Питание и режим рек Чувашии
ПИТАНИЕ И РЕЖИМ РЕК
Реки питаются атмосферными осадками, которые различными сложными путями доходят до рек. Интенсивность выпадения атмосферных осадков, их вид (твердые или жидкие), распределение во времени на фоне общих физико-географических свойств ландшафта определяют и характер питания реки. Изменение питания рек связано преимущественно с климатическими особенностями года, ибо остальные элементы бассейна остаются примерно постоянными.
Различия в видах атмосферных осадков и в путях их движения к рекам позволяют выделить питание: а) дождевыми атмосферными осадками, стекающими по склонам бассейнов; б) талыми водами снегов; в) талыми водами ледников; г) подземными водами; д) водами болот и озер; е) искусственное. Обычно реки получают сложное (смешанное) питание, например талое и грунтовое, дождевое и талое и т.д. В течение года роль различных видов питания меняется: так, например, в зимнее время река может питаться только грунтовыми водами, весной могут резко преобладать талые воды, летом и осенью — дождевые.
В зимний период в бассейнах рек идет накопление запасов снега. Некоторое количество снега теряется на испарение, некоторое идет на инфильтрацию, но значительная его часть идет на питание рек.
Период стока вод в наших реках продолжается один-два месяца, причем на весенний сток приходится 50—70% годового стока. Средний слой стока изменяется от 70 до 130 мм. Процесс таяния снега начинается весной при наступлении положительных температур воздуха, когда плотность снега доходит примерно до 0,35—0,37; с этого момента снег достигает полной влажности и начинает отдавать воду. Сначала заполняются углубления микрорельефа, а затем, если приток талых вод превышает просачивание, вода начинает стекать по склонам бассейнов и питать реки. Этот процесс на территории Чувашии обычно начинается в конце марта или в начале апреля (табл. 6). Защищенность снегового покрова от действия солнечных лучей, неравномерность его залегания по площади бассейна, различные температурные условия весны, суточный ход температуры и другие факторы создают сложную картину питания талыми водами.
Очень многие относительно крупные речные бассейны не освещены гидрометрическими наблюдениями, поэтому для отдельных районов республики значения слоя среднего весеннего стока установлены по аналогии с изученными бассейнами на основе общности местных физико- географических условий стока, элементов географического ландшафта, выяснения в процессах стока, а также выделения основных ведущих факторов. В частности, на юго-западе Чувашской Республики большое влияние на величину слоя весеннего стока оказывают флювиогляциальные пески, подстилающие меловые отложения, и высокая степень лесистости территории. Здесь создаются благоприятные условия для значительных потерь на инфильтрацию. Гидрологический пост Сальный, расположенный на р. Бездна, не характеризует режим стока верхней части бассейна, где потери на инфильтрацию, особенно в истоках, будут намного меньше, чем в низовьях реки вследствие большого развития тяжелосуглинистых и глинистых почвенных разностей. Отсюда величина среднего слоя весеннего стока 90 мм, полученная на этом водопосту, не распространяется на весь бассейн Бездны, а также на левобережные притоки Суры, водосборы которых сложены преимущественно песками. Для нижнего течения Бездны слой меженного стока составляет около 80 мм, годовой сток — порядка 150 мм. Таким образом, слой весеннего стока будет 70 мм.
Между бассейнами Алгашки и Вылы весенний сток увеличивается вследствие малой водопроницаемости развитых здесь на татарских отложениях среднесуглинистых пылеватых оподзоленных почв. Средний слой меженного стока здесь снижается до 30—40 мм, а сток половодья возрастает до 120 мм.
Наибольшие значения среднего весеннего стока приурочены к бассейнам Вылы и левобережных притоков Большого Цивиля. Это район с преимущественным распространением средних и тяжелосуглинистых, а местами и глинистых малопроницаемых почв. В левобережьях Большого Цивиля и Вылы отмечается сильная расчлененность рельефа, создающая благоприятные условия для концентрированного поверхностного стока, поэтому величина весеннего стока в этих районах достигает 100—130 мм.
