Реки

Реки берут начало в ключах, болотах, озерах, горных снегах и ледниках; иногда — в скоплениях подземной воды (в карстовых областях), наконец, есть реки, питающиеся исключительно дождевой влагой и в сухое время пересыхающие (многие овраги, затем некоторые реки пустынь). Впадают речные системы или в моря (и океаны), или во внутренние бассейны, не имеющие стока к океану; области, не имеющие стока, занимают около 23% всей площади суши: в Европе и в Азии такие области занимают около 10 млн. кв. км, т. е. больше площади всей Европы. Не всегда бывает легко определить точно, где начинается река, особенно для равнинных рек. Это происходит от того, что из одного и того же болота нередко берут начало реки, относящиеся к разным бассейнам. Так, в верховьях Днепра одни и те же болота питают речки, относящиеся и к системе Днепра, и к системе Западной Двины. Болото, из которого начинается Западная Двина, питает также речки, принадлежащие к бассейну озера Пено, через которое протекает Волга. Не всегда реки берут начало на высших точках рельефа. Мы знаем, например, что Инд и Брахмапутра перерезают насквозь Гималайский хребет, начинаясь на Тибетском нагорье. Яблоневый хребет и т. н. Становой вовсе не служат водоразделом вод Тихого и Ледовитого океанов, ибо, например, реки бассейна Лены в области верховьев р. Зеи пересекают этот водораздел. Подобным образом водоразделы между Окой и Сеймом, между Окой и Десной находятся на высоте 218—228 м, а высшие тонки центральной русской возвышенности лежат в стороне от главного водораздела на высоте 273—275 м.

За главную реку следует принимать ту, которая несет наибольшую массу воды во всем бассейне, начиная от верховья до низовья (иногда считают за главную рек ту, которая удалена наиболее от моря, считая по реке, или ту, которая лежит в области наибольшего количества атмосферных осадков). Но обычная практика (противоречить которой в этом вопросе не имело бы смысла) не всегда этому соответствует: так, за начало Волги следовало бы считать не общепринятый исток ее, а р. Руну, приток Волги (см. XI, 57); мало того, по длине (2 009 км) и многоводию Кама не уступает Волге в месте их слияния (длина Волги до устья Камы 1 738 км). Равным образом за главную реку следовало бы считать не Миссисипи, а Миссури. Наибольшая из рек по водоносности это — Амазонка, подлине — Миссури-Миссисипи. По площади бассейнов самые крупные реки располагаются так (в тысячах кв. км): Амазонка 7050, Конго 3 690, Миссисипи 3 248, Лаплата 3 104, Обь 2 915, Нил 2803, Енисей 2 510. Лена 2 320, Нигер 2 092, Амур 2 010. Густота речной сети измеряется отношением общей длины всех рек данного бассейна к площади речного бассейна; она зависит от разных факторов: количества атмосферных осадков, характера пород, рельефа, растительного покрова и проч.; у нас нет подобных исследований; в Германии же густота речной сети в озерной области Померании 0,36 (осадков 595 мм в год), в Эйфеле 0,84 (осадков 615 мм), в Шварцвальде 1,40 (осадков 1180 мм). При прочих равных условиях густота речной сети тем больше, чем больше осадков, в подтверждение положения Воейкова: реки есть произведение климата.

Наблюдения над уровнем рек производятся или по футштоку, или по самопишущему прибору — лимнографу. Для определения расхода воды в данном месте нужно знать площадь поперечного сечения реки (S) в кв. метрах и среднюю скорость течения (v) в секундах; тогда расход воды составит S.v куб. м в сек. Определение скорости производится обычно при помощи вертушки. Скорость течения от поверхности ко дну сначала возрастает, а потом начинает убывать. Для Везера, Эльбы, Рейна оказалось, что средняя скорость лежит на 0,6 глубины (точнее, на 0,596); скорость на поверхности приблизительно равна 0,85 средней скорости.

