Бывает ли так, что под рекой течет подземная река? — «Как и Почему»
Содержание
- Происхождение и питание рек
- Наземные реки
- Подземные реки
- Природный феномен
Большинство природных рек протекают по поверхности суши, есть и те, что находятся под землёй. Они несут воды по гротам, пещерам, пробивают себе дорогу в горных породах (обычно в мягких осадочных известняках, доломитах, песчаниках). Существуют водотоки, путь которых лишь частично проходит по царству Аида. Но бывает ли так, что под наземной рекой течёт подземная, есть ли между ними взаимосвязь?
Происхождение и питание рек
Реки – это активное звено влагооборота. Они возвращают в Мировой океан большую часть выпадающих на материках и островах осадков. Чтобы понять, существует ли связь между поверхностными и подземными водотоками, необходимо разобраться, как они образуются, и что их питает.
Наземные реки
Водный поток начинается с истока, места, где появляется постоянное течение в русле. Им может стать ручеёк, тающий ледник, подземный ключ. Вниз по течению в основную водную артерию впадают притоки: мелкие речки, которые собирают влагу с большой площади, называемой водосборным бассейном. Существует 3 типа питания рек.
- Дождевое. Ливневые воды попадают в русло, как во время дождя, так и более сложным путём: после накапливания под землёй в водоносных горизонтах или в результате фильтрации в почве.
- Снеговое. Тающий снег наполняет русло реки, пик полноводности приходится на весну.
- Ледниковое. Потоки, берущие начало высоко в горах, пополняют запасы воды за счёт таяния ледников в тёплое время года.
- Подземное. Воды, расположенные под землёй, питают реки круглый год, не давая им пересыхать зимой подо льдом и летом во время жары.
Большинство рек имеют смешанное питание. В мире на долю стока дождевого происхождения приходится 40% всех вод, на снеговое и подземное примерно по 30% и на ледниковое – менее 1%.
Подземные реки
Вода скапливается в верхней части земной коры, просачиваясь вглубь по порам, трещинам, пустотам после дождей и таяния снега, а также в результате превращения водяного пара в капли после охлаждения. Проходя сквозь пористые грунты, вода достигает водоупорного пласта, где под действием уклона или разницы давления начинает двигаться, образуя постоянные русла и размывая себе ходы в легко растворимых карстовых породах.
На первый взгляд, оба вида рек – это автономные потоки, не связанные друг с другом, но можно предположить, что вода, находящаяся в толще грунта, питает надземные, а они, в свою очередь, снабжают подземные течения водой, просачивающейся вглубь по трещинам и порам на дне русла.
Природный феномен
В августе 2011 года бразильские ученые из Департамента геофизики национальной обсерватории сделали сенсационное открытие. На глубине 4 000 м под Амазонкой найдена подземная река. Она течёт с запада на восток, расход воды приблизительно 3 900 м3/с, её длина составляет около 6 000 км.
Интересный факт: подземная река получила неофициальное название Rio Hamza в честь руководителя научной группы – Валия Маннатхала Хамзы. Профессор более 40 лет посвятил изучению Амазонки.
По словам учёных, исток реки Хамзы находится около Анд. По скалистой породе поток воды резко падает почти отвесно на глубину 2 км, затем уклон становится небольшим, и река начинает течь почти горизонтально. Результаты исследований учёные представили на 12-ом Международном конгрессе географического общества, доказав, что под рекой находится подземное течение.
Источник
Питание, водный режим рек, водный баланс речного бассейна
Для рек необходимо различать: процесс питания, режим водного стока и процесс формирования русла и долины.
Источники питания рек – дождевые, снеговые, ледниковые и подземные воды.
Дождевое питание преобладает в теплом поясе и в районах умеренного пояса с муссонным климатом. Доля стекающих дождевых осадков увеличивается при выпадении на увлажненную почву.
Снеговое питание преобладает в холодном и умеренном поясах. Стеканию снеговых вод способствуют повышенная интенсивность снеготаяния, зимнее промерзание грунта и особенно наличие ледяной корки на почве.
