Idrologia 2012
CONFERENZA 6. Nutrire i fiumi. SPRECHI D'ACQUA NEL BACINO DEL FIUME. Bilancio idrico dei bacini idrografici.
Domande:
Il deflusso del fiume si forma a seguito dell'ingresso dell'acqua atmosferica nei fiumi, mentre parte delle precipitazioni atmosferiche scorre con i fiumi nell'oceano o nei laghi senza drenaggio e l'altra parte evapora. Tuttavia, con l'unità dell'origine atmosferica, in ultima analisi, di tutte le acque fluviali, i modi diretti in cui l'acqua entra nei fiumi possono essere diversi.
Tipi di alimentazione del fiume.
Esistono quattro tipi di nutrizione fluviale: pioggia, neve, ghiaccio e metropolitana. L'origine atmosferica delle acque coinvolte nella pioggia, nella neve e nell'alimentazione glaciale dei fiumi è ovvia e non richiede spiegazioni. Anche l'alimentazione sotterranea dei fiumi, come risulta dall'analisi del bilancio idrico del territorio e dallo studio del regime delle acque sotterranee, è costituita, in definitiva, principalmente da acque di origine atmosferica, ma che hanno percorso un percorso più complesso. Solo in rari casi si può parlare di partecipazione all'alimentazione sotterranea di fiumi di acque non di origine atmosferica, ma di origine “giovanile”.
Per fiumi in condizioni clima caldo il tipo principale di cibo è la pioggia. Il flusso dei fiumi più grandi del mondo come l'Amazzonia, il Gange e il Brahmaputra, il Mekong, si forma principalmente a causa dell'acqua piovana. Questo tipo di alimentazione fluviale è la più importante a livello mondiale. Il secondo più importante è l'alimentazione della neve. Il suo ruolo è molto importante nell'alimentare i fiumi in determinate condizioni clima temperato. Il terzo posto in termini di volume d'acqua che entra nei fiumi è occupato dalle acque sotterranee (rappresentano in media circa 1/3 del volume della portata del fiume). È l'alimentazione sotterranea che determina la costanza o la lunga durata del flusso del fiume durante tutto l'anno, che alla fine crea il fiume. L'ultimo posto per importanza ricade sulla nutrizione glaciale (circa l'1% della portata dei fiumi del mondo).
cibo piovoso . Ogni pioggia è caratterizzata da uno strato di precipitazioni (mm), durata (min, h, giorno), intensità delle precipitazioni (mm/min, mm/h) e area di distribuzione (km 2). A seconda di queste caratteristiche, le piogge possono, ad esempio, essere suddivise in docce e forti piogge.
L'intensità, l'area di distribuzione, la durata e il tempo delle precipitazioni determinano molte caratteristiche della formazione del deflusso dei fiumi e della ricarica delle acque sotterranee. Maggiore è l'intensità, l'area di distribuzione e la durata della pioggia, maggiore (ceteris paribus) è l'entità dell'alluvione. Maggiore è il rapporto tra l'area delle precipitazioni e l'area del bacino, maggiore è l'entità della possibile alluvione. Per questi motivi, le piene catastrofiche si verificano solitamente solo su fiumi di piccole e medie dimensioni. Il rifornimento delle acque sotterranee, di regola, avviene durante piogge prolungate. Minore è l'umidità dell'aria e più asciutto il terreno durante il periodo delle piogge, maggiore è il costo dell'acqua per l'evaporazione e l'infiltrazione e minore è la quantità di deflusso delle piogge. Al contrario, le piogge che cadono su terreni umidi a basse temperature dell'aria danno una grande quantità di deflusso di pioggia. Pertanto, la stessa pioggia, a seconda dello stato della superficie sottostante e dell'umidità dell'aria, può in alcuni casi formare deflusso e in altri quasi nessun deflusso.
Cibo per la neve. Alle latitudini temperate, la principale fonte di nutrimento del fiume è l'accumulo di acqua nel manto nevoso. La neve, a seconda dello spessore del manto nevoso e della densità, può dare un diverso strato d'acqua durante lo scioglimento. Le riserve idriche nella neve (un valore molto importante per prevedere il volume del deflusso di scioglimento) sono determinate mediante indagini nivologiche.
Le riserve d'acqua nella neve nel bacino dipendono dalla quantità di precipitazioni invernali, che a sua volta è determinata dalle condizioni climatiche. Le riserve idriche nel manto nevoso sono generalmente distribuite in modo non uniforme sull'area del bacino, a seconda dell'altezza del terreno, dell'esposizione dei pendii, del terreno irregolare, dell'influenza della vegetazione, ecc. A causa del trasporto del vento in depressioni, avvallamenti, burroni, di solito durante l'inverno si accumula più neve che su superficie piana; molta neve si accumula ai margini del bosco e nei punti in cui sono distribuiti gli arbusti.
I processi dovrebbero essere distinti scioglimento della neve e perdita d'acqua manto nevoso, cioè il flusso d'acqua non trattenuto dalla neve alla superficie del suolo. Lo scioglimento della neve inizia dopo che la temperatura dell'aria raggiunge valori positivi e nella condizione di un bilancio termico positivo sulla superficie della neve. La perdita d'acqua inizia più tardi dell'inizio dello scioglimento della neve e dipende dalle proprietà fisiche della neve: granulometria, proprietà capillari, ecc. Il deflusso si verifica solo dopo l'inizio della perdita d'acqua.
Lo scioglimento delle nevi primaverili si divide in tre periodi: 1) il periodo iniziale (la neve è ricoperta da un manto continuo, lo scioglimento è lento, non vi è praticamente alcuna perdita d'acqua dal manto nevoso, il deflusso non si è ancora formato); 2) il periodo di discesa della massa principale di neve (inizia un'intensa perdita d'acqua, compaiono disgeli, il deflusso aumenta rapidamente); 3) il periodo della fine dello scioglimento (le rimanenti scorte di neve si sciolgono). Nel primo periodo si scioglie circa il 30% delle riserve di neve, nel secondo - 50%, nel terzo - 20%. La resa idrica è massima durante il secondo periodo (oltre l'80% delle riserve idriche nella neve). In questo momento, il manto nevoso rilascia l'acqua accumulata nella neve sia nel secondo che nel primo periodo.
La zona in cui si svolge questo momento si chiama neve che si scioglie zona di scioglimento simultaneo della neve. Quest'area è limitata fronte di fusione(la linea che separa la zona di fusione dalla zona dove la neve non ha ancora iniziato a sciogliersi) e fondente posteriore(la linea che separa la zona di fusione dalla zona dove la neve si è già sciolta). L'intera zona di scioglimento della neve simultanea si sposta in primavera nelle pianure dell'emisfero settentrionale da sud a nord e in montagna - su per i pendii. Il tasso di diffusione della parte posteriore dello scioglimento in pianura è solitamente di 40–80 km/giorno, raggiungendo a volte 150–200 km/giorno.
Una caratteristica importante dello scioglimento della neve è la sua intensità.È determinato dalla natura della variazione della temperatura dell'aria in primavera ("cordialità della primavera") e dalle caratteristiche della superficie sottostante.
Il volume dell'alluvione primaverile è determinato principalmente dall'approvvigionamento idrico totale nel manto nevoso e l'aumento del flusso d'acqua nel fiume e l'entità del flusso d'acqua massimo dell'inondazione, inoltre, sono determinati dall'intensità dello scioglimento della neve e dal proprietà di filtrazione del terreno durante il periodo di scioglimento della neve (il terreno ghiacciato o umido riduce le perdite di infiltrazione e aumenta l'acqua scongelata).
