеть имеет большую густоту, например на северо-западе страны. В горах густота речной сети больше, чем на равнине. Гак, на северных склонах Кавказского хребта она составляет 0,49 км/км², т. е. на 1 км² площади приходится 490 мм длины рек, а в Предкавказье — 0,05 км/км², т. е. на 1 км² площади при­ходится 50 м длины рек.

Питание рек осуществляется подземными водами, которые ныходят на поверхность в виде родников (ключей), а также атмосферными осадками, выпадающими в виде дождей и сне­гов. Дождевая вода, выпавшая на поверхность, частично испа­ряется, часть ее просачивается в глубь земли, а также стекает м реки. Выпавший снег весной тает. Талые воды стекают по уклону в понижения и в конечном счете попадают в реки. Та­ким образом, постоянным источником питания рек являются подземные воды, дожди летом и талые воды снегов весной. IS горных районах реки питаются водами от таяния ледников.

От характера питания зависит уровень воды в реках. Наи-оольший подъем воды на территории нашей страны наблюдает­ся весной, во время таяния снегов. Реки выходят из берегов, за­ливая огромные пространства, нередко принося большой вред народному хозяйству. В период весенних разливов стекает бо­лее половины годового объема воды. В местах, где больше осад­ков выпадает летом, реки имеют летний разлив. Например, Амур имеет два разлива: менее мощный — весенний и более сильный — в конце лета, во время муссонных дождей. Реки < 'редней Азии и Кавказа имеют тоже летний разлив, но при­чина его в том, что летом усиленно тают снега и ледники в го­рах. Летний разлив имеют также реки Крайнего Севера, так |.мк там тают снега летом.

Наблюдения за уровнем рек позволили выделить периоды ■ а мой высокой ₍и низкой воды. Они получили названия поло-подье, паводок и межень.

Половодье — ежегодно повторяющийся подъем воды в один м гот же сезон. Весной при таянии снега в течение 2—3 меся-пев в реках удерживается высокий уровень воды. В это время происходят разливы рек.

Паводки — кратковременные непериодические подъемы во-11.1 в реках. Например, при сильных продолжительных дождях некоторые реки Восточно-Европейской равнины выходят из бе­регов, затопляя обширные пространства. Паводки бывают на i ирных реках при жаркой погоде, когда снега и ледники интен­сивно тают.

Высота подъема воды во время половодья различна (в гор-| пых странах —выше, на равнинах — ниже) и зависит от иптсн-; (41 и ности таяния снега, выпадения дождей, лесистости террито-1; |1пи, ширины поймы и характера ледохода. Так, на больших си­бирских реках во время образования заторов льда подъем н<>-: ды достигает 20 м.

¹ 10* И7

Межень — наиболее низкий уровень воды в реке. В это вре­мя река питается в основном грунтовыми водами. В средней полосе нашей страны межень наблюдается в конце лета, когда вода сильно испаряется и просачивается в грунт, а также в конце зимы, когда нет поверхностного питания.

Все реки земного шара по способам питания можно подраз­делить на следующие типы: реки дождевого питания (реки экваториального, тропического и субтропического поясов — Амазонка, Конго, Нил, Янцзы и др.); реки, получающие пита­ние от таяния снегов и ледников (реки горных областей и Край­него Севера — Амударья, Сырдарья, Кубань, Юкон); реки под­земного питания (реки склонов гор в засушливом поясе — небольшие реки северного склона Тянь-Шаня); реки смешан ного питания (реки умеренного пояса с ярко выражении устойчивым снежным покровом — Волга, Днепр, Обь, Ени сей и др.).

Работа реки. Река постоянно производит работу, котора проявляется в эрозии, переносе и аккумуляции материала.

Под эрозией понимают разрушение горных' пород. Разлц чают эрозию глубинную, направленную на углубление русла, боковую, направленную на разрушение берегов. На реках мож но видеть излучины, которые называют меандрами. Один бере реки подмывается, другой намывается. Этот процесс постояне Разрушенный материал река переносит и отлагает. Отложени начинается при замедлении течения. Сначала отлагается боле крупный материал (камни, галька, крупный песок), потом бо лее мелкий песок и ил.

В устьях рек происходит накопление принесенного матерка ла. Образуются острова и мели с протоками между ними. Та кие образования называют,дельтами.

На карте можно видеть большое количество рек, образу щих дельты. Но есть реки, у которых их нет. Они впадают море в виде расширяющегося клина. Такие устья называю эстуариями, например у Темзы, Рейна.

