Течение реки подо льдом

почему реки зимой подольдо не иссекают?

ПИТАНИЕ реки происходит ГРУНТОВЫМИ водами, со всей площади водосбора (бассейна) реки, поэтому воды на всю зиму как правило хватает.

температура подо льдом плюсовая

Лёд создаёт микроклимат в реке не пропуская мороз и ветер, но при очень больших морозах особенно пруды замерзают полность и всё погибает

лед предохраняет воду от вымерзания

Почва имеет температуру, близкую к среднегодовой, т. к. зимой не успевает остыть, а летом нагреться. Среднегодовая температура в умеренных широтах выше нуля, и дно реки не дает воде замерзнуть. На Севере среднегодовая температура и, соответственно, температура почвы, ниже нуля (слой вечной мерзлоты может иметь толщину несколько сотен метров, дальше дает о себе знать тепло земных недр) . На Севере реки, бывает, и до дна промерзают, когда нагретое за лето водой дно остывает ниже нуля. Если выше по течению еще была вода, она прорывается наверх и образуются мощные наледи. Там, где река промерзла до дна, весной вода идет поверху, а лед постепенно тает. Большие реки не промерзают даже на Севере, а ручьи и в Средней полосе замерзают до дна.

Летом реки питаются дождевыми осадками, а зимой дождя нет, поэтому до наступления весны реки вынуждены питаться водой запасённой в предыдущий летний период озёрами, болотами и подземными ключами.

Потому что состоят из родников, основателей ручьев и малых рек, родников текущих из недр Земли.

Источник

Зимний режим рек.

Перед ледоставом на поверхности реки появляется сало — по­верхностные первичные ледяные образования, состоящие из игло­образных пластинчатых кристаллов в виде пятен или тонкого сплош­ного слоя.

С наступлением холодов, примерно за 12—20 дней до полного ледо­става, появляются забереги— полосы льда, смерзшиеся с бере­гами водных объектов при незамерзшей основной части водного про­странства. Забереги увеличиваются до определенной ширины, после че­го их края из-за постоянного воздействия плывущих льдин рез­ко обозначаются сплошным валом битого измельченного льда. Такие забереги (по которым можно судить о направлении судового хода) на Волге получили название утор.

В этот же период на реке появляется так называемая снежура — скопление снега, плавающего в воде. Снежура при таянии по­глощает часть тепла, вызывая охлаждение воды и ускоряя процесс об­разования льда.

На реках ледоставу предшествует образование внутриводного льда — скопления первичных ледяных кристаллов, обра­зующихся в толще воды и на дне водного объекта.

Донный лед—внутриводный лед, образовавшийся на дне водного объекта. Наиболее распространена гипотеза образования дон­ного льда в связи с турбулентным движением воды. По этой гипотезе. переохлажденные на несколько градусов частицы воды и кристаллы льда увлекаются на дно, где, кристаллизуясь, образуют массы рыхлого. льда. Будучи легче воды, донный лед отрывается от дна и всплывает;

на поверхность, образуя льдины. Большие массы этого льда, всплывая на поверхность, иногда увлекают за собой крупные камни, якоря, металлический лом, кабели.

Шуга — всплывший на поверхность или занесенный в глубь потока внутриводный лед в виде комьев, ковров, венков и подледных скоплений. Иногда за шугу принимают плывущую снежуру.

Шугоход — движение шуги на поверхности и внутри водного потока.

Термину «шуга» часто придают более широкий смысл, включая сюда непосредственно шугу, снежуру и ледовую кашу — массы мелкобитого льда, принесенного течением.

Шуга сильно затрудняет судоходство и опасна, так как, прилипая к корпусу судна, образует под днищем большой слой льда. Густота ее увеличивается с понижением температуры воздуха. Стоящие суда мо­гут примерзнуть к грунту, так как шуга может забить свободное про­странство под днищем.

По мере снижения температуры и увеличения количества шуги из нее образуются осенние льдины, дающие начало осенне­му ледоходу. Осенние льдины небольшие, но крепкие и имеют острые края. Они опасны для судов и сооружений, особенно деревянных, так как легко могут их подрезать.

С увеличением количества льдин и шуги продвижение их затруд­няется. Встретив препятствие, масса льда останавливается и смерза­ется. Наступает ледостав — фаза ледового режима, характеризую­щаяся наличием ледяного покрова.