Il calcolo dello scioglimento della neve e la valutazione del suo ruolo nella formazione del deflusso viene effettuato in vari modi. I più semplici si basano sui dati sulle variazioni della temperatura dell'aria come motivo principale scioglimento della neve. Quindi, una formula empirica della forma
h = T, (6.1)
dove h è uno strato di acqua di fusione (mm) per l'intervallo di tempo t;
T - la somma delle temperature medie giornaliere positive dell'aria per lo stesso intervallo di tempo,
- coefficiente di proporzionalità, chiamato coefficiente di fusione (questo è uno strato di acqua di fusione per un grado di temperatura media giornaliera positiva dell'aria).
Il valore medio del coefficiente di fusione a per le aree aperte nel territorio a nord di 55°N. di latitudine, approssimativamente pari a 5 mm per 1, per il bosco varia da 1,5 mm/grado per le fitte foreste di conifere a 3-4 mm/grado per le foreste decidue di media densità.
L'intensità dello scioglimento della neve può essere determinata in modo più accurato utilizzando metodo del bilancio termico.
Alimentazione sotterranea dei fiumi.
È determinato dalla natura dell'interazione delle acque sotterranee (terrestre) e fluviali. Le acque sotterranee si formano a seguito dell'infiltrazione delle precipitazioni atmosferiche (scioglimento della neve e della pioggia) attraverso i vuoti nel suolo e nel suolo. Quando l'acqua infiltrata raggiunge lo strato resistente all'acqua (il più delle volte depositi di argilla), si accumula e si forma acquaorizzonte nasale, cioè. uno strato di un serbatoio permeabile saturo d'acqua, che si muove lungo la superficie dell'aquiclude verso il suo pendio sotto l'influenza della gravità. Laddove le morfologie negative (valli fluviali, anfratti, bacini lacustri) aprono la falda acquifera, le acque sotterranee affiorano in superficie sotto forma di sorgenti o infiltrazioni disperse sul pendio.
Con una certa struttura geologica, la falda viene bloccata da un'altra acquiclude prima di raggiungere la superficie, poi da una seconda, ecc. Si chiamano acque bloccate dall'alto da strati resistenti all'acqua acque sotterranee interstratale. L'approvvigionamento di queste acque viene effettuato in zone dove la corrispondente falda acquifera non è ostruita dall'alto da un acquiclude. Le acque interstratali sono caratterizzate dall'occorrenza testa, per cui l'acqua, quando una falda acquifera viene aperta da un pozzo o lungo fessure naturali, risale. Viene chiamato il livello a cui l'acqua sale livello piezometrico. Viene chiamato l'eccesso di questo livello sopra il livello dell'acqua nella falda acquifera altezza di spinta. L'aumento dell'acqua sotto l'azione della pressione può raggiungere la superficie terrestre. Ciò è particolarmente caratteristico delle acque artesiane confinate a strutture geologiche di tipo sinclinale - bacini artesiani.
Tra le falde acquifere c'è solitamente un collegamento dovuto alla circolazione dell'acqua attraverso le fessure delle falde acquifere o alla lenta infiltrazione attraverso di esse attraverso i pori.
Si chiama acque sotterranee confinate alle falde acquifere acque di formazione. Nelle rocce, le acque sotterranee si muovono spesso attraverso il sistema di fessure nelle rocce. (acque di fenditura), lungo fessure o vene isolate con maggiore fratturazione (acque venose), lungo vuoti carsici (carsico acqua).
Nella zona di distribuzione del permafrost, ci sono subpermafrostacqua, sdraiato sotto lo strato di rocce ghiacciate, acque interpermafrost all'interno della massa congelata e acque del permafrost, per cui le rocce ghiacciate fungono da aquiclude.
Le acque sotterranee e, inoltre, le acque interstratali esistono, di regola, durante tutto l'anno e forniscono un approvvigionamento costante di fiumi. Nella zona di distribuzione del permafrost, ciò si applica solo alle acque subpermafrost.
Viene chiamato lo strato superiore di terreno fino alla falda freatica zona di aerazione. Le acque della zona di aerazione, rimaste nei pori del terreno, vengono progressivamente spese per l'evaporazione, principalmente attraverso la traspirazione delle piante.
Accumuli temporanei di acque gravitazionali nella zona di aerazione possono verificarsi al di sopra di singole lenti di rocce impermeabili (acqua di persico) e al di sopra di un relativo aquiclude, ad esempio al di sopra dell'orizzonte illuviale dei suoli podzolici, la cui permeabilità è molto inferiore agli strati sovrastanti. Il movimento dell'acqua lungo la relativa acquiclude verso le sue forme di pendio suolo, o intrasuoloscorta.
La profondità di distribuzione delle acque sotterranee interfalde coinvolte nel ciclo dell'acqua sulla terra raggiunge, di regola, diverse centinaia di metri. La profondità delle acque sotterranee, che varia notevolmente sul territorio a seconda delle condizioni locali nel suo insieme, è soggetta alla legge della zonazione geografica, aumentando da frazioni di metro nella zona della tundra a decine di metri nella zona della steppa.
Assegna quanto segue tipi di regime idrico delle acque sotterranee:
1) di stagione(alimentazione prevalentemente primaverile e autunnale): livello massimo della falda freatica in primavera, aumento più basso in autunno, livello basso a fine estate e soprattutto a fine inverno; osservato nella maggior parte del territorio dei paesi della CSI;
2) cibo estivo a breve termine: livello massimo in giugno - luglio (talvolta agosto-settembre); osservato nella zona del permafrost;
3) cibo tutto l'anno, principalmente inverno-primavera: livello massimo in febbraio-aprile, minimo - nel periodo estivo-autunnale (a sud e ad ovest del territorio dell'ex URSS con una zona di aerazione al riparo dal gelo).
Quando si valuta la ricarica sotterranea, è necessario tenere conto di quanto segue: tipi di interazione tra acque sotterranee e superficiali:
1) Collegamento idraulico a due vie. Con un basso livello dell'acqua nel fiume, il livello delle acque sotterranee è più alto, il fiume riceve le acque sotterranee. Con un livello dell'acqua alto nel fiume, il livello della falda freatica è più basso. L'acqua del fiume si infiltra nel terreno. Questo tipo è tipico per i fiumi di pianura medi e grandi.
2) Collegamento idraulico unidirezionale. Il livello dell'acqua nel fiume è costantemente superiore al livello della falda freatica. Durante tutto l'anno, l'acqua del fiume alimenta le falde acquifere. È tipico di alcune regioni aride e carsiche.
3) Mancanza di collegamento idraulico. L'aquiclude si trova al di sopra del livello massimo dell'acqua nel fiume. C'è un rifornimento costante del fiume di acque sotterranee, che vengono scaricate sui pendii della valle sotto forma di sorgenti o infiltrazioni disperse. Più tipico per le regioni montuose.
Cibo glaciale. Solo i fiumi che scorrono da regioni con ghiacciai di alta montagna e nevai hanno questo cibo.
Ghiacciai sono in movimento accumuli di abete e ghiaccio sulla superficie del terreno, formatisi a seguito della trasformazione delle precipitazioni atmosferiche solide. La capacità di un ghiacciaio di muoversi sotto l'influenza della gravità è dovuta a plasticità Ghiaccio.
I ghiacciai si stanno formando a causa dell'eccesso di accumulo di neve rispetto al suo scioglimento ed evaporazione.Il confine tra il territorio innevato e quello libero da essa è chiamato linea di neve. La sua posizione centrale è limite di neve climatica- è determinato dalle condizioni di temperatura e dalla quantità di precipitazione solida. L'altezza del limite di neve climatica sul livello del mare: in Antartide 0 m, sulla Terra di Franz Josef - 50-100 m, nel Caucaso - 2700-3800 m, nella regione equatoriale - 4500-5200 m, ai tropici -\ u003e 6000 m.
