Відомим фактом є те, що не існує навіть двох річок які володіли б однаковим хімічним складом, однаковою фауною, мали б однаковий колір і інші характеристики. Те ж саме можна сказати і про річковому режимі, який зазнає змін протягом усього часу існування самої річки. Згідно з визначенням, даним в літературі географічної спрямованості, режим річки являє собою звичайний для кожної річки хід змін рівня, швидкості і температури, а також руху, складу і берегового рельєфу, який відповідає за форму річки.
Надходження води в річки називається їх харчуванням. Розрізняють чотири основних джерела живлення річок: дощове, снігове, льодовикове і підземне. Харчування річок, як і їх режим, залежить головним чином від кліматичних умов. Дощове живлення властиво річках тропічних і мусонних областей, а також багатьом річках Західної Європи, що відрізняється м'яким кліматом; снігове - річках, де протягом холодного періоду накопичується багато снігу (більшість річок СРСР); ледніковое- річках високих гірських областей; підземне - річках, поточним в широких долинах. Однак значно частіше зустрічаються річки зі змішаним харчуванням.
Режим річок - закономірна зміна стану річки в часі (зміна рівня, витрат, стоку, швидкості, температури і т. Д.). У річному водному режимі річок виділяються періоди з типово повторюваними рівнями, які називаються меженью, повінню і паводком. Межень - найнижчий рівень води в річці. У межень витрата і стік річок незначні, головним джерелом харчування є підземні води. У помірних і високих широтах розрізняють літню і зимову межень. Літня межень настає в результаті великого поглинання опадів грунтом і сильного випаровування, зимова - в результаті відсутності поверхневого харчування.
Рис.1. Паводок в гирлі Совца (м Дзержинськ, Росія)
Повінь - високий і тривалий підйом рівня води в річці, зазвичай супроводжується затопленням заплави; спостерігається щорічно в один і той же сезон. Під час повені річки мають найбільшу водність, на цей період припадає значна частина річного стоку (нерідко до 60-80%). Повені викликаються весняним таненням снігу на рівнинах, літнім таненням снігу і льоду в горах і в полярних країнах, рясними дощами. Час настання і тривалість водопілля в різних географічних умовах різні.
Паводок - швидке, але короткочасне підняття рівня води в річці і значне збільшення її водності; на відміну від повені виникає нерегулярно. Утворюється зазвичай від дощів, іноді в результаті швидкого танення снігу, а також пропусків води з водосховищ. Вниз по річці паводок поширюється хвилею. Поступово распластивая, хвиля загасає. Найбільш високі підйоми води призводять до повеней - затоплень місцевості, розташованої в річковій долині вище щорічно затоплюється заплави. Утворюються повені в багатоводні роки в результаті рясного припливу води в період сніготанення або злив, а також внаслідок захаращення русла льодом під час льодоходу. На гирлових ділянках деяких рівнинних річок повені виникають внаслідок вітрових нагонов води з боку моря і підпору річкового потоку, наприклад на Неві, для попередження чого ведеться будівництво захисних споруд з боку моря.
Повені часті на річках Далекого Сходу, де викликаються рясними мусонними дощами, трапляються на Міссісіпі, Огайо, Дунаї та інших річках. Вони завдають великої шкоди. Висота підйому води під час повені і паводки дуже різна. Так, весняний підйом води на більшості великих річок європейської частини СРСР сягає 4 м; на великих сибірських річках у зв'язку з заторами льоду підйом води може доходити до 15-20 м. Людина активно впливає на стік річок. Він будує греблі, водосховища, канали, змінює поверхневий стік шляхом лісонасадження, пристрої ставків і снігозатримання. Накопичені весняні води в літній сезон підтримують більш високий рівень річок. Річки холодних і помірних країн в холодний період року покриваються льодом. Потужність крижаного покриву може досягати 2 м і більше.
Однак деякі ділянки річок взимку не замерзають. Ці ділянки називаються ополонками. Найчастіше ополонки спостерігаються в місцях швидкого перебігу, при виході річки з глибокого озера, на місці великої кількості джерел. Замерзання і розкриття річок супроводжуються льодоходом, при якому спостерігаються затори і зажори. Затори - скупчення пливе льоду, викликані будь-якими перешкодами. Зажори - скупчення внутрішньоводного льоду. Одні й другі викликають зменшення поперечного перерізу річки (іноді на 30%), підйом рівня води, а при прориві - швидке її рух разом з льодом. Затори особливо характерні для річок, що течуть із півдня на північ (Північна Двіна, Макензі, Лена і ін.), Розтин яких починається з верхів'їв.
Тепловий режим річок, рівняння теплового балансу ділянки річки
Рівняння теплового балансу Sсн + Scp + Sіа-Sів + -Sта + -Sік,
де Sсн - підсумковий прихід тепла до снігу в кал / (см 2 -мін); Sср - сумарна радіація; Sіа, Sів - випромінювання атмосфери і води; Sта - турбулентний теплообмін з атмосферою; Sік - теплообмін з атмосферою при випаровуванні і конденсації.
