Руководящий документ РД 52.10.879-2019 Руководство по гидрометеорологическому исследованию устьевых областей рек, впадающих в море.
РД 52.10.879-2019
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
РУКОВОДСТВО ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЕЙ РЕК, ВПАДАЮЩИХ В МОРЕ
Дата введения 2020-07-01
РАЗРАБОТАНО Федеральным государственным бюджетным учреждением "Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова" (ФГБУ "ГОИН")
РАЗРАБОТЧИКИ - И.В.Землянов, канд. физ.-мат. наук (руководитель разработки), О.В.Горелиц (ответственный исполнитель)
СОГЛАСОВАНО: Управлением организации научных исследований и экспедиций (УНИЭ) Росгидромета 19.07.2019 г.; с Федеральным государственным бюджетным учреждением "НПО "Тайфун" Росгидромета (ФГБУ "НПО "Тайфун") письмом N 01-46/203 от 31.01.2019 г.
ОДОБРЕНО Ученым советом ФГБУ "ГОИН" 06.06.2019 г.
УТВЕРЖДЕНО Руководителем Росгидромета 23.07.2019 г.
ВВЕДЕНО В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 08.11.2019 N 579
ЗАРЕГИСТРИРОВАНО головной организацией по стандартизации Росгидромета ФГБУ "НПО "Тайфун" 19.08.2019 г.
ОБОЗНАЧЕНИЕ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА РД 52.10.879-2019
ВЗАМЕН "Руководство по гидрологическому исследованию морских устьев рек. 1965 г."
СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ 2025 год
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ 5
Настоящий руководящий документ устанавливает порядок проведения наблюдений для детального и специализированного исследования гидрометеорологического режима устьевых областей рек, впадающих в море. Приводится наиболее полный перечень характеристик режима и методы гидрометеорологического исследования устьевых областей, учитывающие специфику этого географического объекта, в т.ч. процессы водообмена и морфологию, русловые процессы, особенности развития гидрографической сети дельты.
Предназначено для устьевых станций, морских научно-исследовательских институтов (Росгидромет), а также для проектно-изыскательских и научных организаций, проводящих исследования и изыскания в устьевых областях рек, впадающих в море.
1 Область применения
Настоящий руководящий документ устанавливает порядок проведения наблюдений для детального и специализированного исследования гидрометеорологического режима устьевых областей рек, впадающих в море. Приводится наиболее полный перечень характеристик режима и методы гидрометеорологического исследования устьевых областей, учитывающие специфику этого географического объекта, в т.ч. процессы водообмена и морфологию, русловые процессы, особенности развития гидрографической сети дельты.
В настоящем руководящем документе дается описание физических процессов в устьевой области, оцениваются их пространственно-временные масштабы, в соответствии с чем определяются методы исследований. Размещение пунктов, перечень параметров и частота наблюдений должны конкретизироваться в специально разработанной программе тематических исследований для каждой устьевой области реки в зависимости от поставленных целей и конкретных морфологических особенностей объекта.
В настоящем руководящем документе не рассматриваются специфические особенности исследования устьев рек, впадающих в море в полярных областях в зоне постоянного распространения вечной мерзлоты и ископаемых льдов.
Настоящий руководящий документ предназначен для устьевых станций, морских научно-исследовательских институтов Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), а также для проектно-изыскательских и научных организаций, проводящих исследования и изыскания в устьевых областях рек, впадающих в море.
2 Нормативные ссылки
В настоящем руководящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:
РД 52.10.324-92 Методические указания. Гидрологические наблюдения и работы на гидрометеорологической сети в устьевых областях рек.
РД 52.10.764-2012 Водный кадастр Российской Федерации. Методические указания по составлению и подготовке к изданию многолетних данных о режиме и качестве вод морей и морских устьев рек
РД 52.10.842-2017 Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 9. Гидрометеорологические наблюдения на морских станциях и постах. Часть I. Гидрологические наблюдения на береговых станциях и постах.
Примечание - При пользовании настоящим руководящим документом целесообразно проверять действие ссылочных нормативных документов:
- нормативных документов Росгидромета - по РД 52.18.5-2012 "Перечень нормативных документов (по состоянию на 01.08.2012) и ежегодно издаваемому информационному указателю нормативных документов, опубликованному по состоянию на 1 января текущего года.
Если ссылочный нормативный документ заменён (изменён), то при пользовании настоящим руководящим документом следует руководствоваться заменённым (изменённым) нормативным документом. Если ссылочный нормативный документ отменён без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Сокращения
В настоящем руководящем документе применены следующие сокращения:
- НИУ - научно-исследовательское учреждение;
- Росгидромет - Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
- СИ - средства измерений;
- УГМС - Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
- УОР - устьевая область реки (впадающей в море);
- УС - устьевая станция;
- ФГБУ "ГОИН" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова"
4 Общие положения
4.1 Устьевая область реки, впадающей в море (УОР), является особым географическим объектом, имеющим своеобразные морфологию, гидролого-гидрохимический режим, уникальный, часто азональный, ландшафт, и характеризующимся специфическими устьевыми процессами. К таким процессам относятся динамическое взаимодействие и смешение вод реки и моря, отложение и переотложение речных и частично морских наносов, приводящее к формированию дельты.
4.2 УОР представляет собой зону взаимодействия и смешения двух водных масс (пресной речной и соленой морской) с различными физическими и химическими свойствами. УОР имеет сложную гидрографическую сеть с разнообразными условиями поступления речных вод в море. Как часть реки УОР связана с бассейном реки, поэтому процессы формирования стока воды и наносов, их объем и распределение, русловые и ледовые процессы, гидрохимический режим речных вод и другие факторы влияют на ее режим. Как часть прибрежной зоны моря она подвержена воздействию ветрового волнения, течений, изменений уровня моря, химического (солевого) состава вод и ледовых условий моря.
4.3 Согласно современным представлениям о районировании (Михайлов и др., 2018) в состав УОР может входить до четырех частей, различающихся по гидрологическим, морфологическим и экологическим признакам: устьевой участок реки, где преобладает речной гидрологический режим, дельта реки, эстуарий реки, устьевое взморье, где преобладает морской гидрологический режим.
Гидрологический режим и географические особенности этих частей УОР тесно связаны с режимом и особенностями примыкающего сверху (по течению) приустьевого участка реки, а снизу (по течению) - предустьевого пространства моря. Дельта реки может быть однорукавной, мало- или многорукавной. Верхней границей дельты служит ее вершина, нижняя граница дельты - это ее морской край. Устьевое взморье может быть открытым или полузамкнутым, приглубым или отмелым.
4.4 Границы УОР простираются от речной (верхней) границы до морской (нижней) границы.
Речная (верхняя) граница определяется по максимальной дальности распространения в реку колебаний уровня воды морского происхождения (приливов, нагонов) при меженном речном стоке, либо по месту, где начинается разветвление русла реки на дельтовые рукава, если колебания уровня моря затухают в дельте.
Морская (нижняя) граница выделяется по предельной дальности распространения в море зоны смешения речных и морских вод - условно по положению изогалины 90% от солености воды сопредельной части моря при повышенном речном стоке, например, при расходах воды половодья 10%-й обеспеченности.
4.5 Гидрографическая сеть УОР представляет собой совокупность естественных и искусственных, постоянных и временных водных объектов - водотоков и водоемов. Она характеризуется, с одной стороны, пространственной гидравлической и морфологической взаимосвязанностью водных объектов, с другой стороны - большой временной изменчивостью как сети в целом, так и отдельных ее элементов.
Водные объекты гидрографической сети УОР обычно делят на водотоки и водоемы. Среди водотоков выделяются рукава, протоки, ерики, выходные устья (банки, гирла и др.), среди водоемов - озера, полои, лиманы, ильмени, лагуны, култуки и др.
4.5.1 Рукавами называют крупные водотоки, отделяющиеся непосредственно от основного русла реки. Каждый рукав обычно имеет свою гидрографическую сеть.
4.5.2 Протоками называют водотоки, образующиеся в результате дробления рукавов. К протокам относят и небольшие водотоки, отделяющиеся непосредственно от реки или от основного рукава, но не достигающие моря, а впадающие в систему того или иного рукава. Одним из видов протоков являются прораны, которые образуются в дельтах рек в результате прорывов бровок русел рукавов.
4.5.3 Протоки разделяются на более мелкие водотоки - ерики. Часто ериками называют и мелкие водотоки, питающие отдельные водоемы. Большая часть ериков обычно расположена в нижней зоне дельты, где происходят наиболее активные процессы дельтообразования и формируется новая гидрографическая сеть.
4.5.4 Продолжение выходящего на отмелое устьевое взморье рукава или протока в виде русла, выработанного речным потоком, называется бороздиной, а при выходе на морском крае дельты - выходным устьем, банком или фарватером. Короткие водотоки в виде небольших проливов, соединяющих лиманы с морем, в некоторых устьевых областях рек называют гирлами.