Esistono due tipi principali di ghiacciai: coprioggetti e montagna. Lastre glaciali occupano vaste aree dei continenti e delle grandi isole come copertura continua. Formazione scolastica ghiacciai di montagna associato alle montagne. Tra loro ci sono ghiacciai sommitali; ghiacciai di pendio, occupare depressioni separate, kars; ghiacciai della valle, situato in valli montane, spesso di forma complessa. Separare i ghiacciai di montagna, collegare, formare sistemi glaciali. Sorge la montagna con la più grande area di glaciazione (in mille km 2): Himalaya (33), Tien Shan (17,9), Karakoram (16,3), Creste costiere della Cordigliera del Nord. America (15.4).
Viene chiamata l'area del ghiacciaio in cui si accumula la massa del ghiacciaio zona nutrizionale. Il ghiaccio in eccesso, sotto l'influenza della gravità e dei gradienti di pressione, si sposta nella regione in cui il consumo di ghiaccio per lo scioglimento e l'evaporazione supera il suo accumulo. esso area di ablazione; vicino ai ghiacciai di montagna viene spesso chiamato linguaggio ghiacciaio.
Viene chiamato un cambiamento nel suo volume (massa) e nella forma di un ghiacciaio regime dei ghiacciai, e si manifesta nell'avanzata e nella ritirata del ghiacciaio. Questi cambiamenti hanno una durata diversa su scala geologica, secolare, a lungo termine, intraannuale. L'avanzata dei ghiacciai si osserva solitamente nei periodi climatici freddi e umidi, il ritiro - in quelli caldi e secchi. Nel contesto intraannuale, sono rispettivamente inverno ed estate.
Condividere alimentazione glaciale nel deflusso del fiume più, maggiore è la glaciazione del bacino:
I ghiacciai influenzano il regime idrico nei seguenti modi:
Regolazione a lungo termine del deflusso - negli anni caldi e asciutti, la diminuzione delle precipitazioni è compensata dall'aumento dell'alimentazione glaciale e viceversa;
Ridistribuzione stagionale del deflusso - il movimento dell'acqua alta dalla stagione primaverile all'estate;
Presenza di fluttuazioni di deflusso intradiurno nei tratti fluviali in prossimità dei ghiacciai.
Classificazione dei fiumi per tipo di cibo.
Per ogni fiume, la proporzione dei singoli tipi di cibo può essere diversa. Determinare il contributo dei vari tipi di cibo al deflusso del fiume in ciascun caso specifico è un compito estremamente difficile. Può essere risolta in modo più accurato sia con l'uso di "atomi taggati", cioè mediante "marcatura" radioattiva di acque di varia origine, sia analizzando la composizione isotopica delle acque naturali. Un metodo di selezione più semplice ma approssimativo vari tipi nutrizione: questo è uno smembramento grafico dell'idrogramma.
Il famoso climatologo russo A. I. Voeikov ha proposto una classificazione dei fiumi il globo per tipo di cibo. La classificazione di Voeikov era allo stesso tempo una suddivisione in zone del globo secondo la natura dell'alimentazione del fiume. Sono state individuate aree in cui i fiumi sono alimentati principalmente dallo scioglimento della neve stagionale e dai ghiacciai; aree dove i fiumi ricevono acqua principalmente dalle piogge; zone dove non ci sono flussi permanenti.
In Russia viene utilizzata principalmente la classificazione dei fiumi in base a fonti o tipi di cibo, M. I. Lvovich. È stato proposto nel 1938. La definizione dei tipi si basa su due caratteristiche: le sorgenti di alimentazione del fiume e la distribuzione intra-annuale del deflusso. Il metodo di divisione dell'idrogramma è stato utilizzato per valutare le fonti di cibo. La distribuzione stagionale del deflusso è stata presa come media periodo pluriennale. In totale sono stati identificati quattro tipi principali di nutrizione: neve (S), pioggia (R), glaciale (G) e sotterranea (U). In ogni specie si distinguono 3 sottotipi in base al grado di predominanza -> 80% (quasi esclusivo), 50-80% (predominante),<50% (преобладающее). Внутригодовое распределение подразделяется по величине стока за сезон – весеннее (P), летнее (E), осеннее (A) зимнее (H) и на три подтипа по степени преобладания. Схема приведена в таблице 1.
Se uno dei tipi di cibo fornisce più dell'80% della portata annuale del fiume, dovremmo parlare dell'eccezionale importanza di questo tipo di cibo (altri tipi di cibo non vengono presi in considerazione). Se la quota di questo tipo di cibo rappresenta dal 50 all'80% del deflusso, viene data priorità a questo tipo di cibo (gli altri tipi di cibo vengono presi in considerazione solo se rappresentano più del 10% del deflusso annuale) . Se nessuno dei tipi di cibo fornisce più del 50% del flusso annuale, tale cibo viene chiamato misto. Gli intervalli di gradazioni specificati (80 e 50%) si riferiscono a tutti i tipi di alimentazione, ad eccezione di quella glaciale. Per l'alimentazione glaciale, i corrispondenti intervalli di gradazione sono ridotti al 50 e 25%.
Tabella 1
Schema tipologico del regime idrico dei fiumi secondo M.I. Lvovich
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Distribuzione deflusso per stagione Riserve energetiche | ||||||||||||||
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Nevoso |
Non rilevata | |||||||||||||
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piovere | ||||||||||||||
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Glaciale | ||||||||||||||
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Metropolitana |
Mancante |
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Non trovato | ||||||||||||||
x - altre regioni del globo
La maggior parte dei fiumi della CSI sono alimentati prevalentemente da neve. I fiumi del Kazakistan settentrionale e della regione del Trans-Volga forniscono quasi esclusivamente neve. I fiumi alimentati dalla pioggia occupano la parte meridionale del territorio a est del Baikal, così come i bacini di Yana e Indigirka, la costa del Mar Nero del Caucaso e della Crimea e il Caucaso settentrionale. I fiumi del Caucaso e dell'Asia centrale sono alimentati dai ghiacciai.
Tipi di alimentazione del fiume. La natura della nutrizione del fiume con l'acqua è determinata da un complesso di condizioni naturali. Si distinguono i seguenti tipi di nutrizione fluviale: pioggia, neve, glaciale e suolo.
Il nutrimento delle piogge proviene sia da piogge periodiche durante alcune stagioni dell'anno, sia da forti piogge a breve termine. Questo tipo di cibo è predominante sui fiumi della parte sud-occidentale del Caucaso, della Crimea, dei Carpazi e di alcune altre regioni della parte meridionale del territorio europeo della CSI. Le piogge periodiche estive svolgono un ruolo significativo nell'alimentare molti fiumi della Siberia orientale e dell'Estremo Oriente (Amur, Zeya, ecc.).
In estate e in autunno si osservano forti piogge in varie regioni della parte europea della CSI. Per la loro elevata intensità, sono in grado di provocare innalzamenti del livello delle acque nei fiumi di piccoli bacini, superando quelli sorgivi.
L'alimentazione della neve è predominante sulla maggior parte dei fiumi. I bacini di questi fiumi occupano più di ¾ del territorio della CSI. Nonostante la durata relativamente breve dello scioglimento delle nevi, i fiumi alimentati dalla neve ricevono fino al 60-80% del volume totale d'acqua che li attraversa all'anno durante l'alluvione primaverile.
