Формирование гидрографической сети и речных систем. Основные элементы речных систем

Гидрографическая сеть. Речные системы. Главные реки и их притоки. Система постоянно и временно действующих водотоков и озер образует гидрографическую сеть поверхности суши. К гид­рографической сети не относятся многочисленные небольшие струйки воды, временно образующиеся в период таяния снега или выпадения жидких осадков, а также временные скопления воды, возникающие в небольших многочисленных понижениях местности.

Когда рассматривается система постоянно и временно дейст­вующих водотоков, применяется термин русловая сеть. Часть рус­ловой сети, включающая достаточно крупные, преимущественно постоянные русловые потоки, объединяется понятием речной сети.

Приведенные определения не имеют строгих количественных критериев и потому в известной мере условны. Иногда принимают, что состав русловой сети может быть охарактеризован водотоками, показанными на крупномасштабных топографических картах.

В строении гидрографической (русловой) сети можно выделить следующие основные звенья, последовательно сменяющиеся от верховьев вниз по течению: ложбины, лощины, суходолы, речные до­лины. Процесс формирования основных элементов (размеров, глу­бины вреза, крутизны склонов) этих звеньев речной сети совер­шался длительное время; современная эрозия продолжает эту работу, образуя промоины, рвы и овраги в дне этих звеньев и на их склонах.

Ложбина — верхнее (по течению) звено гидрографической сети, представляет собой слабовыраженную, вытянутую впадину водно-эрозионного происхождения с пологими, обычно задернованными склонами и ровным, вогнутым, наклонным дном. Ложбина разви­вается обычно при площади водосборов 10-15 га в слаборасчле­ненных районах и при 50 га — в сильно расчлененных районах Ев­ропейской территории России.

Лощина — следующее за ложбиной звено гидрографической сети, отличающееся от ложбины большей глубиной вреза, большей высотой и крутизной склонов и появлением форм донного и бере­гового размыва или ветвистого русла. Лощины отводят воду с пло­щади от 10-15 га до 10-15 км² в слаборасчлененных районах и от 50 га до нескольких квадратных километров в сильно расчле­ненных районах.

Суходол — преддолинное нижнее звено гидрографической сети без постоянного водотока; характеризуется асимметрией склонов и наличием извилистого русла временного потока. В условиях сильно расчлененного рельефа суходолы развиваются при площади водосбора 10-15 км², в слаборасчлененных — 20-25 км².

Долина — наиболее полно разработанное деятельностью воды звено гидрографической сети, характеризующееся большой протя­женностью, измеряемой десятками, сотнями и тысячами километ­ров и наличием постоянного потока (речные долины).

Схема основных звеньев гидрографической сети представлена на рис. 4.

 

Рис. 4. Схема основных звеньев гидрографической сети. I — основные звенья сети; II — поперечные профили

 

Речная сеть в соответствии с характером направления наклона земной поверхности распределяется между отдельными главными водными артериями, впадающими в океаны, моря, бессточные озера или заканчивающимися в безводных пространствах пустынь. Сово­купность рек, впадающих в рассматриваемую главную реку, вме­сте с главной рекой называется речной системой.

Речная система включает в себя одну главную реку, ряд прито­ков главной реки, притоки этих притоков и т. д. Реки, непосредст­венно впадающие в главную реку, называются притоками первого порядка. Притоками второго порядка по отношению к главной реке называются реки, впадающие в притоки первого порядка, и т. д. Эта перешедшая в гидрологию из физической географии классифи­кация притоков широко применяется и в настоящее время при гид­рографических описаниях. Однако при такой классификации в один класс попадают как мелкие притоки главной реки, так и крупные водные артерии.

В том случае, когда необходимо установить какие-либо законо­мерности развития гидрографической сети, например число притоков различного класса на разных площадях водосборов, такая клас­сификация, объединяющая в одни группы разнородные элементы гидрографической сети, оказывается непригодной.

В таких исследованиях, по предложению Р. Е. Хортона, приме­няется иная классификация притоков. В этой классификации самые малые, неразветвленные притоки относятся к первому порядку (классу); следующие, принимающие в себя притоки первого по­рядка,— ко второму порядку; реки, принимающие притоки первого и второго порядка, относятся к притокам третьего порядка и т. д. вплоть до главной реки, которую относят к самому высшему по­рядку, характеризующему одновременно порядок всей системы.

