Воды суши. Реки и подземные воды

ЛЕКЦИЯ 3
ВОДЫ СУШИ
Часть А – Общие сведения о водах суши
Часть Б – Водные объекты суши – реки
Часть В – Подземные воды
Часть А
Общие сведения о водах суши
По сравнению с другими резервуарами гидросферы для суши характерно
исключительное разнообразие водных объектов и крайне неравномерное их
распределение в пространстве. Это обусловлено:
- изменчивостью климатических условий;
- особенностями рельефа земной поверхности;
- пестротой ландшафта;
- крупномасштабным вмешательством человека в природную среду (антропогенной
деятельностью).
Точно определить суммарные запасы вод суши сложно. Однако они могут
быть оценены следующим образом (Таблица 1)
Таблица 1 Запасы воды на суше и периоды их возобновления
Вид вод
Подземные
воды
Озерные воды
(пресные)
Воды болот
Воды в руслах
рек
Воды
водохранилищ
Воды горных
ледников
Площадь
Запасы воды,
распространения,
тыс. км3
млн км2
Доля от
ОЗПВ, %
Период
возобновления
148,8
23 400
30,15
14000 лет
2,06
176
0,26
17 лет
2,68
11,5
0,03
5 лет
148,8
2,12
0,006
16 суток
0,4
6,0
0,012
52 дня
0,07
40,6
0,12
______________
1
Период возобновления – отношение суммарного притока воды к ее объему в
данной емкости. Реки - самые мобильные воды суши, подземные воды зоны вечной
мерзлоты – самые консервативные.
Всего на поверхности материков 253 000 км3 воды, включая почвенные воды и
воды горных ледников, что составляет 0,02 % ОЗВ* на Земле. Из них 70 % пресные воды. Наиболее доступны для хозяйственного использования воды рек,
пресных озер, водохранилищ – 0,28 % ОЗ пресных вод и 0,007 % ОЗВ на Земле.
Воды гидросферы в пределах материков, которые могут быть использованы
человеком, называются водными ресурсами суши. Водные ресурсы можно разделить
на стационарные, сосредоточенные в водных объектах замедленного водообмена, и
динамические – то есть непрерывно возобновляемые в процессе круговорота воды:
на поверхности Земли они представлены речным стоком, то есть водами рек.
Существуют классификации природных вод по различным признакам. Для
поверхностных
вод
наиболее
часто
применяется
классификация
О.А. Алекина, в соответствии с которой по преобладающему аниону природные
воды делятся на три класса:
1) гидрокарбонатные и карбонатные (большинство маломинерализованных вод рек,
озер, водохранилищ и некоторые подземные воды);
2) сульфатные воды (промежуточные между гидрокарбонатными и хлоридными
водами, генетически связаны с различными осадочными породами);
3) хлоридные воды (высокоминерализованные воды океана, морей, соленых озер,
подземные воды закрытых структур и т.д.).
Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы:
кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется
на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в
процентах в пересчете на количество вещества эквивалента.
Выделяют несколько классификаций природных вод по минерализации (общая
минерализация - суммарный количественный показатель содержания растворенных
в воде веществ). Округляя различные пределы значений, О.А.Алекин наметил
следующее деление природных вод по минерализации:
2
1) рассолы (соленость > 50‰);
2) морские (соленость 25 - 30‰);
3) солоноватые (соленость 1 - 25‰);
4) пресные (соленость до 1‰).
(Проми́лле (от лат. pro mille, букв. «за тысячу») –одна тысячная доля, 1/10
процента).
Классификация подземных вод по температуре (по О.А. Алекину)
1) Исключительно холодные
< 0°С
2) Весьма холодные
0-4 °С
3) Холодные
4-20 °С
4) Теплые
20-37°С
5) Горячие
37-42 °С
6) Весьма горячие
42-100 °С
7) Исключительно горячие
>100 °С
Области внешнего и внутреннего стока
Главный водораздел Земли
С материков реки текут в разных направлениях и впадают в океаны,
окраинные и внутренние моря. Часть суши, с которой реки несут воды в океаны и
соединенные с ними моря, называется областью внешнего стока, а часть, с которой
вода поступает в замкнутые водоемы, не имеющие связи с океаном – областью
внутреннего стока.
Область внешнего стока делится на Тихоокеанско-Индийский и АтлантикоЛедовитый склоны. При этом в Атлантический океан поступает сток с 35 %
площади суши, в Северный-Ледовитый и Индийский океаны – с 14 % суши, в
Тихий – с 15 %. Максимальное число крупнейших рек сосредоточено на
Атлантическом склоне.
Области внутреннего стока находятся внутри материков, преимущественно в
зоне недостаточного увлажнения и интенсивного испарения. В Европе крупнейшая
область внутреннего стока - система Каспийского моря, включая бассейн р. Волги;
3
в Азии – система Аральского моря и оз. Балхаш, Аравийская пустыня; в Африке –
система озера Чад; в Австралии – Центральная австралийская пустыня.