L'alimentazione glaciale è tipica dei fiumi delle regioni di alta montagna del Caucaso e dell'Asia centrale. Nasce dallo scioglimento dei ghiacciai e dalle nevi eterne in montagna. I fiumi alimentati dai ghiacciai hanno inondazioni estive, spesso con fluttuazioni del livello diurno nettamente pronunciate a causa degli sbalzi di temperatura durante il giorno.
Le acque sotterranee vengono alimentate da acque sotterranee poco profonde o da acque sotterranee situate a profondità considerevoli. Nella sua forma pura, il cibo macinato è molto raro. Di norma, le acque sotterranee e sotterranee servono come fonte di nutrimento del fiume durante i periodi di diminuzione o assenza di deflusso superficiale.
Molti fiumi di pianura sono alimentati principalmente da acque sotterranee in estate e in inverno questo tipo di cibo è l'unico per loro.
Vari tipi di alimenti sono coinvolti nella formazione del deflusso fluviale in diversi periodi dell'anno. Ad esempio, r. Il Kuban ha neve in primavera a causa dello scioglimento della neve nella parte pianeggiante della riva destra del bacino; nei mesi estivi - cibo glaciale delle montagne del Caucaso; in autunno - alimentazione piovana da acquazzoni intensi e in inverno - alimentazione a terra.
Modalità livelli e costi. Il livello dell'acqua in un fiume è l'elevazione della superficie dell'acqua al di sopra di un certo piano orizzontale condizionale.
I livelli dell'acqua nei fiumi cambiano costantemente. Il motivo principale delle fluttuazioni dei livelli è la differenza nella quantità di acqua che entra nei fiumi in diversi periodi dell'anno. Oltre all'entità della portata d'acqua, una serie di altri fattori possono influenzare l'altezza del livello: la presenza di coltre di ghiaccio, l'erosione del canale e il deposito di sedimenti, maree nei tratti di foce dei fiumi, ristagno naturale da un altro fiume, ristagno artificiale da strutture idrauliche, ecc.
Il grafico annuale delle fluttuazioni del livello dell'acqua durante l'anno è compilato in base alle osservazioni effettive (Fig. 8.3).
Per analizzare le fluttuazioni di livello a lungo termine, su un grafico vengono tracciate diverse linee che caratterizzano il cambiamento di livello nei diversi anni. La natura della fluttuazione del livello dipende principalmente dal regime di alimentazione del fiume.
I fiumi di pianura con un'offerta di neve predominante sono caratterizzati da un forte aumento dei livelli in primavera a causa dello scioglimento delle nevi e livelli dell'acqua relativamente bassi nel resto dell'anno. Su molti di essi si osservano aumenti di livello nel periodo autunnale dovuti alle piogge cadenti, e su piccoli fiumi di questo gruppo si osservano aumenti di livello causati dalle piogge anche nei mesi estivi.
Riso. 8.3. Grafico annuale della fluttuazione del livello dell'acqua
I grandi fiumi con prevalenza di pioggia o alimentazione dei ghiacciai sono caratterizzati da un lungo periodo di livelli elevati nei mesi estivi e autunnali. I piccoli fiumi di montagna alimentati da pioggia o ghiacciai sono caratterizzati da forti aumenti di livello a breve termine dovuti a rovesci e scioglimento delle nevi in montagna in diversi periodi dell'anno. Spesso questi fiumi subiscono intense fluttuazioni del livello giornaliero.
I fiumi che scorrono da laghi o paludi hanno un andamento regolare dei livelli. A causa del ruolo regolatore di laghi e paludi, l'innalzamento dei livelli causato dall'alluvione primaverile si estende su questi fiumi fino alla metà dell'estate.
La caratteristica più importante del regime del livello del fiume è l'ampiezza delle fluttuazioni, cioè la differenza tra livelli più alti e più bassi per un certo periodo di tempo. Ci sono ampiezze di fluttuazioni nei livelli annuali, a lungo termine e nei singoli periodi dell'anno. L'ampiezza delle fluttuazioni di livello a lungo termine nei grandi fiumi raggiunge 15-20 mo più.
Le fluttuazioni del livello dell'acqua nel fiume sono dovute a cambiamenti nel flusso. Un grafico che rappresenta la relazione tra flusso e livello in una particolare sezione di un fiume è chiamato curva di flusso.
Disponendo di un grafico annuale delle fluttuazioni di livello nel tratto di fiume considerato e di una curva di portata, è facile stabilire la portata media giornaliera per tutti i giorni dell'anno. In base ai valori rilevati delle portate medie giornaliere, viene costruito un grafico annuale della loro variazione, che viene chiamato idrogramma.Poiché esiste una relazione diretta tra la portata e il livello, l'idrogramma ha una forma simile a il grafico delle fluttuazioni di livello.
Fasi in modalità fiume. Livelli caratteristici e portate d'acqua. Nel regime idrico dei fiumi si possono distinguere alcune fasi caratteristiche, ognuna delle quali ha determinate caratteristiche.
Sui fiumi con innevamento predominante, tali fasi sono: piena primaverile, bassa marea estiva, piena piovosa estate-autunno e bassa marea invernale.
L'alluvione primaverile è la fase principale del regime idrico della maggior parte dei fiumi. È caratterizzato da un forte innalzamento del livello dell'acqua e da un calo meno marcato. Sui grandi fiumi, l'alluvione primaverile dura da 1,5 a 3 mesi e su fiumi piccoli e medi - da 10–15 a 30–45 giorni.
La bassa marea estiva inizia dopo la fine dell'alluvione primaverile e dura fino all'inizio delle piogge autunnali. Questa fase è caratterizzata da livelli bassi e stabili nella maggior parte dei fiumi. Alcuni piccoli fiumi nelle regioni meridionali e sudorientali della parte europea della CSI si prosciugano in estate.
Inondazioni di pioggia autunnale si osservano su molti fiumi della parte europea della CSI, della Siberia occidentale e orientale. Sono causati da un aumento delle precipitazioni e da una contemporanea diminuzione dell'evaporazione dalla superficie dei bacini fluviali.
La bassa marea invernale coincide sulla maggior parte dei fiumi di pianura con il periodo di gelo. Il consumo d'acqua più basso si osserva alla fine dell'inverno. I piccoli fiumi settentrionali a volte gelano fino in fondo in inverno.
Le principali caratteristiche di ciascuna delle fasi elencate nel regime fluviale sono: la sua durata, l'entità dei livelli e degli scarichi caratteristici, le date di inizio e fine della fase. Insieme ai valori medi di queste caratteristiche, spesso è necessario conoscerne le possibili fluttuazioni nel lungo periodo.
Il regime idrico del fiume in ogni anno e per un lungo periodo è caratterizzato dai seguenti livelli principali:
il livello più alto di inondazione primaverile;
i livelli più alti e più bassi di deriva del ghiaccio primaverile;
i livelli più alti e più bassi di rimozione del ghiaccio del fiume;
i livelli dell'acqua più bassi e medio bassi;
i livelli più alti e più bassi di inondazioni estive e autunnali;
livello medio invernale.
Le principali portate caratteristiche del fiume sono: la portata media annua, le portate massime nelle piene primaverili e nelle piene estivo-autunnali, le portate minime nelle basse portate estive e invernali.
Regime invernale dei fiumi. Con l'inizio del freddo, i fiumi nella maggior parte della CSI si congelano. La durata del congelamento dipende dall'intensità del raffreddamento e dalla velocità della corrente. Sui piccoli fiumi, sono 3–7 giorni, e sui grandi fiumi, 8–15 giorni. Abbastanza spesso, il processo di congelamento dei fiumi è accompagnato da una deriva di ghiaccio autunnale.
