И водохранилищ

Вопросы лекции:

1. Группировка рек по типу питания.

2. Функция береговой растительности. Значение береговой растительности для окружающей среды.

3. Укрепление берегов рек защитными лесными насаждениями. Прирусловые лесные полосы.

4. Инженерно-биологические работы в зоне водохранилищ. Влияние водохранилища на прилегающие территории.

5. Создание лесных насаждений вокруг прудов и водохранилищ.

1.

В жизни людей реки играют огромную роль. С ними связаны и первые поселения человека и культурная история древнейших на­родов.

Реки - это удобные, а местами единственные пути сообщения, источник дешевой энергии, и поставщик рыбных богатств, главный источник питьевого водоснабжения и орошения полей.

Характер каждой реки определяется следующими основными данными: 1) стоком воды (м³/сек), 2) уровнем воды, 3) скоростью течения. Все эти показатели динамичны по сезонам года и в многолетнем цикле. Изменение этих данных представляет собой режим реки.

Количество и уровень воды в реке изменяется в зависимости от питания и его изменения. Питание рек происходит при участии поверхностных и подземных вод. В зависимости от типа питания реки подразделяются на несколько групп.

I. Реки, в которых преобладает снеговое питание. Во многих из них весенний сток от снеготаяния составляет 50-70 % от годового стока. Сюда относятся многие реки Северного полушария. Кроме воды от таяния снега, они получают дополнительное питание за счет осенних и весенних дождей.

II Реки, в.которых питание происходит преимущественно за счет таяния ледников в горах. К этому типу относятся реки Центральной и Средней Азии, стекающие с высоких гор, покрытых ледниками. К ним относятся Аму-Дарья, Тарим, Сыр-Дарья и др. Протекая преимущественно в областях сухого пустынного климата, характеризующегося незначительным количеством выпадающих атмосферных осадков и огромным испарением, они не только не получают дополнительного питания по пути своего следования, а наоборот, теряют много воды на испарение и просачивание. Вследствие чего многие из них не достигают своего устья и теряются в песках пустыни.

III. Реки, в которых питание осуществляется главным образом за счет дождей. Сюда относятся реки областей с незначительными снеговыми осадками и большим количеством дождей, выпадающих в летнее и осеннее время. Например, на Дальнем Востоке около 20% годовых осадков составляет снег, а 80% приходится на долю дождей. К этому типу относятся такие крупные реки как Амазонка, получающая только 0,01 часть воды от таяния снега в горах, Конго, Нил, Ориноко, Амур и др. Дождевое питание имеют реки Франции и некоторых других стран Европы, где сильные и затяжные дожди выпадают осенью и зимой.

IV. Реки, которые характеризуются смешанным питанием. Это реки Кавказа, некоторые реки Индии, Средней Азии.

В зависимости от характера и интенсивности питания изменяется режим рек в течение года. Для примера возьмем равнинные реки Европейской части. Питаются они главным образом за счет таяния снега и частично за счет дождей. Около 4-5 месяцев они скованы льдом. Большинство из них замерзает в первой половине ноября или в конце октября; ледоход начинается в марте и начале апреля. Весной с наступлением оттепелей в реки начинает стекать талая снеговая вода. Через некоторое время, взламывается лед и наступает весенний ледоход. Большое количество талых снеговых вод, стекающих с водосборной площади, вызывает быстрый и резкий подъем воды. Река выходит из берегов и заливает обширные пространства поймы. Подъем уровня воды продолжается в течение 20-25 дней, иногда больше (максимум достигает обычно в а затем начинается постепенный спад, который растягивается на период от 40 до 60 дней. В конце лета уровень воды в реке достигает своего наиболее низкого положения — минимума. Период наименьшего количества воды в реке и наинизшего уровня ее называется меженным временем или «меженью». Момент в жизни реки, характеризующийся резким увеличением количества воды и подъемом ее уровня в результате таяния зимних запасов снега, называется половодьем. Средняя скорость течения у спокойных относительно небольших равнинных рек (Ока, Москва и др.) — 0,5-0,6 м/сек, у крупных рек (Волга, Днепр) достигает 1 и более м/сек. Скорость течения не постоянна, и изменяется во времени и в пространстве. Минимальные скорости течения наблюдается в меженный период, максимальные — в половодье.