Линия, разделяющая Атлантико-Ледовитый и Тихоокеанско-Индийский склоны,
называется главным водоразделом Земли.
Таблица 2 Крупнейшие реки различных океанических склонов
Расход воды,
тыс. м3/сек
4370
44,9
2870
6670
2,32
3220
5985
18,4
6912
6280
220
2990
3650
12,7
2580
2490
3490
4400
19,4
16,1
1800
4240
10,8
Амур
1855
2820
10,9
Янцзы
1800
5520
31,5
Евразия
Азия
Ганг
1730
3000
39
Австралия
Муррей (с
Дарлинг)
1060
3490
0,33
Евразия
Европа
Волга
1360
3350
8
Континент
Река
Атлантическиий
Африка
Конго
С. Америка
Северный
Ледовитый
Ю. Америка
Евразия
Азия
С. Америка
Тихий
Индийский
Бессточные
области
Площадь
бассейна,
тыс км2
3820
Длина, км
Океан
Евразия
Азия
Часть Б
Нил (с
Кагерой)
Миссисипи
(с Миссури)
Амазонка
Обь (с
Иртышом)
Енисей
Лена
Маккензи
(с
Атабаской)
ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ СУШИ - РЕКИ
Река, источники питания рек
Река – природный водный поток (водоток) сравнительно больших размеров,
как правило, постоянный, питающийся за счёт поверхностного и подземного со
своего водосбора и движущийся в разработанном им четко выраженном русле.
Исток - начало реки, место с которого появляется постоянное течение воды в
4
русле. Устье – место впадения реки в другой водный объект (реку, озеро, море).
Реки могут заканчиваться слепым устьем.
В формировании стока рек принимают участие не только атмосферные
осадки, выпадающие на поверхность водосборных бассейнов, но и воды,
сформировавшиеся ранее и заключенные в озерах, болотах, ледниках, и подземные
воды. На различных континентах и в различные сезоны года соотношение разных
видов питания рек неодинаково.
В целом на большей части континентов преобладает дождевое питание рек,
основная доля дождей приходится на лето, осень, зиму. Снеговое питание имеет
место весной и летом. Подземное питание преобладает только в горных районах
Тибета и Южной Америки.
В северном полушарии с севера на юг почти исключительно снеговое питание
постепенно уменьшается, возрастает доля стока, сформированного дождями.
Дождевое питание преобладает в формировании стока рек районов, прилегающих к
океанам. В Индии, Юго-Восточной Азии, Центральной Африке сток формируется
исключительно дождевыми водами. В горных районах преобладает ледниковое
питание.
В южном полушарии большинство рек питается преимущественно дождевыми
водами (а на юге Южной Америки достаточно значимо снеговое питание).
В
пустынях обоих полушарий стока нет, так как нет ни осадков, ни речной сети.
Типа источника питания, а также тип почвы и горных пород, через которые
проходит вода на своем пути к водотоку или водоему, определяет ее химический
состав: обычно в грунтовой воде содержание растворенных веществ больше, чем в
водах поверхностного стока.
Водосбор, водораздел, русловая, речная,
гидрографическая сеть, классификации рек
Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков или выходящих
подземных потоков, собирается в понижениях рельефа и, стекая в направлении
уклона
(понижения
местности)
под
действием
силы
тяжести
образует
поверхностные водотоки. Водотоки в зависимости от их величины и физико5
географических условий, в которых они протекают, могут быть постоянными или
периодически действующими: постоянные и временные. В постоянных водотоках
движение воды наблюдается в течение всего года или его большей части, а во
временных вода движется меньшую часть года.
Система постоянно и временно действующих водотоков образует русловую
сеть. Постоянные водотоки образуют речную сеть. Русловая сеть территории вместе
с расположенными на ней озерами образует гидрографическую сеть.
Временные потоки + постоянные потоки
Русловая сеть
Временные потоки + постоянные потоки + озера
Гидрографическая сеть
Каждый водный объект поверхности суши имеет свою область питания –
водосбор (водосборный бассейн). Водосбор – это часть земной поверхности и толща
почво-грунтов и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Бассейн
любого водного объекта состоит из:
- поверхностного водосбора – участка земной поверхности, с которой вода
поступает в водный объект путем свободного стекания по поверхности
- подземного водосбора – толщи почво-грунтов с которой вода поступает в водный
объект путем фильтрации.
Водосборы
соседних
водных
объектов
отделяются
друг
от
друга
водоразделами – линиями, проходящими по наивысшим отметкам земной
поверхности и ограничивающими территорию, с которой водный объект получает
питание.
Атмосферные осадки и источники грунтовых вод не сразу создают большие
реки. Вода сначала собирается в отдельные струйки, затем в ручьи, которые,
постепенно соединяясь, образуют реки.
Существует несколько классификаций рек: по площади водосбора, по длине
реки, по характеру рельефа водосбора, в зависимости от ландшафтных зон.