Процеси і фактори, що впливають на температуру води в річках. Нагрівання і охолодження води в річках і озерах відбувається під впливом теплообміну, совершающегося між масою води і навколишнім середовищем, виразом чого є тепловий баланс ділянки річки. Процес обміну теплом водної маси з навколишнім середовищем відбувається по межі поділу води з атмосферою і грунтами. Перенесення тепла від поверхні розділу в товщу водної маси здійснюється в результаті турбулентного перемішування.
Деяку роль у поширенні тепла вглиб, крім перемішування, особливо в озерах і застійних ділянках річок, грає безпосереднє проникнення сонячної енергії в воду. Таким шляхом в залежності від каламутності і кольору води на глибину 1 м проникає від 1 до 30%, а на глибину 5 м -від 0 до 5% падаючої та поверхню води променевої енергії. Процес теплообміну істотно змінюється протягом доби я по пори року зі зміною метеорологічних умов і висоти сонця.
Відповідно до зміни теплового потоку і хід температури води має періодичний характер. Днем, навесні і влітку переважає зростання температури, вночі, восени і взимку - зменшення. Особливо істотні зміни в процес теплообміну вносить поява крижаного і сніжного покриву. З його виникненням теплообмін з атмосферою різко зменшується: припиняється турбулентний теплообмін і вологообмін з атмосферою і проникнення в воду променевої енергії. В цей час безпосередній обмін теплом між водною масою і атмосферою здійснюється тільки шляхом теплопровідності крізь лід і сніг.
Розподіл температури по живому перерізу річки, довжині і по часу
Розподіл температури по живому перерізу річки. Турбулентний характер перебігу в річках, що обумовлює безперервне перемішування водних мас, створює умови для вирівнювання температури по живому перерізу річки. У літню пору днем вода на поверхні трохи тепліше, ніж у дна, вночі ж температура у дна трохи вище.
При встановленні крижаного покриву більш низькі температури (0 ° С) спостерігаються у поверхні води. При утворенні крижаного покриву і появу на ньому снігу товщиною 10-20 см практично припиняється доступ до води променевої енергії і виключається зустрічний випромінювання води. При відсутності ж променистого теплообміну тепловий режим води буде цілком визначатися потоком тепла від дна і берегів річки, що "призводить до виникнення теплового потоку, спрямованого від придонних шарів води до її поверхні. Відмінності в температурах води окремих точок живого перерізу зазвичай невеликі: вони знаходяться в межах десятих і сотих часток градуса, рідко досягаючи 2-3 ° С. В умовах складного обриси русла при наявності заплав і зон з малими швидкостями течії розподіл температури по живому перерізу і по глибині може бути б леї складним. Але ці випадки є винятками з загальної картини розподілу температур по живому перерізу.
Зміна температури води в часі. Зміна інтенсивності теплового потоку, що надходить в воду, і витрачання отриманих тепла протягом доби і року, викликає відповідні коливання температури води.
Добовий хід температури води найбільш чітко виражений в теплу частину року. Основним фактором, що визначає амплітуду добових коливань температури води, є водність річки: чим більше водність річки, тим менше добова амплітуда. Крім водності, амплітуда коливань температури води залежить також від широти місця. Менша амплітуда на північних річках є наслідком того, що в цих районах в весняно-літній період ніч коротка і, отже, немає умов для великого нічного охолодження. Добові амплітуди коливання температури води в значній мірі залежать від умов погоди: при ясній погоді вони більше, при похмурій - менше. Річний хід температури води характеризується наступними особливостями. Протягом зимових місяців температура води дуже мало відрізняється від 0 ° С і практично приймається рівною 0 ° С.
Зміна температури по довжині річки. Температура води річок, особливо мають досить велику довжину, змінюється і вздовж за течією відповідно до зміни перш за все кліматичних умов і характеру водного харчування. Зміна температури води рівнинних річок, що течуть в меридіональному напрямку (з півдня на північ або з півночі на південь), залежить від багатьох причин: пори року, джерела живлення, припливні, наявності в басейні річки озер, а також від зміни ландшафтних зон, через які протікає річка. У міру віддалення від витоку вода в річці нагрівається. Досягнувши найвищого для даної річки значення, далі на деякій ділянці вниз за течією температура води істотно не змінюється. Довжина ділянки з відносно більш високими температурами залежить, зокрема, від довжини самої річки: чим менше річка, тим коротше ця ділянка.
У період охолодження відбувається вирівнювання температури води по довжині річки, в деякі моменти часу і в нижній її течії температури можуть бути вище, ніж у верхньому. Це пояснюється більш високою водністю річки в нижній течії і, отже, більшою тепловою інерцією. Температура води річок, що течуть з півночі на південь, зазвичай підвищується до самого гирла, але це підвищення різна і залежить від ряду зазначених вище причин.