Выпадающая над бассейном реки влага частью стекает в долины, частью испаряется (непосредственно с поверхности земли или при посредстве растительного покрова), частью же просачивается в почву и грунт; грунтовая вода частью идет на питание источников и, следовательно, возвращается в реку. Расход воды в реке, или сток, в грубых чертах приблизительно равен разности между осадками, выпадающими в бассейне реки, и испарением. Но следует иметь ввиду, что с возрастанием количества осадков увеличивается и количество стекающей воды; если же осадков мало, то они сплошь и рядом и вовсе не доходят до реки (например, в пустынях). На равнинах средней Европы при количестве осадков в 400-500 мм сток равен 20%, а при 700-800 мм — уже 40%. Далее, сток относительно тем больше, чем значительнее уклон; так, в горах средней Германии при 900-1000 мм осадков стекает 48%, а в Альпах — 58 %. Наконец, громадное значение имеют температура, регулирующая испарение, растительный покров, свойства поверхностных пород (водоупорные или водопроницаемые), годовой ход осадков и их формы (дождь, снег и их распределение). Сток в умеренной зоне начинается лишь при количестве осадков не меньшем 200-250 мм, в тропиках 400-600 мм. Следует иметь ввиду, что в умеренном и холодном поясах стекающая в данном месяце вода не всегда есть только та вода, которая выпала над бассейном, но и накопленная в предыдущее время в виде: 1) снега, 2) подземной влаги. Так, в Днепре, у Киева, в апреле стекает воды втрое больше, чем в марте, между тем осадков в апреле (37 мм) лишь немногим больше, чем в марте (30 мм): большой сток есть результат таяния зимних снегов. Заметное влияние оказывает характер пород. Реки, текущие среди водопроницаемых пород (каковы, например, известняки, некоторые песчаники), имеют сток гораздо более равномерный, чем текущее среди водоупорных: осадки, выпавшие над водопроницаемыми породами, не сразу попадают в реки, они поглощаются в значительной степени грунтами и затем выходят наружу в виде ключей или в меженное время попадают в реки, и таким образом далее в бездождевое время подземные воды продолжают питать реки, уменьшая годовую амплитуду колебания стока. В областях же водоупорных пород каждое выпадение осадков сейчас же сказывается на стоке. Растительность имеет громадное значение. Прежде полагали, что леса способствуют накоплению грунтовых вод, но для равнин это неправильно, как можно судить по тому, что у нас в лесной зоне на местах вырубок появляются болота. Но всюду, и на низинах, и в горах, леса являются регуляторами стока, уменьшающими колебания уровня в реках.

Можно различить следующие типы рек в зависимости от годовых колебаний в расходе воды.

I. Реки, питающиеся как снегом, так и дождем. 1) Тип русский. Сюда относятся, например, Днепр, Дон, Волга. Для примера возьмем Днепр, детально исследованный Оспоковым. Если количество воды, стекающей в Днепре у Киева, распределить на площади бассейна Днепра выше Киева (335 940 кв. км), то, по данным за 1877—1908 гг., мы получим следующие количества в мм за каждый месяц (вторая цифра – количество  стекающей воды выраженное в процентах осадков в бассейне Днепра выше Киева за годы 1876—1908, где средняя годовая сумма равна 559 мм):

Январь – 7,9 мм; 30%;
Февраль – 6,7; 27;
Март – 10,4; 35;
Апрель – 32,7; 88;
Май – 36,0; 71;
Июнь – 11,4; 16;
Июль – 6,1; 7*;
Август – 5,2; 8;
Сентябрь – 4,3*; 9;
Октябрь – 4,6; 10;
Ноябрь – 5,5; 16;
Декабрь – 6,6; 19;
Год – 137,3 мм; 24,5%.

Максимальный расход – в  мае во время таяния снегов, минимальный — в сентябре; вообще, летом — меженный уровень. Между тем, осадков как раз в июле больше всего. Объясняется это тем, что в июле наиболее высокая температура (в среднем 19,2°) и наиболее сильное испарение как непосредственное, так и через растительность. Зимой, когда холодно и растения замирают, коэффициент стока увеличивается до 30%, но абсолютное количество стекающей воды мало, ибо на зиму приходится минимум осадков. Если зимние осадки упадут на замерзшую почву, то весной случаются сильные наводнения. 2) Тип сибирский. Весной чрезвычайно сильное поднятие уровня от того, что сток талых снеговых вод по замерзшей почве очень велик и сразу доставляет рекам все зимние осадки. 3) Тип альпийский. Реки  питаются весной таянием снегов в предгорьях, летом — таянием снегов и льдов в горах. Поэтому максимум бывает летом, минимум — зимой. Осенью сравнительно высокий уровень от дождей. Примером может служить Рейн в верхнем течении. Так, расход воды у Базеля, по данным за 1891—1900 гг., таков (в процентах годового расхода):

Январь – 4,8*; Февраль – 5,3; Март – 6,3; Апрель – 8,4; Май – 10,8; Июнь – 13,2; Июль – 12,6; Август – 11,3; Сентябрь – 9,3; Октябрь – 7,4; Ноябрь – 5,7; Декабрь – 4,9%; Средняя годовая в секунду – 900 куб. м.

