Наводнения (стр. 3 из 6)

Во время зимних оттепелей влажность почвы возрастает настолько, насколько убывают снегозапасы, если, конечно, не возникает зимних паводков. При этом в величину осенней влажности почвы (или в ее косвенную характеристику) вводится соответствующая поправка.

4. Глубина промерзания почвы к началу снеготаяния. Наблюдения на полях показывают, что при глубоком (свыше 60 см) промерзании почвы зимой ее оттаивание весной происходит лишь после освобождения полей от снега. Хорошо увлажненная и глубоко промерзшая почва практически непроницаема для талой воды. Напротив, сухая, неглубоко промерзшая почва впитывает в себя много воды. Внешним признаком влажной промерзшей почвы является то, что она с трудом рубится топором или раскалывается ломом. А сухая непромерзшая почва сравнительно легко разрыхляется лопатой и режется ножом. Бывает, что в многоснежную слабоморозную зиму замерзшая с осени почва оттаивает до того, как весной устанавливается положительная температура воздуха. Случается и нечто противоположное. Просочившаяся в почву талая вода замерзает из-за наличия большого запаса холода в почве. И тогда на короткое время образуется запирающий слой почвы.

Иногда можно наблюдать и такую картину. После схода снега и исчезновения луж в период оттаивания почвы в гидрографическую сеть продолжает поступать довольно много воды с полей. Это, как иногда говорят, идет «донник», или «земляная вода». Донником в отдельных местностях называют такое состояние почвы, когда под оттаявшим верхним слоем почвы находится еще мерзлый слой. Нога человека увязает в грязи, йо упирается в твердый грунт. В период донника можно видеть, как в поле то в одном, то в другом месте почва, которая утром имела вид жижи, к вечеру обезвоживается, вода проваливается вниз. Это происходит в тот момент, когда нижний слой почвы полностью оттаивает. Через несколько дней почва подсыхает, и человек уже может пройти по полю. Ускоренному оттаиванию мерзлого слоя почвы снизу благоприятствует неглубокое залегание зеркала грунтовых вод.

Слабопромерзшей обычно считают почву с глубиной промерзания до 15—20 см, а сильнопромерзшей — свыше 60—80 см. Уже при средней глубине промерзания — 60 см — на ровных полях не остается участков со слабым промерзанием.

Наиболее интенсивное промерзание почвы происходит в начальный период зимы, до того как высота снежного покрова в полях достигнет 10—15 см.

Глубина промерзания в лесу намного меньше, чем в поле. Для леса глубина промерзания почвы не такая важная характеристика, как для поля. Лесные почвы обладают громадной скважностью.

Следует подчеркнуть, что процесс инфильтрации воды в мерзлую почву как в поле, так и в лесу чрезвычайно сложный. На него оказывают влияние не только гравитационные и молекулярные силы, под воздействием которых происходит движение воды, но и замерзание просочившейся воды, оттаивание частиц льда, разжижение грунта и пр.

5. Ледяная корка на почве. Зимние оттепели.

Ледяная корка на почве образуется во время коротких, но сильных оттепелей при условии, что почва водонепроницаема. Обычно корка бывает не сплошной, а занимает понижения рельефа. Чаще всего запас воды в ледяной корке составляет 5—10 мм (в пересчете на весь бассейн), но бывает и 20—25 мм. В зимы с массовым распространением ледяной корки коэффициент стока очень высокий (0,85—0,90), потери стока минимальные. Ведь талая вода скатывается по ледяной корке, как по асфальту. Во время длительных зимних оттепелей талая вода успевает достичь гидрографической сети, и тогда на реке проходит зимний паводок. Как правило, зимние паводки отмечаются к западу и югу от линии Петрозаводск — Москва — Волгоград — Гурьев — Кзыл-Орда — Алма-Ата.

Большой зимний паводок был, например, зафиксирован во время сильной январской оттепели 1955 г. на Тихой Сосне, Осколе, Цне. Хопре и на других реках в пределах Белгородской, Тамбовской и Курской областей. Подъем уровня составил 2.5—3,0 м, чему способствовали также обильные дожди, слой осадков которых достиг 20—25 мм. Другой большой зимний паводок прошел на левых притоках р. Припять (на Ясельде, Горыни, Птичи, Бобрике, Пине и др.) в пределах Белоруссии в первой половине зимы 1980-81 г. Во время паводка наложились одна на другую две последовательные волны от таяния твердых и выпадения жидких осадков; подъем уровня составил 1,5—2,5 м (рис. 2).