Почему же в одних случаях река образует дельту, а в др гих нет? Это зависит от устойчивости дна моря, в которое вп дает река. Там, где оно постоянно понижается в результате в ковых движений земной коры, дельта не образуется. В места где дно моря поднимается, происходит образование дельт. Рек могут не иметь дельт и в том случае, если в море в районе вп дения реки проходит сильное течение. Оно уносит речные нан сы далеко в море. По этой причине, например, река Конг (Заир) не имеет дельты.

В результате работы реки образуются речные долины. Он представляют собой вытянутые извилистые понижения с опр деленным наклоном, по дну которых протекает река.

У речных долин различаются следующие элементы: русл пойма, террасы, склоны. Под руслом понимают пониженну

часть долины, по которой протекает река. Русло имеет два бе­рега: правый и левый. Один берег пологий, другой — крутой. Русло равнинной реки имеет извилистую форму. Поэтому, кро­ме силы тяжести и трения, на характер движения потока влия­ет центробежная сила, возникающая на поворотах реки, а так­же отклоняющая сила вращения Земли. Эти силы вызывают поперечно-круговое движение. Под действием центробежной силы на повороте поток прижимается к вогнутому берегу, а струи воды, ударяясь, разрушают его. Происходит изменение направления течения. По дну поток направлен к противополож­ному, пологому берегу. Отклоняющая сила вращения Земли заставляет поток прижиматься к правому берегу (в северном полушарии). Он разрушается, русло реки перемещается. Так, во времена правления Ивана Грозного казанский кремль нахо­дился на берегу Волги, а к настоящему времени река отошла от него на 7 км.

Процесс образования излучин (меандр) непрерывен. Однако на определенное время на данном участке он может приоста­новиться. Дело в том, что река, увеличивая извилистость, умень­шает уклон, а следовательно, и среднюю скорость. Наступает момент, когда скорость даже на закруглениях становится недо­статочной для дальнейшего размыва. Кроме того, меандры мо­гут приблизиться друг к другу на такое расстояние, что соеди­нятся. Тогда русло спрямится. Бывшие меандры становятся старицами, а затем и озерами.

У равнинных рек можно выделить в качестве общего приз­нака чередование плесов и перекатов. Плесы — наиболее глу­бокие участки реки с медленным течением. Они образуются на ее изгибах. Перекаты — мелкие части реки с быстрым тече­нием. Они образуются на спрямленных участках. Постепенно плесы и перекаты перемещаются по реке.

Река постоянно углубляет русло, однако глубинная эрозия не может идти ниже уровня воды в месте впадения реки в дру­гую реку, озеро, море. Этот уровень называют базисом эрозии. Конечным базисом эрозии для всех рек является уровень Миро­вого океана. Изменения уровня океана, моря, озера отражают­ся на работе рек. При понижении базиса эрозии река сильно эродирует, углубляет русло; при повышении этот процесс за­медляется, идет интенсивное отложение.

Пойма — часть долины, заливаемая вешними водами. По­верхность ее неровная: обширные вытянутые понижения чере­дуются с небольшими песчаными возвышениями. Наиболее вы­сокие участки располагаются вдоль берегов — береговые валы. Они обычно покрыты растительностью. По характеру рельефа поймы делятся на три части: прирусловую — наиболее высокую; центральную — равнинную с плодородными наносными поч-иами, занятую лугами и огородами; притеррасную понижен­ную, нередко заболоченную. Террасы представляют собой ны-

148

Ш

ровненные площадки, тянущиеся вдоль склонов в виде ступе­нек. На крупных реках наблюдают по нескольку террас, счет их ведется от поймы (первая, вторая и т. д.). У Волги прослежи­вается четыре террасы, а на реках Восточной Сибири — до 20. Склоны ограничивают долину с боков. В одних случаях они крутые, в других — пологие. Чаще один склон крутой, другой — пологий. Например, у Волги правый склон крутой, левый — по­логий.

Речная долина создана рекой. Однако на формирование до­лин оказывают влияние и другие факторы. К ним относятся тектонические процессы, определяющие направление, а иногда и форму долины, горные породы,'их состав, расположение пла­стов, выветривание, смыв атмосферными водами рыхлых пород, сползание грунтов и др.

У молодых рек в продольном профиле имеются участки, на которых наблюдаются пороги (места с быстрым течением и вы­ходом камней на поверхность воды), водопады (участки, где вода падает с отвесных уступов). Водопады встречаются на многих горных реках и равнинных, где твердые породы выхо­дят на поверхность.

