Формирование половодья на реках Ростовской области

Формирование половодья на реках Ростовской области

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему

Формирование половодья на реках Ростовской области

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Физико-географические условия формирования половодья

.1 Географическое положение, и рельеф

.2 Геологическое строение

.3 Климат

.4 Почвы

.5 Растительность

.6 Поверхностные воды

1.7 Гидрохимическая характеристика

2. Гидрометеорологические факторы формирования половодья на реках Ростовской

.1 Общие сведения

.2 Факторы формирования половодья

.2.1 Запасы воды в снежном покрове

.2.2 Атмосферные осадки и увлажнение почвы в период снеготаяния

.2.3 Температура воздуха иинтенсивность снеготаяния

. Характеристика половодья

Заключение

Литература

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Половодье - ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон, относительно длительное, существенное увеличение водоносности рек, сопровождающееся соответствующим повышением уровня воды.

Высота половодий зависит от многих факторов:

климатические - осадки, испарение, температура воздуха;

физико-географические - особенности поверхности речного бассейна и его геологическое строение;

антропогенные - хозяйственная деятельность человека в речных бассейнах, руслах, поймах и долинах;

морфометрические - строение речного русла, поймы и долины;

гидравлические - форма русла, определяющая пропускную способность последнего.

Высота подъема воды в реках существенно зависит и от площади речных бассейнов. Поэтому прогноз и расчет высоты наводнений, вызываемых половодьями, требует обширной и детальной информации о факторах, их обуславливающих.

Из-за того что 89,8 тыс. жителей 178 населенных пунктов в 44 городских округах и муниципальных районах проживают на территории подверженной негативному воздействию вод, все или часть этих муниципальных образований могут оказаться в зоне подтопления при повышении уровней воды, в том числе и при увеличении сброса воды водохранилищами.

При расходе воды из Цимлянского водохранилища в объеме от 3000 м³/с и более на Нижнем Дону подтапливаются территории, объекты и населенные пункты 16 муниципальных образований (районы Цимлянский, Волго-донской, Константиновский, Семикаракорский, Усть-Донецкий, Багаевский, Октябрьский, Аксайский, Азовский, Мясниковский, Неклиновский, городские округа Волгодонск, Новочеркасск, Ростов-на-Дону, Батайск, Азов).

При повышении уровней воды до критических отметок и более на водоемах области возможны разрушение гидротехнических сооружений, подтопление и частичное разрушение жилых и административных зданий, сельскохозяйственных построек, гибель сельскохозяйственных посевов и животных, выход из строя линий связи и электропередач, нарушение систем жизнеобеспечения населения и транспортных путей сообщения.

Гидрометеорологическую обстановку весеннего половодья на территории Ростовской области освещается 33 гидрологическими стационарными постами ГУ «Ростовский ЦГМС-Р» и 21 сезонными муниципальнымипротив паводковыми гидрологическими постами.

В основу результатов дипломной работы положены материалы стационарных гидрологических наблюдений по 25 гидрологическим постам за период с 2009 по 2014г, данные метеорологических наблюдений. Важным источником послужили ежедневные уровни за период половодья, а также данные запасов воды в снеге. В работе использованы литературные источники и фондовые материалы ГУ «Ростовский ЦГМС-Р».

1. Физико-географическое условия формирования половодья в Ростовской области

.1 Географическое положение и рельеф

Ростовская область расположена между 45⁰58^/ и 50⁰14^/ с.ш. и 38⁰11^/ и 44⁰20^/ в.д. Общая площадь составляет 100 тыс. км². Ростовская область граничит с Воронежской и Волгоградской областями, Краснодарским и Ставропольским краями, Республикой Калмыкия и Украиной.

Рис. 1. Физическая карта Ростовской области

Территория Ростовской области расположена в юго-восточной части Восточно-Европейской равнины. По характеру поверхности - это волнистая равнина, с колебанием высот от 0 м в районе Азовского моря до 200-300 м в северо-западной части, где расположены восточные отроги Донецкого кряжа.

По особенностям рельефа выделяются более возвышенные северная и западная, относительно пониженные южная и юго-восточная части, разделенные долинами Нижнего Дона. Дон, является главной водной артерией области, делит ее на северо-западную и юго-восточную половины соответственно общему наклону местности.