При ледоставе ледяные поля под воздействием течения напирают друг на друга, образуя торосы — ледяные бугры, идущие поперек реки.

Поверхностный лед, создавая дополнительные сопротивления дви­жению речного потока, изменяет характер уровней и скоростей тече­ния. После ледостава нижняя поверхность льда усиливает сопротив­ление движению воды, в результате чего пропускная способность живо­го сечения снижается. В связи с этим происходит подъем уров­ней. Вода через трещины выступает на лед. Эту воду называют «черной водой», так как на белом первом снегу она выглядит черной. Подъем уровней достигает на некоторых реках 2 м. Наибольший подъем бывает в начале ледостава из-за большой шероховатости ледяного по­крова. Затем шероховатость сглаживается и ледяной покров оказывает потоку меньшее сопротивление.

При прибыли воды после ледостава, когда лед еще непрочно смерз­ся с заберегами, может произойти подвижка льда — небольшие перемещения ледяного покрова на отдельных участках реки или водо­ема. При этом все ледяное поле смещается вниз по течению, причем на­блюдается большое нагромождение льда. Подвижка продолжается до тех пор, пока лед окончательно не остановился. Осенние подвижки очень опасны для судов, так как вместе со льдом могут быть унесены целые караваны судов. Чаще всего они наблюдаются на Ангаре и Ени­сее.

Сильный подъем уровней вызывают зажоры, — скопление шу­ги с включением мелкобитого льда в русле реки, вызывающее стесне­ние водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды. Зажоры появляются чаще всего на реках или участках рек с быстрым течением:

Ангаре, Неве, Амударье, Свири, Волхове и т. д. Высота зажорных подъемов уровня обычно не превышает 3—4 м (но известны случаи, когда уровень повышался на 6—7 м), причем такие уровни стоят пол­тора-два месяца. Зимние наводнения при зажорах имеют очень тяже­лые последствия.

На реках с быстрым течением возникают столбы из донного льда — пятры, иначе скопления донного льда, выросшие до поверхности воды. Расширенная шапка их выходит на поверхность реки. Пятры прочно скрепляются с дном, выдерживая скорость воды более 3—4 м/с. Располагаясь рядом и смерзаясь шапками, пятры могут образовать ледяные плотины и вызвать подъем уровней воды.

На некоторых наших южных и европейских реках иногда бывают зимние паводки. При таких паводках уровень воды подни­мается на 6—8 м. Лед, не выдерживая напора воды, ломается и вода устремляется на пойму. Зимние паводки возникают лишь тогда, когда зимой при достаточно высоком снежном покрове наступает сильное потепление и выпадают обильные дожди, которые насыщают снег вла­гой и ускоряют его таяние. В мерзлую почву вода почти не просачи­вается и мощным потоком устремляется в реки, вызывая быстрый подъем уровня.

В зимний период запас грунтовых вод истощается, поэтому уровни воды снижаются, а ледяной покров прогибается и обламывается у бе­регов — происходит оседание льда.

В период ледостава образуются наледи — наросты льда, воз­никающие при замерзании подземных вод, изливающихся на поверх­ность земли, или речных вод, выходящих на поверхность ледяного по­крова. Вода также может выступить на лед вследствие оседания его под тяжестью снега, из родников и незамерзающих источников. Боль­шие наледи значительной толщины образуются в устьевых участках притоков, которые промерзают до дна. Наледи распространены на се­веро-восточных реках. Толщина их может превышать 5 м. При выборе места зимовки следует избегать участков, где могут быть наледи, так как они опасны для судов.

В начальный период ледостава между остановившимися ледяными полями возникают полыньи — пространство открытой воды в ле­дяном покрове, образующееся под влиянием динамических и термиче­ских факторов. С наступлением морозов они покрываются ровным чи­стым льдом. Незамерзающие полыньи встречаются в местах с очень бы­стрым течением, обычно на порогах. Более устойчивы полыньи, обра­зующиеся в истоках рек, вытекающих из озер, на перекатах за длин­ными глубокими плесами. В данном случае вода, выходя из озер и пле­сов, из-за турбулентного перемешивания имеет температуру выше 0° С. Полыньи наблюдаются в истоках Невы, Ангары, Свири, Волхова и других рек.

В полыньях, находящихся перед затонами, накапливается шуга, заполняющая все свободное пространство между корпусами судов, дном и берегами.