Durante l'inverno, lo spessore del ghiaccio aumenta gradualmente, raggiungendo 0,6–1,0 m sui fiumi delle regioni centrali e settentrionali della parte europea della CSI e 1,0–1,5 m sui fiumi della Siberia.
In primavera, a seguito dello scioglimento delle nevi, inizia l'apertura dei fiumi, seguita dalla deriva del ghiaccio. Quest'ultimo dura da 1–3 giorni sui fiumi piccoli, fino a 8–10 giorni su quelli grandi. La natura dell'apertura dei fiumi durante la deriva del ghiaccio primaverile dipende principalmente dalla posizione geografica del fiume. Sui fiumi che scorrono da nord a sud, il corso inferiore viene prima rilasciato dalla copertura di ghiaccio, il che garantisce il movimento senza ostacoli del ghiaccio dalle aree a monte. Pertanto, la deriva del ghiaccio su questi fiumi è relativamente calma. Sui fiumi che scorrono in direzione nord, le condizioni di deriva del ghiaccio sono molto difficili. Successivamente, l'apertura delle sezioni inferiori di questi fiumi impedisce la deriva del ghiaccio e la formazione di inceppamenti di ghiaccio nelle sezioni a monte, causando significativi aumenti del livello dell'acqua, che spesso portano a inondazioni.
Sappiamo tutti molto bene che molti dei più grandi fiumi del nostro pianeta scorrono attraverso il territorio della Russia, la cui larghezza raggiunge i 50-60 chilometri.
Ma la sorgente anche del fiume più grande è un ruscello sottile e poco appariscente. Solo dopo aver percorso molte centinaia di chilometri, essendo stato saturato dall'umidità di molti grandi e piccoli affluenti, il fiume diventa veramente potente e largo. Sai cos'è l'alimentazione del fiume e quali sono le sue fonti? Sì, anche il fiume è alimentato, ma, ovviamente, non da cotolette con purè di patate, ma dall'acqua dei suoi affluenti.
Come misurare un fiume? Puoi misurarne la lunghezza, la larghezza del canale e la profondità del fondo. Un'altra caratteristica importante è il consumo di acqua, cioè la quantità di acqua che scorre attraverso un canale per unità di tempo. Se esegui queste misurazioni durante tutto l'anno, scoprirai che il livello e il flusso dell'acqua in periodi diversi non sono gli stessi.
Continuando le osservazioni per diversi anni consecutivi, puoi vedere che in primavera e in autunno il fiume diventa più pieno e in estate e in inverno la quantità di acqua al suo interno diminuisce. Gli scienziati chiamano queste fluttuazioni stagionali il regime del fiume.
È consuetudine distinguere tre periodi principali nel regime di qualsiasi fiume:
- - un lungo periodo in cui la quantità d'acqua raggiunge il massimo, di norma, a causa dello scioglimento primaverile della neve;
- - periodi di abbassamento del livello dell'acqua, generalmente si verificano in estate e in inverno;
- - di breve durata e brusco, della durata di pochi giorni, innalzamento del livello dell'acqua dovuto a forti piogge o improvviso scioglimento della neve.
È facile vedere che le fluttuazioni del livello dell'acqua nel fiume sono causate da un aumento o una diminuzione della sua fornitura, ad es. acqua che entra nel fiume da affluenti, torrenti e sorgenti sotterranee. Gli idrologi (specialisti che studiano il "comportamento" delle acque naturali e dei bacini idrici) identificano quattro principali fonti di nutrizione del fiume: neve, ghiaccio, pioggia e sottosuolo. Uno di questi è solitamente predominante, ma il fiume non rifiuta nemmeno il resto.
I fiumi alimentati esclusivamente dalla pioggia sono caratterizzati da frequenti e improvvise piene. Di norma, si tratta di fiumi tropicali e subtropicali che scorrono da vette o colline.
Nel nostro Paese ci sono anche fiumi con una fonte di cibo prevalentemente piovosa. Scorrono dalle vette dell'Altai, del Caucaso, della regione del Baikal e di altre regioni simili. Ma per i nostri fiumi, fonte non meno potente della pioggia è la neve, o meglio, lo scioglimento primaverile. I fiumi "innevati", di regola, si distinguono per la morbidezza dell'acqua e il basso contenuto di sali in essa contenuti. In primavera sono caratterizzati da abbondanti piene, dopo le quali il fiume entra nelle sue sponde abituali. Un quadro simile si osserva dopo forti piogge.
La principale fonte d'acqua nel fiume potrebbe essere un ghiacciaio di montagna, il cui scioglimento ripristina il livello dell'acqua nel canale. Tali fiumi hanno origine sulle alte vette delle montagne, ricoperte da uno strato di ghiaccio multimetro. In estate, quando il ghiacciaio si scioglie attivamente, il livello dell'acqua al suo interno si alza, il flusso diventa turbolento ed erode le sponde, portando giù il terreno fertile.
Pertanto, di regola, i fiumi glaciali non sono apprezzati dalla popolazione e le loro sponde sono deserte e aride. A volte un fiume glaciale che scorre giù da una cima di una montagna, per molti secoli, scava una profonda gola nelle rocce, il cui fondo diventa il suo canale.
In pianura e in pianura sono presenti fiumi che si alimentano principalmente da sorgenti sotterranee. Non ce ne sono così tanti e la loro dieta non è ancora ben compresa. È stato stabilito che l'energia sotterranea può essere messa a terra, ad es. proveniente dalla falda acquifera superiore, in cui si accumula l'acqua piovana assorbita dal suolo, o artesiana, proveniente da un pozzo artesiano naturale. 
L'alimentazione sotterranea è tipica per i piccoli corsi d'acqua, ma i grandi flussi d'acqua sono forniti principalmente da affluenti.
A causa del forte scioglimento della neve, alcuni fiumi subiscono continue inondazioni primaverili. Questi includono quasi tutti i corsi d'acqua dell'ex Unione Sovietica. A loro volta, sono divisi in molti altri tipi. I tipi più comuni di regimi fluviali sono: Kazakistan, Siberiano occidentale, Altai, Europa orientale, Siberia orientale.
Anche nelle classi elementari, studiano che la nutrizione dei fiumi è spiegata dal ciclo dell'acqua in natura. Tuttavia, questa formulazione è generale; per approfondire questo tema e capire dove e quale metodo sarebbe appropriato, è necessario studiare tutto più in dettaglio. C'è pioggia, ghiaccio, neve e cibo sotterraneo. Sia il regime dei fiumi che il reintegro delle acque del torrente dipendono principalmente dalle condizioni climatiche. Ad esempio, nei paesi con clima caldo, il tipo di cibo da neve è praticamente assente. In condizioni di freddo, il ruolo principale è svolto dallo scioglimento e dalle acque sotterranee. Nei climi temperati predomina una dieta mista.
Il regime del fiume, che è alimentato dalla pioggia, ha una caratteristica tale come il verificarsi di frequenti inondazioni. A differenza delle inondazioni, si verificano assolutamente in qualsiasi momento dell'anno. Le inondazioni si verificano dove piove abbastanza spesso e in inverno la temperatura è così favorevole che il flusso d'acqua non è coperto di ghiaccio. Alcuni fiumi di montagna sono alimentati esclusivamente dalla pioggia. Questi sono i corsi d'acqua della regione del Baikal, della Kamchatka, dell'Altai, ecc.
I ruscelli alimentati dalla neve sono caratterizzati da acqua dolce e bassi livelli di sale. La maggior parte dei fiumi di questo tipo non viene praticamente rifornita in estate. Spesso sono presenti anche corsi d'acqua a regime misto. La posizione più favorevole dei fiumi di questo tipo di cibo sono le montagne, che ogni anno sono ricoperte da spessi strati di neve.