В пределах области располагаются возвышенности, равнины и низменности. Основными возвышенностями являются Ергенинская, Азово-Манычская, Калачская, Донская и Сало-Манычская гряды, Донецкий кряж. Равнины: Доно-Донецкая, Северо-Приазовская, Доно-Сальская. Низменности: Нижне-Донская, Манычская, Доно-Егорлыкская и Кубано-Приазовская.

В северной части области расположены Калачская возвышенность и Донская (Восточно-Донская) гряда, являющиеся юго-восточными отрогами Среднерусской возвышенности. Степь Сало-Манычского водораздела полностью спускается к р. Сал. На юге области с Юго-востока на Северо-запад простилается Приманычская впадина.

1.2 Геологическое строение

Ростовская область расположена в зоне сочленения Восточно-Европейской докембрийской платформы и эпигерцинской Скифской плиты. Граница между ними проходит по глубинному Донецко-Астраханскому разлому субширотного простирания. Тектонической осью служит донецкое складчатое сооружение, смятое в линейные складки.

Восточная часть Донецко-Астраханского разлома названа Астраханским разломом. Северодонецким разломом называется западная, хорошо изученная часть Донецко-Астраханского разлома, проходящая в пределах Ростовской области. Еще западнее граница между древней и молодой платформами отходит от Донецко-Астраханского разлома к югу, огибает линейные складки Донбасса и вновь заходит на территорию Ростовской области, оконтуривая с севера, востока и юга небольшой по площади участок Русской плиты - Ростовский свод.

Большая часть Русской плиты, расположенная в пределах описываемой территории севернее Донецко-Астраханского разлома, подразделяется на юго-восточное погружение Воронежской антеклизы и юго-западную часть Прикаспийской синеклизы, разграниченные Волгоградским глубинным разломом.

Юг рассматриваемой территории принадлежит в основном к Скифской плите молодой эпигерцинской платформы. Выход на поверхность палеозойского складчатого фундамента (открытый Донбасс) именуется Донецким выступом. На его восточном продолжении располагается вал Карпинского, являющийся составной частью Скифской плиты.

Главными частями Русской плиты в пределах Ростовской области являются юго-восточное погружение Воронежской антеклизы и юго-западная часть Прикаспийской синеклизы. Естественной границей, разделяющей эти крупные структуры, служит близмеридиональный Волгоградский глубинный разлом, который протягивается более чем на 500 км от г. Саратова, вдоль левого берега р. Волги, через г. Волгоград к г. Котельниково.

Ростовский свод располагается в юго-западной части области, разделяя Донецкое и пред кавказское складчатые сооружения. В пределах Ростовского свода выделяются два основных структурных этапа - допалеозойский кристаллический фундамент и платформенный чехол. Платформенный чехол образован меловыми породами, несогласно облегающими фундамент, а также отложениями палеогена, неогена и антропогена, лежащими почти горизонтально.

Ростовский выступ, расположенный на восточном погружении Украинского щита, испытывал замедленные опускания, а иногда даже и подъемы, приводившие к разрыву накопившихся осадков.

Рис. 2. Геологическая карта Ростовской области

На севере области расположен южный склон Воронежской антеклизы, представленный Первомайско-Чирской моноклиналью. Моноклиналь ограничена Миллеровским и Задонским поперечными поднятиями, а также Павловским выступом. Наиболее приподнятое залегание кристаллического фундамента отмечается в районе станицы Казанской. К югу поверхность его постепенно погружается до 5-6 км на границе с Донбассом. В этом же направлении растут мощности осадочного чехла.

Скифская эпигерцинская платформа, расположенная к югу от Донецко-Астраханского разлома, сложена палеозойским складчатым основанием и осадочным чехлом, представленным мезозойско-кайнозойскими породами. В пределах области она включает Донецкое складчатое сооружение, Манычский прогиб и часть Азово-Кубанской впадины.

Наиболее древними отложениями чехла Скифской плиты в пределах описываемой территории являются среднеюрские песчанистые породы, распространенные только на юго-востоке. Юрские и более древние отложения трансгрессивно перекрываются песчано-глинистым комплексом нижнего мела, отсутствующего лишь на территории складчатого Донбасса и на отдельных участках Ростовского выступа. Верхнемеловые карбонатные слои, а также образования палеогена перекрывали всю скифскую плиту, но в последующее время складчатого Донбасса они были эродированы, поэтому здесь обнажены размытые складки фундамента. Неогеновые отложения занимают меньшие площади и приурочены к зонам прогибов.