По этой классификации Днепр выше устья р. Днепреца будет иметь третий класс, ниже устья р. Немощеной — четвертый, у г. Дорогобужа — пятый, ниже устья р. Вопи — шестой, ниже устья р. Сожа — седьмой и ниже устья р. Припяти — восьмой. Структура речной сети характеризуется данными, приведен­ными на рис. 5.

Рис. 5. Структура и морфологические характеристики речной сети

а — схема речной системы; б — зависимость относительной глу­бины (h/В) от порядка потока (N) и среднего годового расхода (Q₀). I-VIII — порядки естественных потоков.

 

Речная система характеризуется протяженностью рек, их извилистостью и густотой речной сети.

Густота речной сети. Густота речной сети обычно определяется как отношение длины всех водотоков данной площади, выраженной в километрах, к величине этой площади, выраженной в квадратных километ­рах, т. е.

Из определения понятия густоты речной сети ясно, что число­вые значения густоты речной сети будут сравнимы между собой для отдельных районов, если они получены по данным карт одних и тех же масштабов и съемкам одной и той же степени полноты. Действительно, на картах мелких масштабов очень малые водотоки не могут быть показаны и, следовательно, общая длина водотоков окажется меньше, чем в том случае, когда определение длин произ­водилось по картам более крупных масштабов.

Чем крупнее масштаб, тем точнее определяется густота речной сети. Достаточно точные данные получаются при использовании карт М 1: 500 000 - 1: 100 000.

Наиболее часто определение густоты речной сети произво­дится следующим образом: рассматриваемая территория разбива­ется на сеть равновеликих квадратов и измеряется суммарная длина водотоков, находящихся в пределах каждого квадрата.

Разделив найденное значениена площадь квадрата, полу­чим густоту речной сети в пределах этого квадрата.

Густота речной сети зависит от ряда природных факторов: рельефа, геоло­гического строения местности, свойств почв, климата, в особенности от количества осадков и условий их стока. Немаловажная роль при­надлежит также историко-геоморфологическим факторам. Густота речной сети меняется в широких пределах. На севере она обычно больше, чем на юге, в горах больше, чем на равнинах. Так, напри­мер, на равнинах Северного Кавказа коэффициент густоты речной сети равен всего лишь 0,05 км/км², а в наиболее орошаемых осадками районах северных склонов Главного Кавказского хребта он дости­гает 1,49 км/км².

 

Речной бассейн

 

Поверхностный и подземный водосборы. Водоразделы. Деление и смешение вод. После выяснения исходных понятий, от­носящихся к характеристике гидрографической сети вообще и рус­ловой в частности, рассмотрим более подробно структуру речных бассейнов. Территория земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда данная речная система или отдельная река полу­чает водное питание, называется бассейном речной системы или реки. Бассейн каждой реки включает в себя поверхностный и под­земный водосборы.

Поверхностный водосбор представляет собой площадь земной поверхности, с которой воды поступают в данную речную систему или отдельную реку.

Подземный водосбор образуют толщи почво-грунтов, из кото­рых вода поступает в речную сеть.

Поверхностный водосбор каждой реки отделяется от водосбора соседней реки водоразделом, проходящим по наиболее высоким точкам земной поверхности, расположенным между водосборами соседних рек. В общем случае поверхностный и подземный водо­сборы рек не совпадают. Однако в силу больших затруднений в определении границы подземного водосбора часто во всех расче­тах и при анализе явления стока за величину бассейна принимают только поверхностный водосбор и вследствие этого не делают раз­личия между терминами «речной бассейн» и «речной водосбор». Ошибки, возникающие в результате условного отождествления раз­меров бассейна и поверхностного водосбора, могут оказаться су­щественными только для малых рек и для рек, протекающих в гео­логических условиях, обеспечивающих хороший водообмен между бассейнами соседних рек (районы распространения карста). Для малых бассейнов ошибки могут оказаться велики потому, что те добавочные площади, которые в связи с несовпадением поверхно­стного и подземного водоразделов нужно прибавить или отнять от общей площади бассейна, в процентном отношении будут более значительными, чем для больших бассейнов.