Ледниковое питание происходит в результате таяния ледников. Основные факторы – площадь водосбора, занятая ледниками, и температура воздуха.
Подземное питание – поступление в реку грунтовых и межпластовых вод (сток в реки почвенных вод и верховодки условно относится к поверхностному питанию). Зависит от геологического строения и распространения в бассейне водопроницаемых почв, трещиноватых пород, от лесистости.
Поверхностный сток, весьма неравномерный во времени, обычно существенно преобладает над медленным подземным стоком. Периоды максимального поверхностного стока всегда приурочены к определенному времени года. Быстрое поступление в реку огромных масс воды в периоды максимального поверхностного стока вызывает в ней резкое увеличение расходов и соответствующее повышение уровней воды.
Для большинства равнинных рек РФ сток весеннего половодья составляет более 50 % суммарного годового стока.
Питание рек подземными водами наиболее устойчиво и равномерно в течение круглого года. Подземное питание в той или иной мере имеют почти все реки, например у Волги оно составляет около 30 %. На некоторых малых реках подземное питание достигает 60 %.
В зависимости от условий питания в режиме рек выделяют: половодье, паводки и межень.
Половодье – фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях в один и тот же сезон, характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и длительным подъемом уровня воды. Половодье вызывается на равнинных реках — снеготаянием (весеннее половодье), на высокогорных – таянием снега и ледников (летнее половодье), в муссонных и тропических зонах – выпадением летних, затяжных дождей.
Паводок— фаза водного режима реки, которая может многократно повторяться в различные сезоны года, характеризуется интенсивным, обычно кратковременным, увеличением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепелей. Выдающийся по величине и редкий по повторяемости паводок (половодье), могущий вызвать жертвы и разрушения, называют катастрофически паводком.
В инженерной практике термин половодье часто заменяют словом паводок.
Межень — фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня и возникающая вследствие уменьшения питания рек. К летней (летне-осенней) межени относят период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии – до начала зимнего периода, то есть до возникновения на реке ледовых явлений. Летняя межень может быть устойчивой, продолжительной, а также прерывистой, неустойчивой (периодически нарушаемой дождями).
Зимняя межень совпадает обычно с периодом ледостава. Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижаются, достигая минимума перед вскрытием; это связано с истощением запасов подземных (грунтовых) вод.
Чередование на реках маловодных и многоводных периодов стока является объективным и объяснимым свойством рек, в конечном счете, оказывающем существенное влияние на работу дорожных водопропускных сооружений и мостовых переходов.
Общие закономерности изменения стока по территории можно проследить на примере распределения стока на европейской части бывшего СССР. На широтах 60-65 наблюдается «климатический гребень стока» со значением 350-400 мм. Отсюда понижение стока к северу до 300-350 мм из-за уменьшения осадков при более медленном уменьшении испарения. На севере Кольского полуострова повышение стока под влиянием относительно теплого Баренцева моря. Понижение стока к югу до 50-100 мм в степной зоне, до 20 мм на побережье Азовского моря и 5 мм в Прикаспийской низменности, связанное с уменьшением осадков и увеличением испаряемости. Некоторое увеличение стока на возвышенностях (Валдайская, Донецкий кряжи и др.) и существенное в горах – В Крыму с 20 до 150 мм, на Кавказе до 2000-3000 мм.
Классификация рек по водному режиму.