Складчатый Донбасс протягивается вдоль южного края Воронежской антеклизы. Он подразделяется на открытый Донбасс (Донецкий выступ) и Погруженный Донбасс. Последний по структурно-морфологическим особенностям просматривается нами в составе вала Карпинского. Преобладающими структурами в Донбассе являются линейные складки, вытянутые в юго-восточном направлении. Вся эта система складок сформировалась в конце палеозоя на месте Донецко-Каспийского прогибания, выполненного осадками карбона.

Открытый Донбасс возник в результате послепалеогеновых поднятий центральной части Донбасса. Здесь отложения платформенного чехла и значительная часть палеозойского основания были размыты, и на поверхность выступили складки, сложенные нижним карбоном.

Донецкий выступ сформировался в герцинскую складчатость и представляет собой сложное складчатое сооружение, сложенное в Ростовской области восточной частью Донецкого кряжа. Донецкий кряж представлен системой антиклинальных и синклинальных складок с разной протяженностью и крутизной крыльев. С севера на юг в Донецком кряже выделяются северная зона мелкой складчатости, зона крупных линейных складок. Все складчатые зоны осложнены различными мелкоамплитудными (обычно до 30-50 м, реже до 100-130 м) разрывами (сбросами, взбросами, надвигами, сдвигами), к которым в южной части Донецкого кряжа приурочены дайки, штоки изверженных пород. (Рис. 2) Восточным тектоническим элементом Донецкою кряжа является Восточно-Донбасское поднятие.

Вал Карпинского ограничен на севере Донецко-Астраханским разломом, на юге - Манычским. Протяженность eгo составляет 400 км, ширина 130-150 км. Глубина залегания палеозойского фундамента изменяется от 500м на более приподнятых (Ремонтненский блок) до 2000м на погруженных участках. В пределах вала можно выделить несколько блоков, отличающихся на глубине залегания фундамента и отделенных друг от друга системой разломов субмеридионального простирания.

На юге Ростовской области выделяются два проги6а: Азово-Кубанский неотектонический и Тузлово-Манычский.

Азово-Кубанский прогиб представлен в Ростовской области Целинской седловиной и Сальским поперечным поднятием с глубинами залегания фундамента 1500-2000 м и 1400-2300 м соответственно.

Прикаспийская синеклиза представляет собой область наиболее интенсивного прогибания Русской плиты, начавшегося еще в палеозое и длительно с небольшими перерывами, продолжавшегося в мезозое и кайнозое вплоть до новейшего времени, характеризуется глубоким погружением допалеозойского фундамента.

Ростовский выступ, слагающий фундамент Ростовского свода, представлен архейскими и протерозойскими плагиоклазовыми гранитами, гнейсами, мигматитами, амфиболитами и другими кристаллическими породами. Перечисленные образования образуют куполовидные поднятия и линейно вытянутые структуры ориентированные в юго-восточном и близмеридиональном направлениях. С севера, востока и юга Ростовский выступ ограничен контактами с дислоцированными палеозойскими породами, слагающими основание эпигерцинской плиты. На западе Ростовский выступ допалеозойских пород, по имеющимся данным, составляет одно целое с Украинским щитом.

.3 Климат

Основными климатообразующими факторами являются солнечная радиация, атмосферная циркуляция и подстилающая поверхность.

В холодное время года периодически происходят прорывы циклонов с юго-запада. Они обуславливают вынос теплого и влажного воздуха и как следствие обильные осадки, смену восточных ветров на западные и юго-восточные, оттепели и туманы. В теплое время года циркулируют преимущественно массы теплого воздуха умеренных широт.

Климат области носит континентальный характер. Континентальность возрастает с запада на восток. В восточных районах зима холоднее, а лето теплее, чем в западных. Соответственно с запада на восток возрастает засушливость.

Температура воздуха имеет резко выраженный годовой ход. Годовая амплитуда экстренных температур воздуха составляет 70-80.

Годовое количество осадков колеблется от 500 мм на юго-западе и северо-западе до 340-360 мм в юго-восточных районах.

Преобладающими ветрами являются ветры восточной составляющей.

Осень обычно наступает в сентябре. Зима наступает на севере области в середине ноября, на юге - в конце ноября. Зима неустойчивая, с частыми оттепелями, особенно типичными для юга территории, где их за зиму насчитывается 45-50 дней, на севере 28-30 дней. Большое число дней с оттепелями, сказывается на залегание снежного покрова, который редко бывает устойчивым.