В пределах бассейнов, расположенных на плоских равнинных пространствах засушливых районов, могут располагаться области значительных размеров, не имеющие стока в основную реку, полно­стью расходующие поступающую в виде осадков воду на испарение и питание подземных вод, уходящих за пределы речного бассейна. Такие бессточные области не должны включаться в величину водо­сборной площади реки. Площадь бассейна Оби, напри­мер, больше площади ее водосбо­ра, так как включает области внутреннего стока между Обью и Иртышом, между Иртышом и Ишимом и между Ишимом и Тоболом, сток с которых не попа­дает в Обь.

Размеры бессточных областей могут меняться в зависимости от водности года: в многоводные годы они сокращаются, в мало­водные увеличиваются.

Процесс эрозии, продолжающийся непрерывно в течение весьма длительного периода, может закончиться прорывом водораздель­ной линии двух соседних рек. Такое явление называется перехва­том, или смешением (соединением), вод (рис. 6).

Иногда смешение вод может осуществиться в результате бифур­кации, или процесса дробления реки на рукава, обычно в нижнем течении. Отходящие в результате бифуркации от основного русла рукава могут ниже по течению снова влиться в основное русло или проложить себе путь по направлению к соседнему водосбору. Ру­кава, отделяющиеся от основного русла, могут и не соединяться с ним ниже по течению, а иметь самостоятельное устье. Например, р. Дон отделяет на 140 км от устья рукав, носящий название р. Аксай, который вновь на 63-м км от устья соединяется с Доном. От р. Луги в нижнем ее течении отделяется рукав Россонь, который не соединяется с Лугой, а впадает в р. Нарову у ее устья. В этом случае бифуркация обусловливает смешение вод.

 

Рис. 6. Схема готовящегося речного перехвата

 

В условиях равнинного рельефа иногда встречаются случаи со­единения в верховьях рек, текущих в различных направлениях. Происходящее распределение поверхностного стока в верховьях различных речных систем называют делением вод. Случаи деления вод особенно широко распространены среди рек, протекающих по плоским, заболоченным территориям.

Примером смешения может служить р. Шолопость — проток между реками Ковжей и Кемой с ветровым течением переменного направления. Гораздо чаще встречается на равнинной части Ев­ропейской территории СССР деление вод. Так, например, озеро Ва-сильково имеет сток и в систему р. Волги и в бассейн р. Волхова; из озера Парусного на полуострове Канин вытекает р. Чижа, впа­дающая в Мезенскую губу Белого моря, и р. Чеша — в Чешскую губу Баренцева моря. Временное деление вод устанавливается весной в истоках р. Днепра и притоках р. Обши, входящей в систему р. Западной Двины.

Отмеченные условия изменения границ бассейнов нужно особо иметь в виду при исследовании вопросов стока с малых низменно-болотистых бассейнов без ярко выраженной водораздельной линии, так как иногда это может оказать существенное влияние на вели­чину площади бассейна.

Руководствуясь положением истоков соседних рек и сообразу­ясь с рельефом местности, можно на карте провести линию водо­раздела и тем самым выделить водосборную площадь реки.

Применительно к различным задачам приходится принимать во внимание водосборную площадь или всей реки, или отдельных ее частей. Так, например, часто приходится определять площадь водосбора по отношению к тем сечениям реки, или так называемым замыкающим створам, где установлена гидрометрическая станция или предполагается возведение гидротехнических сооружений — плотин, гидростанций и т. п. В этом случае линия водораздела дол­жна быть проведена таким образом, чтобы охватить всю площадь питания реки, расположенную выше намеченного замыкающего створа. Полная характеристика каждого речного бассейна может быть дана только на основе учета комплекса данных, определяющих морфометрические характеристики данного водосбора и физико-географические условия, в которых осуществляются процессы стока.

Морфометрические характеристики речного бассейна. Особенности геометрического строения речных водосборов обычно характеризуют некоторыми количественными показателями, именуемыми морфометрическими характеристиками. Среди этих ха­рактеристик основными исходными являются длина реки и пло­щадь водосбора.