4.5.5 Водоемы в дельте можно разделить на озера (ильмени, лиманы) и полои. Первые обычно заполнены водой в течение всего года и имеют относительно большие глубины. Вторые заливаются или подтапливаются только в период половодья и затем пересыхают. Озера делятся на внутридельтовые, речные и приморские (култучные, лиманные). Кроме того, в ряде дельт существуют почти постоянно залитые обширные пространства - разливы или водные пространства с обильной влаголюбивой растительностью (плавни). В большинстве случаев разливы обусловливаются катастрофическими явлениями, и продолжительность их существования зависит от величины испарения и фильтрации вод после прекращения поступления вод из водотоков. Плавни ежегодно пополняются водами половодья. Как правило, в половодье большая часть дельты заливается и представляет собой единый водный объект.
Озера в УОР имеют различную соленость. Степень солености внутридельтовых водоемов зависит от вида питания, содержания солей в грунтовых водах и дельтовых отложениях, а также от количества солей, попадающих в котловину вследствие ветрового переноса и смываемых в озеро. Степень солености приморских водоемов зависит в основном от водо- и солеобмена их с морем.
4.6 УОР по гидролого-морфологическим признакам делятся на две группы:
- с приливами, в случае впадения реки в океан или открытое море;
- без приливов, в случае впадения реки во внутреннее море.
Каждая из групп может иметь открытое отмелое, приглубое открытое или относительно узкое полузамкнутое устьевое взморье и однорукавную или многорукавную дельту реки (таблица 1).
Таблица 1 - Типизация устьевых областей рек РФ по гидрологическим и морфологическим признакам
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидролого- морфологи- ческая характеристика УОР | УОР побережья океанов и окраинных морей (приливные) | УОР внутренних морей (бесприливные) | ||||||||||
Характеристика устьевого взморья | Приглубое | Отмелое | Эстуарий и/или относительно узкий залив | Приглубое | Отмелое | Лиман и/или относительно узкий залив | ||||||
| Открытое | Открытое |
| Открытое | Открытое |
| ||||||
Характеристика дельты/эстуария | Одно- рукавная | Много- рукавная | Одно- рукавная | Много- рукавная | Одно- рукавный | Много- рукавный | Одно- рукавная | Много- рукавная | Одно- рукавная | Много- рукавная | Одно- рукавная | Много- рукавная |
Примеры | Устья малых рек | - | Устья малых рек | Сев. Двина Лена, Яна, Индигирка, Колыма | Онега, Мезень, Кулой, Амур, Пенжина | Печора, Обь, Енисей | Устья малых рек | Кубань | Устья малых рек | Волга, Урал | Преголя, устья малых рек | Нева, Дон |
5 Устьевая наблюдательная сеть Росгидромета
5.1 Цель гидрометеорологических работ в УОР - постоянное слежение за гидрометеорологическими процессами для обеспечения оперативной и режимной информацией заинтересованных организаций. Для достижения поставленной цели в системе Росгидромета действует сеть специализированных подразделений - устьевых станций (УС).
5.2 УС организуют комплексное изучение режима УОР как единого целого.
В задачи УС входит:
а) постановка и выполнение тематических исследований, направленных на изучение происходящих в УОР процессов и получение гидрометеорологических характеристик для решения прикладных задач. При организации работы на новых объектах УС проводит целенаправленные исследования, в результате которых выявляются основные закономерности гидрологического режима, дается общая характеристика УОР.
Исследуются по возможности одновременно все или большинство гидрометеорологических элементов на устьевом участке реки и на устьевом взморье. Используются данные смежных с гидрологией дисциплин (климатологии, геологии, геоморфологии, гидрогеологии и др.);
б) проведение стандартных и тематических устьевых наблюдений, предусматриваемых основными и дополнительными программами для наблюдательных станций и постов разных типов и разрядов. Целью их является накопление длинных рядов наблюдений, используемых как для оперативного обслуживания, так и для получения режимных характеристик. Полученные материалы обобщаются в виде ежегодных научно-технических отчетов, ежегодников, многолетних сборников и др. Наблюдения проводятся по методикам, изложенным, в основном, в наставлениях и методических указаниях Росгидромета. УС могут быть поручены тематические и стандартные наблюдения в смежных с УОР областях. В УС проводятся также работы по совершенствованию методов наблюдения в УОР;
в) оперативное обеспечение потребителей текущей информацией - предупреждениями об опасных гидрометеорологических явлениях, гидрологическими прогнозами и справками о гидрологическом режиме УОР.
5.3 УС входят в морскую береговую гидрометеорологическую сеть прибрежной зоны окраинных и внутренних морей. УС имеет опорную сеть морских гидрометеорологических и гидрологических постов I, II и III разрядов, а также группу, проводящую экспедиционные наблюдения на гидростворах и океанографических разрезах. УС имеет инженерный состав и плавсредства, необходимые для решения поставленных задач.
Программа работ должна включать стандартные работы, а также дополнительные и специальные наблюдения. Программа работ УС разрабатывается по согласованию с Федеральным государственным бюджетным учреждением "Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова" (ФГБУ "ГОИН") и региональными морскими научно-исследовательскими учреждениями (НИУ) Росгидромета и утверждается в установленном порядке.
5.4 В административном отношении УС подчиняется Управлению по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС), в научно-методическом - региональному морскому НИУ Росгидромета. Общее научно-методическое руководство осуществляет ФГБУ "ГОИН".
Научно-исследовательские институты для научно-технического руководства УС выделяют кураторов. Для руководства научно-исследовательскими работами НИУ Росгидромета (в соответствии с профилем работы) назначают, по обращению УГМС, научных руководителей.
5.5 УС и прикрепленные к ней посты выполняют:
а) комплекс стандартных стационарных метеорологических наблюдений (за температурой и влажностью воздуха, характеристиками ветра, атмосферным давлением, температурой почвы, видимостью, высотой нижней границы облачности, а также количеством нижней и общей облачности и формами облаков);
б) комплекс стандартных стационарных морских гидрометеорологических наблюдений (за уровнем моря, температурой воды, соленостью воды, химическим составом воды, состоянием льда, волнением) в соответствии с РД 52.10.842;
в) комплекс экспедиционных наблюдений (за температурой и соленостью воды, течениями, волнением, цветом и прозрачностью воды, загрязняющими веществами, толщиной льда, высотой и плотностью снега на льду и характеристиками метеорологических элементов: направлением и скоростью ветра, температурой и влажностью воздуха, горизонтальной видимостью в сторону моря и суши и атмосферными явлениями) в соответствии с утвержденной программой;
г) комплекс стандартных (стационарных в соответствии с РД 52.10.324 и экспедиционных в соответствии утвержденной программой) гидрологических наблюдений в устьевых водотоках (за стоком воды, уровнем воды, стоком наносов, температурой воды, ледовым режимом, химическим составом воды);
д) комплекс стандартных (стационарных и экспедиционных) гидрологических наблюдений в устьевых водоемах - озерах, лиманах и др. - при их наличии (за уровнем воды, температурой воды, волнением, ледовым режимом, химическим составом воды) в соответствии с утвержденной программой;
е) комплекс дополнительных устьевых наблюдений (за уровнем воды, русловыми деформациями, ледовым режимом);
ж) комплекс наблюдений за опасными и стихийными явлениями;
з) комплекс тематических экспедиционных устьевых наблюдений (за распределением стока воды по рукавам дельты, проникновением в них соленых вод, заливанием дельты, динамикой гидрографической сети дельты и др.).
Перечень наблюдаемых параметров, частота наблюдений и методы исследований указываются в утверждаемой (см. 5.3) программе тематических работ в соответствии с поставленными задачами.
5.6 Большинство устьевых гидрометеорологических наблюдений основано на измерениях. Каждое измерение должно производиться с помощью приборов и оборудования, т.е. технических средств, отвечающих требованиям метрологии.
Технические средства наблюдений составляют СИ, размещаемые на береговых местах наблюдений в устьевых водотоках и водоемах, в прибрежной зоне, на заякоренных буях, на специальных платформах и плавсредствах, а также на воздушных судах.
Использование в практике устьевых работ СИ гидрологических и метеорологических характеристик должно осуществляться под метрологическим контролем, функции которого возложены на службу СИ соответствующего УГМС.
Погрешность СИ оценивается при его первичной поверке после изготовления и путем периодических поверок в процессе его эксплуатации. Период поверки устанавливается при утверждении типа СИ в соответствии с приказом Минпромторга N 1815 от 02.07.2015.
Использование серийно изготовляемых СИ без метрологического обеспечения не допускается. Должны применяться СИ, внесенные в Государственный реестр СИ.
