м. В марте, при таянии снега, это очень красивое зрелище.
Самыми большими водопадами в мире являются Ниагарский, на границе между США и Канадой, и водопад Виктория в Африке.
Река Ниагара берёт своё начало из озера Эри (рис. 13). Сначала она течёт сравнительно спокойно, но потом её берега начинают сближаться, течение ускоряется и вода сразу падает двумя потоками с уступа высотой 50 м. Левый поток имеет ширину 500 м, а правый — 180 м. Посредине имеется небольшой скалистый остров, который называется Козьим — на нём когда-то жили горные козы. Над водопадом стоят столбы водяной пыли. Лучи солнца переливаются в них бесчисленными разноцветными искрами. В ущелье ниже водопада река суживается до 100 м и скорость течения её сильно увеличивается. Далее, на 12 км ниже водопада, река уже спокойно вливается в озеро Онтарио.
Рис. 13. Продольный профиль реки Ниагара.
Ниагарский водопад постепенно стирает свой порог. Страшные обрушения края порога были в 1818, 1828 годах и последний — в 1866 году. Вся окрестность при этом дрожала, как при землетрясении. Подсчитано, что в среднем водопад отступает вверх по течению на расстояние около 1,5 м в год. Следовательно, у озера Онтарио он был около 60 000 лет тому назад и к озеру Эри подойдёт примерно через 20 000 лет. Водопад тогда полностью исчезнет, Эри и Онтарио будет соединять порожистая река.
Водопад Виктория или Моазива-Тунья (что значит «дым шумит») находится на реке Замбези. Река проваливается в гигантскую щель шириной 60 м. Над этой щелью всё время стоит стена водяной пыли. Местные жители очень гордятся этим водопадом. Первому европейцу Ливингстону, побывавшему у водопада в 1855 году, местный вождь задал вопрос: «Есть ли в вашей стране дым, издающий громоподобный шум?»
Река из щели стремится дальше по ущелью и постепенно успокаивается. Ширина водопада у щели — 1800 м, высота падения — 119 м. Водопад также стирает свой порог.
Реки, имеющие водопады, — это молодые реки, а порожистые реки — более старые. Реки, полностью прорезавшие хребты, — это очень древние реки. К молодым рекам можно отнести Суну, мелкие реки на Кавказе и в Крыму, имеющие водопады, ряд мелких рек Чехословакии, Швейцарии и Финляндии, Рейн в верхнем течении, а из больших рек — Ниагару и Замбези. К старым рекам следует отнести Днепр, стёрший свой водопад, к древним рекам — Дунай, Ангару, Зею, Амур, Хуанхэ.
II. Водный режим рек
Кругооборот воды и питание рек
В природе постоянно совершается кругооборот воды. С поверхности суши и всех водоёмов испаряется вода. Испарения эти поднимаются в воздух и собираются в облака. Облака возвращают воду на землю в виде осадков — дождя, снега, — питающих реки, озёра, моря.
Какое же количество воды участвует в этом кругообороте?
Ответ на этот вопрос даёт следующая таблица.
Таблица 4
Около 520 000 куб. км воды в течение года испаряется с поверхности земного шара и столько же воды приносят на землю снег и дождь. Это — куб со стороной почти в 80 км. Если эту воду распределить по всей поверхности земного шара равномерно, получится слой толщиной около одного метра. Но в действительности осадки распределяются весьма неравномерно. Это можно видеть из таблицы 5.
Таблица 5
В Европейской части Советского Союза снег составляет до 70 % годовых осадков, а дожди — до 30 %. На Дальнем Востоке около 20 % годовых осадков — снег, а 80 % приходятся на долю дождей.
Почти все реки Европейской части Советского Союза и Сибири, а также Висла, Дунай, Эльба, Одер и другие реки, текущие в северо-западной части Европы, питаются со своего бассейна главным образом за счёт таяния снега.
На Дальнем Востоке, в Китае и Индии реки питаются преимущественно за счёт дождей; паводки идут там летом и осенью, в то время, когда выпадает много дождей. В основном дождевое питание имеют реки Франции, где паводки идут зимою, многие реки США, а также ряд рек в Африке и в Австралии.
Реки Кавказа и горных районов Средней Азии питаются главным образом за счёт таяния ледников.
Река Чуна, текущая с Саянского хребта, имеет и ледниковое и дождевое питание. Притоки Чуны на Сибирской равнине имеют главным образом снеговое питание и сильные весенние паводки, а на Чуне паводки бывают летом, когда в Саянских горах идут дожди и тают ледники. Смешанное питание имеют многие реки Средней Азии, Кавказа, Индии, река Нил и другие.
После половодья реки питаются за счёт дождей и грунтовой воды, то есть той части осадков, которая просочилась в землю и образует выходящие к руслу реки ключи. Когда реки скованы льдом, питание их бывает исключительно грунтовым. Наши северные реки питаются за счёт грунтовой воды на 30 %, реки средней полосы — на 10–20 %, а реки южной части СССР — на 5–10 %.