Водный режим рек Чувашии отличается устойчивой, но низкой водностью в летне-осенне-зимнюю межень и высокой — в половодье. Межень обычно начинается в конце мая и продолжается до конца марта следующего года. Летние ливни и осенние продолжительные дожди вызывают кратковременный подъем уровней воды. Устойчивая межень формируется водами подземного питания, интенсивность которого оценивается модулем, т.е. количеством подземных вод в литрах, поступающим в русло рек в секунду с одного квадратного километра водосборной площади. Подземное питание по длине рек неравномерно, что объясняется геолого-тектоническими условиями частных водосборов, например, фациальной изменчивостью отложений, их неодинаковой плотностью, пористостью и трещиноватостью, положением относительно русел, карстом, микроскладчатостью и т.д. В пределах Чувашии выделяются районы низкой (0—1,0 л/с с 1 км2), средней (1,0—5,0) и весьма неоднородной интенсивности подземного питания рек (от 0 до 15,0 л/с с 1 км2).
Низкая интенсивность подземного питания характерна для центральной и юго-восточной части республики в пределах бассейнов Малого Цивиля и левобережных притоков Свияги. Район средней интенсивности подземного питания занимает юго-западную часть республики по правобережью Суры, южнее устья Вылы.
Очень неравномерное подземное питание наблюдается в северной и северо-восточной частях Чувашии и по левобережью Суры. Пестрый состав пород, фациальная смена слоев, частое чередование обычно маломощных водоносных горизонтов, наличие мелких, но многочисленных поднятий приводят к большой изменчивости условий формирования и поступления подземных вод в реки. В местах развития нижнетатарских отложений, характеризующихся фациальной выдержанностью и водообильностью, модули достигают наивысших значений. На отдельных участках, где в разрезе преобладают карбонатные породы, создаются условия, благоприятные для развития карста, который в одних случаях может поглощать поверхностный сток, а в других — увеличивает подземное питание рек. Большая территориальная изменчивость модулей подземного питания наблюдается по левобережью Суры, по бассейнам Киши, Мени, Алатыря и их притоков. Это район Порецкого поднятия, которое сложено в основном породами нижнего мела. В куполовидных поднятиях прослеживаются юрские слои, а в устьевой части Мени — отложения казанского яруса. В местах вскрытия распространенного валанжинекого водоносного горизонта (Киша, верховье Мени) модули подземного питания довольно высокие — 2,0—5,0 л/с с 1 км2. Аналогичные модули и в устьевой части Мени, где река прорезает водообильные горизонты казанского яруса. В среднем течении Мени и на большинстве притоков других рек интенсивность подземного питания очень низкая (0—1,0 л/с с 1 км2), так как их русла прорезают практически безводные отложения верхней юры. Река Парат дренирует водоносные горизонты аллювиальных отложений первой и второй надпойменных террас левобережья Волги и характеризуется высоким подземным питанием (2,0—5,0 л/с с 1 км2).
Для определения водоносности рек в период устойчивой летней межени в 1949—1952 гг., а затем с целью детализации и контроля данных в 1967 г. проводились гидрометрические съемки, которые заключались в измерении расходов воды по длине рек и в устьях притоков, при неизменной бездождевой погоде. Всего расходы воды измерены в 1500 пунктах.
Интервал между местами измерения изменяется по длине водотоков от 0,5 до 2—3 км, а на более крупных реках — 10—15 км, по площади водосборов — от 5 до 40 км2. В республике преобладают реки с весьма незначительной водностью в межень. Расходы воды, как правило, не превышают 1 м3/с. Только в среднем течении Б. Цивиля и Кубни, а также в нижнем течении Бездны и Кири протекает в пределах 1—3 м3/с. Несколько больше величины стока лишь в Алатыре и Б. Цивиле ниже впадения М. Цивиля.
Слой меженного стока (отношение объема стока за весь меженный период к соответствующей водосборной площади) находится в пределах 10—100 мм. Высокие значения характерны для рек, водосборы которых сложены преимущественно юрскими или маловодоносными татарскими отложениями (реки М, Цивиль, Сред. Аниш, Ута и др.). Несмотря на общий высокий объем меженного стока, который в принципе позволяет оросить десятки тысяч гектаров, практические возможности его использования для централизованного водоснабжения невелики, так как он рассредоточен по большому числу мельчайших рек.
Зимой сток повсеместно резко снижается. В юго-западной части в пределах Присурского лесного массива зимний сток снижается всего на 10—20%, в центральной и северо-западной частях — на 40—50%, а на юго- востоке, где подземное питание ничтожно, а потери стока на образование наледей невелики, — на 70—80%.
