Перемерзание рек, наледи и полыньи
Необходимо отметить, что в суровых климатических условиях Азиатской части СССР, особенно к востоку от Енисея, в зоне распространения вечной мерзлоты, с ее исключительно бедным грунтовым питанием, наблюдается перемерзание рек до дна, о чем говорилось выше. В руслах рек Восточной Сибири и других районов зимой нередко наблюдается висячий ледяной покров, так называемый сушняк; он образуется при снижении уровня воды вследствие истощения питания реки и, главным образом, уменьшения запасов грунтовых вод.
Вследствие стеснения русла при ледоставе, иногда наблюдается выход воды через трещины на лед, в результате чего образуются наледи больших или меньших размеров. Наледи, наблюдаемые на реках Европейской части СССР, невелики и по своим размерам чаще всего не превышают по площади 1 км2. В Азиатской части СССР, особенно в Восточной Сибири, широко распространены гигантские наледи, называемые по-якутски "тарыны", площадь которых достигает иногда несколько десятков квадратных километров, а объем исчисляется десятками и сотнями миллионов кубических метров. При этом льдом заполняется не только русло, но нередко и дно долины.
Площадь Момской наледи в долине р. Момы (приток Индигирки) достигает 160-180 км2, а объем - 500-600 млн. м3. Кырская наледь (долина р. Кыры) имеет площадь до 28 км2, а объем - до 38 млн. м3. Подобные мощные ледяные водохранилища, стаивая летом, оказывают существенное влияние на меженнее питание рек. При объеме наледи в 38 млн. м3 река за 3-4 летних месяца получит за счет таяния льда дополнительное питание в среднем 4-5 м3/сек; Момская наледь дает 16-20 м3/сек.
Отдельные наледи не успевают растаять в течение лета, это так называемые наледи-перелетки, встречающиеся преимущественно в глубоких долинах.
На реках Восточной Сибири наряду с гигантскими наледями встречаются незамерзающие участки и полыньи (по-якутски - аимы). На р. Омолон, например, в зиму 1928/29 г. 20-30% общей поверхности русла не было покрыто льдом; то же явление имеет место на р. Коркодон и других водотоках.
Глава 13. Зрозионная деятельность рек
Зоны мутности речных вод
Талые и дождевые воды, стекая по склонам поверхности земли, производят значительную разрушительную работу, носящую название водной эрозии. Они смывают большое количество частиц грунта в высоких местах и отлагают (аккумулируют) эти наносы в других, более низких (у подножья склонов, в устьях рек), там, где сила потока ослабевает и он уже не в состоянии передвигать их дальше. Таким образом, эрозия и аккумуляция являются двумя сторонами единого процесса.
Естественно, что чем больше интенсивность стока дождевых и талых вод, чем больше уклоны поверхности, по которой происходит сток вод и, наконец, чем легче поддаются размыву грунты, слагающие поверхность, тем больше эрозионная (разрушительная) деятельность текущих вод. Большую роль в развитии эрозионных процессов играет также растительный покров. Наличие луговой растительности, а тем более болот и лесов, замедляет сток дождевых и талых вод и, следовательно, сильно ослабляет процессы эрозии, защищая почву от смыва. Наоборот, при обнаженной поверхности, что может иметь место вследствие различных причин (вырубка леса, распашка и т. д.) и при отсутствии противоэрозионных мероприятий, процессы эрозии могут получить интенсивное развитие и вызвать катастрофические последствия.
Эрозия земной поверхности приносит колоссальный вред народному хозяйству. В результате овражной эрозии ежегодно выпадают из сельскохозяйственного оборота до 90000 га земли за счет увеличения площадей приовражных земель. Еще больший вред приносит плоскостный смыв. Едва заметные бесчисленные мутные струйки талых и дождевых вод не только обедняют почву влагой, но и смывают наиболее плодородные ее слои.
По подсчетам А. М. Панкова, с возделываемых земель ежегодно только во время таяния снегов смывается до 260 млн. т почвы. В районах с расчлененным рельефом ежегодный смыв почвы составляет от 2 до 40 г с 1 га. Нередко смыв достигает 50-80, а при катастрофических ливнях - до 250 т и более с 1 га. К этому надо прибавить, что большой объем наносов, приносимых реками в водохранилища, нередко влечет быстрое их заиление.