Nei paesi che si trovano sulle montagne e ai loro piedi, i fiumi sono alimentati dai ghiacciai. In estate, il massimo reintegro dei flussi d'acqua si verifica a seguito dello scioglimento di molti grandi ghiacciai. Questo tipo di cibo è il più pericoloso, soprattutto se abbinato alla neve. Spesso c'è troppa acqua di scioglimento (a seconda delle dimensioni dei ghiacciai), che consente al fiume di straripare dalle sue sponde. Ecco perché i terreni situati vicino a corsi d'acqua con tali alimenti sono scarsamente popolati e raramente coltivati, poiché i danni causati dalle inondazioni sono troppo grandi.
Il regime sotterraneo (o di terra) del fiume è meno comune rispetto ai tipi di cibo già descritti. Questo tipo è allo studio dell'Istituto idrologico statale della Russia. Il regime stesso è diviso in potere terrestre e artesiano. Tuttavia, la principale fonte di rifornimento dei fiumi è ancora la falda freatica. Gli scienziati nel corso della ricerca hanno scoperto che questo tipo di cibo è eccellente per piccoli flussi d'acqua e per grandi non è assolutamente tipico.
Un'alluvione bassa e prolungata, un basso livello dell'acqua nel periodo invernale, un aumento del deflusso nelle stagioni estive e autunnali sono caratteristiche del tipo Altai. Questo regime del fiume differisce dagli altri in quanto l'alimento principale non è solo l'acqua di fusione, ma anche le precipitazioni. L'alluvione si protrae con un basso livello di innalzamento dell'acqua. La neve, sciogliendosi da diverse parti, cade uniformemente nei fiumi: questo spiega questo fenomeno.
Il tipo della Siberia orientale è caratterizzato da caratteristiche come inondazioni elevate in estate e in autunno, nonché un aumento del livello di inondazioni in primavera. Kolyma, Aldan, Tunguska - fiumi legati a questo regime. In inverno, spesso si congelano completamente a causa del basso flusso. Ciò può essere spiegato dal fatto che l'alimentazione dei corsi d'acqua è prevalentemente sotterranea e in inverno è ridotta al minimo.
Un tale regime idrico dei fiumi come quello della Siberia occidentale si trova nella zona forestale. L'alluvione primaverile non è acuta, estesa e non differisce per alti livelli di innalzamento dell'acqua. In estate e in autunno, il deflusso è aumentato e l'acqua bassa è tipica in inverno. Tale "comportamento" dei fiumi è dovuto al rilievo piatto e alla palude delle pianure su cui si trovano.
Le caratteristiche piene primaverili, l'aumento del deflusso in autunno (a causa delle forti precipitazioni) e la bassa marea nelle stagioni estive e invernali definiscono chiaramente il regime del fiume nell'Europa orientale. Le piene autunnali sono abbastanza pronunciate in tutte le regioni, ad eccezione di quella meridionale. I piccoli fiumi, con una superficie non superiore a 300 km 2, sono soggetti a prosciugamento e congelamento in estate e in inverno. Per i grandi corsi d'acqua, tali fenomeni sono molto rari.
I fiumi di tipo kazako sono caratterizzati da forti inondazioni primaverili, mentre in estate, inverno e autunno sono molto poco profondi e il più delle volte si prosciugano. Ci sono tali flussi in Kazakistan, nella regione del Volga, nella pianura aral-caspica. In effetti, sono comuni nei luoghi dove c'è solo neve.
Un fatto noto è che non esistono nemmeno due fiumi che avrebbero la stessa composizione chimica, la stessa fauna, avrebbe lo stesso colore e altre caratteristiche. Lo stesso si può dire del regime fluviale, che subisce mutamenti nel corso dell'intera esistenza del fiume stesso. Secondo la definizione data dalla letteratura geografica, il regime di un fiume è il consueto corso delle variazioni di livello, velocità e temperatura per ciascun fiume, nonché il movimento, la composizione e il rilievo costiero, che è responsabile della forma del fiume.
Alimentazione del fiume
Il flusso dell'acqua nei fiumi è chiamato il loro nutrimento. Ci sono quattro principali fonti di nutrimento del fiume: pioggia, neve, glaciale e sotterraneo. La nutrizione dei fiumi, così come il loro regime, dipende principalmente dalle condizioni climatiche. L'alimentazione della pioggia è caratteristica dei fiumi delle regioni tropicali e monsoniche, così come di molti fiumi dell'Europa occidentale, che ha un clima mite; neve - ai fiumi, dove si accumula molta neve durante il periodo freddo (la maggior parte dei fiumi dell'URSS); glaciale - ai fiumi delle regioni di alta montagna; sotterraneo - ai fiumi che scorrono in ampie valli. Tuttavia, i fiumi con alimentazione mista sono molto più comuni.
Regime del fiume - un cambiamento regolare dello stato del fiume nel tempo (cambiamento di livello, flusso, flusso, velocità, temperatura, ecc.). Nel regime idrico annuale dei fiumi si distinguono periodi con livelli tipicamente ripetitivi, chiamati acqua bassa, acqua alta e acqua alta. L'acqua bassa è il livello dell'acqua più basso in un fiume. In acque basse, il flusso e il flusso dei fiumi sono insignificanti, la principale fonte di nutrimento sono le acque sotterranee. Alle latitudini temperate e alte si distinguono le acque basse estive e invernali. L'acqua bassa estiva si verifica a causa di un grande assorbimento di precipitazioni da parte del suolo e di una forte evaporazione, in inverno, a causa della mancanza di nutrizione superficiale.
Fig. 1. Alluvione alla foce di Sovets (Dzerzhinsk, Russia)
Acqua alta - un aumento elevato e prolungato del livello dell'acqua nel fiume, solitamente accompagnato da inondazioni della pianura alluvionale; osservato annualmente nella stessa stagione. Durante l'alluvione, i fiumi hanno il più alto contenuto d'acqua, questo periodo rappresenta una parte significativa della portata annuale (spesso fino al 60-80%). Le inondazioni sono causate dallo scioglimento primaverile della neve in pianura, dallo scioglimento estivo della neve e del ghiaccio nelle montagne e nei paesi polari e dalle forti piogge. Il tempo di insorgenza e la durata delle inondazioni in diverse condizioni geografiche sono diversi.
Alluvione: un aumento rapido ma a breve termine del livello dell'acqua nel fiume e un aumento significativo del suo contenuto d'acqua; a differenza delle inondazioni, si verifica in modo irregolare. Di solito è formato dalle piogge, a volte a causa del rapido scioglimento della neve, nonché dalle perdite d'acqua dai bacini idrici. Lungo il fiume, l'alluvione si diffonde a ondate. Appiattindosi gradualmente, l'onda svanisce. Gli aumenti più alti dell'acqua portano a inondazioni - inondazioni dell'area situata nella valle del fiume sopra la pianura alluvionale ogni anno allagata. Le inondazioni si formano negli anni di alta marea a causa di un abbondante afflusso di acqua durante il periodo di scioglimento delle nevi o forti piogge, nonché a causa del blocco del canale da parte del ghiaccio durante la deriva del ghiaccio. Nei tratti di foce di alcuni fiumi di pianura, si verificano esondazioni a seguito di sbalzi d'acqua provenienti dal mare e dal riflusso del fiume, ad esempio, sulla Neva, per impedire che vengano costruite strutture di protezione dal mare.