Длиной реки называется расстояние от истока до устья в ки­лометрах; счет километров принято вести от устья как от более определенной точки, чем исток. Следует при этом иметь в виду, что при сложном строении устьевой области выбор начального створа отсчета является условным. Однако при значительной длине реки это обстоятельство не имеет существенного значения, тем более, что устьевой створ принимается постоянным при всех последующих измерениях. Значительно большее влияние на изме­ряемую длину оказывает извилистость реки и масштаб топогра­фической карты. Чем крупнее масштаб карты, тем точнее можно определить длину реки. Влияние извилистости на длину реки, из­меренную по карте, учитывается введением поправок, установлен­ных для различных категорий извилистости (рис. 7).

 

Рис. 7. Образцы извилистости рек

 

Извилистость реки характеризуется коэффициентом изви­листости. Этот коэффициент определяется для отдельных участков реки и представляет собой отношение расстояния по прямой линии между начальным и конечным пунктами участка к длине реки на этом участке.

Измерив длину рек, образующих данную речную систему, мо­жно построить так называемую гидрографическую схему, которая дает наглядное представление о том, куда какая река и после ка­кой впадает, какова ее длина по сравнению с длинами других рек бассейна. При построении гидрографической схемы по горизон­тальной линии откладывают в масштабе длину главной реки. При­токи вычерчиваются в том же масштабе в виде прямых линий, от­ходящих от места впадения под некоторым (произвольным) углом к этой горизонтальной линии.

Площадь водосбора рек, расположенных в одинаковых физико-географических условиях, непосредственно определяет водность реки: чем больше река, тем она полноводнее. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и изме­ряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам может осуществляться разными способами. Произведя определение во­досборной площади главной реки и ее притоков, можно получен­ные данные обобщить в виде графиков, дающих наглядное пред­ставление о распределении всей площади между отдельными при­токами и об увеличении площади бассейна в зависимости от уве­личения длины реки. Для этой цели удобно предварительно вы­разить площади отдельных частных бассейнов в процентах от всей площади. Одним из способов графического изображения распределения общей площади водосбора реки между ее притоками яв­ляется так называемый круговой график водосбора (рис. 8). На этом графике общая площадь водосбора изображается в виде круга, а площади отдельных притоков в соответствующем мас­штабе в виде секторов. Нарастание площади водосбора по длине реки можно представить в форме графика, показанного на рис. 9.

 

Рис. 8. Круговой график бассейна р. Оки

 

На этом графике по горизонтальной оси откладывается длина глав­ной реки в принятом масштабе, по вертикальной — площади водо­сбора главной реки между притоками и площади бассейнов при­токов. Постепенное нарастание площади бассейна главной реки в местах впадения притоков сменяется резким увеличением водосбора, что на графике отмечается отрезком вертикальной линии в принятом масштабе, соответствующим величине водосбора при­тока.

Между площадью водосбора F и длиной реки L существует корреляционная зависимость, выражаемая обычно в форме степен­ного уравнения

Форма речных водосборов обычно характеризуется расшире­нием в средней части и сужением к устью и истокам реки.

 

Рис. 9. График нарастания площади водосбора р. Оки

 

Наряду с этой наиболее часто встречающейся формой имеются водосборы с мало изменяющейся по длине шириной (равномерно развитые водосборы) и более расширенной частью в верховьях или, наоборот, в нижнем течении и, наконец, водосборы, характе­ризующиеся уменьшением ширины в средней части.

Форма речных водосборов определяет степень одновременности поступления воды к замыкающему створу из различных частей во­досборной площади и тем самым оказывает существенное влияние на условия протекания воды в реке.

При равномерно развитом водосборе вода к замыкающему створу будет поступать примерно равными порциями в течение всего периода, когда осуществляется сток с водосбора; на водосборе с резким расширением в верховьях наибольший приток в замы­кающем створе будет отмечен, когда поступит вода с этих удален­ных частей водосбора; на водосборах с расширением в нижней ча­сти повышенный сток будет наблюдаться в первую фазу стекания и т. д.

При географических обобщениях некоторых характеристик, на­пример стока, бывает целесообразно относить их к центру бас­сейна. При этом обычно за такую точку принимают геометриче­ский центр бассейна, хотя это и нельзя признать вполне правильным, особенно в тех случаях, когда в пределах речного бассейна сток распределяется неравномерно.