Весна наступает в северных районах в конце марта, в середине марта в южных районах.

Лето устанавливается в первой половине мая, оно бывает жаркое и сухое. Самым теплым месяцем является июль. Средняя месячная температура колеблется от 21,5 до 24,0. Осадки летом кратковременны и имеют ливневый характер. За период с 4 по 10 месяцы сумма осадков в среднем колеблется в пределах 240-330 мм.

1.4 Почвы

Почвенный покров области довольно разнообразен и представлен 750 разновидностями. Два типа зональных почв - черноземы и каштановые - составляют основу пахотных земель и занимают соответственно 64,2% и 20,8% общей площади области. Интразональные и азональные почвы - солонцы, солончаки, гидроморфные почвы - занимают 7,7%, а выходы коренных пород и пески 5,8% и 1,5%.

Почвы в основном преобладают чернозёмные и только на востоке каштановые.

Северо-западная часть области занята южными среднемощными чернозёмами. Северо-восточный выступ занимают темно-каштановые почвы, к югу от него по правому берегу реки Дон преобладают черноземы.

На западе правобережья реки Дон и Приазовье заняты приазовскими чернозёмами, к югу они сменяются пред кавказскими чернозёмами. Юго-восточная половина области занята в основном каштановыми почвами.

.5 Растительность

Растительный покров на территории области определяется расположением её в степной зоне Евразии. Поэтому здесь преобладающим типом растительности является степная.

Степная растительность в области представляет зональный тип. Однако в связи с нарастанием по территории области аридности климата и влиянием прикаспийских пустынь, смена зональной степной растительности в пределах области происходит не в широтном, как обычно, направлении, а с северо-запада на юго-восток.

Природный ландшафт области однообразен. Естественно-растительный покров представлен в основном двумя растительными зонами: ковыльных степей и полупустынь, или полынно-типчаковыми степями.

Зона ковыльных степей занимает большую часть области. В западной, более влажной, части располагается подзона разнотравно-ковыльной степи. В восточной половине области - подзона полынно-типчаковой полупустынной степи. Южная часть разнотравно-ковыльных степей по характеру растительности выделяется в особый Приазовский район.

В поймах реки Дон, Сал, Маныч большие пространства занимают солончаки, для которых характерна растительность солончаковых пустынь. Из кустарников преобладают черноклен, малина, крушина, бузина и др.

На песчаных пойменных террасах леса встречаются в виде небольших островков. Такие леса расположены вдоль рек Дон, Северский Донец и их притоков. Эти леса состоят из берёз, осин, дубов.

Долина Дона имеет особую растительность. В долине Среднего Дона преобладают пойменные леса из дуба, ивы, тополя, карагача, осины и с травянистым покровом из ландышей, дикого лука, ежевики, полыни, подбела, мяты, вьюнка. Часто встречаются заливные луга, в основном лисохвостовые. В нижнем течении Дона пойменные леса уступают место пырейно - болотистым и суходольным лугам. В дельте луговые ассоциации сочетаются с зарослями камыша, чакана и куги.

1.6 Поверхностные воды Ростовской области

Основу водных ресурсов территории Ростовской области составляют сток реки Дон и основных его притоков (табл. 1).Река Дон имеет длину 1870 км и площадь водосбора 422 тыс. км², впадает в Таганрогский залив Азовского моря. В границах территории Ростовской области, протяжённость реки Дон составляет - 494 км (Рис. 3).

Основные притоки - р.р. Северский Донец, Сал, Западный Маныч. Наиболее крупным притоком реки Дон является река Северский Донец длиной 1053 км и площадью водосбора 98.9 тыс. км², трансграничный водный объект с Украиной, длина реки в пределах России 381 км, площадь водосбора - 31240 км².

Количество малых и средних рек составляет 165, суммарной протяженностью 9565 км, из них 17 рек имеют протяженность менее 10 км. На долю рек длиной 100-500 км и более приходится всего 0,7%. Густота речной сети составляет 0,1-0,6 км/км² (рис. 4).Максимальные значения приурочены к водосборам рек Калитва и Кундрючья, к верховьям р. Тузлов, т.е. к наиболее возвышенным участкам местности с повышенным количеством осадков.

Среднемноголетний объём поверхностного стока р. Дон в Азовское море составляет 27,7 км³, а рек бассейна Таганрогского залива - 0,6 км³. Несмотря на то, что большая часть осадков выпадает в летнее время, они не оказывают большого влияния на поверхностный сток из-за сухости почв и большого испарения. Основным источником питания являются талые снеговые воды. Как правило, основной водосбор происходит в период весеннего паводка во втором квартале и составляет 10-25%, в зимний период - 5-20%.