Каждая река обладает способностью производить работу, называемую энергией реки или ее живой силой. Живая сила реки (К) пропорциональна массе воды (т) и квадрату скорости течения (С):

;

Чем больше в реке воды и чем выше скорость течения, тем значительней работа, совершаемая рекой.

Работа реки заключается в следующем:

1) эрозия (размыв), 2) перенос (транспорт) материала, полученного в результате эрозии и выветривания; 3) аккумуляция (накопление) перемещаемого материала по пути движения воды.

В зависимости от соотношения между живой силой реки (К) и грузом (L), который она несет с собой, меняется эффективность работы реки. Возможны три случая:

1. К>L — преобладает эрозия;

2. К=L — наблюдается равновесие между эрозией и аккумуляцией;

3. К<L — преобладает аккумуляция.

Это соотношение для одной и той же реки меняется на всем ее протяжении.

Равнинные реки переносят продукты разрушения горных пород преимущественно во взвешенном и растворенном виде.

Речные долины — это сильно вытянутые в длину, извилистые врезы в земную кору различной ширины. Образуются они в результате эрозионной деятельности. Выделяют следующие элементы долины: дно, тальвег, русло, пойму, террасы, меандры, старицы, склоны, коренной берег. Дно — низшая часть долины; линия, соединяющая в продольном направлении самые низкие точки дна долины, называется тальвегом.

Русло — наиболее низкая часть дна долины, по которой течет вода: поперечный разрез водного потока называется живым сечением.

Пойма (терраса) — затопляемая в половодье часть долины. Ширина поймы у разных рек различная, в крупных равнинных реках она достигает нескольких километров (10-15 км и более). Поймы бывают низкие, заливаемые ежегодно, и высокие, заливаемые только в наиболее сильные половодья, когда уровень воды в реках поднимается выше меженного уровня на 10-15 м.

Терраса — площадка в русле реки или на склонах долины. Террасы подразделяются на поперечные и продольные.

Поперечные террасы (рис. 3.1) представляют собой ступень, перпендикулярную к направлению долины; они образуются в местах выхода по долине реки пород, более прочных, чем распространенные выше или ниже по течению. Поперечные террасы обуславливают образование на реках водопадов и порогов. Так, известны знаменитые пороги на Днепре в районе г. Запорожья, являющиеся выходами по долине реки трудно размываемых древних кристаллических пород.

РИС. 3.1. Поперечное сечение речной долины.

1 — коренное ложе; 2 — коренной склон; 3 — русло; 4 — прирусловая пойма; 5 — центральная пойма; 6 — притеррасная пойма со старицами; - первая надпойменная; 8 — вторая надпойменная; 9 — третья над­пойменная терраса.

Продольные или надпойменные террасы — это горизонтальные или слабо наклоненные в сторону русла площадки, расположенные вдоль реки, выше ее поймы. Образуются они чаще всего вследствие периодического врезания реки в дно долины, обусловленного колебательными движениями земной коры. Общее количество террас у равнинных рек может достигать четырех - шести. Высота продольных террас над руслом изменяется от нескольких метров до нескольких сотен метров, ширина — от нескольких метров до нескольких десятков километров. Все надпойменные продольные террасы представляют собой остатки древних днищ речных долин, приподнятых над современным дном колебательными движениями земной коры.

Главным фактором образования террас помимо колебательных движений земной коры, может быть понижение уровня воды в водоеме, куда впадает река. Продольные террасы — очень удобные строительные площадки, на которых располагаются села, города, заводы, трассируются железные дороги, создаются лесные массивы.

Меандра — это изгиб, или излучина, образованная рекой.