Le inondazioni sono frequenti sui fiumi dell'Estremo Oriente, dove sono causate da forti piogge monsoniche, si verificano sul Mississippi, Ohio, Danubio e altri fiumi. Fanno molto male. L'altezza dell'aumento dell'acqua nelle inondazioni e nelle inondazioni è molto diversa. Pertanto, l'aumento dell'acqua primaverile sulla maggior parte dei grandi fiumi della parte europea dell'URSS raggiunge i 4 m; sui grandi fiumi siberiani, a causa delle marmellate di ghiaccio, l'innalzamento dell'acqua può raggiungere fino a 15-20 m L'uomo influenza attivamente il flusso dei fiumi. Costruisce dighe, bacini artificiali, canali, modifica il deflusso superficiale attraverso il rimboschimento, stagni e ritenzione di neve. Le acque sorgive accumulate nella stagione estiva mantengono un livello più alto dei fiumi. I fiumi dei paesi freddi e temperati sono ricoperti di ghiaccio durante la stagione fredda. Lo spessore della copertura di ghiaccio può raggiungere i 2 m o più.
Fig.2. Conseguenze dell'inondazione sul fiume Crowfish (Wisconsin, USA, 2008)
Tuttavia, alcune parti dei fiumi non gelano in inverno. Queste aree sono chiamate polinie. Molto spesso, le polinie si osservano in luoghi di flusso rapido, all'uscita di un fiume da un lago profondo, nel sito di un gran numero di sorgenti. Il congelamento e l'apertura dei fiumi sono accompagnati da deriva di ghiaccio, durante la quale si osservano marmellate e inceppamenti di ghiaccio. Congestione - accumuli di ghiaccio galleggiante causati da eventuali ostacoli. Zazhora - accumuli di ghiaccio intra-acqua. Entrambi provocano una diminuzione della sezione trasversale del fiume (a volte del 30%), un aumento del livello dell'acqua e, in caso di sfondamento, il suo rapido movimento insieme al ghiaccio. Il jamming è particolarmente tipico per i fiumi che scorrono da sud a nord (Dvina settentrionale, Makenzie, Lena, ecc.), La cui apertura inizia dal corso superiore.
Regime termico dei fiumi, equazione del bilancio termico di un tratto di fiume
Equazione del bilancio termico
dove SSN è l'apporto termico finale alla neve in cal / (cm 2 -min); Sav - radiazione totale; Sia, Siv - radiazione dell'atmosfera e dell'acqua; Sta - scambio termico turbolento con l'atmosfera; Sik - scambio di calore con l'atmosfera durante l'evaporazione e la condensazione.
Processi e fattori che influenzano la temperatura dell'acqua nei fiumi. Il riscaldamento e il raffreddamento dell'acqua nei fiumi e nei laghi avviene sotto l'influenza dello scambio termico tra la massa d'acqua e il suo ambiente, che si esprime nel bilancio termico della sezione del fiume. Il processo di scambio termico della massa d'acqua con l'ambiente avviene lungo l'interfaccia dell'acqua con l'atmosfera e il suolo. Il trasferimento di calore dall'interfaccia alla massa d'acqua avviene come risultato della miscelazione turbolenta.
Un ruolo nella distribuzione del calore nell'entroterra, oltre alla miscelazione, soprattutto nei laghi e nei tratti stagnanti dei fiumi, è svolto dalla penetrazione diretta dell'energia solare nell'acqua. In questo modo, a seconda della torbidità e del colore dell'acqua, dall'1 al 30% penetra fino a una profondità di 1 m, e dallo 0 al 5% dell'energia radiante incidente sulla superficie dell'acqua penetra fino a una profondità di 5 m. Il processo di trasferimento del calore cambia in modo significativo durante il giorno e il periodo dell'anno con i cambiamenti delle condizioni meteorologiche e dell'altezza del sole.
In base alla variazione del flusso di calore e all'andamento della temperatura dell'acqua ha un carattere periodico. Di giorno, in primavera e in estate, prevale un aumento della temperatura, di notte, in autunno e in inverno, una diminuzione. Cambiamenti particolarmente significativi nel processo di trasferimento del calore sono introdotti dall'aspetto del ghiaccio e del manto nevoso. Con il suo verificarsi, lo scambio di calore con l'atmosfera diminuisce drasticamente: lo scambio di calore turbolento e lo scambio di umidità con l'atmosfera e la penetrazione dell'energia radiante nell'acqua cessano. In questo momento, lo scambio diretto di calore tra la massa d'acqua e l'atmosfera avviene solo per conduzione di calore attraverso ghiaccio e neve.
Distribuzione della temperatura sulla sezione viva del fiume, lunghezza e tempo
Distribuzione della temperatura sulla parte viva del fiume. La natura turbolenta del flusso nei fiumi, che provoca il continuo rimescolamento delle masse d'acqua, crea le condizioni per l'equalizzazione della temperatura lungo la sezione viva del fiume. In estate, durante il giorno, l'acqua in superficie è un po' più calda che sul fondo, mentre di notte la temperatura sul fondo è un po' più alta.
Quando si stabilisce la copertura di ghiaccio, si osservano temperature più basse (0 ° C) vicino alla superficie dell'acqua. Con la formazione di una copertura di ghiaccio e la comparsa di neve spessa 10-20 cm su di essa, l'accesso all'acqua per l'energia radiante si interrompe praticamente ed è esclusa la controirradiazione dell'acqua. In assenza di trasferimento di calore radiante, il regime termico dell'acqua sarà interamente determinato dal flusso di calore dal fondo e dalle sponde del fiume, che porta all'emergere di un flusso di calore diretto dagli strati inferiori dell'acqua alla sua superficie. entro decimi e centesimi di grado, raggiungendo raramente i 2-3°C. In condizioni di forma complessa del canale in presenza di stagni e zone a basse portate, la distribuzione della temperatura sulla parte viva e in profondità può essere più complesso.Ma questi casi sono eccezioni alla distribuzione generale della temperatura dell'immagine sulla parte vivente.
Cambiamento della temperatura dell'acqua nel tempo. Un cambiamento nell'intensità del flusso di calore che entra nell'acqua e il dispendio del calore ricevuto durante il giorno e l'anno provoca le corrispondenti fluttuazioni della temperatura dell'acqua.
La variazione diurna della temperatura dell'acqua è più chiaramente espressa nella parte calda dell'anno. Il fattore principale che determina l'ampiezza delle fluttuazioni giornaliere della temperatura dell'acqua è il contenuto idrico del fiume: maggiore è il contenuto idrico del fiume, minore è l'ampiezza giornaliera. Oltre al contenuto d'acqua, l'ampiezza delle fluttuazioni della temperatura dell'acqua dipende anche dalla latitudine del luogo. La minore ampiezza sui fiumi settentrionali è conseguenza del fatto che in queste zone nel periodo primaverile-estivo la notte è breve e, quindi, non vi sono le condizioni per un grande raffrescamento notturno. Le ampiezze giornaliere delle fluttuazioni della temperatura dell'acqua dipendono in gran parte dalle condizioni meteorologiche: sono maggiori con tempo sereno e meno con tempo nuvoloso. L'andamento annuale della temperatura dell'acqua è caratterizzato dalle seguenti caratteristiche. Durante i mesi invernali, la temperatura dell'acqua differisce di poco da 0°C e viene praticamente considerata pari a 0°C.
Sbalzo di temperatura lungo il fiume. Anche la temperatura dell'acqua dei fiumi, in particolare quelli di lunghezza sufficientemente lunga, cambia lungo il corso in base ai cambiamenti, principalmente delle condizioni climatiche e della natura dell'approvvigionamento idrico. La variazione della temperatura dell'acqua dei fiumi di pianura che scorrono in direzione meridionale (da sud a nord o da nord a sud) dipende da molti fattori: la stagione, la fonte di cibo, l'afflusso, la presenza di laghi nel bacino idrografico, come così come il cambiamento delle zone paesaggistiche attraverso le quali scorre il fiume. Allontanandosi dalla sorgente, l'acqua del fiume si riscalda. Raggiunto il valore più alto per un determinato fiume, più a valle, la temperatura dell'acqua non cambia significativamente. La lunghezza del tratto con temperature relativamente più elevate dipende, in particolare, dalla lunghezza del fiume stesso: più piccolo è il fiume, più breve sarà questo tratto.