Твёрдый сток отражает интенсивность эрозионных процессов, которые происходят на водосборных площадях. Средний многолетний твёрдый сток Дона составляет 5,1 млн. т, а мутность воды 170 г/м³ (табл. 2.).

Таблица 1

Морфологические характеристики основных рек Ростовской области

Максимальная зона мутности 500-1000 г/м³ расположена на водосборе р. Егорлык.

Воды рек северной части территории области имеют повышенную минерализацию (0,5-1,0 г/л), а южной - высокую (более 1 г/л) сульфатно-гидрокарбонатного состава. По сезонам года наибольшая минерализация отмечается зимой (590 мг/л) и понижается летом и осенью (до 420 г/л).

Рис. 3. Гидрографическая карта Ростовской области

Водный режим некоторых рек изменен искусственно строительством различных гидротехнических сооружений. Естественный сток малых водотоков нарушен плотинами, в большинстве случаев примитивного устройства. Влияние плотин на этих водотоках сказывается главным образом в меженный период. Совершенно изменен режим рек бассейнов Сала и Маныча, для орошения земель этих бассейнов ведется переброска воды из р. Кубань и Цимлянского водохранилища.

Рис. 4. Густота речной сети Ростовской области

Таблица 2

Сток наносов (тыс. т) и мутность воды (г/м³) основных рек

Речные системы часто пересекаются каналами. Многие водотоки превращены в каскады прудов. После создания Цимлянского водохранилища изменен и режим р. Дон в нижнем течении. Здесь водохранилище оказывает регулирующее влияние на внутригодовое распределение стока.

Цимлянское водохранилище самое крупное на территории Ростовской области. Оно образовано плотиной Цимлянской ГЭС на р. Дон. Заполнение происходило в 1952-55. Площадь 2700 км², объём 23,9 км³, длина 260 км, наибольшая ширина 38 км, средняя глубина 8,8 м. На месте устьевых участков основных притоков Дона - рр. Цимлы, Чира и других - образовались заливы шириной до 5 км и длиной 15-30 км. Создано как составная часть Волго-Донского водного пути и осуществляет многолетнее регулирование стока.

Крупным действующим каналом, подающим воду на орошение южных и юго-восточных районов Ростовской области, является Донской магистральный канал. По каналу также осуществляется подача воды из реки Дон (Цимлянское водохранилище) в реку Западный Маныч с целью обводнения и снижения минерализации воды в Манычских водохранилищах.

В пределах Ростовской области находится около 250 озер, преимущественно пойменные и лиманные соленые, из последних крупнейшее - Маныч-Гудило с площадью зеркала 344 км². Преобладающими из них являются озера с площадью менее 0,1 км². Основная масса озер залегает в поймах водотоков и главным образом больших рек - Дона, Северского Донца, Западного Маныча, Сала. В основном пойменные озера в половодье сообщаются с речными руслами, а в летнюю межень из них происходит сток в реки (табл. 3).

В Донском бассейне болота занимают небольшую площадь. Неустойчивое, а в юго-восточной его части недостаточное увлажнение препятствует развитию заболоченной местности. Имеются незначительные пойменные массивы, приуроченные к поймам крупных рек - Дон, Сал, Маныч.

Химический состав поверхностных вод отличается большим разнообразием. Это связано с различием физико-географических условий, а также неодинаковой степенью нагрузки сточными водами и другими антропогенными загрязнениями участков рек.

Таблица 3

Основные озера на территории Ростовской области с площадью более 1 км²

Качественный состав водных объектов в бассейне р. Дон зависит от влияния хозяйственной деятельности и, прежде всего, сбросов сточных вод предприятиями промышленности и хозяйственного бытового водоснабжения.

Главной водной артерией Ростовской области является река Дон, с площадью водосбора, равной 422000 км²идлиной реки 1970 км. Исток Дона расположен в северной части Средне-Русской возвышенности, на высоте около 180 м над уровнем моря. Берущий начало на южном склоне, в районе Сталиногорска, и впадающий в Таганрогский залив Азовского моря Дон образует обширную дельту, площадью до 340 км², где русло его дробится на многочисленные рукава и протоки. Главные из них - Переволока, Егурча, Каланча, Старый Дон.

