Зимний режим рек и водоемов

Водные массы рек, озер и других водоемов получают тепло из окружающей среды и отдают его обратно. В результате этого теплообмена происходят суточные и годовые колебания температуры воды.

В реках в силу условий движения воды происходит постоянное перемешивание водных масс. Благодаря этому температура оказывается выровненной по глубине и по ширине потока. В больших водоемах имеется различие – градиент температуры по глубине.

Годовой ход температуры воды в реках характеризуется следующими особенностями. В течение зимних месяцев температура воды остается близкой к 0 С. Весной с повышением температуры воздуха и очищением реки ото льда вода быстро прогревается. Максимального значения температура воды достигает в июле-августе. Осенью по мере понижения температуры воздуха температура воды убывает. Характерным является то обстоятельство, что примерно первую половину периода, свободного ото льда, температура воды в большинстве случаев остается ниже температуры воздуха, а во вторую – несколько выше.

Суточный ход температуры воды наблюдается только в теплое время года. Причем амплитуда колебания температуры в течение суток на северных реках, как правило, меньше, чем на южных. Обусловлено это большей продолжительностью светового дня летом в северных районах страны.

По длине реки изменение температуры связано с общим направлением течения. На реках, текущих с севера на юг, температура воды постепенно возрастает к устью реки. Реки, имеющие ледниковое питание, характеризуются наиболее низкими значениями температуры воды в своих верховьях.

Началом зимнего периода считается время установления устойчивых отрицательных температур, а концом – момент окончания весеннего ледохода. Зимний режим включает в себя три характерных периода: замерзание, ледостав и вскрытие.

Первым признаком замерзания воды следует считать появление заберегов – неподвижных тонких ледовых образований в приурезовой области реки. При быстром течении забереги развиваются медленно. В этом случае в русле реки образуются тонкие пластинки льда округлой формы, плывущие по реке – сало.

В связи с равномерным охлаждением температуры по глубине ледообразование происходит не только на поверхности воды, но и в толще потока. Внутриводный лед скапливается в виде студенистой массы – шуги. Часть его всплывает на поверхность воды, другая часть уносится течением и перемещается в толще потока.

По мере движения вниз по течению ледовые образования увеличиваются в размерах и, смерзаясь между собой, образуют льдины. Льдины постепенно увеличиваются в размерах за счет замерзания воды в промежутках между ними. В момент, когда свободного пространства на поверхности воды становится совсем мало, движение льда прекращается и образуется сплошной ледяной покров – ледостав. В некоторых случаях на малых реках со спокойным течением воды ледостав может происходить за короткое время без ледохода.

После замерзания реки первое время в воде содержится много шуги. В стеснениях русла и на мелких перекатах шуга может накапливаться и забивать поперечное сечение потока. Это явление называется зажор. В результате затрудняется движение воды подо льдом и на вышележащих участках происходит подъем уровней воды.

Ледовый покров в начале зимы имеет сравнительно небольшую толщину. Дальнейший рост толщины льда происходит под действием отрицательных температур воздуха. Интенсивность ледообразования зависит от продолжительности стояния низких температур воздуха и их абсолютных величин. Чем ниже температура воздуха и чем длиннее зимний период, тем больше толщина льда в реке. Сдерживающее влияние на увеличение толщины льда оказывает снеговой покров, грунтовые воды и скорость течения воды в реке. В некоторых случаях влияние этих факторов настолько велико, что на отдельных участках река не замерзает в течение длительного периода времени, а иногда в течение всей зимы. Такие незамерзающие участки реки называются полыньями. Они встречаются в местах выхода грунтовых вод, в нижних бьефах плотин гидроэлектростанций, в истоках рек, вытекающих из озер. В полыньях происходит образование внутриводного льда и шуги.

С усилением солнечного излучения весной рост толщины льда прекращается. Увеличивается сток талых вод с водосборного бассейна и происходит подъем уровней воды. Вследствие этого лед вспучивается на середине реки и отрывается от берегов. В ледяных полях образуются трещины, и начинаются первые подвижки льда. Крупные ледяные поля разрушаются на отдельные льдины. По мере увеличения уровней воды вся масса льда приходит в движение – так начинается весенний ледоход. В некоторых местах образуются заторы льда, которые представляют собой скопление ледяных полей, препятствующих движению воды. При заторах льда уровни воды в реке поднимаются до некоторой величины, пока не происходит прорыв. В результате прорыва затора вниз по течению с большой скоростью устремляется масса скопившегося льда. Это может привести к повреждению гидротехнических и других сооружений на реках.

Весенний ледоход заканчивается с очищением реки ото льда. Период свободного состояния реки с момента окончания весеннего ледохода до начала наступления осеннего ледохода называется продолжительностью физической навигации. Фактическая продолжительность навигации – это период времени между проходом по реке первого и последнего судов транспортного флота. Обычно она меньше продолжительности физической навигации. В случаях, когда это целесообразно, на внутренних водных путях практикуется продление навигации за счет использования ледокольного флота и специальных средств, ускоряющих таяние льда.