6 Методы гидрологических исследований
6.1 При гидрологических исследованиях УОР применяют стандартные методы согласно РД 52.10.842, РД 52.10.324 и специальные методы, которые выбираются в соответствии с особенностями объекта и процесса.
6.2 Гидрологический режим устьевого участка реки нарушается вследствие влияния приливов и непериодических колебаний уровня моря, вызываемых общими анемобарическими факторами и местным ветром. В основном режим уровня, скорости течений, распределение стока воды и наносов, а также проникновение морских вод связаны с приливами и сгонно-нагонными явлениями. Поэтому методы исследования гидрологического режима устьевого участка реки должны учитывать направление и ход процессов, вызванных этими явлениями.
6.3 Русловые процессы, динамика гидрографической сети УОР протекают значительно быстрее, чем в реках. Исследования этих процессов проводятся специальными гидрографическими "русловыми" партиями или группами.
6.4 Изучение гидрологического режима УОР, особенно в малонаселенной и труднодоступной местности, требует больших затрат средств, сил и времени, поэтому, кроме наблюдений, целесообразно применение дистанционных методов исследований и методов моделирования.
Наиболее эффективным применение данных дистанционного зондирования Земли из космоса может быть при картировании, изучении деформаций, русел, определении площади затопления, а так же при проведении промерных работ и т.д.
6.5 Устьевое взморье отличается от других районов моря значительными и относительно быстрыми изменениями гидрологических характеристик во времени и в пространстве. Обычно на устьевом взморье существуют зоны больших горизонтальных и вертикальных градиентов этих характеристик. Кроме того, под действием ветра, приливов, нагонов, сгонов и стока реки возникают кратковременные изменения гидрологических характеристик. В этих условиях выполнение гидрологических разрезов или съемок одним или двумя судами не дает сравнимой характеристики гидрологических элементов и их изменчивости в пространстве и во времени. Помимо съемок и разрезов необходимо организовывать стационарные точки наблюдений, оснащенные автоматизированными наблюдательными комплексами (плавмаяки, посты на свайном основании, буйковые станции, автономные самописцы).
6.6 Для изучения кратковременных явлений, происходящих на устьевом взморье, необходимо сочетать разовые и многосерийные наблюдения. По полученным данным в дальнейшем строят графики краткосрочных изменений элементов гидрологического режима при выполнении многосуточных станций и вносят соответствующие коррективы в данные разрезов.
В районах больших горизонтальных и вертикальных градиентов гидрологических элементов вместо многосуточных станций можно выполнять короткие (3-5 миль) разрезы, продолжительность которых должна быть не более двух часов. Это дает возможность исследовать изменчивость гидрологических элементов одновременно и во времени и в пространстве.
На приливном взморье, где гидрологические характеристики имеют четко выраженный полусуточный или суточный ход, съемки не дают хороших результатов, поэтому исследование необходимо проводить путем выполнения многосерийных станций в характерных районах взморья с учетом различных фаз стока, ветровых условий и полумесячных приливных циклов (сизигии, квадратуры и промежутка).
Все гидрологические, гидрохимические и метеорологические исследования в пунктах многосуточных станций должны быть по возможности комплексными.
Примечание - Здесь (в этом разделе) станцией называется комплекс наблюдений в определенной географической точке.
6.7 Большинство пунктов многосерийных наблюдений остаются опорными в течение нескольких лет, другие же могут быть перенесены с одного места на другое. Многосерийные опорные станции выполняются ежегодно по нескольку раз в навигацию или ежемесячно (в зависимости от возможностей УС и с учетом сезонного хода гидрометеорологических элементов). Однако время наблюдений должно приурочиваться к погодным условиям, при которых наблюдения проводились реже всего.
6.8 Для исследований гидрологического режима зимой на устьевом взморье следует организовать зимние многосуточные станции со льда. Продолжительность работы такой станции определяется задачами исследования и возможностями.
Многосуточные станции дают также возможность получить максимальные величины течения, волнения, мутности и др., что важно для современных потребителей.
Организация зимних многосуточных станций позволяет исследовать водообмен, теплообмен и солеобмен подо льдом между различными частями взморья, а также исследовать влияние стоковых течений на режим взморья.
6.9 Применение новой техники и новых методов исследований УОР дает возможность комплексного изучения гидрологического режима. В результате такого изучения можно получить данные об изменении гидрологических элементов в пространстве по глубине и во времени почти при любом состоянии погоды, а также сведения для установления зависимостей между гидрометеорологическими элементами и для разработки методов расчета и прогноза.
Расположение пунктов наблюдений и станций на устьевом взморье следует планировать в соответствии с общим движением водных масс и с типичными и характерными для рассматриваемого взморья особенностями комплекса гидрологических явлений.
6.10 Методы гидрологического исследования определяются исходя из типичных черт и особенностей конкретной УОР и происходящих в ней процессов.
7 Исследования метеорологических условий устьевой области реки
7.1 Общие положения
Для изучения гидрометеорологического режима УОР необходимо описание общих климатических и микроклиматических условий УОР, исследование взаимосвязей, существующих между метеорологическими и гидрологическими элементами режима, а также проведение метеорологических наблюдений для целей информации о состоянии погоды и прогнозирования.
Общая климатическая характеристика УОР дается в соответствии с ее географическим положением, а микроклиматическая - в соответствии с наличием в данной УОР различных микроландшафтных зон. Для этих исследований используются данные метеорологических станций, расположенных непосредственно на территории УОР и на соседних с ней территориях. Кроме того, организуются специальные стационарные и экспедиционные исследования микроклимата с целью получения микроклиматического районирования УОР, выявления воздействия местных климатических особенностей на гидрологический режим и для выбора (при необходимости) места специальной метеостанции данной зоны.
7.2 Элементы общих климатических условий устьевой области реки
7.2.1 Ветер и атмосферное давление
Приводятся общие условия атмосферной циркуляции над данным районом, преобладающие воздушные массы, например, континентальный или морской воздух умеренных широт, тропические воздушные массы и др. При этом важно указать их повторяемость в различное время года, продолжительность, направление вторжений и условия погоды, связанные с такими вторжениями (резкие похолодания, метели, засухи и др.). Следует отметить также сезонную смену ветров и указать, какие именно воздушные потоки обусловливают наибольшие изменения температуры и выпадение осадков.
Для характеристики общих условий атмосферной циркуляции следует указать распределение барических полей над территорией, их годовую изменчивость, привести данные о годовом ходе давления воздуха.
Необходимо указать количественные характеристики ветрового режима:
а) повторяемость направлений ветра и штилей (средняя месячная и в различные часы суток);
б) повторяемость ветра различной скорости по градациям;
в) повторяемость ветра различной скорости по направлениям.
Необходимо выделить те направления ветра, которые оказывают наибольшее влияние на гидрологические процессы, например основные направления ветра, при которых происходят сгоны и нагоны, развивается волнение и др.; привести данные повторяемости этих ветров, их скорости. Следует также охарактеризовать штормовые ветры (выше 15 м/с), их максимальные скорости, преобладающее направление и влияние на гидрологический режим.
Розы ветров строятся по данным многолетних наблюдений в различных районах УОР.
7.2.2 Температура воздуха
При описании температурного режима УОР необходимо уделить внимание тем температурным данным, которые характеризуют не только общие климатические, но и гидрологические условия данного района. Это средняя месячная и годовая температура воздуха, время наступления максимума и минимума и суточные амплитуды (эти характеристики особенно важны для районов с резко континентальным климатом), межсуточная и межгодовая изменчивость (последние показывают изменения условий погоды от года к году в исследуемом районе), средние и абсолютные минимальные и максимальные температуры воздуха.
Приводятся данные о накоплении сумм тепла и холода по суммам среднесуточных температур через градации кратные 5° (ниже -15°С, -10°С, -5°С и 0°С, и выше 0°С, 5°С, 10°С, 15°С) и даты перехода среднесуточных температур через 5°С (весной и осенью) и число дней с температурой, превышающей эти пределы. Здесь же необходимо привести даты перехода средних суточных температур через 0°С, 5°С, 10°С, 15°С и суммы температур выше 0°С, 5°С, 10°С, 15°С различной вероятности.
Специальной задачей является сопоставление годового и суточного хода температуры воздуха с ходом температуры воды в реке и на взморье для различных сезонов года.
Для характеристики и прогнозов ледового режима указываются даты первого и последнего заморозка, продолжительность безморозного периода (в днях), а также продолжительность периода с устойчивыми морозами (для районов с суровыми зимами). Следует также указать даты первого и последнего заморозков различной вероятности.
Для южных районов приводятся данные о числе дней с морозами, в тех районах, где часто наблюдаются оттепели, необходимо указать число дней с оттепелью.