По характеру долины и русла Дон является типичной равнинной рекой. Он имеет плавный продольный профиль с уклонами, постепенно уменьшающимися к устью. (Рис. 5).

Рис. 5. Схематический продольный профиль р. Дон

В Ростовской области притоками реки Дон являются: Самым верхним по течению правым притоком является Чир (длина 399 км, площадь водосбора 12 422 кв. км), начинающийся на невысоком водоразделе между Доном и Калитвой. Далее идет р. Кумшак, весьма маловодная и небольшая речка, пересыхающая в засушливые годы. Река Кагальник начинается в виде неглубокой балки на возвышенной ровной степи. При пересечении Донецкого кряжа берега ее скалисты и имеют многочисленные выходы источников, поддерживающие питание реки

Наиболее крупным правым притоком р. Дон является Северский Донец. Длина её составляет 1053 км. Ниже реки Северский Донец в р. Дон впадает р. Тузлов, имеет длину 182 км. Русло реки извилистое, течение очень медленное. Река почти ежегодно пересыхает и перемерзает.

В 6 км ниже Ростова от р. Дон отделяется рукав - р. Мёртвый Донец, длина которого составляет 35,5 км, ширина от 100 до 250 м.

Ниже г. Ростова-на-Дону в Дон впадает р. Темерник (длина 38 км, площадь водосбора 288 кв. км). Самым верхним из левых притоков Дона является Сал, образующийся слиянием двух рек - Джурюк-Сала и Кара-Сала. Последним левым притоком Дона является Койсуг, остаток бывшего рукава Дона, берущий начало от Койсугского озера, в 3-4 км выше Батайска.

Почти на всем протяжении Дон (рис. 6) имеет разработанную долину с широкой поймой, изобилующей рукавами и староречьями и достигающей в нижнем течении ширины 12-15 км. Только в районе г. Калача долина его, стесненная отрогами Средне-Русской и Приволжской возвышенностей, сужается; пойма на этом коротком участке отсутствует.

Как и для большинства других рек этого района, для Дона характерно асимметричное строение долины: правый коренной берег ее почти на всем протяжении высокий и крутой, тогда как левый - пологий и низменный. По склонам долины отчетливо прослеживаются три террасы. Дно долины заполнено мощными отложениями аллювия; русло извилистое и изобилует многочисленными песчаными мелководными перекатами.

Рис. 6. План дельты Дона

Бассейн Дона полностью расположен в пределах лесостепной и степной зон, поэтому он, несмотря на большие размеры площади водосбора, отличается сравнительно малой водностью. Средний годовой расход воды около 900 м³/сек, что составляет немногим более 2 л/сек км². Он отличается высоким весенним половодьем и низкой меженью в остальное время года (рис. 7). От конца весеннего половодья и до начала нового весеннего подъема уровень и расходы воды медленно падают. Осенний паводок выражен слабо. Летние паводки на Дону - явление крайне редкое. В этом одна из характерных черт его режима.

Амплитуда колебания уровня весьма значительна и почти на: всем протяжении достигает 8-13 м. При этом Дон широко разливается по пойме, особенно в нижнем течении. Волна половодья на нижнем Дону более распластывается, продолжительность ее: увеличивается. Часто половодье проходит здесь в виде двух: волн: первой - более ранней и возникающей за счет поступления в русло реки талых вод с нижней части бассейна (по-местному - голодная вода) и второй - более поздней и образуемой водами, поступающими с верхнего Дона (теплая вода). Иногда, в случае запаздывания начала снеготаяния в нижней части бассейна, обе волны сливаются, при этом половодье бывает более высоким и менее продолжительным.

Рис.7. Хронологический график уровня воды, р. Дон - ст-ца Казанская, 2012 г. (составлен автором)

Замерзает Дон в последних числах ноября - начале декабря. Ледостав держится от 140 дней в верховьях до 100-90 дней в нижнем течении. Вскрывается река в низовьях во второй половине марта и отсюда вскрытие быстро распространяется к верховьям.

Различают три участка реки: верхний - от истока до устья р. Воронеж, средний - от устья реки Воронеж до г. Калач нижний - от г. Калач до устья Дона.

Нижний участок Дона характеризуется сгонно-нагонными явлениями. Годовой ход уровня р. Дон - с преимущественно снеговым питанием. Наибольшая часть годового стока Дона проходит в период весеннего половодья, во время наиболее интенсивного таяния снега в его бассейне.