4) Тип туркестанский (Сырдарья, Амударья). Минимум — зимой (декабрь-январь); в феврале-марте начинается поднятие от таяния снегов на равнинах в предгорьях; максимум — летом, когда усиленно тают снега и ледянки в горах. Весеннего половодья, как в реках русского типа, нет. Так как среднее и нижнее течения совеем не получают притоков, то режим низовьев находится в зависимости от верховьев. Этот тип наиболее приближается к теоретически лишь мыслимому типу рек — исключительно снегового питания.

II. Реки, питающиеся исключительно дождевой влагой. 1. Тип Сены. Хотя осадков больше всего летом, здесь, как и в русском типе, лотом уровень сравнительно низкий из-за сильного испарения. Максимум — весной, в марте, апреле. Зимний уровень довольно высок, ибо, хотя осадков меньше, но и впитывание в землю и испарение гораздо меньше; поэтому зимние осадки попадают в реки и непосредственно, и в виде ключей. 2) Тип перемежающихся рек, свойственный средиземноморскому климату, где лето почти бездождевое, а осадки выпадают зимой, осенью и весной, почти целиком повторяет, в преувеличенном виде, тип Сены. Летом потоки могут совсем пересыхать. 3) Тип тропических рек, где сухого периода нет, испарение растительности не оказывает влияния на амплитуду стока, ибо растения вегетируют круглый год. Кривая расхода повторяет кривую осадков. Обычно максимум осадков падает па лето. Если есть сухой период, приходящийся на зиму, то минимум — зимой, как в реках Декана.

Большинство крупных рек, однако, принадлежит к смешанному типу, ибо при значительной длине течения они пробегают через страны с разными климатами и принимают притоки, оказывающие существенное влияние на режим. Таковы: Амазонка, Дунай, Нил. Дунай (см.) начинается в Шварцвальде, имея сначала режим типа Сены, но затем принимает много притоков с Альп, почему максимум переходит на лето, минимум — на зиму; у Орсовы Дунай приобретает другой тип: максимум – май, минимум — осенью; это результат действия притоков и летнего испарения.