Одной из характеристик формы речного водосбора является так называемый коэффициент развития длины водораздельной ли­нии т, представляющей собой отношение длины водораздельной линии s к длине окружности круга s', площадь которого равна площади бассейна,

Имея в виду, что площадь круга, равного площади водосбора, может быть представлена в виде F = nR², легко найти выражение для радиуса, равновеликого площади водосбора,

Подставляя полученное выражение радиуса в формулу длины окружности, получим

Следовательно, коэффициент развития водораздельной линии окончательно можно записать в виде

Очевидно, что чем больше форма речного бассейна отличается от формы круга, тем больше значение коэффициента т. С формой водосбора связаны и значения параметра k. Среднее значение этого параметра k = 0,58 в зависимости от формы водосборов дифференцируется следующим образом:

 

Широкие (округлые) водосборы k >0,80

Обычные (грушевидные) 0,40< k <0,80

Узкие (вытянутые) k <0,40

 

В качестве числовой характеристики формы речного бассейна может быть также использовано отношение средней ширины во­досбора В в длине реки L

Вследствие различной извилистости рек отношение B/L непосредственно мало пригодно для сравнительной оценки формы раз­личных водосборов. Стремясь этот показатель сделать более объ­ективным, Нежиховский ввел в зависимость коэффициент из­вилистости р = 1,20 и по соотношению рассчитал отношение средней ширины водосбора к длине реки (табл. 7).

Таблица 7

Отношение средней ширины водосбора к длине реки

Характеристика формы водосбора	Площадь водосбора, км2
Широкий (округлый) Обычный (грушевидный) Узкий (вытянутый)	0,85 0,40 0,20	0,65 0,30 0,15	0,55 0,26 0,13	0,50 0,24 0,12

 

Как видно из приведенных данных, с увеличением пло­щади водосборов они становятся относительно более узкими.

Ширина водосборной площади реки не остается постоянной, она изменяется по длине реки. Изменение ширины водосбора сказывается на количестве притекающей воды к руслу реки на различных участках, если на водосбор равномерно по его площади поступает вода, например от снеготаяния или дождя.

Изменение ширины водосбора по длине реки может быть представлено в форме графика (идограммы). При построении этого графика (рис. 10) совмещают по оси абсцисс длины всех притоков с длиной основ­ного водотока и откладывают последовательно на оси ординат средние ширины частных площадей водосбора.

 

Рис. 10. Схема построения графика из­менения ширины водосбора по длине реки (идограмма)

 

Исходные данные для построения графика получают следующим образом. На плане водосбора (рис. 10 а) выделяют бассейны более или менее крупных прито­ков и участки, где сток непо­средственно поступает в основ­ную реку, и для каждого из них по данным о длине U и площади f_i определяют средние ширины b_i = f_i/l_i. Исходные данные для построения графика изменения ширины водосбора по длине реки удобно свести в форму табл. 8.

Таблица 8

Исходные данные для построения графика изменения ширины водосбора по длине реки

Название частных бассейнов (рис. 10)	Расстояние от устья (створа), км	Протяжение участка, км	Площади бас­сейнов, км2	Ширина на участках, км
1-2	до 56			1,73
С				2,03
2-3	56-32			1,05
В				1,68
3-4	32-15			1,47
А				1,15
4-5	15-0			1,13

 

Затем по оси абсцисс от­кладывают в масштабе гидро­графическую длину реки. Вдоль этой линии, как показано на рис. 10 б, вначале откладыва­ют частные ширины так назы­ваемых бесприточных участков основного водотока 1-2, 2-5, 3-4, 4-5, а затем ширины водосборов притоков А, В, С; частная ширина первого при­тока А отложена вправо на протяжении 45 км (длина при­тока указана в табл. 8) от точки, находящейся на расстоянии 15 км по оси абсцисс от устья; эта частная ширина в соответ­ствии с длиной притока А расположилась над шириной участков 3-4, 2-3, 1-2. Частная ширина второго притока В отложена от точки, находящейся на расстоянии 32 км по оси абсцисс; эта ши­рина отложена над суммарной шириной участков 2—3 и Л и над шириной участка 1—2 и т. д. В результате получаем график, поз­воляющий судить об изменении ширины бассейна по длине реки. Это построение иногда называют графиком единичных ширин.