Летом питание реки обеспечивается преимущественно за счет поступления грунтовых вод, так как летние осадки дают не более 3% годового стока.

Наименьшая водность наблюдается зимой, когда основным источником питания служат грунтовые воды.

Резкий подъём уровня на Нижнем Дону начинается в марте, в период интенсивного таяния снега, в мае уровни достигают максимума, после чего происходит падение уровня в соответствии с уменьшением притока воды с бассейна реки.

Дон ежегодно выносит в море в среднем около 28,6 кубических километров воды. Значительные массы речной воды сильно опресняют Таганрогский залив, а выносимые рекой наносы обеляют его и ведут к росту Донской дельты, которая занимает площадь 340 квадратных километров (рис. 6). Современная дельта Дона начинается в 6 километрах ниже Ростова-на-Дону, там, где от реки вправо отделяется несудоходный рукав Мертвый Донец.

Ниже станицы Елизаветинской Дон начинает сильно петлять по широкой низменной долине, дробясь на многочисленные рукава и протоки, которые, по-местному, называются ериками. Этих рукавов и ериков становится все больше по мере приближения к Азовскому морю.

При сильных западных ветрах воды Азовского моря устремляются в устье Дона, подпирают речные воды, Дон выходит из берегов, затопляя не только дельту, но и займище почти на 100 километров вверх по течению.

Восточные ветры, дующие вниз по течению Дона, оказывают обратное действие. Происходит сгон вод притом иногда настолько сильный, что мелеют не только рукава реки, но и Таганрогский залив, что нарушает нормальное судоходство. Амплитуда сгонно-нагонных явлений составляет +3, -2 метра.

Дон выносит в Азовское море в среднем около 14 млн. тонн речных наносов и около 9,5 млн. тонн растворенных минеральных веществ. За счет наносов идет рост Донской дельты, постепенно выдвигающейся все дальше в море со скоростью примерно 1 километр в столетие

В результате забора значительного объёма весеннего стока Дона на пополнение водохранилища, годовой ход уровня ниже гидроузла стал более сглаженным, а весенний подъём уровня начинается на 1-1,5 месяца позднее. Весеннее половодье на Дону имеет два пика. Первый (больший) образуется вследствие таяния снега в бассейне Северского Донца, второй за счет сброса вод через сливную плотину водохранилища.

Ниже станицы Раздорской Дон принимает два притока Маныч и Тузлов, приращение площади водосбора составляет 44350 км² или 10% общей площади бассейна реки Дон.

Средний многолетний сток Дона равен 28,4 км³, что составляет 70% от всего материкового стока в Азовское море.

Выход грунтовых вод на пойму у станицы Раздорской начинается при уровне 3,7 м (4,9 м.абс).

Ширина поймы Нижнего Дона 7-8 км у г. Ростова, до 20-26 км на участке Багаевская - Старочеркасская.

Существенно изменился и годовой ход стока р. Дон. До сооружения гидроузла в период весеннего половодья (апрель - май) Дон сбрасывал более 60% годового стока, в период летне-осенней межени (ноябрь - февраль) около 12%. После зарегулирования доля весеннего стока уменьшилась до 34%, летне-осеннего увеличилась до 26% и зимнего до 25%. Мутность и расход взвешенных наносов Дона увеличивается от истока к устью. Наибольшего значения величина мутности достигает у станицы Раздорской, а ниже по течению преобладает процесс осаждения наносов.

.7 Гидрохимическая характеристика

Химический состав поверхностных вод рассматриваемого бассейна неоднороден и меняется от гидрокарбонатных на северо-западе до хлоридных и сульфатных на юго-востоке. Минерализация воды увеличивается 0,1 до 7,0 г/л, как правило, тоже с северо-запада на юго-восток.

Водорастворимая часть водовмещающих осадочных отложений бассейна представлена карбонатом кальция, гипсом и другими хорошо растворимыми солями - сульфатами и хлоридами. В ионном составе преобладают сульфатные ионы натрия и калия. В пределах Нижнего Дона нередко встречаются высокоминерализованные (до 50 г/л) хлоридные грунтовые воды. Минеральная водорастворимая часть верхних черноземных, темно-каштановых и светло-каштановых почв представлена, главным образом, гидрокарбонатными ионами и ионами кальция.