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕК ПО РАЗМЕРАМ (по площади водосбора)
6
1. Большая река – река, бассейн которой располагается в нескольких физикогеографических зонах и гидрологический режим которой не свойственен
режиму рек каждой зоны в отдельности (F≥50 000 км2).
2. Средняя река – река, бассейн которой расположен в одной физикогеографической
зоне и гидрологический режим которой соответствует
режиму рек этой зоны (F=2 000 - 50 000 км2).
3. Малая река – река, бассейн которой расположен в одной физикогеографической зоне, но ее гидрологический режим отличается от зонального
режима рек этой зоны под влиянием местных азональных факторов (F=1 2 000 км2). Сток малой реки может прерываться на короткие промежутки
времени.
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕК ПО ХАРАКТЕРУ РЕЛЬЕФА ВОДОСБОРА
1.
Равнинные реки – текут по низменностям и равнинам с высотами до 300-500 м
над уровнем моря и малыми уклонами ≤ 5-6 ‰ (промилле).
2.
Полугорные реки – в местностях с высотами 500-800 м м уклонами ≤ 15 – 20
‰.
3.
Горные реки – на хребтах, нагорьях с высотами > 800 м и уклонами ≥20 ‰.
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЛАНДШАФТНЫХ ЗОН
Реки зон
1. Арктической
2. Тундровой
3. Лесной
4. Степной
5. Полупустынной
6. Пустынной
Все водные объекты суши имеют морфометрические характеристики
-
количественные выражения размеров и формы долин, русел рек, русловых
образований,
болот,
котловин
озер,
их
7
водосборов.
Эти
характеристики
определяются по крупномасштабным топографическим картам, аэрофотосъемкам, в
ходе полевых исследований. Сведения о крупнейших реках мира см. в Таблице 2.
Подземные воды
Подземные воды – воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части
земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. По данным
В.И. Вернандского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с
тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 °С диссоциированы всего на
2%. Приблизительные подсчёты запасов пресной воды в недрах Земли до глубины
16 километров дают величину 400 миллионов кубических километров, т.е. около 1/3
вод Мирового океана.
В зависимости от характера пустот водовмещающих пород они делятся на
поровые – в песках, галечниках и др. обломочных породах, трещинные (жильные) –
в скальных породах (гранитах, песчаниках) и карстовые (трещинно-карстовые) – в
растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.). Подземные воды,
перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными, или
свободными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых молекулярными силами, –
гигроскопических, плёночных, капиллярных и кристаллизационных. Слои горных
пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты.
Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный
горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Непосредственно над их
поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды,
которые могут быть и подвешенными, т. е. несообщающимися с зеркалом
грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод
называется зоной аэрации, в которой происходит просачивание вод с поверхности. В
зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей
фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод образуются
временные скопления подземных вод –
верховодка. Водоносные горизонты,
залегающие ниже грунтовых вод, отделяются от них пластами водонепроницаемых
(водоупорных)
или
слабопроницаемых
8
пород
и
называются
горизонтами
межпластовых вод. Они обычно находятся под гидростатическим давлением –
артезианские воды; реже имеют свободную поверхность и безнапорны.
Подземные воды изучает гидрогеология, которая входит в состав гидрологии
поверхностных вод суши как вспомогательная дисциплина, в объеме, необходимом
для установления взаимодействия поверхностных и подземных вод
и влияния
подземных вод на режим поверхностных вод. Подземные воды сосредоточены в 3-х
вертикальных гидродинамических зонах, различающихся глубиной и степенью
активности водообмена:
1. Зона активного водообмена расположена в верхней части земной коры и
дренируется реками. Активность водообмена тем выше,
чем больше
количество рек.
2. Зона сравнительно активного водообмена располагается ниже первой зоны и
простирается до отметок поверхности океана. Дренирование вод в этой зоне
осуществляется крупными реками, имеющими более глубокие врезы русла.
Воды этой зоны могут быть напорными.
3. Зона замедленного водообмена опускается до глубины 2 000 м, воды этой
зоны дренируются реками высших порядков, а наиболее глубоко залегающие
горизонты сообщаются с океаном непосредственно через его ложе.
Интенсивность
водообмена
подземных
вод
определяет
степень
их
минерализации. В 1 и 2 зонах и в верхних горизонтах 3 зоны воды обычно
пресные или слабоминерализованные, а ниже, где воды обычно застойные –
соленые и рассолы.
Вопросы на зачет
1 Общие сведения о водах суши
2 Классификации вод суши по различным признакам
3 Области внешнего и внутреннего стока, понятие Главного водораздела Земли
4 Русловая, речная, гидрографическая сеть, источники питания водотоков
5 Понятие реки, истока, устья, водосбора, водораздела. Классификации рек
6 Общие сведения о подземных водах
9
Использованные источники
1. Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. – СПб., Гидрометеоиздат,
2004.
2. www.wikipedia.ru
3. www.машиностроитель.рф
4. www.acio.ru
5. www.slovari.yandex.ru
6. www.o8ode.ru
10