Описанная схема построения графика изменения ширины во­досбора по длине реки, предложенная А. В. Огиевским, может быть представлена в форме непрерывной кривой. У такой кривой каж­дая ордината представляет собой ширину водосбора в любой фик­сированной точке х, удаленной от замыкающего створа на расстояние L. Это расстояние, очевидно, может быть выражено и в форме времени, которое требуется порции воды, стекающей со скоростью v м/с, чтобы достичь замыкающего створа. Это время называется временем добегания t=L/v

Линии, соединяющие точки на плане поверхности речного во­досбора с равным временем добегания элементарных объемов воды от этих точек до рассматриваемого створа, называются изохронами стока.

Таким образом, указанное построение можно рассматривать и как функцию, характеризующую последовательность прохождения через замыкающий створ порций воды, образующейся в единицу времени на поверхности бассейна от выпадения дождя или снего­таяния. Объем одновременно поступающей в фиксированный мо­мент времени t_i воды будет пропорционален ширине водосбора bi в зоне, удаленной от замыкающего створа на время добегания t_i. Объем воды за интервал времени t₂ — t₁ пропорционален размеру части площади водосбора, заключенной между изохронами, соот­ветствующими времени добегания t₂ и t₁.

В силу указанного функция, характеризующая распределение по времени добегания относительных (в долях единицы) площа­дей, называется кривой добегания стока. Иногда эта кривая име­нуется ареаграфической кривой. Кривая добегания стока является важнейшей характеристикой речного бассейна, отражающей морфометрические и гидравлические особенности процесса стока.

В работах по применению электронных вычислительных машин к расчету паводков кривую добегания стока часто именуют функ­цией влияния, поскольку она отражает реакцию физической си­стемы (речного водосбора) на введенный в нее импульс (подачу воды в форме изолированного дожди или порции воды от снего­таяния).

В зависимости от расположения притоков относительно глав­ной реки различают симметричные и асимметричные бассейны. Мерой асимметричности бассейна является коэффициент асиммет­рии, равный

где f_л — суммарная площадь водосборов левобережных притоков; F_п — суммарная площадь водосборов правобережных притоков.

Важной геометрической характеристикой бассейна является его средняя высота, а также высота характерных точек бассейна (ис­ток, устье, наиболее выделяющиеся возвышенности или высотные зоны) и изменение высоты бассейна по мере продвижения вверх по реке.

Средняя высота бассейна может быть получена, если имеется карта бассейна в горизонталях. В этом случае при помощи плани­метра определяют частные площади, заключенные между сосед­ними горизонталями, и среднюю высоту бассейна H_ср вычисляют по формуле

где f₁, f₂,..., f_n — частные площади, заключенные между горизон­талями, в м²; h_i — средняя высота между горизонталями в метрах, между которыми заключена частная площадь f_i, F — общая пло­щадь бассейна в м².

Представление о том, какой процент площади бассейна нахо­дится выше или ниже заданной высотной зоны, дает так называе­мая гипсографическая кривая. Для построения гипсографической кривой определяют площади частей водосбора, заключенные в пре­делах заданных высотных интервалов, например через 10, 100 или 200 м и т. д. в зависимости от высотной структуры бассейна. По результатам этих вычислений строится график распределения пло­щадей бассейна по высотным зонам (заштрихованная часть рис. 11).

При этом по горизонтальной оси откладывается площадь со­ответствующей зоны (в квадратных километрах или в процентах от всей площади бассейна), а по вертикальной оси — ее высота. Суммируя площади каждой зоны (в квадратных километрах или процентах), получим гипсографическую кривую. Из рис. 11 сле­дует, что, например, в бассейне оз. Севан 51 % площади лежит выше 2300 м и соответственно 49 % — ниже этой отметки.

Средние высоты отдельных участков бассейна уменьшаются по мере продвижения вниз по реке.

 

Рис. 11. Гипсографическая кривая бассейна оз. Севан

 

Средний уклон поверхности бассейна I_ср может быть получен по формуле

где f1,.., fn — площади между смежными горизонталями; i1, i2,..., in — уклоны, представляющие собой частное от деления разности отметок соседних горизонталей (высота сечения горизон­талей h) на среднюю ширину площади между горизонталями (b_ср)

где lср — полусумма длин смежных горизонталей. С учетом (5.9) формула (5.8) примет вид

Площадь бассейна F принимается в м², если сечение горизон­талей дано в метрах; соответственно при сечении горизонталей в километрах и площадь водосбора принимается в квадратных километрах.