Рис. 2. Ход гидрометеорологических элементов на р. Горынь- у г. Речица за 1980-81г

В обоих описанных случаях оказались затопленными большие земельные угодья на пойме. Полностью или частично было загублено много заготовленного на зиму и невывезенного сена.

6. Интенсивность снеготаяния.

Учет интенсивности снеготаяния важен при прогнозах высоты половодья и почти не нужен в случае прогнозов объема половодья. Чем меньше объем половодья в данном году, тем значительнее роль интенсивности снеготаяния. Поясним это на примере р. Тобол до г. Кустаная (/⁷ = 44800 км²) за весенний период 1955 и 1956 гг. В эти годы сумма максимальных снегозапасов и весенних осадков была близка к норме (НО_120 мм), но из-за чрезвычайно сухой почвы сток половодья оказался ничтожно малым (в 1955 г. — 4,4 мм, в 1956 г. — 2,8 мм). Тем не менее в 1956 г. вследствие бурного таяния снега максимальный расход воды составлял 270 м³/, а в 1955 г. при вялом снеготаянии — всего 151 мс.

Роль интенсивности снеготаяния в формировании весеннего половодья существенно различна для крупных, средних и малых рек (чем меньше река, тем значительнее влияние интенсивности снеготаяния). Более того, на очень малых водотоках ход стока в целом повторяет ход интенсивности снеготаяния (об этом будет сказано ниже).

Как тает снег? Для выяснения этого, казалось бы, простого вопроса от ученых потребовалось немало усилий. Очень уж разнообразны физические свойства самого снежного покрова, а главное, условия его таяния. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах, наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: на 6—8 дней в южных районах и на 15—20 дней — в северных.

Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления положительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиация способствует обтаиванию частиц снега в поверхностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и таяния днем снег превращается в массу бесформенных ледяных зерен, сначала мелких, а затем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.

На первых порах снег лишь насыщается талой водой. Водоотдача из него начинается только после того, как растает 15—20 % снегозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32—0,34 г/см³, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотдачи становится небольшой. Обычно основная масса снега стаивает при средней суточной температуре воздуха 3—5° С, но бывает, что и при температуре 12—15° С, когда дневная температура достигает 20—25° С, как, например, было в 1979 г. в бассейне р. Вятки.

Интенсивность снеготаяния и водоотдачи в отдельной точке можно рассчитать довольно точно методом теплового баланса. Совсем иное положение с речным бассейном в целом, где имеется бесчисленное количество склонов разной экспозиции, длины, угла наклона к горизонту, степени затененности растениями и пр. В таких случаях широко применяется расчет интенсивности снеготаяния с использованием так называемого коэффициента стаивания — слоя талой воды в миллиметрах приходящегося на один градус средней суточной температуры воздуха. Типичные значения коэффициента стаивания составляют для поля 5,0 мм, для смешанного леса 2,5 мм, для густого хвойного леса 1,5 мм (указаны мм/сут на 1° С положительной средней суточной температуры воздуха).

Коэффициент стаивания — величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же конкретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко- или крупнозернистый) и пр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Содержащаяся в снеге капиллярная и пленочная вода переходит в гравитационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2—1,4 раза. Определенную роль играет и ветер, который не дает застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах.

Как отмечалось, не вся поступившая на поверхность речного бассейна талая вода стекает в реки. Часть ее просачивается в почву и идет на пополнение почвенной влаги и запасов грунтовых вод. Часть теряется на испарение, наконец, часть перехватывается бессточными понижениями (обычно 10—15 мм), а также болотами и озерами. Все эти расходные компоненты баланса практически невозможно измерить на громадных пространствах. Еще труднее их предвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычно решается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей). Посредством локальной зависимости в неявном виде учитываются индивидуальные особенности речного бассейна (лесистость, заболоченность, рельеф, состав грунтов и пр.). Кроме того, исключаются систематические ошибки в учете стока воды и в наблюдениях за обусловливающими факторами.

В общем случае основой для долгосрочного прогноза объема половодья служит эмпирическая зависимость между объемом, с одной стороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а также косвенной количественной характеристикой водопоглотительной способности поверхности бассейна к началу весны — с другой. Для этого надо располагать рядом наблюдений не менее чем за 15—20 лет. Иногда прибегают к установлению территориально обшей (фоновой) зависимости для рек какого-либо однородного по физико-географическим условиям района. Это возможно потому, что все величины выражены в миллиметрах слоя. Локальные и фоновые зависимости строятся в двух вариантах — с учетом весенних осадков после схода снега и без них. Объем половодья представляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище, озеро или когда ее сток интенсивно разбирается для нужд ирригации и водоснабжения.