Перенос реками продуктов разрушения горных пород и их разгрузка формируют уникальные породы — аллювий, который служит материалом для формирования почв.

2.

В зависимости от высоты местоположения, формы долины, вида и состава имеющейся растительность, а также колебания уровня воды, реки обрамляются различными формами растительности. Это может быть пионерная травянистая, древесно-кустарниковая растительность.

Береговая растительность (рис. 3.2) является многофункциональной и играет большое значение для решения технических, экологических, экономических и эстетических задач.

Растительность берегов рек выполняет следующие функции:

- осуществляет передачу веществ и энергии;

- защищает берега от эрозии, снижает скорость потока при наводнении;

- улучшает микроклимат, изменяет освещенность, снижает скорость воздушных потоков, и колебания температуры воды, воздуха, почвы;

РИС. 3.2. Береговая растительность равнинных рек в Германии.

- содействует образованию экологических ниш и небольших жизненных пространств для флоры и фауны;

- выполняет фильтрацию и задержку поступления вредных веществ (пыль, удобрения, пестициды, выхлопные газы и т.д.) в воду;

- обеспечивает дополнительное усвоение различных, в том числе и нежелательных элементов (азота, фосфора и др.);

- является миграционным коридором для флоры и фауны.

Для окружающей среды это имеет следующее значение:

- укрепление берегов и дамб, защита прилегающих территорий;

- обеспечения жизненного пространства, в том числе и для видов, которым нет места в культурном ландшафте;

- фильтрация и задержка разноса твердых фракций (растительные остатки, галька, ил и др.);

- улучшения эстетического вида ландшафта;

- место отдыха, охоты, рыбалки;

- получение древесины;

- обеспечение основ жизни человека.

3.

Для зданий и сооружений, расположенных в речных долинах, подъем берегов, в том числе и древних террас, углубление дна реки в ряде случаев представляет значительную опасность. Это приводит к обрушению берегов, сокращению строительных площадок, появлению обвалов, оползней и другим нежелательным явлениям.

Водоемы и их береговая растительность, необходимые элементы современного ландшафта. Антропогенные вмешательства в речные ландшафты (транспортное вмешательство, создание водоканалов, деятельность населения) привели к значительному изменению речной поверхности, к ослаблению скорости течения.

Изменение представлений значительности этих показателей для окружающей среды в течение последних десятилетий привело к изменению процесса выбора в проведении мероприятий на реках и речных долинах.

Основными целями мероприятий на них является:

- сохранение и восстановления экологической функции рек;

- защита жизненного и экономического пространства для человека. Для этого следует осуществлять:

- восстановление береговой растительности;

- регулирование продольного и поперечного профиля русла;

- содействие естественному процессу восстановления речных экосистем.

Инженерно-биологические методы - важная составная часть этих мероприятий. Они играют большую роль при сооружении и восстановлении береговой растительности, вследствие чего способствуют не только оживлению водоемов, но и выполняют защитную функции для берегов. Их нужно понимать не как замену, а как необходимое и рациональное дополнение слишком чисто техническим инженерным строительным методам.

Способы укрепления подводной и надводной частей берега различны. Подводную часть берега ниже межевого горизонта следует укреплять каменной наброской и фашинами, надводная часть крепится бетоном, подпорными стенками, габионами и др.

Выше среднего уровня воды можно укреплять берег растениями или комбинациями из камня и растений. Также используются опорные стены и габионы.

Донная эрозия наиболее опасна опорам мостов, поэтому они должны иметь достаточное заглубление. Следует учитывать движение льда, так как заторы могут вызывать резкий подъем уровня реки и затопление прибрежных районов. Заторы следует разрушать, а в местах их образования заранее производить обвалование берегов.

Неблагоприятно сказываются паводки на пойму реки. Сооружения и берега долины необходимо защищать земляными дамбами, отсыпкой камня и другими способами, позволяющими нейтрализовать эрозионную силу паводковых вод. Для строительства более благоприятны неподмываемые и незатопляемые участки долины.