Durante il periodo di raffreddamento, la temperatura dell'acqua si uniforma lungo la lunghezza del fiume, in alcuni momenti e nei suoi tratti inferiori le temperature possono essere superiori a quelle superiori. Ciò è dovuto al maggior contenuto d'acqua del fiume nel corso inferiore e, di conseguenza, alla maggiore inerzia termica. La temperatura dell'acqua dei fiumi che scorrono da nord a sud di solito sale fino alla foce, ma questo aumento è diverso e dipende da una serie di ragioni di cui sopra.
Regime invernale dei fiumi. Fasi del regime invernale: congelamento, congelamento, apertura dei fiumi
Regime di ghiaccio dei fiumi. Quando l'acqua viene raffreddata a 00 °C e il trasferimento di calore con l'acqua superficiale continua, sui fiumi compaiono formazioni di ghiaccio: i fiumi entrano nella fase del regime invernale. L'inizio del periodo invernale è condizionalmente considerato come l'instaurazione di temperature dell'aria negative, accompagnate dalla comparsa di formazioni di ghiaccio sul fiume. La fine del periodo invernale è considerata il momento dello sgombero del fiume dai ghiacci. Per molti fiumi, l'identificazione della fine del periodo invernale con il momento del loro sgombero del ghiaccio può essere spesso inappropriata, poiché spesso anche la massima piena primaverile è accompagnata da deriva di ghiaccio o una parte significativa dell'alluvione passa sopra il ghiaccio. Pertanto, nell'ottica di distinguere la fase di deflusso invernale, è più corretto assumere il momento dell'inizio del primo flusso intensivo di acqua sorgiva come momento della fine del regime invernale.
Fig.3. Congelamento sul fiume Tom (Siberia occidentale, Russia)
Il periodo della vita del fiume, associato ai fenomeni di ghiaccio, può essere suddiviso in 3 parti caratteristiche: il congelamento del fiume, compreso il tempo della deriva autunnale del ghiaccio, il congelamento e l'apertura del fiume. In inverno, i fiumi dell'ex URSS vivono esclusivamente di acque sotterranee. Solo al sud e durante disgeli relativamente brevi nelle regioni settentrionali si può osservare un deflusso superficiale più o meno significativo. Nella stragrande maggioranza dei casi, la portata dei fiumi durante il periodo invernale diminuisce drasticamente (su alcuni fiumi fino alla completa cessazione del flusso) a causa del congelamento dei suoli e del prosciugamento delle riserve idriche sotterranee.
Congelare. Con l'aumento del numero di banchi di ghiaccio e delle loro dimensioni, la velocità di movimento dei campi di ghiaccio diminuisce e nei punti in cui il canale si restringe, in piccole aree, vicino a isole e vicino a strutture artificiali, si verificano ritardi temporali, che portano, in condizioni di temperature dell'aria negative, al congelamento rapido dei campi di ghiaccio e alla formazione di una copertura di ghiaccio continua, o congelamento. Il processo descritto di congelamento dei fiumi è il più tipico, tuttavia, sui piccoli fiumi e anche su tratti separati di grandi fiumi con un corso molto calmo, il ghiaccio può insediarsi per un breve periodo con basse temperature senza la deriva del ghiaccio autunnale.
Apertura del fiume. Con l'inizio di un periodo di temperature positive, il ghiaccio inizia a sciogliersi e l'acqua scorre nei fiumi a causa del deflusso superficiale. A causa dello scioglimento della neve, l'acqua appare sopra il ghiaccio, prima vicino alla costa, quindi la neve sull'intera copertura di ghiaccio è satura di acqua che si accumula gradualmente. Lo scioglimento dei ghiacci avviene più intensamente lungo le coste, sia per l'afflusso di acqua di fusione dal bacino, sia per il fatto che il terreno si riscalda più velocemente. Quando il livello dell'acqua aumenta, il ghiaccio si gonfia leggermente. Lungo la costa si forma una depressione, lungo la quale scorre l'acqua che erode la copertura di ghiaccio. Le strisce d'acqua risultanti, prive di ghiaccio, sono chiamate orli.
L'evaporazione e il suo ruolo nell'equilibrio idrico. Evaporazione ed evapotraspirazione
Caratteristiche del processo di evaporazione dalla superficie dell'acqua. Il processo di evaporazione consiste nel fatto che l'acqua da uno stato liquido o solido si trasforma in un gas (vapore). Le molecole d'acqua, essendo in continuo movimento, vincono la forza dell'attrazione molecolare reciproca e volano fuori nell'aria sopra la superficie dell'acqua. Maggiore è la temperatura dell'acqua, maggiore è la velocità di movimento delle molecole e, di conseguenza, maggiore è il numero di molecole d'acqua che si staccano dalla sua superficie e passano nell'atmosfera - evapora. Pertanto, l'intensità dell'evaporazione dipende principalmente dalla temperatura della superficie evaporante. Inoltre, alcune delle molecole che si sono staccate dalla superficie dell'acqua e sono nell'aria, nel processo di movimento, possono cadere nuovamente nell'acqua.
Se il numero di molecole che passano dall'aria al liquido è maggiore del numero di molecole che volano fuori dal liquido nell'aria, un processo viene invertito all'evaporazione. Questo processo è chiamato condensazione. L'evaporazione dipende dalla differenza tra l'elasticità del vapore acqueo che satura lo spazio alla temperatura della superficie evaporante e l'elasticità del vapore acqueo effettivamente presente nell'aria. L'intensità dell'evaporazione aumenta se ci sono correnti ascendenti e discendenti nello strato d'aria adiacente alla superficie di evaporazione, dette correnti di convezione. Si verificano quando la temperatura dell'aria immediatamente adiacente alla superficie evaporante è superiore alla temperatura degli strati sovrastanti.
Su grandi distese d'acqua, dove l'evaporazione avviene simultaneamente da una vasta area, il movimento orizzontale dell'aria non può fornire alcun afflusso orizzontale significativo di masse d'aria più secche. Tuttavia, con l'aumento della velocità del vento orizzontale, aumentano anche le componenti verticali, provocando il movimento verticale delle masse d'aria che passano sulla superficie del giacimento. Questo movimento verticale dell'aria è alla base del processo di evaporazione su vasti specchi d'acqua (oceani, mari, grandi laghi). L'evaporazione dalla superficie del suolo e l'evaporazione dalla copertura vegetale sono molto più complicate. L'evaporazione dalla superficie del suolo è determinata non solo dalla differenza di elasticità del vapore acqueo e dal coefficiente di scambio, ma anche dalla quantità di umidità nel suolo e dalle caratteristiche strutturali del suolo. Evaporazione totale dalla superficie del suolo e dalla copertura vegetale (traspirazione). Dalle aree terrestri ricoperte di vegetazione, l'evaporazione totale è formata da tre componenti: evaporazione direttamente dal suolo, evaporazione da parte della vegetazione nel processo della sua vita (traspirazione) ed evaporazione delle precipitazioni trattenute dalla massa vegetale. I seguenti metodi possono essere utilizzati per determinare l'evaporazione: a) evaporatori, b) bilancio idrico, c) diffusione turbolenta, d) bilancio termico.