Использование приведенной формулы связано с выполнением технически громоздкой работы по определению длин горизонта­лей.

Для описания структуры рельефа водосборов, в частности при построении различных схем, предназначенных для расчета макси­мальных расходов воды, используются и иные характеристики.

Так, А.Н. Бефани для учета крутизны и расчлененности рель­ефа рекомендует так называемый геоморфологический фактор стока Ф

где l — длина склонов в метрах; I — уклон склонов в %.

Физико-географические характеристики бассейна (геогра­фическое положение, климат, геологическое строение, почва, рас­тительность и рельеф) оказывают существенное влияние на про­цессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

В настоящем разделе приводится краткое пояснение применяю­щихся понятий и в отдельных случаях рассматривается влияние их на режим рек.

Более подробное изложение взаимосвязи режима вод суши с физико-географическими факторами дается в дальнейшем при рассмотрении различных элементов режима.

Географическое положение бассейна определяется географиче­скими координатами (широта и долгота), между которыми он на­ходится. Общее, но достаточно ясное представление о географиче­ском положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, горных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в боль­шинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, ха­рактер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха.

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачива­ние, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы оха­рактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распреде­ление осадков по территории бассейна, температуру воздуха и ус­ловия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, опреде­ляющим водность рек и характер их режима. По­этому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении об­щих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно харак­теризуется сведениями об основных видах расти­тельности, распространен­ной в пределах водосбора с указанием размеров за­нимаемых ими площа­дей. Важно знать, где расположены лесные мас­сивы (в верхней, средней или нижней частях водо­сбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельско­хозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является так называемый коэффициент лесистости, пред­ставляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдель­ных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в до­лях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и ниличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имею­щимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей пло­щади речного бассейна.

В условиях горных водосборов водность реки существенно из­меняется по высоте. Это изменение водности можно характеризо­вать так называемой гидрографической кривой бассейна. Она ана­логична гипсографической кривой, характеризующей нарастание по высоте площади бассейна. Гидрографическая кривая, кривая связи стока с высотой и гипсографическая кривая являются основ­ными характеристиками, наглядно иллюстрирующими распределе­ние среднего стока по площади и высотным зонам бассейна.

В качестве примера в табл. 9 приводятся данные для построе­ния гидрографической кривой для р. Белой (бассейн р. Терек) у с. Урс-Дон, а на рис. 12 показаны кривые изменения стока с вы­сотой, гидрографическая и гипсографическая.

Из рис. 12 видно, что, например, модуль стока 19 л/(с∙км²) соответствует высоте около 1400 м; выше 1400 м располагается около 38 % площади бассейна, на которой формируется 70 % об­щего стока реки.

 

Таблица 9

Изменение модуля стока и расхода воды с высотой водосбора

Высотные зоны, м	Площадь высот­ных зон	Средняя высота зоны, м	Модуль стока, соответствую­щий средней высоте, л/(с∙км2)	Расход воды с площадей высотных зон, м3/с	Последовательные суммы расхода воды с площадей высотных зон
км2	%	м3/с	%
2800-2000	58,2	18,4			2,20	2,20	36,7
2000-1000		50,5			3,34	5,54	92,3
1000-800	58,2	18,4			0,35	5,89	98,2
800-600	30,3	9,6			0,09	5,98	99,7
600-500	9,3	3,1		2,5	0,02	6,00

 

Рис. 12. Кривая зависимости среднего годового стока от средней высоты бассейна (1), гипсо­графическая (2) и гидрографическая кривые (3)

 

Речные долины

 

Элементы долины и поймы.Долинами называются отно­сительно узкие и вытянутые в длину, большей частью извилистые пониженные формы рельефа, характеризующиеся общим наклоном своего ложа к устью. Долины, встречаясь между собой, никогда не пересекаются, а сливаются вместе в одно общее понижение. Размеры долин, равно как и их очертания, а отчасти и происхож­дение, могут быть весьма различны, но отмеченные особенности свойственны всем долинам (рис.13).

 

Рис. 13. Схематический поперечный профиль речной долины (а) и жи­вое сечение потока (б)

 

В долине различают следующие составные части:

1) самая низкая часть долины — дно, или ложе. Линия, соеди­няющая самые глубокие точки долинного ложа, называется таль­вегом. Тальвег в общем совпадает с