После ледостава дальнейший рост толщины ледяного покрова происходит под влиянием низких температур воздуха. Чем больше период низких температур, тем больше толщина льда. Снежный покров, обладая малой теплопроводностью, снижает нара­стание ледяного покрова. Чем выше снежный покров, тем медленнее нарастает лед. Толща льда на одном и том же участке, в местах с ма­лым количеством снега может быть на 0,2—0,5 м больше по сравне­нию с местами, где больше высота слоя снега. Кроме того, толщина льда зависит от скорости течения и притока грунтовых вод. При больших скоростях течения толщина льда меньше. В тихих протоках лед почти в два раза толще, чем в главном русле.

На плесах лед толще, а на перекатах тоньше. Объясняется это тем, что на перекатах степень турбулентности потока больше, чем на пле­сах. Общая температура потока на перекате становится несколько вы­ше 0° С. Положительная температура воды замедляет процесс намер-зания льда и даже является иногда причиной образования полыней.

На реках СССР толщина ледяного покрова до 0,5 м в южных райо­нах и до 2 м в северных.

Толщину льда в естественных условиях при наличии снегового покрова можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:

где ф—коэффициент, равный 1,25—2,0;

Et — сумма среднесуточных отрицательных температур воздуха от начала льдообразования до данного момента;

п — показатель степени для северных рек, равный 0,5.

Весной, с наступлением положительных температур, начинается таяние снежного покрова и льда сверху и у берегов. На льду появляют­ся темные пятна талой воды, которые постепенно распространяются на всю поверхность льда. Ледяной покров при этом выглядит потем­невшим.

Талые воды с берегов стекают в реку, вызывая увеличение расхо­дов воды и скоростей течения. Уровни воды повышаются. Температу­ра воды в реке увеличивается, а это вызывает таяние льда снизу. В связи с поступлением в реку талых вод лед наиболее быстро начинает таять у берегов, при этом создаются закраины— полосы откры­той воды вдоль берегов, образующиеся перед вскрытием в результате таяния льда и повышения уровня воды.

При дальнейшем подъеме уровней ледяной покров отрывается от берегов. Под влиянием течения воды возникают подвижки льда. На­блюдения показывают, что подвижки, как правило, начинаются в том случае, если превышение уровня паводковой воды над уровнем ледо­става достигает 1,0—1,2 м. Подвижек может быть несколько. Они опасны для судов и сооружений в русле, так как могут повредить и даже разрушить их. Для предотвращения этого лед около них заранее окалывают.

В результате подвижек льда появляются разводья — про­странства открытой воды в ледяном покрове.

Основная причина вскрытия рек — сильный подъем уров­ней воды, при котором ледяной покров ломается на отдельные льдины, приходящие под воздействием течения в движение. Так начинается весенний ледоход. При ледоходе льдины разбиваются на более мелкие, выносятся в море, озеро или реку, выталкиваются на берега и там тают. На реках, вытекающих из озер (Свирь, Нева и т. д.), наблюдаются обычно два весенних ледохода; при первом река очищает­ся от своего льда, при втором несет лед из озера.

Вскрытие рек, текущих с севера на юг, происходит относительно спокойно. Ледоход проходит в низовье, и лед идет уже по вскрывшей­ся реке. Ледяной покров разрушается при наступлении теплой пого­ды и соответствующем подъеме уровня воды. Такой вид ледохода быва­ет на Днепре, Волге и др.

На реках, текущих с юга на север, вскрытие происходит при проч­ном льде под воздействием паводка, идущего сверху. Ледоход бурный, сопровождается большим нагромождением льда на берегах и частыми заторами. Иногда паводок не может взломать ледяной покров и вода идет поверх льда. Такое вскрытие характерно для северных рек ев­ропейской части СССР и рек Сибири.

Заторы — скопление льдин в русле реки во время ледохода, вызывающее стеснение водного сечения и связанный с этим подъем уровня воды. Лед при заторе часто забивает все живое сечение реки до дна. Особенно часто наблюдаются и достигают больших размеров за­торы весной.

Заторы вызывают большой (до 10 м в сутки) подъем уровней воды. Подъем уровней происходит до тех пор, пока давлением воды затор не будет прорван. Ниже затора уровни резко снижаются. Иногда река уходит в сторону от затора, разрабатывая себе новый ход, называе­мый прорвой.

