Гидрохимический режим рек

По величине минерализации российский учёный-гидрохимик О. А. Алекин выделяет реки четырех типов:

- реки с малой минерализацией (до 200 мг/л);

- реки со средней минерализацией (200-500 мг/л);

- реки с повышенной минерализацией (500-1000 мг/л);

- реки с высокой минерализацией (более 1000 мг/л).

Минерализация речных вод зависит от характера питания реки. Снеговое, дождевое и ледниковое питание дают минимальное количество солей. При ведущей роли грунтового питания минерализация возрастает. Поскольку в течение года доля различных видов питания и фаз водности могут существенно изменяться, меняется и минерализация. Установлено, что максимальная минерализация приходится на межень, когда превалирует подземное питание, а минимальные значения соответствуют периодам половодья и паводков.

Ионный сток – это сток растворенных солей. Он определяется как произведение расхода воды Q на минерализацию М, выраженную в кг/м³. Если полученный результат умножить на количество секунд в году, можно рассчитать годовой сток W растворенных солей:

W = QM ∙ 31,54 ∙ 10³. (12)

В пределах стран СНГ около 70 % ионного стока выносится в океан, а 30 % – в области внутреннего стока.

По химическому составу большинство рек с малой и средней минерализацией относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе. Они занимают около 85 % территории СНГ. Около 15 % занимают высокоминерализованные воды сульфатного и хлоридного классов, которые приурочены к засушливым степным и полупустынным районам Средней Азии и Казахстана. Для рек северного полушария с севера на юг характерно увеличение минерализации и смена гидрокарбонатного класса, сульфатным и хлоридным. Эта закономерность может нарушаться азональными факторами, например, выходами легкорастворимых пород (солей, гипсов), разгрузкой гидротермальных источников.

Движение речных наносов

Речными наносами называются твердые минеральные частицы, переносимые потоком и формирующие русловые, пойменные и донные отложения (аллювий). Они образуются из продуктов выветривания, денудации и эрозии горных пород и почв.

Эрозия поверхности водосборов и склоновая эрозия зависят от интенсивности дождей и снеготаяния, неровностей рельефа, рыхлости грунтов, растительного покрова. Русловая эрозия зависит от скорости течения водных потоков и устойчивости грунтов, слагающих дно и берега рек.

Наиболее важные характеристики наносов следующие:

• геометрическая крупность (Д, мм) – диаметр частиц;

• гидравлическая крупность (W, мм/с) – скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде;

• плотность частиц и отложений (ρ, кг/м³);

• мутность воды (S, г/м³) – весовое количество взвешенных наносов (г) в единице объема воды (м³);

• расход наносов (R, кг/с) – это количество наносов (кг) проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени (с).

Влекомые наносы – это наносы, перемещающиеся речным потоком в придонном слое и движущиеся скольжением, перекатыванием и сальтацией (перескакиванием).

На каждую частицу наносов, лежащую на дне реки, действуют две силы: сила лобового давления текущей воды и противоположная сила трения, удерживающая частицу на дне.

Влечение частиц описывается законом Эри и соответствующей ему формулой

W_r = A V ⁶, (13)

где W_r – вес частицы, которую влечет поток;

V – природная скорость потока;

А – коэффициент пропорциональности.

Из формулы Эри следует, что увеличение скорости течения, например, в 3 раза приводит к увеличению веса частиц в 729 раз (в 4 раза – в 4096 раз).

Это объясняет, почему на равнинных реках переносится лишь песок, а бурная горная река (р. Терек) переносит гравий, гальку и огромные валуны. В горных районах при интенсивных дождях могут возникать кратковременные потоки грязекаменного и водно-каменного характера, несущие огромные скопления наносов. Эти потоки называются селями.

В текучей воде вследствие турбулентного характера течения твердые частицы могут находиться во взвешенном состоянии, обуславливая мутность воды. Взвешенные наносы в речном потоке распределены неравномерно: в придонных слоях мутность максимальна и уменьшается по направлению к поверхности.

Движение взвешенных наносов характеризуется формулой:

R_вз = S Q, (14)

где R_bз – расход взвешенных наносов, кг/с;

S – мутность воды, кг/м³;

Q – расход воды, м³/с.

Стоком наносов называется суммарное количество влекомых и временных наносов, проносимое рекой через поперечное сечение в единицу времени.

Для рек обычно используют формулу годового стока наносов:

W_н = R 31,54 · 10⁶, (15)

где R – средний расход наносов, кг/с.

Модулем стока наносов называется сток наносов в тоннах с 1 км² площади водосбора (М_н, т/км²). Модуль годового стока наносов равен:

М_н = R 31,54 · 10⁶/F, (16)

где F – площадь водосбора.