Реки с весенним половодьем, типы:
— Казахстанский – характеризуется очень высокой волной половодья и низким (до полного пересыхания) стоком в остальную часть года. Сток дают почти исключительно зимние осадки, быстрое таяние которых вызывает высокое, но не продолжительно е половодье;
— Восточноевропейский – характеризуется высоким весенним половодьем, летней меженью, прерываемой эпизодически ливнями, низкой зимней меженью и повышенным осенним стоком. Некоторые реки этого типа имеют два максимума: весной и осенью;
— Западносибирский – имеет небольшое, растянутое половодье, повышенный летне-осенний сток и низкую зимнюю межень. Наличие в бассейнах рек этого типа болт, озер, обширных, заливаемых пойм оказывает регулирующее влияние на сток. Длительная зима предопределяет низкий зимний сток;
— Восточносибирский – характеризуется высоким половодьем, систематическими летне-осенними паводками и очень низким зимним стоком. Этот тип рек связан с обильными дождями летом и осенью и ограниченностью подземного питания;
— Алтайский – отличается невысоким, растянутым, гребенчатовидным половодьем, повышенным летне-осенним и низким зимним стоком. Характер половодья рек этого типа обуславливается особенностями таяния снега в горах. На снеговое половодье накладываются дождевые паводки. Устойчивый зимний сток обусловлен запасом подземных вод.
Р еки с половодьем в теплую часть года, типы: дальневосточный, тяньшанский.
Р еки с паводочным режимом, типы: причерноморский, крымский, северокавказский.
Естественный водный баланс речного бассейна:
где x – осадки на поверхность бассейна;
z – суммарное испарение с его поверхности;
— приток подземных вод, получающих питание за пределами данного бассейна;
— отток подземных вод, сформировавшихся в данном бассейне, за его пределы не в составе речного стока;
— изменение запасов воды в бассейне, содержащейся в подземных водоносных горизонтах, в почве, в водоемах и русловой сети, в снежном покрове и ледниках.
В среднем за многолетний период в целом за год , величины
и имеют значение, как правило, лишь для части малых рек, поэтому уравнение водного баланса можно записать в простом виде:
Источник
Водное питание рек и его виды
Речной водный сток формируется в результате поступления в реки с их водосборов вод атмосферного происхождения, при этом часть атмосферных осадков стекает с реками в океан или бессточные озёра, другая часть – испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения в конечном счёте всех речных вод непосредственные пути поступления вод в реки могут быть различными. Выделяют четыре вида (или источника) водного питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Для рек в условиях тёплого климата главный вид питания – дождевое. Сток таких крупнейших рек, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном дождевыми водами. Этот вид питания рек в глобальном масштабе – главнейший: на его долю приходится более трети всего водного стока рек. Вторым по важности служит снеговое питание. Его роль весьма велика в питании рек в условиях умеренного климата (не менее 1/3 водного стока). Третье место по объёму поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходится около 30% объёма речного водного стока). Именно подземное питание обусловливает постоянство или большую продолжительность стока реки в течение года, что и создает в конечном итоге реку. Последнее место по значимости в водном питании рек занимает ледниковое питание (около 1% стока рек мира).
Дождевое питание
Каждый дождь характеризуется слоем выпавших осадков (мм), продолжительностью (минуты, часы, сутки), интенсивностью выпадения (мм в минуту, мм в час) и площадью распространения (км 2 ). В зависимости от этих характеристик дожди можно подразделить, например, на ливни и обложные.
Интенсивность, площадь распространения и продолжительность выпадения дождей определяют многие особенности формирования речного водного стока и пополнения подземных вод. Чем больше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше величина дождевого паводка. Чем больше отношение между площадью распространения дождя и площадью всего бассейна реки, тем также больше величина возможного паводка. Экстремальные паводки происходят по этим причинам обычно лишь на малых и средних реках. Пополнение подземных вод, как правило, происходит при длительных дождях. Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию и тем меньше величина дождевого стока. Наоборот, дожди, выпадающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают большую величину дождевого стока. Таким образом, один и тот же дождь в зависимости от состояния подстилающей поверхности и влажности воздуха может быть в одних случаях стокообразующим, а в других – почти не давать стока.
Снеговое питание
В умеренных широтах основным источником водного питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от его плотности и толщины снежного покрова может при таянии дать разный слой воды. Запасы воды в снеге (величину, очень важную для предсказания объёма талого стока в период половодья) определяют с помощью снегомерных съёмок. Запасы воды в снеге в бассейне реки зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бассейна реки обычно неравномерно – в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т.д. Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, т.е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температурой воздуха положительных значений и при условии положительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача начинается позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега – зернистости, капиллярных свойств и т.д. Сток возникает только после начала водоотдачи.