Работа разрушения (размывания) русла и перемещения продуктов разрушения, производимая текущей речной водой, называется эрозией. Эрозия тем значительнее, чем больше уклон русла, а следовательно, и скорость течения, чем больше расход воды, чем вода мутнее (вообще — богаче взвешенными и перекатываемыми по дну материалами), чем более рыхлы породы, слагающие берега, и чем менее они покрыты растительностью. Потенциальная энергия воды, равная произведению ее веса на высоту над уровнем моря, тем больше, чем вода мутнее и чем река передвигает больше песка, гальки и т. п. Но живая сила мутной воды меньше, ибо передвигаемый материал в потоках с не очень большим уклоном может заимствовать кинетическую энергию почти целиком от воды. Поэтому реки, нагруженные илом, песком и т. д., имеют меньшую скорость, независимо от того, что плотные материалы уменьшают скорость вследствие трения о дно. Тем не менее, несмотря на меньшую скорость и меньшую живую силу, нагруженная (но не чрезмерно) река обладает большей силой эрозии, чем чистая. Особенно содействует размыванию песок. Не следует думать, что способность переносить твердые вещества зависит исключительно от средней скорости течения; она зависит также и от формы русла: при той же средней скорости и том же расходе река мелководная и широкая обладает большими придонными скоростями, чем глубокая и узкая, а потому может переносить по дну больше материала. Русло реки никогда не бывает прямолинейным, а всегда более или менее извилистым. В извилинах действует центробежное ускорение, всегда уклоняющее струю к вогнутому берегу; оно пропорционально квадрату скорости. Как указал Буссинеск (1872), если вода движется по каналу с кривой осью, поступательное движение всегда сопровождается некоторой поперечной циркуляцией. Эго объясняется следующим образом: в излучине при напоре воды к вогнутому берегу только те частицы ударяют о берег, которые обладают наибольшей скоростью; прочим же не хватает места, и они оттесняются назад и вниз, а затем к противоположному берегу. У вогнутого берега течение значительно сильнее, чем у выпуклого, поэтому у вогнутого преобладает эрозия, у выпуклого — отложение осадков и образование мелей. Вышеописанным путем кривизна излучин увеличивается все более и более; длина течения увеличивается, а разность уровней в конце и начале излучины не изменяется. Благодаря этому уклон, а вместе с тем и скорость уменьшаются. Сплошь и рядом две соседние излучины во время разливов соединяются. В коленах (местах перегиба) извилин, т. е. там, где размывание вогнутого берега наиболее сильно, обычно находится плесо, а в местах соединения изогнутых в противоположные стороны дуг — перекат. На плесах рек обладает меньшим уклоном, меньшей шириной, но большей глубиной, на перекатах — большим уклоном, большей шириной, но меньшей глубиной. У очень широких и сравнительно мелких реках какова, например, Волга, условия для образования излучин неблагоприятны, ибо поперечная циркуляция здесь ничтожна, посреди течения имеются места с незначительной скоростью; поэтому продукты эрозии одного берега не попадают вовсе к другому, а отлагаются посреди рек на отмелях. Не то — у Миссисипи, реки с глубоким руслом. Следует отличать перекаты, образованные путем размытия твердых пород, от перекатов, образовавшихся через отложения рыхлых осадков. Стремнины есть нечто среднее между плесом и перекатом: они обладают узким и глубоким руслом, как плеса, но вместе с тем большим уклоном, как перекаты; скорость течения на стремнинах очень велика; они образуются на порогах (например, на днепровских порогах). Спрямление рек вызывает увеличение падения и усиление эрозии. Так, в результате спрямления среднего Рейна русло у Базеля понизилось на 0,6—0,7 м, местами — на 3 м. Пороги образуются в реках там, где речная долина перегораживается уступом или поперечной террасой (Talstufe — у немцев). Такой уступ или место, где уклон резко увеличивается, может происходить от разных причин: от того, что река врезывается в более плотные породы (например, Днепр — в граниты в области днепровских порогов), или от того, что течение рек перегораживается мореной, обвалом, лавовым потоком и т. п., или от того, что река пересекает древний тектонический или какой-либо другой древний уступ, или от изменений базиса эрозии (при климатических колебаниях или от поднятий в верхнем течении рек) и т. п. Если уступ вертикален, то образуется водопад (см.); из водопадов наиболее многоводный Ниагара, между озерами Эри и Онтарио; один из самых высоких — Иосемит, Yosemite, в Сьерра-Невада, в Калифорнии, 680 м. С течением времени, благодаря, эрозии, водопады могут превращаться в пороги.

Содержание ила в речной воде в половодье наибольшее; так, в Амударье у Керков в мае 1912 г. в литре воды было 6,88 куб. см взмученных веществ, в октябре же всего 1,26. Среднее содержание ила для некоторых рек  в граммах на куб. метр воды таково: Сена у Парижа 40, Дунай у Будапешта 125, Амударья у Нукуса 1 593, Миссисипи 629, Инд 2 500, Ганг около 2 000. Содержание химически растворенных веществ в реках СССР летом гораздо меньше, чем зимой: летом соли разбавлены большим количеством воды; например, в Амударье у Керков в феврале 1912 г. было 0,601 грамм солей на литр, в июле же лишь 0,230. Средний суточный расход солей у Керков в летнее полугодие 81 тыс. т, в зимнее 42 (это от того, что зимой, хотя солей больше, но расход воды меньше). Общий расход воды в Амударье у Керков за время с 1/Х 1911 по І/Х 1912 составлял 63,3 куб. км, количество взвешенных наносов 815,6 млн. куб. м, растворенных 22,5 млн. т. Об экономическом значении рек см. судоходство.

Литература: Gravelius, «Flusskunde», Berlin u Leipzig, 1914; «Вопросы речного быта», СПб. 1905 изд. Министерства путей сообщения (сборник статей, посвященных изучению рек: перевод главы из Penck, «Morphologie der Erdoberfläche», затем прекрасная статья Рудского и др.); «Handbuch der Ingenieurwissenschaften», III, 1, 5-ое изд. 1923; А. Philippson, «Grund. züge der allgemeinen Geographie», II, 2, Leipzig, 1924.

Л. Берг.