7.2.3 Атмосферные осадки
Анализируя режим осадков, необходимо указать среднюю годовую и месячные суммы осадков, отметить степень увлажнения данного района в различное время года. Для характеристики засушливости и достаточности увлажнения следует рассмотреть соотношение осадков и испарения, указать особенности распределения осадков по сезонам года и основные типы осадков (ливневые, обложные, моросящие, твердые и жидкие).
При описании режима осадков необходимо учитывать их роль в формировании климатических и гидрологических условий УОР и анализировать причины, обусловливающие неравномерное распределение осадков по территории, особенно в условиях пересеченной местности, где количество осадков зависит не только от общих для всей устьевой области синоптических причин, но и от местных особенностей рельефа, распределения ветровых потоков, прогрева почвы, ее увлажнения и испарения с ее поверхности.
Указываются максимальные и минимальные суммы осадков в отдельные годы и месяцы, наибольшее суточное количество осадков по месяцам и за год (в мм), наибольшую величину из средних суточных значений интенсивности осадков, максимальную интенсивность осадков за весь период наблюдений, повторяемость бездождевых периодов различной продолжительности: 11-15, 16-20 дней и т.д.
Важной характеристикой является среднее число дней в месяце с осадками различной величины (>0,1; 0,5; >1,0; 2,0; 5,0; 10,0 мм и т.д.), повторяемость дождливых периодов различной продолжительности и месячное и годовое количество осадков различной вероятности.
Приводятся данные о повторяемости твердых, жидких и смешанных осадков, их количестве в процентах от общего количества осадков. Необходимо указать среднюю декадную высоту снежного покрова (в см), средние даты появления и исчезновения снежного покрова, даты образования и разрушения устойчивого снежного покрова (среднюю, самую раннюю, самую позднюю), а также привести среднюю и абсолютную максимальную высоту снежного покрова.
7.2.4 Влажность воздуха
При описании режима влажности приводятся среднемесячные и годовые величины абсолютной влажности, относительной влажности и недостатка насыщения, характеристики суточного хода (данные по срокам).
Для характеристики сухости и увлажнения воздуха в различное время года необходимо указать по месяцам повторяемость (число дней) относительной влажности воздуха меньше 30% (в любой из сроков наблюдений) и больше 80% (в 13 часов).
Необходимо также привести данные об абсолютном минимуме относительной влажности в весенне-летний период.
При исследовании распределения влажности воздуха в устьевой области важно отметить, наблюдается ли убывание влажности воздуха по мере удаления от моря и центральных районов дельты.
7.2.5 Туманы
При описании туманов в устьевой области следует указать не только их повторяемость, интенсивность и устойчивость, но и выяснить их происхождение, так как эти данные необходимы для успешного прогнозирования и оценки вероятности образования туманов в различное время года.
Для выявления периода с наибольшей повторяемостью туманов указываются среднее, наибольшее и наименьшее число дней с туманом в каждом из месяцев и в году, а также среднюю продолжительность туманов в часах и повторяемость туманов различной продолжительности (<3, 3-6, 6-12, 12-18 ч и т.д.).
Для характеристики суточного хода туманов необходимо привести данные об их повторяемости и интенсивности (сильный, слабый) по срокам наблюдений.
7.2.6 Температура почвы
При исследовании температуры почвы необходимо прежде всего отметить особенности почвы в данном районе (естественный покров почвы, ее цвет, шероховатость, структура, увлажнение и др.).
Надо указать также наличие растительного покрова летом и снежного покрова зимой, так как все эти факторы сильно влияют на режим температуры почвы.
Следует привести среднюю месячную и годовую температуру поверхности почвы и на различных глубинах, максимальную и минимальную температуру почвы на поверхности и на глубинах по срочным наблюдениям, амплитуду колебаний, характеристики суточного хода температуры почвы.
Особое значение имеют даты первого и последнего заморозка на поверхности почвы и продолжительность безморозного периода, а также даты наступления первой и последней отрицательной температуры почвы на различных глубинах и глубину проникновения температуры 0°С в почву (в сантиметрах).
Для районов вечной мерзлоты необходимо привести данные о сроках оттаивания почвы на различных глубинах.
Данные о температуре почвы на различных глубинах нужны также для изучения радиационного и теплового баланса в районе дельты.
7.2.7 Облачность и продолжительность солнечного сияния
Для характеристики облачного покрова в районе УОР прежде всего приводятся средние месячные и годовые оценки количества облаков (общей и нижней облачности в баллах), а также процентную повторяемость ясного (0-2 балла), полуясного (3-7 баллов) и пасмурного неба (8-10 баллов) по общей и нижней облачности.
Для характеристики суточного хода облачности нужны такие данные по каждому сроку наблюдений в отдельности, а также данные о числе ясных и пасмурных дней по общей и нижней облачности в каждом месяце, и, наконец, данные о повторяемости основных форм облаков в различное время года по месяцам.
В УОР с ярко выраженным изменением микроклимата от устьевого взморья к речной границе необходимо проследить наблюдающиеся изменения в облачном покрове (общего количества и формы облаков) на этих участках.
С облачным покровом тесно связаны также данные о продолжительности солнечного сияния. Они особенно важны для расчетов радиационного и теплового баланса дельты реки.
В этом разделе необходимо привести данные о средней продолжительности солнечного сияния (в часах) по месяцам и в среднем за сутки, данные о числе дней без солнца по месяцам и за год и числе дней с непрерывной инсоляцией для выделения времени года, когда преобладает та и другая погода. При наличии многолетних наблюдений можно также привести повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния (в часах) по градациям 0-2, 3-5, 6-8, 9-11 и т.д.
Кроме абсолютной продолжительности солнечного сияния в часах, необходимы ежемесячные и годовые данные об относительной продолжительности инсоляции в процентах от наибольшей возможной. Эта последняя характеристика вычисляется как отношение числа часов солнечного сияния к числу светлых часов в сутки (от восхода до захода солнца).
7.3 Элементы микроклиматических условий устьевой области реки
7.3.1 Общие положения
В УОР, включающих дельту и имеющих значительную площадь, создается местный режим тепла, влажности, испарения и ветра, отличающийся от режима окружающей ее климатической области.
Микроклиматические условия таких УОР имеют существенное практическое значение для сельского хозяйства, рыборазведения, навигации и авиации.
7.3.2 Ветровой режим
При описании микроклиматических условий ветрового режима следует привести:
а) распределение средних скоростей ветра по УОР в различное время года (в изолиниях);
б) изменение скоростей и направлений воздушных потоков под влиянием берегов и от морского края к вершине дельты;
в) бризовые ветры, зависимость степени их развития от сезона, основные их направления в различных районах, вертикальное и горизонтальное распространение бризовой циркуляции.
7.3.3 Режим облачности
При описании микроклиматических особенностей в распределении облачности, туманов и атмосферных осадков указывают следующие параметры:
а) повторяемость различных (форм облаков по сезонам в отдельных районах УОР (над дельтой и ее берегами, над устьевым взморьем и предустьевым пространством моря);
б) повторяемость случаев размывания и испарения облачного покрова, а также развития и распространения облаков;
в) густота, устойчивость и происхождение местных туманов в районе в различное время года над водой и над берегами;
г) распределение атмосферных осадков, выпадающих в различных районах УОР по сезонам, причины, вызывающие неравномерность в выпадении осадков.
7.3.4 Температура воздуха
При описании микроклиматических изменений температуры воздуха следует привести:
а) изменение температуры воздуха в различное время года по направлению от вершины устьевого участка реки к морскому краю дельты и над устьевым взморьем;
б) сезонные различия в температуре воздуха над УОР;
в) сравнение суточного и годового хода температуры воздуха в УОР и в окружающих районах, сравнение максимальных и минимальных температур воздуха над водной поверхностью моря и УОР, а также над сушей;
г) типы вертикального распределения температуры в прилегающих к земной поверхности слоях воздуха (над водой и над берегами) в различное время года;
д) характеристика влияния растительности в дельте на температуру воздуха.
7.3.5 Влажность воздуха
При описании микроклиматических особенностей распределения влажности воздуха следует указать:
а) изменение влажности воздуха в различное время года по направлению от вершины УОР к морю;
б) особенности суточного хода относительной и абсолютной влажности воздуха в отдельных частях УОР по сравнению с окружающей местностью, сравнение максимумов и минимумов относительной влажности над водами и над сушей;
г) изменение абсолютной влажности воздуха с высотой над водами и над сушей.
7.3.6 Температура воды и почвы
При описании микроклиматических особенностей распределения температуры воды и температуры почвы следует привести:
а) распределение температуры в водах устьевого участка реки и устьевого взморья в различное время года (желательны изотермы месячных температур воды);
б) сравнение температуры воды с температурой поверхности почвы на берегах (по сезонам);
в) суточный ход температуры воды и температуры поверхности почвы в различное время года в отдельных районах УОР;
г) сравнение годового хода температуры воды у берегов и по живому сечению устьевых водотоков.