Подземное питание
Оно определяется характером взаимодействия подземных (грунтовых) и речных вод. Направленность и интенсивность этого взаимодействия зависят от взаимного положения уровня воды в реке, высоты кровли водоупорного пласта грунта и уровня грунтовых вод, в свою очередь зависящего от фазы водного режима реки и гидрогеологических условий. Подземное питание рек обычно наибольшее в межень, когда грунтовые воды поступают в реку. В половодье уровень воды в реке, как правило, выше уровня грунтовых вод и поэтому в это время река питает грунтовые воды.
Ледниковое питание
Такое питание имеют лишь реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками. Вклад ледникового питания в речной водный сток тем больше, чем больше доля общей площади бассейна реки занята ледниками. Этот вклад наибольший в самых верхних частях горных рек.
У каждой реки доля отдельных видов водного питания может быть разной. Определение в каждом конкретном случае вклада различных видов питания в речной водный сток – задача исключительно сложная. Наиболее точно её можно решить либо с применением «меченых атомов», т.е. путём радиоактивной «маркировки» вод различного происхождения, либо путём анализа изотопного состава природных вод. Более простой, но приближённый способ выделения различных видов питания – это графическое расчленение гидрографа реки.
В настоящее время наиболее распространена классификация рек по видам (или источникам) питания М.И. Львовича Львович Михаил Исаакович (1906–1998), известный советский гидролог, доктор географических наук (1942). Внёс большой вклад в изучение мирового водного баланса, питания и режима рек. Создал первые в СССР карты стока рек мира и водного баланса страны. . Для определения степени преобладания того или иного вида питания приняты три градации. Если один из видов питания даёт более 80% годового водного стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (вклад других видов питания не учитывается). Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80% водного стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания упоминаются, если на долю каждого из них приходится больше 10% годового водного стока). Если же ни один из видов питания не дает больше 50% годового стока, то такое питание называют смешанным и иногда указывают некоторые виды питания в порядке убывания их вклада в сток реки. Указанные диапазоны градаций (80 и 50%) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового питания соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25%.
Бóльшая часть рек на территории бывшего СССР имеет преобладающее снеговое питание. Почти исключительное снеговое питание имеют реки Северного Казахстана и Заволжья. Реки с дождевым питанием занимают южную часть территории к востоку от Байкала, а также бассейны Яны и Индигирки, Черноморское побережье Кавказа, Крым и Северный Кавказ. Ледниковое питание имеют реки на Кавказе и в Средней Азии.
Источник
ПИТА́НИЕ РЕК
ПИТА́НИЕ РЕК, поступление в реки вод различного происхождения, определяющее их водный сток и режим. Весь речной сток формируется в результате выпадения на земную поверхность осадков атмосферных, в зависимости от путей их непосредственного поступления в реки выделяют 4 осн. вида П. р.: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное (грунтовое). Кроме основных, существуют также озёрное и болотное П. р., в случае если реки вытекают из озёр или болот. При дождевом, снеговом и ледниковом П. р. дождевые воды, талые воды снежного покрова и горных ледников непосредственно попадают в реки при плоскостном или ручейковом стекании по склонам. Часть дождевых и талых вод попадает в реки более сложным путём в результате их фильтрации в почвогрунты, накопления в подземных водоносных горизонтах и последующего подземного стока в дренирующие эти горизонты реки. Изменение подземного П. р. в течение года зависит от характера взаимодействия поверхностных (речных) и грунтовых вод и местных гидрогеологич. условий.