Крупнейший водопад мира — Виктория на реке Замбези. Вода падает с высоты 120 м при ширине 1800 м. Шум падаю­щей воды слышен за десятки километров, а водопад всегда оку­тан облаком брызг.

Воды Ниагарского водопада (Северная Америка) падают с высоты 51 м, ширина потока 1237 м.

Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них — Анхель на реке Ориноко. Его вода падает с высоты 1054 м.

Расход и сток воды в реках. При строительстве населенных пунктов очень важно знать, какое количество воды протекает в реке, может ли она обеспечить население и предприятия во­дой. С этой целью определяют расход воды в реке. Под рас­ходом воды в реке понимают количество воды (м³), проходящее через живое сечение реки за 1 с: P^=S-V, где 5 — площадь жп вого сечения, м, У —средняя скорость, м/с.

Для определения расхода воды в небольшой реке на спрям ленном участке ее строится временный гидрометрический nor i, состоящий из четырех створов: пускового, верхнего, главного и нижнего (рис. 30).

Из приведенной выше формулы видно, что для определения расхода воды в реке нужно измерить скорость и вычислить пли щадь живого сечения реки.

Скорость течения определяется приборами, которые назы ваются гидрометрическими вертушками. Скорость течения не большой реки можно определить с помощью поплавков. Иг пользуют обычно деревянные поплавки диаметром 15—20 см и длиной 8—10 см. На поплавке ставят флажок с номером.

160

Рис. 30. Гидрометрический пост

Поскольку в разных частях русла скорость различная, при­меняют 3—5 поплавков. Поплавок пускают на пусковом створе и засекают время его прохождения через верхний и нижний створы. Заранее измеряют расстояние между ними. А если из-иестно расстояние и время прохождения поплавка между верх­ним и нижним створами, можно вычислить скорость. Поплавки пускают на разных расстояниях от берега: у правого берега, посередине (2—3 поплавка), у левого берега. Установлено, что скорость течения реки составляет примерно 80% от средней скорости деревянных поплавков.

На главном створе определяют площадь живого сечения. Для этого измеряют глубину реки через определенное количе­ство метров. По данным строят чертеж сечения русла реки (жи­вое сечение), вычисляют площадь отдельных фигур, а затем се суммируют. Можно вычислить площадь живого сечения и другим способом. Сначала определить среднюю глубину русла по створу и полученную величину умножить на ширину русла.

Например, скорость течения реки 1 м/с, площадь живого се­чения 10 м². Значит, расход воды в реке составляет 10 м³/с.

Расход воды в реке за продолжительный период называется речным стоком. Обычно он определяется по многолетним дан­ным и выражается в км³/год.

Сток показывает многоводность реки. Приводим некоторые показатели среднего стока для главнейших рек Земли.

Сток зависит от площади бассейна реки и климатических условий. Большое количество осадков при малом испарении спо­собствует увеличению стока. Кроме того, сток зависит от гор­ных пород, которыми сложена данная территория и рельеф местности.

Многоводность реки Амазонки (см. табл. 11) объясняется огромной площадью бассейна (около 7 млн. км²). Это самый Сюльшой речной бассейн. На его площади выпадает более УООО мм осадков в год. У Амазонки 17 притоков первого поряд­ка, каждый из них дает воды почти столько же, сколько Волга.

161

Самая многоводная река в Советском Союзе — Енисей, ее годовой сток составляет 548 км³/год.

В нашей стране проведены грандиозные работы по регули­рованию речного стока. Почти на всех крупных реках (Волге, Днепре, Ангаре) построены водохранилища, которые вмещают вешние и паводковые воды, что позволяет экономно расходовать ее в течение всего года. Вода этих рек приводит в движение турбины, вырабатывающие электрический ток, идет на нужды населения и орошение полей.

Таблица 12

152

Длина и площадь 'бассейнов крупнейших рек

Вопросы и задания. 1. Рассмотрите карту своей области и укажите, где берет начало местная река, какие принимает притоки, куда впадает, к какому бассейну относится. 2. Определите длину и площадь бассейна вашей реки, вычислите извилистость ее (по крупномасштабной карте). 3. Найдите по гид­рологическим справочникам расход воды в реке, на которой стоит ваш насе- ' ленный пункт. Вычислите сток. 4. По данным гидрологического справочника опишите режим вашей реки. Как она используется? В каком санитарном со­стоянии находится? Какие требуются меры по охране ее вод? 5. На контурной карте мира надпишите главнейшие реки.