7.3.7 Характеристика величины испарения
При описании микроклиматических особенностей режима испарения приводятся следующие характеристики:
а) характеристика дефицита влажности при температуре водной поверхности и при температуре поверхности почвы в различное время года;
б) характеристика величины испарения по данным о дефиците влажности и скорости ветра;
в) характеристика испарения по данным испарительных бассейнов.
7.3.8 Агрометеорологическая характеристика
Агрометеорологическая характеристика УОР, главным образом в южных районах, составляется совместно со специалистами, ведущими почвенно-геоботанические исследования.
Агрометеорологические исследования направлены на удовлетворение запросов местного сельского хозяйства.
8 Сток воды и его распределение по рукавам
8.1 Общие положения
8.1.1 Речной сток - наиболее важный и постоянно действующий фактор, оказывающий влияние на устьевые процессы. Поступающий сток определяет направление основного сосредоточенного стока, вызывающего наиболее активные процессы трансформации УОР. Перераспределение стока изменяет режим уровня и условия заливания, от которых зависят условия хозяйственной деятельности в пределах УОР.
8.1.2 От морфологии и рельефа УОР зависит регулирующее действие поймы, развитие озер, болот, ильменей и плавней. Геологическое строение УОР определяет величину потерь на фильтрацию и подземный сток, а также интенсивность эрозионной деятельности потока.
8.1.3 Приливы и отливы, нагоны и сгоны создают неодинаковый подпор водам рукавов УОР и оказывают различное гидродинамическое воздействие, особенно в период времени, что отражается на процессах перераспределения стока. Различие в условиях замерзания водотоков дельты и устьевого взморья определяют неоднородность условий протекания вод в разных рукавах, что также влияет на перераспределение стока. Полное или частичное изменение естественного режима стока в УОР (при этом в относительно короткое время) обычно вызывается созданием различных гидротехнических сооружений и водохозяйственными мероприятиями (строительством плотин, водохранилищ, дамб, вододелителей и др.). В УОР большую роль играют дноуглубительные работы на барах, а также каналы и прорези, привлекающие часть стока из смежных рукавов.
8.2 Исследование режима стока неприливных устьевых областей рек
8.2.1 Элементы режима стока
Распределение расходов по водотокам необходимо исследовать одновременно с другими элементами гидрологического режима (особенно твердого стока и русловых процессов). Исследуются:
а) режим стока во входном створе на верхней границе УОР, зависимость его от стока на приустьевом участке реки;
б) распределения стока по главным рукавам;
в) распределение стока в системе главного рукава: общее распределение по водотокам системы, распределение по длине главного рукава, основное современное направление стока рукава - отток стока в правые и левые ответвления из главного рукава;
г) распределение стока на морском крае дельты и по фарватерам устьевого взморья;
д) водообмен между водотоками, с водоемами УОР (озерами, ильменями, лиманами, лагунами, полоями и др.);
е) исследование распределения стока в отдельных узлах разветвления и на баре.
8.2.2 Режим стока на верхней границе устьевой области реки
8.2.2.1 Для входного створа на верхней границе УОР должна быть получена как можно более полная характеристика режима стока:
а) среднегодовая величина стока за расчетный ряд и ее изменчивость (обеспеченность и повторяемость);
б) максимальный и минимальный сток;
в) сезонные колебания стока;
г) потери или увеличение стока (если они имеются) на участке от замыкающего речного створа до рассматриваемого входного створа в дельту, если эти створы не совпадают.
8.2.2.3 При наличии длинного ряда наблюдений подсчет многолетней величины стока не вызывает затруднений. Однако часто для входного створа УОР такой ряд наблюдений отсутствует. В этом случае приходится связывать величины стока в этом створе с данными других гидростворов, расположенных выше.
8.2.2.4 При анализе межгодовой изменчивости стока следует рассматривать не только полный расчетный ряд, но, по возможности, и отдельно различные периоды - маловодные, многоводные.
8.2.2.5 Наиболее важными гидрологическими характеристиками являются величины максимального и минимального стока, поступающего в УОР. От максимальных величин стока зависит заливаемость, ее изменения и связанные с этим русловые процессы и переформирование гидрографической сети. Для исследования заливания важно сравнить продолжительность стояния максимальных расходов в днях с продолжительностью времени добегания пика половодья от верхней границы УОР до морского края.
8.2.2.6 Для различных проектных организаций, связанных с мелиорацией дельт, часто требуются подсчеты обеспеченности и продолжительности максимальных среднесуточных и среднедекадных расходов. Для целей судоходства, водоснабжения и забора воды различными промышленными объектами (ТЭЦ, заводами и др.) необходимо давать характеристики минимальных среднесуточных и среднедекадных расходов воды, их обеспеченность и повторяемость.
8.2.2.7 При анализе сезонных колебаний стока, кроме общей характеристики за весь год, дают характеристику стока за период ледостава и по отдельным фазам (весеннюю межень, половодье, летне-осеннюю межень и др.). Особое внимание следует обращать на колебания расходов в осенний предледоставный и весенний послеледоставный периоды в реках, замерзание которых начинается с верховья, а вскрытие с низовья. При установлении ледостава на вышележащих участках увеличивается сопротивление потоку, создается подпор и накапливаются воды в русле, вследствие этого расходы ее на нижележащих участках резко уменьшаются.
8.2.2.8 Если замыкающий створ в реке не совпадает с входным на устьевом участке, следует проанализировать потери вод, а также причины задержания стока на этом участке.
8.2.2.9 Анализировать материалы естественного и зарегулированного режимов следует отдельно. Сравнивая оба режима, необходимо отмечать существенные отличия в их влиянии на природу и хозяйство дельты. При проектировании гидротехнических и других сооружений выше устьевой области следует рассмотреть возможные изменения в режиме стока.
8.2.3 Распределение стока по главным рукавам
8.2.3.1 Обычно УОР можно разбить на отдельные части, включающие соответствующие системы водотоков главных рукавов. Исследование распределения стока по главным рукавам следует начинать с распределения расходов по руслам этих рукавов.
8.2.3.2 Распределение расходов по главным рукавам зависит не только от стока, приходящего сверху, но и от возможной их пропускной способности на всем протяжении. Ряд лет и даже десятилетий распределение расходов воды рукавов может оставаться почти неизменным, таким образом, влияние всех факторов, кроме влияния величины поступающего стока сверху, также остается постоянным. Изменения происходят только по амплитуде уровня или расхода. Зная эти изменения, можно судить о живучести того или иного рукава. Достаточно резкое увеличение доли расхода рукава в межень и уменьшение доли расхода в половодье указывает на большую активность этого рукава. Обычно увеличение доли расхода в межень присуще рукаву с более свободным выходом в море.
8.2.3.3 Небольшая доля расхода мутных вод весной и большая доля расхода чистых вод в межень благоприятны для жизни рукава. Повышенные скорости течения в межень приводят к смыву наносов мелких фракций. Наличие крупных наносов или трудно размываемых грунтов в рукаве указывает на его большую активность и равномерность скоростного режима.
8.2.3.4 При наличии данных следует рассчитывать среднемесячные, сезонные и многолетние величины стока. Целесообразно и весьма важно при этом рассматривать распределение расходов за отдельные периоды, например по пятилетиям или десятилетиям. В большинстве случаев данные о расходах оказываются за разные периоды неодинаковыми. В таких случаях дается приближенная характеристика распределения расходов по водотокам.
8.2.4 Распределение стока в системе главного рукава
8.2.4.1 Исследование распределения стока в системе главного рукава аналогично исследованию распределения стока по главным рукавам. Предварительно составляют таблицы и строят графики распределения, а также составляют схемы распределения расходов по водотокам для различных отметок уровня или различных величин расходов воды определенной обеспеченности в истоке рукава.
8.2.4.2 Для установления возможных будущих основных направлений стока следует проанализировать распределение расходов по длине главных рукавов и стока в правобережную и левобережную части.
8.2.4.3 В некоторых УОР значительное влияние на перераспределение стока оказывают сгонно-нагонные явления. Однако это перераспределение происходит только в период действия этих явлений.
8.2.4.4 Графики распределения относительных (в процентах от расхода в вершине УОР или в истоке рукава) расходов воды по водотокам дают возможность рассчитать будущее перераспределение расходов в случае зарегулирования стока. Для этого необходимо иметь данные проектных организаций о планируемых попусках воды в нижний бьеф ГЭС.