Зимний режим рек имеет большое значение как в России, так и в Чувашской Республике, где в течение 5 месяцев реки бывают скованы ледовым покровом. Ледовый покров, отделяя воду от соприкосновения ее с воздухом, нарушает их газообмен, препятствует движению воды — течениям и волнению — и тем самым резко изменяет режим водоемов. При проектировании большинства гидротехнических сооружений нельзя обойтись без знания времени замерзания, продолжительности ледостава, времени и высоты уровня ледохода, толщины льда, скорости его движения, величины ледяных полей, образования глубинного льда, его количества и т.д.
В осеннее время температура воды падает постепенно; когда она достигает температуры несколько ниже 0°С, на 0,01—0,05°С, реки начинают замерзать. В осеннее время, перед замерзанием, температура воды в среднем за сутки падает на 0,2—0,4°С, в малых реках — больше, в больших — меньше. После перехода температур воздуха в осеннее время через 0°С к отрицательным значениям для замерзания малых рек необходимо, чтобы температура воздуха была несколько ниже 0°С в среднем еще 18 дней и для больших рек — 23.
Осенью при температуре воды близкой к нулю в заводях и заливах, где скорость течения мала, начинают образовываться очень тонкие ледяные пленки, называемые «салом». «Сало» при движении вниз по течению в результате взаимного столкновения и трения часто принимает вид плавающих кругов — «блинчатого льда», которые, смерзаясь, образуют более крупные льдины. Они, останавливаясь в сужениях русла, образуют заторы. Смерзание льдин между собой и с берегом создает ледостав. Приплывающие сверху льдины останавливаются, смерзаются, и ледостав передвигается вверх по реке. При энергичном образовании «сала» на реке создается сплошной ледоход, который через несколько дней заканчивается наступлением ледостава, после чего река переходит на зимний режим.
Маловодные реки Чувашии (расходы менее 1,0 м3/с) на участках с незначительным притоком тепла с подземными водами замерзают в среднем 5—10 ноября (нижнее течение Вылы, Юнги, Карлы и др.). Увеличение водоносности до 3,0—5,0 м3/с при уклонах 0,2—0,5% обусловливает задержку ледостава на 7—10 дней (Б.Цивиль, у д. Тувси — 16 ноября). В третьей декаде ноября замерзают участки с высокими уклонами (1—3%) и значительным теплопритоком; такие места часто встречаются на Кире и Бездне. Наступление ледостава переводит реки на зимний режим. Питание их идет за счет грунтовых вод, поступление которых начинает убывать и сток реки — падать. Лед нарастает снизу, в основном под влиянием отрицательных температур воздуха, но во время зимних оттепелей нарастание идет и сверху, когда снег частично стаивает. Вода при морозе застывает вновь, образуя слои льда сверху. Если лед перегружен выпавшим снегом, то вода выступает из полыней и промачивает снег, а в последующем из мокрого снега образуется мокрый лед, увеличивая толщину льда сверху. Средняя многолетняя «климатическая» толщина ледяного покрова рек Чувашии составляет 60—80 см. Однако часто наблюдаются отклонения как в сторону увеличения мощности до 80—100 см, так и в сторону уменьшения до 25 см и даже нуля. Аномально низкие значения толщины льда и полыньи распространены в основном на реках, которые питаются из водообильных горизонтов Бездны, Кири и др.
Таяние льда в весеннее время происходит в основном под влиянием солнечной радиации и действием теплого воздуха; некоторое влияние оказывают также теплые весенние дожди, ветры и другие атмосферные явления.
Разрыхление льда под солнечными лучами идет интенсивно, особенно после того, как стаивает предохраняющий лед снежный покров. При этом в нем образуются как бы оптические чечевицы, собирающие лучи солнца и создающие интенсивное нагревание и разрыхление льда. Лучи солнца, проникая через ледяной покров, повышают температуру воды подледного слоя и тем самым содействуют его разрушению. Комочки грязи, камни, пылинки, вмерзшие в лед, содействуют разрыхлению льда, так как лучи солнца сильнее поглощаются этими вкраплениями и нагревают прилегающий лед.
Реки Чувашии вскрываются в среднем 8—11 апреля; на два-три дня раньше — истоки рек и отдельные маловодные речки, в бассейнах которых преобладают склоны южной и западной экспозиций, например р.Выла; на два- три дня позже средних сроков — реки с наледями, например устье Б.Цивиля, представляющее собой залив Куйбышевского водохранилища.