Соотношение видов П. р. зависит от климатич. условий водосборного бассейна реки. В субтропич., тропич., субэкваториальных и экваториальном поясах осн. роль принадлежит дождевым водам (самые многоводные реки мира – Амазонка, Брахмапутра, Ганг, Иравади, Конго, Меконг, Ориноко); в условиях умеренных, субантарктич. и субарктич. климатич. поясов преобладают снеговое и дождевое питание (напр., Амур, Волга, Дунай, Енисей, Лена, Обь, Рейн и др.); ледниковые воды преобладают в небольших реках, стекающих с ледников (напр., в ледяных руслах Антарктиды и Гренландии), участвуют в П. р., берущих начало в высокогорных районах. В водном стоке всех рек мира в среднем воды дождевого происхождения составляют ок. 40%, снегового и подземного – приблизительно по 30%, ледникового – менее 1%. Вклад разных видов П. р. в водный сток изменяется как по течению рек, так и по сезонам года. Напр., в самом верхнем течении крупной реки, вытекающей из высокогорного массива, существенную роль может играть ледниковое питание, в предгорной части – снеговое и дождевое, в низовьях – подземное. В условиях умеренного климата (напр., в бассейне Волги) в период весеннего снеготаяния в половодья реки получают снеговое питание, во время осенних паводков – дождевое, в летнюю и зимнюю межень – подземное (грунтовое). У рек в муссонном климате (напр., у Меконга) обычно хорошо выражены два сезона: многоводный, «влажный» с дождевым муссонным половодьем и маловодный, «сухой», межень с преобладанием подземного питания. На реках, вытекающих из высокогорных массивов и протекающих в условиях засушливого климата (напр., у Амударьи), в тёплое время года может проходить половодье, сформированное талыми водами горных снежников и ледников. У рек со смешанным водным питанием (напр., у Дуная) обычно наблюдается длительное весенне-летнее половодье снегового и дождевого происхождения.
Определение в каждом конкретном случае вклада разл. видов П. р. в общий речной сток – задача сложная. Наиболее точно её можно решить с применением «меченых атомов», т. е. путём радиоактивной маркировки вод разл. происхождения, или при анализе изотопного состава природных вод. Более простой, но приближенный способ выделения разл. видов П. р. – графич. расчленение гидрографа реки (график изменения расхода воды в реке в течение года) путём, напр., выделения снегового весеннего половодья, дождевых осенних паводков и летней и зимней межени, когда преобладает подземное (грунтовое) питание.
А. И. Воейков – первый климатолог, предложивший классификацию рек земного шара по видам питания. Эта классификация явилась одновременно и районированием земного шара по характеру П. р., в котором были выделены: области, где реки получают питание преим. от сезонного таяния снега и ледников; области, где реки получают воду преим. от дождей; области, где постоянных водотоков нет. В кон. 20 в. была разработана и получила наибольшее распространение классификация рек по видам (источникам) питания М. И. Львовича. Для определения степени преобладания того или иного вида П. р. приняты три градации: 1) если один из видов питания даёт св. 80% годового водного стока реки, следует говорить об исключит. значении данного вида (др. виды не учитываются); 2) от 50 до 80% годового водного стока – виду питания придаётся преимущественное значение (др. виды учитываются лишь если на долю каждого из них приходится св. 10% годового стока реки); 3) если ни один из видов питания не даёт больше 50% годового стока реки, питание называют смешанным. Указанные диапазоны градаций относятся ко всем видам питания, кроме ледникового, для которого соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25%. В пределах России исключительно снеговое питание имеют небольшие реки в Заволжье; преим. снеговое питание (с большой долей грунтового) – Иртыш, Ишим, верхнее течение Тобола, Дон; преим. снеговое питание (с участием дождевого и грунтового) – реки Алтая, б. ч. бассейна Волги. Преим. дождевое питание у рек в бассейнах Амура, Ангары, в верхних частях бассейнов Яны и Индигирки. Реки с ледниковым питанием встречаются в горах Кавказа и Алтая, со смешанным питанием (с преобладанием снегового) находятся на северо-западе страны, а также в предгорьях Сев. Кавказа, Сев. Алтая, в Саянах, в бассейне Лены.
Источник