8.2.5 Распределение стока воды на морском крае и по фарватерам устьевого взморья
8.2.5.1 В результате исследования режима устьевого взморья важно получить расчет распределения стока на морском крае. Сосредоточенность стока на отдельных направлениях определяет условия движения и смешения вод на устьевом взморье, а также вызывает неравномерность распределения продольных и поперечных уклонов водной поверхности на устьевом взморье, особенно вблизи морского края. Поэтому водотоки УОР обычно группируют по районам и рассчитывают величину суммарного стока, поступающего в отдельные районы. При небольшом количестве водотоков в рассматриваемой УОР это районирование можно не производить. Следует получить кривые распределения стока по амплитуде уровня или расхода на основных каналах и бороздинах с учетом влияния устьевого взморья и зарастаемости.
8.2.5.2 Измеренные расходы воды в бороздинах и каналах дают возможность определить суммарный расход на устьевом взморье. Разность между этим суммарным расходом и суммарным расходом воды рукавов дает величину потерь расхода на плоскостной сток по отмелому взморью. Для подсчета стока вод из каналов и бороздин на участке от морского края дельты до приглубого взморья створы располагаются через определенные расстояния.
8.2.6 Водообмен между водотоками дельты или между морем и водоемами дельты
8.2.6.1 Под водоемами дельты подразумеваются озера, ильмени, лиманы, лагуны, полои, постоянные разливы, плавни и т.д. Исследование водообмена между водотоками дельты и водоемами включает расчет потерь пресных вод на заполнение водоемов в периоды подъема половодья и сброса вод на спаде, расчет заливаемости дельты и затопления различных частей ее территории, а также установление опресняющего влияния этих вод на водоемы и влияния оттока вод из водоемов на режим водотоков и регулирование их водности. Исследования проводятся на основании рассчитанных или измеренных расходов воды в водотоках (протоках, ериках, каналах и др.), связывающих водоемы с рукавами.
8.2.6.2 На перераспределение стока оказывают влияние сгонно-нагонные явления, значительно развитые в мелководных, но больших по площади водоемах. Водообмен может происходить в течение всего года или только в период половодья. В межень водообмен осуществляется только при достаточно высоких уровнях воды вследствие нагонов.
8.2.6.3 При исследовании многолетнего водообмена приходится учитывать изменение пропускной способности водотоков. Чем длиннее ерики, соединяющие водоем с рукавом, и чем меньше уклон дна и водной поверхности, тем больше наносов откладывается в ерике и быстрее уменьшается его пропускная способность.
8.2.6.4 Водообмен между морем и водоемами дельты через короткие проливы или протоки (гирла, прорвы, перебоины, прораны, ерики, банки и др.) осуществляется в основном вследствие сгонно-нагонных явлений или приливов (в приливных УОР).
8.2.6.5 Для расчета величины водообмена с морем измеряются расходы воды при прямом (из дельты в море) и обратном (из моря в дельту) течениях, причем эти измерения могут быть кратковременными (разовыми) и многосерийными, охватывающими цикл явления. Во всех случаях желательно параллельно с измерениями расходов воды определять уклоны водной поверхности в проливе. Для этого на его концах устанавливают посты, отметки нулей которых должны быть увязаны. Это дает возможность получить расчетные графики для подсчета расходов за период отсутствия наблюдений.
8.2.7 Исследование распределения стока в отдельных узлах разветвления и на речном баре
8.2.7.1 Исследование основных закономерностей распределения стока в отдельных основных узлах разветвления имеет большое значение для выяснения современного и будущего возможного направления основного стока, следовательно, и для выяснения возможного перераспределения стока по водотокам. Режим стока в узлах разветвления показывает пропускную способность отдельных ответвлений и рукавов. Исследование должно быть комплексным и включать достаточно широкую постановку работ по изучению пространственного распределения уклонов водной поверхности в узле разветвления, скоростного поля, твердого стока, деформации русла, а также изменений различных морфометрических характеристик и гидравлических величин (в первую очередь глубины, ширины, коэффициента Шези и шероховатости русла и поймы). Следует получить зависимости изменения этих величин во времени при изменении отметок уровня или величины расхода воды до разветвления водотока.
8.2.7.2 Аналогичные работы ставятся на речных барах отдельных водотоков с целью изучения процессов дельтообразования и закономерностей формирования гидрографической сети на морском крае дельты и заносимости основных выходов вод дельты в море.
8.3 Исследования режима стока приливных устьевых областей рек
8.3.1 Режим приливных УОР в межень в основном определяется приливными колебаниями. Они влияют на уровни воды и на переменные по величине и направлению течения. Величина этих колебаний при прочих равных условиях зависит от условий проникновения приливной волны в реку.
8.3.2 В каждую фазу прилива режим уровня в УОР оказывается различным. В зависимости от местных особенностей могут наблюдаться два минимума и два максимума скорости течения. В распределении приливных вод в русле играет роль морфометрия русла, форма поперечного сечения и соотношение глубин у берегов и на стрежне, а также извилистость и шероховатость русла, увеличивающие силу трения. Наблюдаются случаи струйного передвижения приливных вод в русле и миграция этой струи от берега к берегу, т.е. в русле течение приливных вод оказывается в этом случае поперечным или косым. Эти струйные потоки в зависимости от рельефа дна и наличия препятствий в русле могут выходить на поверхность и в конечном счете перемешиваться с речными водами.
8.3.3 В приливных УОР морские соленые воды заходят с устьевого взморья или эстуария в русло реки или рукава дельты и подпирают в той или иной степени речные воды. Обычно это проникновение происходит в виде клина по дну русла. Формируется двухслойное течение с противоположным направлением. В зависимости от энергии или живой силы встречных потоков миграция клина соленых вод может быть различной. При одной и той же энергии реки, т.е. при одном расходе реки и постоянном уклоне дна, но при большей величине приливного уровня клин соленых вод может далеко заходить в реку, а ее водное сечение в устье может полностью заполняться солеными водами. При больших расходах воды реки граница клина соленых вод может оказаться далеко на устьевом взморье.
8.3.4 Зимой при наличии ледяного покрова дальность распространения приливной волны вверх по реке обычно уменьшается вследствие шероховатости льда и уменьшения вертикального поднятия уровня ледяным покровом.
8.3.5 Наличие клина соленой морской воды в приливном устье оказывает влияние на распределение скорости по вертикали по сравнению с нормальным речным потоком. Клин стесняет площадь живого сечения потока, поэтому скорость в часы отлива в поверхностном слое еще больше увеличивается.
8.3.6 В продолжение приливо-отливного цикла течение меняется с приливного на отливное. Это изменение происходит несколько позднее времени наступления полных и низких вод. В прилив ход скорости течения может искажаться вследствие влияния местных условий (например, явление "маниха" в устье Сев. Двины).
8.3.7 В отличие от открытого моря в устье реки перемена направления течения происходит не одновременно по всей глубине, а постепенно от дна к поверхности и от берегов к стрежню. Вследствие этого в моменты, близкие к перемене направления течения, в одном и том же сечении появляются противоположные течения. Цикл изменения скорости в более глубоких точках вертикали запаздывает по сравнению с аналогичным циклом в точках, расположенных ближе к поверхности. Вблизи максимума прилива скорость у поверхности оказывается почти постоянной, а у дна переменной, хотя она и ограничивается узким пределом времени, пространства и величины.
8.3.8 Однорукавное приливное устье характеризуется большой амплитудой прилива и отлива, а дельтовое - небольшой амплитудой, а также отсутствием вдольберегового течения.
8.3.9 В однорукавном устье приливное и отливное течения сосредотачиваются в одном русле, поэтому дальше и на большее протяжение (чем в многорукавном устье) вверх по реке сохраняется живая сила приливной волны, а отливная волна перемещается по этому же руслу вместе с речным расходом, вследствие чего и создается более глубокое и устойчивое русло.
8.3.10 Многорукавное (дельтовое) устье характеризуется неустойчивостью русел. Часто приливное русло не совпадает с отливным. Приливные воды, растекаясь по рукавам и встречая в них сопротивление, уменьшают живую силу. Их распространение вверх по реке затухает. В различных рукавах по-разному могут образовываться приливные и отливные русла, перераспределяться расходы и переформировываться русла устьевых рукавов.
8.3.11 Гребень приливной волны перемещается быстрее, чем подошва, что обусловливает сокращение времени подъема воды в устье и увеличение высоты подъема уровня. В УОР, воронкообразно суживающихся вверх по течению, время роста приливной волны сокращается сильнее, и подъем происходит скачкообразно в виде прибойной волны. Чем дальше вверх по течению реки, тем больше уменьшается время прилива и увеличивается время отлива.
8.3.12 Длина пути частицы воды в прилив и отлив не одинакова. В устьевых участках приливных рек (вследствие влияния берегов и русла) путь представлен двумя незамкнутыми прямыми линиями - отливной и приливной. Рукав с большим путем отлива по сравнению с путем прилива несет больший собственный речной расход частиц воды. Длина пути частиц воды отлива и прилива меняется в зависимости от сезонного и многолетнего стока реки в широких пределах. Вверх по реке эта длина убывает.