Отсюда становится понятным тот большой практический интерес, который представляет собой изучение процессов, связанных с водной эрозией.
Показателем эрозии является мутность речных вод; она, как известно, характеризуется количеством наносов в граммах на 1 м3 воды. На рис. 40 показаны, по данным Г. И. Шамова, границы зон на территории СССР, характеризующихся определенной мутностью речных вод (среднегодовая мутность в г/м3). Краткая характеристика этих зон такова.
Рис. 40. Схематическая карта средней мутности воды рек СССР (в г/м3) (то Г. И. Шамову).
1 - мутность менее 50 г/м3, 2 - мутность от 50 до 150 г/м3, 3 - мутность от 150 до 500 г/м3, 4 - мутность от 500 до 1000 г/м3, 5 - мутность от 1000 до 2500 г/м3, 6 - мутность от 2500 до 4000 г/м3, 7 - мутность свыше 4000 г/м3
Зона I - малой мутности речных вод, не превышающей обычно 50 г/м3, - охватывает всю северную половину Европейской и Азиатской частей СССР. Южная граница этой зоны в Европейской части СССР примерно совпадает с границей лесной зоны, а в Азиатской части проходит несколько севернее. В пределах зоны полностью расположены бассейны Немана, Западной Двины, Невы, Северной Двины, Печоры, нижней части Оби и почти полностью бассейны Енисея и Лены (за исключением верховьев).
Малая мутность речных вод объясняется, прежде всего, наличием растительного покрова, защищающего почвы от размыва. Русловая эрозия невелика вследствие малых уклонов. Особенно малая мутность наблюдается на реках Карелии и Кольского полуострова, что объясняется особым геологическим строением. Реки здесь врезаются в твердые, трудно размываемые коренные породы (граниты, гнейсы, диабазы). Вследствие этого даже при значительных уклонах, они обладают исключительно малой мутностью, не превышающей обычно 20 г/м3. Большое значение при этом имеют здесь многочисленные озера, играющие роль отстойников. Пониженная мутность речных вод характерна также для Белорусского и Придеснянского полесий. В Азиатской части СССР слабая эрозионная деятельность и малая мутность речных вод объясняются наличием вечной мерзлоты, препятствующей развитию эрозионных процессов и, прежде всего, глубинной эрозии.
В этой зоне, очевидно, необходимо было бы выделить тундру, как область с исключительно малой эрозионной деятельностью, вследствие преобладания равнинных форм рельефа, большой поверхностной заболоченности и обилия озер. Однако по мутности речных вод области тундры нет никаких данных.
Зона II - средней мутности речных вод (50- 150 г/м3) - охватывает лесостепную и частично лесную зону Европейской территории СССР и Сибири. В пределах этих зон расположены значительные части бассейнов Десны, Оки, Камы, Тобола, Ишима, верховьев Енисея, Лены и Амура. Повышенная мутность вод связана с наличием обширных пространств, лишенных древесной растительности и распаханных.
Зона III - высокой мутности речных вод (150-500 г/м3) - охватывает южную территорию Европейской части СССР и Западной Сибири. В основном это степная зона, характеризующаяся малой влажностью почвы, причем последняя, как правило, представляет собой мало устойчивые против размывающего действия потоков лессовидные суглинки и суглинистые черноземы. Усиление эрозии связано здесь также с широким распространением пропашных культур. К этой зоне относятся реки левобережья Днепра ниже Киева, значительная часть рек бассейна Дона, реки Приазовья, Приволжской возвышенности, бассейна Урала и степной части Западно-Сибирской низменности. По величине мутности вод к этой зоне принадлежат и многие реки Средне-Русской возвышенности, отличающиеся повышенной эрозионной деятельностью.
Еще более высокой мутностью (превышающей 500 г/м3) отличаются воды рек Волыно-Подольского плато, Донецкого кряжа и некоторых других районов, характеризующихся расчлененным рельефом.