Водоносность рек
Количество воды, которое проходит через русло реки за большой промежуток времени (сезон, год), мы называем водоносностью реки.
От водоносности рек зависят их судоходность, использование рек для целей орошения и т. д. В зависимости от водоносности реки на ней строятся гидроэлектростанции той или другой мощности.
В таблице 6 приведена средняя годовая водоносность некоторых рек в устьевой части.
Водоносность рек в течение года неравномерна. Наибольшая масса воды проходит через русло реки весной, в половодье.
Водоносность каждой реки зависит от величины её бассейна и количества атмосферных осадков. Чем больше осадков и чем больше площадь бассейна, тем больше водоносность.
Если посмотреть на карту Средней Азии, то видно, что весьма много рек теряется в песках. Правда, многие из них используются для орошения, но тем не менее даже в половодье река Чу, текущая с Киргизского хребта, никогда не доходит до Сыр-Дарьи. Также теряются в песках реки Мургаб и Теджен, текущие с хребта Гиндукуш. Подобных рек много в Центральной Азии, в Африке и в Австралии.
Таблица 6
Многие реки в половодье доходят до главных рек, но потом пересыхают. По данным советского гидролога профессора Б. В. Полякова на юге Украины и в Заволжье летом пересыхают реки с бассейнами до 20 000 кв. км, а на Северном Кавказе — до 10 000 кв. км. В северо-восточной части Якутской АССР, в районе, где выпадает мало осадков — около 200 мм в год, есть много рек с бассейнами до 10 000 кв. км, которые также пересыхают летом.
Расходы воды и скорости течения
При строительстве многих инженерных сооружений на реках необходимо знать количество воды, протекающей в том или ином месте в секунду, или, как говорят, расход воды. Это нужно для определения длины мостов, плотин, а также для орошения и водоснабжения.
Расход воды измеряется обычно кубическими метрами в секунду. Расход воды в половодье сильно отличается от расхода в межень, то есть при низких летних уровнях. В таблице 7 для примера приведены расходы по некоторым рекам.
Таблица 7
Если мы разрежем мысленно реку поперёк течения, то получим так называемое «живое сечение» реки. Распределение скорости течения по живому сечению реки весьма неравномерно. На скорость течения влияет и глубина русла, и форма его, и препятствия, которые встречает на своём пути река, например опора моста, остров и т. д.
Обычно у берегов скорость меньше, а на середине, в более глубокой части реки, скорость значительно больше, чем в мелкой. В верхней части потока скорости бывают больше, а чем ближе ко дну, тем меньше. На ровном участке реки наибольшая скорость бывает обычно несколько ниже поверхности воды, но иногда наибольшая скорость наблюдается и на поверхности.
Если течение наталкивается на препятствие, например на опору моста, островок, то наибольшие скорости могут переместиться ближе ко дну реки. На старицах в половодье скорости вблизи дна падают до нуля.
На рисунке 14 показано распределение скоростей течения по живому сечению Волги около Саратова в половодье. Скорость на поверхности в левом рукаве 1,3 м в секунду, а в правом 1,7 м в секунду. Над островом, который в половодье покрыт водой, скорости падают до 0,5 м в секунду. На дне реки скорости падают до 0,4 м. Летом наибольшая скорость на этом участке в главном русле была не более 0,4 м в секунду.
Рис. 14. Живое сечение Волги у Саратова. Распределение скоростей течения в высокую воду.
Вдоль реки скорости могут также сильно меняться в зависимости от очертаний живого сечения. Например, четырнадцатью километрами ниже Саратова, у Увека, где русло не имеет островов и стеснено дамбами, в половодье поверхностная скорость доходила до 3 м в секунду, в то время, как у Саратова скорость была до 1,8 м в секунду.
В глубоких местах на реке, которые называются плёсами, живое сечение больше. На мелких местах или перекатах живое сечение значительно меньше. Поскольку на коротком участке по длине реки расходы воды равны, а сечения на плёсе больше, чем на перекате, то и скорости течения будут разные: в глубоком месте вода идёт тихо, а на перекате — значительно быстрее.
Скорость течения зависит ещё от уклона потока, шероховатости дна и глубины. Чем больше уклон, чем ровнее ложе и чем правильнее его очертания, тем выше скорость течения. Примерные величины скорости на реках указаны в таблице 8.
В таблице указана «средняя скорость». Эта скорость определяется путём деления расхода воды на площадь живого сечения реки. Наибольшая поверхностная скорость обычно раза в полтора больше, а донная — в полтора раза меньше средней скорости.
Реки Советского Союза и пограничных государств (заштрихованы бессточные области).
Измерением скоростей и расходов воды рек занимается наука гидрометрия.
Таблица 8
Скорость течения воды можно измерить очень простым путём. Для этого нужно по берегу отмерить, хотя бы шагами, определённое расстояние, установить отметки и бросить в воду несколько выше верхней отметки поплавок или просто щепку. Время прохода поплавка от одной отметки до другой измеряется по часам с секундной стрелкой. Разделив расстояние между заметками на время, которое поплавок плыл от одной отметки до другой, мы получим поверхностную скорость потока в этом месте.