8.3.13 Вследствие непрерывного и систематического изменения скорости течения воды в приливном участке непрерывно изменяется расход в течение приливо-отливного цикла. Под расходом воды в приливо-отливном потоке понимают количество воды, протекающее в единицу времени через данное сечение в обоих направлениях. При этом положительным считается расход, направленный в сторону моря, а отрицательным - направленный вверх по реке. Поэтому рассматривают отдельно приливный и отливный расходы, алгебраическая сумма которых дает мгновенный (секундный) баланс воды в данном поперечном сечении. Можно определить секундный расход и расход за все время прилива и отлива. В последнем случае можно установить общую зависимость этого расхода (объема воды) от высоты стояния среднего приливо-отливного уровня в данном пункте.
8.3.14 Продолжительность отливных расходов обычно больше, чем приливных, причем эта неравномерность увеличивается вверх по реке. Максимум расхода, как правило, наступает в моменты, близкие к моментам среднего приливо-отливного уровня при наибольших скоростях течения. Нулевые расходы (переход приливного расхода в отливный и обратно) происходят обычно несколько позже наступления полной и малой вод.
8.3.15 Исследования приливных УОР основываются на регулярных измерениях скорости, уровня, расходов воды, времени прилива и отлива.
9 Сток наносов и его распределение по рукавам
9.1 Общие сведения
9.1.1 Режим стока наносов в устье реки зависит от многих факторов: стока воды и наносов, поступающих на устьевой участок реки, скоростей течения в руслах и на устьевом взморье, растительности, волнения, приливо-отливных и сгонно-нагонных колебаний уровня, деятельности человека и др. Значительная часть взвешенных наносов в устьях переходит в донные, что обусловливает рост дельты. Взвешенные наносы играют основную роль в формировании пойм и межрукавных дельтовых пространств. Часть взвешенных наносов, проходящих по рукавам дельты транзитом, отлагается с естественной сортировкой на устьевом взморье вследствие уменьшения скоростей течения и коагуляции при смешении пресной речной и соленой морской воды. В формировании дна устьевого взморья принимают участие наносы морского происхождения, являющиеся продуктом разрушения морских берегов или дна вне зоны влияния реки. Ветровые и волновые течения взмучивают ранее отложившиеся на взморье речные и морские наносы, переносят их и отлагают на новых местах.
9.1.2 Значительное влияние на режим наносов оказывают приливы и нагоны. Замедление и последующее изменение направления течения в прилив или сильный нагон приводит к прекращению поступления наносов с вышележащих участков реки. Вместе с приливным течением в устье поступают наносы со стороны моря, которые по своему происхождению могут быть либо морскими, либо взмученными речными наносами, ранее отложившимися на взморье. Наносы, поступающие при приливе в реку, могут отлагаться в русле реки, создавая отмели. В отлив течение с повышенными скоростями размывает отложившиеся наносы и уносит их в море. Вместе с ними выносятся и наносы, поступающие с вышележащих участков реки.
9.1.3 Большое влияние на динамику наносов и их отложение оказывает миграция клина более плотных морских вод в период приливо-отливного или сгонно-нагонного цикла. Придонная часть клина служит преградой для перемещения донных речных наносов. В самом клине с пониженными скоростями течения отлагаются взвешенные наносы.
9.1.4 В некоторых УОР увеличение стока наносов происходит частично за счет эоловых наносов. В устьевых областях северных рек добавочное поступление наносов в рукава дельт связано с термокарстовыми явлениями.
9.1.5 Во многих УОР естественный режим стока наносов нарушается хозяйственной деятельностью человека.
9.2 Методы исследования режима стока наносов
9.2.1 Элементы режима стока наносов
9.2.1.1 Режим стока взвешенных наносов в вершине дельты исследуется одновременно с режимом стока воды и на том же входном створе. Измерения расходов наносов должны отражать все основные фазы режима стока воды и стока наносов (подъем, пик и спад половодья, межень и др., а также одну или несколько фаз хода мутности). С целью сокращения объема работ расходы взвешенных наносов можно измерять не при каждом измерении расходов воды.
9.2.1.2 В первую очередь исследуются:
а) характер связи расходов воды, мутности и взвешенных наносов;
б) основные характеристики режима стока наносов (средний многолетний сток взвешенных наносов, изменчивость годового стока, внутригодовое распределение стока, максимальный и минимальный сток наносов и др.);
в) зависимость режима стока наносов от условий формирования стока воды и наносов в бассейне реки.
9.2.1.3 Особенности режима стока наносов в вершине УОР и особенности режима стока взвешенных наносов на приустьевом участке реки, находящемся под влиянием устьевых процессов, выясняют путем сопоставления годовых, месячных и других характеристик стока наносов на нескольких створах, нижним из которых является входной створ УОР в вершине дельты.
9.2.2 Распределение мутности
9.2.2.1 Изучение распределения мутности необходимо для исследования распределения стока наносов в пределах УОР, но может иметь и самостоятельное значение. Наблюдения в дельте показывают, что мутность при одной и той же величине стока воды и стока наносов в вершине дельты оказывается по пространству дельты неодинаковой. В озерах, плавнях, протоках дельты мутность изменяется еще в большей степени. Во внутренних дельтовых водоемах мутность значительно уменьшается, и воды их осветляются.
9.2.2.2 При сравнении средних мутностей по пространству дельты может быть построена карта равных мутностей (при различных фазах стока воды), которая поможет выявить и объяснить местные аномалии мутности в рукавах. В ряде случаев (в зоне активного волнения, размыва одного из берегов, в зоне водоворотов, около устоев моста и др.) вследствие повышенной турбулентности мутность оказывается завышенной, хотя это и не отражается на увеличении стока наносов рукава на всем его протяжении. Такие местные аномалии мутности надо выделить и учитывать при расчете распределения стока наносов в рукавах дельты.
9.2.2.3 При исследовании связи мутности со скоростной структурой потока необходимо исследовать закономерности распределения мутности:
а) по вертикали в разных местах устьевой области и в разные периоды режима стока воды, особенно в приливных устьях, и при значительных нагонах и сгонах (в том числе при обратных течениях);
б) на участках разветвлений (на примере двух-четырех наиболее характерных);
в) на характерных участках фарватеров, бороздин, на взморье и на барах.
9.2.3 Распределение стока взвешенных наносов между главными рукавами дельты
9.2.3.1 Важно определить соотношение стока воды и стока взвешенных наносов при их распределении по рукавам дельты. Натурные данные показывают, что среднее распределение стока взвешенных наносов происходит почти пропорционально среднему распределению стока воды.
9.2.3.2 Обычно устанавливают связь между величинами стока взвешенных наносов в рукавах на трех створах: на одном до разветвления и на двух - после. В качестве сравниваемых величин могут служить синхронно измеренные расходы взвешенных наносов, величины стока наносов, осредненные за неделю, месяц и т.д., и расходы взвешенных наносов, снятые с кривых связи.
9.2.4 Изменение стока взвешенных наносов вдоль рукавов дельты
9.2.4.1 Как при исследовании изменения стока воды вдоль рукавов, возможны три способа измерений стока наносов:
- одновременные (синхронные);
- измерения с учетом времени добегания;
9.2.4.2 Весьма полезные результаты при изучении изменения стока взвешенных наносов вдоль рукава могут дать одновременные (детальные) измерения расходов воды и взвешенных наносов на нескольких створах вдоль рукава ежедневно в течение пяти-шести дней. В результате могут быть получены надежные данные об изменении как стока воды, так и стока взвешенных наносов вдоль рукава. Измерения проводятся в различные фазы водного стока и стока наносов:
- на подъеме половодья;
- на пике мутности;
- ни пике половодья;
- на спаде половодья;
- в низкую межень.
Такие измерения незаменимы при исследовании изменения стока наносов вдоль приливных участков рек (длительность работ должна составлять 15 суток).
9.2.5 Режим стока донных наносов
9.2.5.1 При исследовании режима стока донных наносов выясняют те же вопросы, что и при исследовании взвешенных наносов. Кроме того, изучают характер и особенности динамики различных форм скопления донных наносов в руслах и на баре.
9.2.5.2 Для решения этих вопросов сравнивают расходы донных наносов. Они могут быть измерены непосредственно с помощью приборов (донных батометров) или рассчитаны по формулам. Оба эти метода могут дать существенные ошибки. О величине стока донных наносов можно приблизительно судить также по размерам движущихся гряд и по объемам наносов на баре.
9.2.5.3 Рекомендуется устанавливать связи между величинами стока донных наносов, стока воды и стока взвешенных наносов, а также попытаться связать непосредственно измеренные расходы донных наносов с гидравлическими элементами потока и, если связь получится статистически значимой, то пользоваться ею в дальнейшем.