Заторы опасны для отстаивающегося флота, гидросооружений и населенных пунктов. Подъем уровней выше затора приводит к образо­ванию обратных течений. Устремившийся вместе с течением лед входит в затоны, повреждая суда. Наиболее опасны моменты прорыва затора, когда вода и лед с большой скоростью устремляются вниз, сметая все на своем пути. Суда, находящиеся выше затора над затопленной пой­мой, могут обсохнуть на ней при прорыве затора из-за быстрого спада воды. На некоторых сибирских реках (Енисее, Ангаре, Лене) заторы носят подчас катастрофический характер.

Заторы ликвидируют при помощи взрывных работ, бомбардировки и ледоколов.

Осенний ледоход в нижних бьефах наступает на несколько дней позже по сравнению с тем, как это было до создания водохранилища. Ледостав часто сопровождается заторами и подъе­мом уровней воды. За счет поступления из водохранилища воды с по­ложительной температурой ниже ГЭС образуются полыньи (например, ниже Иваньковского водохранилища полынья обычно имеет длину до 25 км, ниже Рыбинского—от 3 до 20 км). При понижении температуры воздуха полынья может быть причиной образования большого количества донного льда и зажоров на нижележащих участках. Если

ниже плотины попусками воды создаются скорости, равные или большие 1—1,5 м/с в южных районах, 2 м/с — в средней полосе и 3 м/с в северной полосе, то ледяной покров не образуется.

Начало весеннего ледохода наступает несколько позднее по сравнению со сроками вскрытия реки, находящейся в естественном состоянии.

Источник

Ледостав

Становление льда в начале зимы может происходить при разных внешних условиях, от чего в конечном итоге будут зависеть толщина и качество ледового покрова

Природное явление образования твердого ледового покрова на поверхности водоемов само по себе удивительно и связано прежде всего со свойствами воды – уникальной жидкости, в которой вся жизнь когда–то зародилась и от которой эта жизнь всецело зависит. Так вот, при плюсовой температуре все молекулы воды в каком–то объеме связаны между собой в бесконечные цепочки, поэтому в данном состоянии жидкость представляет из себя аморфное соединение с характерными свойствами. Однако, когда вода охлаждается ниже определенного температурного значения, начинается льдообразование – по сути это означает, что происходит разрыв цепочек воды на отдельные молекулы с распределением их в кристаллическую решетку. Вода из жидкого переходит в твердое агрегатное состояние – лед, плотность которого заметно меньше плотности воды, поэтому лед имеет положительную плавучесть и может выдерживать значительную внешнюю нагрузку, которая тем больше, чем толще и однороднее ледовый покров.

Становление льда, или перволедье, практически никогда не проходит по идеальному с точки зрения физики сценарию. Часто бывает так, что наблюдается по нескольку коротких периодов образования временного ледового покрытия, которое, не достигнув достаточной прочности, размывается затем дождями, ослабляется сырыми туманами и разбивается ветром. В лучшем случае период перволедья может быть и очень коротким – одна–две тихие ночи с крепким морозом. Кроме того, само перволедье, если оно уже сложилось, можно условно разделить на некие фазы: перволедок (тонкий, но уже не разрушающийся ледок), крепкий хотя бы местами лед и надежный лед, сплошь покрывший некоторые водоемы и везде пригодный для рыбалки. Ясно, что не только на разных водоемах, но даже на одном эти фазы разнесены и по времени, и по акватории, порой значительно. Поэтому, планируя первые выходы на лед, нужно хорошо представлять, что происходит на том или ином водоеме в зависимости от его типа и от сложившейся погодной ситуации. Такие знания даются только благодаря ежегодным наблюдениям и сравнительному анализу.

Теперь подробнее о тех природных процессах, которые ведут к образованию на поверхности воды льда, и о его свойствах, обусловленных качеством самой воды и рядом внешних факторов. Самое главное тут – конвективный теплообмен между двумя средами, водой и воздухом, происходящий на границе раздела. Вода, являясь очень емким аккумулятором тепла, к концу летнего сезона оказывается гораздо более нагретой, чем атмосфера вблизи поверхности земли.

Воздух как менее плотный, а потому не такой энергоемкий, быстро остывает из–за ставших длинными ночей и удаления планеты от светила с изменением интенсивности и наклона солнечных лучей к поверхности. И чем ниже опускается температура воздуха, тем быстрее происходит теплообмен с водой.