Наиболее высокую мутность имеют воды трех рассмотренных зон (за исключением Дальнего Востока) во время весенних половодий, когда она в 10-30 раз превышает мутность меженних вод. В среднем за период весеннего половодья реки выносят до 80-90% всего годового количества наносов. На реках Дальнего Востока наибольший сток наносов падает на летние месяцы, в течение которых там наблюдаются высокие дождевые паводки.
Следует напомнить, что рассмотренные данные характеризуют средние годовые значения мутности. Как и всякие осредненные величины, они удобны для сравнительного метода исследования, однако не дают представления о чрезвычайно изменчивой в году эрозионной деятельности рек и о резких колебаниях мутностей потоков. Так, например, наибольшая из определенных мутностей на верхнем Дону у с. Семилук достигала 1593 г/м3, на Дону у Калача - 1075 г/м3; наименьшая мутность для этой же реки была определена в 6 г/м3, а для р. Воронежа она составила 0,3 г/м3. Мутность вод Дуная в устье за 30-летний период наблюдений колебалась от 2 до 1305 г/м3.
Зона IV - очень высокой мутности вод (500-5000 г/м3) - охватывает горные области Кавказа и Средней Азии. Особенно высокая мутность вод наблюдается в тех районах, где большие уклоны сочетаются с благоприятными геологическими условиями (наличие пород, легко поддающихся размыву). Такое сочетание характерно для рек восточной части Большого Кавказа, где широко развиты глинистые сланцы, известняки и глины. Максимальная среднегодовая мутность здесь достигает 11700 г/м3 (р. Аксай). Это самая высокая среднегодовая мутность, наблюдавшаяся на реках СССР. Высокая мутность характерна также для pp. Сулака, Самура и Терека. Мутность воды в период прохождения паводков здесь достигает 80000-120000 г/м3 (р. Сунжа).
В Закавказье, в особенности в пределах Армении, мутность вод несколько ниже; на Куре, например, среднегодовая мутность у Тбилиси равна 1660 г/м3, а у Мингечаура - 1940 г/м3.
В горных областях Средней Азии общая картина интенсивности эрозионных процессов весьма пестрая, что связано прежде всего с разнообразием литологического состава пород, слагающих поверхность речных бассейнов. Усиленный смыв происходит там, где значительное распространение имеют мелкозернистые, легко и быстро разрушаемые осадочные породы (глина, мергели, глинистые песчаники). Сильно ослабляется вынос в бассейнах, сложенных массивно-кристаллическими породами, трудно поддающимися размыву.
Среднегодовая мутность речных вод Средней Азии колеблется в широких пределах - от 50-100 (Талас, Чирчик) до 2500- 4000 г/м3 (Аму-Дарья, Теджен, Мургаб). Река Аму-Дарья по значениям среднегодовой мутности, например, в 2-3 раза превышает мутность такой известной по большому количеству наносов реки, как Нил в Африке.
Наиболее значительный смыв происходит в бассейне р. Вахш, что вызвано широким распространением здесь третично-меловых, легко выветривающихся толщ. Эта река не случайно в верховьях носит название Кызыл-Су, т. е. красная вода; она сохраняет его и в среднем течении (Сурх-Об, т. е. красная вода по-таджикски).
В отношении характера и направления эрозионных процессов по длине реки наблюдается известная закономерность. В верхней части потока обычно имеет место усиленная эрозия и унос материала, в средней части течения совершается перенос его, а в нижней происходит отложение наносов.
На равнинных реках количество переносимых потоком наносов по мере приближения к устью обычно уменьшается, вследствие частичного отложения наносов в пойме. Так, например, среднегодовая мутность Дона у Калача в 1927 г. была 250 г/м3, а в устье, у Азова, - 106 г/м3. Такое же явление наблюдается и на Волге.
Вода сливающихся вместе рек иногда на очень большом протяжении не перемешивается, даже при наличии значительной скорости потоков. Такое явление бросается в глаза вследствие разной окраски вод и наблюдается на многих реках, например на Куре при впадении Аракса, на Дону при впадении Воронежа и Северного Донца и в других местах.