Зимовий режим річок. Фази зимового режиму - замерзання, льодостав, розтин річок
Льодовий режим річок. При охолодженні води до 00С і триваючої після цього віддачі тепла з водою поверхні на річках виникають льодові освіти-річки вступають у фазу зимового режиму. За початок зимового періоду умовно приймають встановлення негативних температур повітря, що супроводжуються виникнення на річці льодових утворень. Кінцем зимового періоду вважають момент очищення річки від льоду. Для багатьох річок ототожнення кінця зимового періоду з моментом очищення їх від льоду найчастіше може виявитися недоцільним, так як часто навіть максимум весняного водопілля супроводжується льодоходом або значна частина паводку проходить поверх льоду. Тому правильніше з точки зору виділення зимової фази стоку за момент закінчення зимового режиму приймати момент початок першої інтенсивної прибутку весняної води.
Рис.3. Людство на річці Томь (Західний Сибір, Росія)
Період життя річки, пов'язані з льодовими явищами, може бути розділений на 3 характерні частини: замерзання річки, що включає час осіннього льодоходу, льодостав і розтин річки. У зимовий період річки колишнього СРСР живуть виключно за рахунок харчування грунтовими водами. Тільки на півдні і в період порівняно короткочасних відлиг в північних районах може спостерігатися більш-менш значний поверхневий стік. У величезному ж більшості випадків витрати річок в зимовий період різко зменшуються (на деяких річках до повного припинення стоку) за рахунок промерзання грунтів і иссякания запасів грунтових вод.
Людство. Зі збільшенням числа крижин і їх розмірів швидкість руху крижаних полів зменшується і в місцях звуження русла, на дрібних ділянках, у острівців і у штучних споруд відбуваються тимчасові затримки, що призводять в умовах негативних температур повітря до швидкого змерзання крижаних полів і утворення суцільного крижаного покриву, або льодоставу. Описаний процес замерзання річок є найбільш типовим, проте на малих річках і навіть на окремих ділянках великих річок з дуже спокійним перебігом людства може встановитися протягом короткого періоду часу з низькими температурами без осіннього льодоходу.
Розтин річок. З настанням періоду позитивних температур починається танення льоду і надходження води в річки за рахунок поверхневого стоку. Внаслідок танення снігу з'являється вода поверх льоду спочатку біля берегів, потім сніг на всьому крижаному покриві просочується поступово скупчується водою. Танення льоду найбільш інтенсивно відбувається уздовж берегів як за рахунок надходження талих вод з басейну, так і в результаті того, що грунт нагрівається швидше. Внаслідок підйому рівня води лід кілька спучується. Уздовж берегів утворюється зниження, по якому тече вода і розмиває крижаний покрив. Утворені при цьому смуги води, вільні від льоду, називаються закраинами.
Випаровування і його роль в балансі вологи. Испаряемость і сумарне випаровування
Характеристика процесу випаровування з водної поверхні. Процес випаровування полягає в тому, що вода з рідкого або твердого стану перетворюється в газ (пар). Молекули води, перебуваючи в безперервному русі, долають силу взаємного молекулярного тяжіння і вилітають в повітря, що знаходиться над поверхнею води. Чим вище температура води, тим більше швидкість руху молекул і тим, отже, більшу кількість молекул води відривається від її поверхні і переходить в атмосферу - випаровується. Тому інтенсивність випаровування залежить, перш за все, від температури поверхні випаровування. Крім того, частина молекул, що відірвалися від поверхні води і знаходяться в повітрі, в процесі руху може знову потрапити в воду.
Якщо кількість молекул, які переходять з повітря в рідину, виявиться більше, ніж кількість молекул, що вилітають з рідини в повітря, відбувається процес, зворотний випаровуванню. Такий процес називається конденсацією. Випаровування залежить від різниці між пружністю водяної пари, що насичує простір при температурі поверхні, що випаровує, і пружністю водяної пари, фактично знаходиться в повітрі. Інтенсивність випаровування зростає, якщо в прилеглому до поверхні, що випаровує шарі повітря існують висхідні та низхідні струми, звані конвекційними. Вони виникають в тому випадку, коли температура повітря, безпосередньо прилеглого до поверхні, що випаровує, вище, ніж температура верхніх шарів.
Над великими водними просторами, де випаровування відбувається одночасно з великої площі, горизонтальне переміщення повітря не може забезпечити скільки-небудь значний горизонтальний приплив більш сухих мас повітря. Однак зі збільшенням горизонтальної швидкості вітру збільшуються і вертикальні складові, що викликають вертикальне переміщення мас повітря, що проходять над поверхнею водойми. Це вертикальне переміщення повітря і є основним для процесу випаровування над великими водними просторами (океани, моря, великі озера). Випаровування з поверхні грунту і випаровування рослинним покривом протікає значно складніше. Випаровування з поверхні грунту визначається не тільки різницею пружності водяної пари і коефіцієнтом обміну, а й кількістю вологи, що знаходиться в грунті, і особливостями будови грунту. Сумарне випаровування з поверхні грунту і рослинним покривом (транспірація). З ділянок суші, покритих рослинністю, сумарне випаровування формується з трьох складових: випаровування безпосередньо з грунту, випаровування рослинністю в процесі її життєдіяльності (транспірація), випаровування опадів, затриманих рослинною масою. Для визначення випаровування можуть бути використані наступні методи: а) випарників, б) водного балансу, в) турбулентної дифузії, г) теплового балансу.