Когда поверхностный слой воды охладится до температуры плюс 4 градуса, при которой эта жидкость скачком становится максимально плотной, она, практически не перемешиваясь, опустится вниз, вытесняя вверх теплую и более легкую воду. Таким образом происходит вертикальная циркуляция и очень медленное перемешивание всей толщи воды. Этот процесс конвекции постепенно затухает по мере приближения общей температуры к 4 градусам, но совсем никогда не прекращается – донные слои постоянно получают тепло от ложа водоема, которое зимой всегда несколько теплее воды, иначе бы водоемы промерзли до дна, а лед бы нарастал и сверху, и снизу, что обычно происходит в климатических зонах с вечной мерзлотой.

Когда основная масса воды примет температуру 4 градуса, начинается ее дальнейшее охлаждение до 0 градусов – это точка перехода дистиллированной воды в кристаллическое состояние, то есть точка замерзания. Переохлаждение ниже 0 градусов приводит к образованию льда.

В реальности в различных водоемах вода представляет собой некий раствор из солей и микровзвесей, отличающийся по составу, что обычно снижает температуру, необходимую для становления льда, и для разных водоемов эта температура неодинаковая. Опять же, идеальной картины замерзания воды в природе не бывает, и лед каждый год встает по–разному – это зависит от погоды, которой ледостав сопровождается, а также от типа водоема: большой он или маленький, глубокий или мелководный, с течением или непроточный. На образование льда влияют также колебания уровня воды, значительные по объему теплые бытовые стоки, продолжающееся кое–где судоходство.

Если ледостав происходит в тихую морозную погоду, то лед практически равномерно покрывает весь водоем, нарастая от берегов, и прежде всего в местах мелководий. Когда процесс становления льда сопровождается сильным ветром, то образование ледяного покрова на открытых пространствах больших водоемов задерживается надолго – крутые волны ломают и уносят непрочный тонкий перволедок и сбивают его к подветренному берегу, где при достаточно сильном морозе, быстро схватывающем этот хрупкий строительный материал, может образоваться весьма толстая, но менее прочная, чем сплошной лед, широкая закраина. Другая закраина из монолитного льда будет расти от наветренного берега, и чем круче, выше этот берег, тем шире прозрачный отмосток ляжет на воду.

фото: Анатолий Маилков

При затихании ветра, если не случится внезапной оттепели, эти две закраины быстро соединятся, так как хорошо перемешанная и охлажденная вода будет готова к замерзанию. Однако рыболову еще долго следует помнить: где лед встал вначале – там он толще и прочнее. Понятно, что над большими глубинами, где масса воды велика, охлаждаться она будет дольше и образование льда наступит позже, чем на мелких местах. Такая же закономерность существует при ледоставе на обширных или небольших водоемах – на первых надежный лед встанет значительно позднее и при более крепких морозах.

На реках свои особенности ледостава: из–за течения вода постоянно перемешивается по всему объему и переохлаждение наступает для всей движущейся массы, на что нужно дополнительное время, поэтому лед на реке встает несколько позже, чем на водоемах со стоячей водой. Однако вода в реках подо льдом в целом холоднее, чем на озерах и водохранилищах, и как это ни парадоксально, дальнейший прирост льда на реке идет быстрее.

Разумеется, на сильном течении лед встает позже, чем на слабом. К тому же, после обильных осенних дождей в начале зимы на реках бывают ощутимые и достаточно резкие колебания уровня воды – обычно наблюдается его падение, связанное с уменьшением стока из притоков по причине замерзания поверхностных грунтовых вод. Это ведет к тому, что тонкий лед повисает и обламывается по берегам и течение уносит всю массу перволедка. Движущиеся льдины скапливаются в местах с обратным течением за мысами и на стрелках сбоя струй, а также на границе, где быстрый поток вливается в медленнотекущий плес. Во всех таких характерных местах образуются затем торосы, достигающие порой толщины до 3 метров – они всю зиму служат хорошим ориентиром для рыболовов при поиске рыбьих стоянок, поскольку подводные обитатели скапливаются вблизи подобных особенностей поведения речного потока, так как здесь естественным образом концентрируется корм.

Как уже было сказано выше, становление льда в начале зимы может происходить при разных внешних условиях, от чего в конечном итоге будут зависеть толщина и качество ледового покрова, а значит, и безопасность нахождения на нем. Но об этом в следующий раз…

Источник