9.2.6 Движение наносов на устьевом взморье
9.2.6.1 Движение наносов на взморье под влиянием гидрологических факторов играет важную роль в заносимости каналов, портов, формировании баров. Поэтому для изучения заносимости следует организовать специальные наблюдения.
9.2.6.2 При исследовании движения наносов на устьевом взморье решают следующие вопросы:
а) выясняют количество речных взвешенных и донных наносов, поступающих на устьевое взморье, по измерениям на выходных створах рукавов;
б) изучают распространение речных наносов на устьевом взморье.
При этом важно исследовать:
- закономерности изменения концентрации взвесей вдоль и поперек речных струй (в какой мере это уменьшение объясняется уменьшением скоростей течения, а в какой - перемешиванием речной воды с морской);
- закономерности изменения количества взвесей по вертикали;
- влияние ветра на распределение взвесей;
- закономерности сезонных изменений величины водного стока и стока наносов, волнения, взмучивающего наносы на взморье, растительности.
9.2.6.3 Наблюдения необходимо вести одновременно с гидрологическими съемками, дающими представление о динамических и физико-химических характеристиках речных струй на устьевом взморье. Учитывая трудоемкость гидрологических работ, съемки проводятся в следующие гидрологические фазы: на подъеме, вблизи пика половодья и в межень (при двух-трех разных направлениях ветра).
9.2.6.4 Интересные данные могут быть получены в результате наблюдений за гидрофронтами, отделяющими две водные массы - речную и морскую или речную осветленную - после прохождения их через заросли. В устьях рек с большим стоком взвешенных наносов мутные воды четко выделяются по своему цвету. При изучении этого вопроса обращают внимание на очертания гидрофронта и его изменчивость в зависимости от изменения ветра, угол наклона плоскости гидрофронта, диапазон изменения мутности по обе стороны гидрофронта и др. Наблюдения за очертаниями гидрофронта можно производить с самолета и по спутниковым снимкам.
9.2.6.5 Движение донных наносов на взморье можно изучать следующими способами: сравнением последовательных грунтовых карт, анализом колонок, анализом форм рельефа (особенно вблизи берега), наблюдением за движением песчаных наносов с помощью люминофоров или радиоактивных изотопов по схемам, построенным на основании промеров на выбранных участках, а также отбором проб с помощью донных батометров.
9.2.6.6 Анализ вертикальной смены грунтов в колонках дает представление о динамике грунтов или хотя бы (совместно с картой грунтов) о перемещении зон грунтов во времени. Большую пользу принесет определение механического состава наносов. При изучении морфологии береговых и подводных валов, кос, пляжей, пересыпей и др. следует по возможности объяснять ту или иную форму рельефа гидрологическими условиями (преобладающими направлениями волнения, ветровых и волновых течений, их повторяемостью и др.).
9.2.6.7 Обычно наблюдают наиболее динамичные формы рельефа, приводят их описание, зарисовки, фото. Это дает возможность установить характер их изменения и выяснить направление преобладающего движения наносов. Полезно проводить систематические наблюдения над динамикой дна взморья (промеры два-три раза в год, особенно после сильных штормов). Хорошие результаты дает сравнение планшетов разновременных аэрофотосъемок морского края дельты.
9.2.7. Движение наносов в устьях, подверженных приливно-отливным и сгонно-нагонным явлениям
Режим наносов при значительных приливо-отливных и сгонно-нагонных явлениях характеризуется переменным направлением движения наносов и значительными колебаниями их расхода. При значимом влиянии указанных процессов на режим устьевой области необходимо изучать следующие вопросы:
а) характер изменения расходов наносов при изменениях расходов воды. Для этих целей строят хронологический график измеренных расходов воды, расходов наносов и средней мутности. В приливном устье анализу должен быть подвергнут период около 15 суток (полумесячное неравенство, включающее сизигию и квадратуру). Такой анализ необходимо провести в различные периоды речного стока (подъем, пик, спад половодья, межень);
б) изменение механического состава взвешенных и донных наносов в устьевой области в течение приливного цикла (отдельно для различных фаз стока воды): пробы можно отбирать одновременно с измерением расходов наносов или специально при продольном разрезе вдоль рукавов и на взморье;
в) связь мутности с динамической структурой потока - распределение мутности по вертикали при двуслойных течениях и в периоды значительного подпора и спада уровня и др., а также при миграции клина плотных морских вод на взморье и в рукавах дельты. Для решения этого вопроса необходимо организовать измерение расходов воды и взвешенных наносов на гидростворах (в течение всего цикла изучаемого явления) или организовать повторные продольные разрезы вдоль рукавов и на взморье с комплексом гидрологических наблюдений (течения, мутность, соленость и др.) на станциях (с постановкой судна на якорь).
9.2.8 Механический состав наносов и грунтов и устойчивость донных отложений
9.2.8.1 Путем систематических наблюдений над составом наносов в рукавах дельты должны быть исследованы следующие вопросы:
а) механический состав взвешенных наносов и его зависимость от фазы гидрологического режима. Для этих целей пробы воды на анализ берут в характерные фазы режима стока воды и стока наносов (подъем половодья, пик мутности, пик половодья, спад половодья, межень);
б) механический состав взвешенных наносов в приливных устьях и его связь с фазами приливного цикла. Берут, как минимум, две пробы за приливный цикл - в максимум отлива и максимум прилива;
в) изменение механического состава взвешенных наносов по территории устьевой области. Эти пробы надо брать по возможности синхронно и на одном горизонте (например, у поверхности). При этом для выяснения изменения состава наносов вдоль устьевой области необходимо взять три-шесть проб: выше вершины дельты, в дельте (рукава и озера), перед выходом на взморье, на взморье;
г) изменение механического состава донных наносов и отложений (грунтов) в разные периоды режима стока воды и стока наносов, вдоль устьевой области (связь с изменением гидравлических элементов потока вдоль рукавов) и поперек русла (связь с изменением гидравлических элементов потока по ширине русла). Необходимо иметь в виду, что уменьшение диаметра наносов может быть также связано с процессом истирания частиц.
9.2.8.2 По механическому составу наносов можно судить о направленности русловых процессов, аккумуляции или размыве. Донные отложения на взморье характеризуют гидрологические процессы.
9.2.8.3 Карта донных грунтов взморья хорошо иллюстрирует динамические процессы на взморье. Грунты на взморье по происхождению подразделяются на морские и речные. Различать их можно по механическому анализу, характеру сортировки частиц, содержанию органических веществ в наносах, наличию различных видов ракуши (пресноводных и солоноватоводных) и др. Иногда требуется произвести минералогический анализ в специальных лабораториях. Последовательная смена грунтов и крупности его частиц покажет степень затухания стоковых и ветровых течений у дна.
9.2.8.4 Для исследования влияния гидрологического режима на грунты взморья необходимо проводить повторные съемки в периоды подъема и спада половодья, межени, после сильного шторма на некоторых участках взморья, особенно на барах.
10 Динамика гидрографической сети, рельефа дна устьевого взморья и русловые процессы
10.1 Общие сведения
10.1.1 Под динамикой гидрографической сети понимают постоянно происходящие (в основном необратимые) изменения в строении всей гидрографической сети (русловой, озерной, лиманной и т.п.) УОР, отражающие общий процесс формирования и развития дельтовой равнины, т.е. процесс дельтообразования.
10.1.2 Под русловыми процессами понимают все изменения в морфологическом строении русла и поймы (в УОР под поймой следует понимать поверхность современной аллювиальной дельтовой равнины), которые происходят под действием текущей воды, отражая процесс или форму транспортировки наносов речным потоком.
10.1.3 В УОР активизируются одни и отмирают другие рукава, заиляются внутридельтовые водоемы, образуется речной бар на выходе речного потока в море, удлиняется устье и уменьшается продольный уклон водотока, обусловливая усиление аккумулятивных процессов и т.п.
Степень изменчивости гидрографической сети дельты определяется главным образом интенсивностью развития русловых процессов, зависящих от ряда гидрологических, геоморфологических и других факторов. Динамика гидрографической сети дельты также связана с развитием дельты в целом как географического и геологического объекта.
10.1.4 Русловые процессы в УОР имеют много общего с русловыми процессами равнинного участка реки, поэтому методические основы исследования русловых процессов, выработанные в ходе исследований равнинных рек, в значительной степени могут быть применены к исследованиям УОР. Поскольку эти области являются в основном зонами аккумуляции речных наносов, то русловые процессы приобретают здесь некоторые специфические особенности, требующие во многих случаях дополнительно применения специальных методов исследований и наблюдений. Отдельные типы русловых образований в отличие от образований в реке на равнинном участке не претерпевают полного цикла развития. Наблюдается достаточно частая смена во времени типов русловых образований на одном и том же участке, не обуславливаемая изменениями общего режима стока воды и наносов бассейна реки.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.