Из верхних горизонтов солонцеватых разностей тех же почв извлекается водой значительное количество солей щелочных металлов натрия и калия. На территории бассейна Нижнего Дона можно выделить два типа водосборов. К первому относятся водосборы рек Чир и Цимла, вся толща почвогрунтов которых очищена от легкорастворимых сульфатов и хлоридов. В русловых водах относительное содержание гидрокарбонатов изменяется в пределах 25-36% - экв. (абсолютная концентрация составляет 24-322 мг/л), сульфатных ионов 0,4-20,0 % - экв. (17-100 мг/л), хлоридных ионов - 0,3-15,0% - экв. (10-100 мг/л). Относительное содержание катионов в воде составляет: ионов кальция 15-35 % - экв. (9-130 мг/л); ионов натрия и калия 5-25 % - экв. (5-150 г/л); ионов магния 2-20% - экв. (2-27 мг/л).

Ко второму типу относятся бассейны рек, русловые воды которых в течение всего года являются хлоридными или сульфидными и характеризуются минерализацией до 6 г/л. К этому типу относятся водосборы рек Тузлов, Бол. Несветай, Грушевка и водосборы рек низовья Северского Донца.

При минерализации русловых вод менее 400 мг/л в воде преобладают гидрокарбонатные ионы - (30-450 мг/л). Количество ионов кальция составляет 7-15% - экв. и лишь в половодье доходит до 25% - экв.

Преобладающими среди катионов являются катионы натрия и калия, абсолютная величина которых изменяется в пределах 200-700 мг/л. В период весеннего половодья жесткость воды первого типа водосборов изменяется в пределах 2-4 мг-экв./л, второго - 16-29 мг-экв./л.

Органических веществ в поверхностных водах рек Нижнего Дона сравнительно мало, что обусловлено отсутствием торфяно-болотных и заболоченных почв, небольшим распространением лесов, а также невысоким содержанием гумуса в черноземных и каштановых почвах этого региона.

В период половодья цветность речных вод увеличивается от 0° до 44°; перманганатная окисляемость колеблется в пределах 3-21 мгО₂/л; бихроматная - 9-47 мгО₂/л. В зимнюю межень цветность уменьшается (0-30°), как и величины перманганатной (1-10 мгО₂/л) и бихроматной (1-20 мгО₂/л) окисляемостей, что связано с переходом рек на грунтовое питание. Содержание биогенных компонентов существенно изменяется в зависимости от сезона года. Весной концентрация нитратов достигает 5, нитритов - 0,228 мг/л. Летом нитриты уменьшаются, а нитраты увеличиваются (Ресурсы, 1973).

Наличие растворенного минерального фосфора невелико и колеблется в течение года от 0 до 0,075 мг/л. В период межени предел изменения расширяется: 0,003-0,128 мг/л. Содержание кремния и общего железа изменяется по сезонам от 0,4 до 10 мг/л и от 0,84 до 1,12 мг/л, соответственно. Максимальные концентрации отмечаются в зимнюю межень и связаны с увеличением доли грунтового питания.

2. Гидрометеорологические факторы формирования половодья на реках Ростовской области

.1 Общие сведения

Половодье - одна из фаз водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон года, - относительно длительное и значительное увеличение водности реки, вызывающее подъём её уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы.

Половодье вызывается усиленным продолжительным притоком воды, обусловленным весенним таянием снега на равнинах, летним таянием снега и ледников в горах, а также обильными дождями. За период весеннего половодья на южных реках проходит до 80-90% годового стока.

Половодья, вызванные весенним снеготаянием, характерны для многих равнинных рек. При изучении половодий с весенним таянием снега на равнинах выделяется перечень переменных по времени гидрологических факторов, обусловливающих высоту весеннего половодья:

-  запас воды в снежном покрове к моменту начала таяния и характер его распределения по поверхности водосбора;

-       атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья;

-       осеннее - зимнее увлажнение почвы к началу весеннего снеготаяния;

-       глубина промерзания почвы к началу снеготаяния;

-       ледяная корка на почве;

-       интенсивность снеготаяния;

-       сочетание волн половодья крупных притоков речного бассейна.

Последние два фактора почти не влияют на объём весеннего половодья и учитываются лишь при прогнозе максимума половодья. Обычно выделяют два этапа формирования речных половодий:

первый этап называется гидрометеорологическим - определяется процессами поступления воды на водосбор в ходе снеготаяния и/или выпадения жидких осадков и потерями стока, происходящими по разным причинам;

второй этап называется гидравлическим (гидромеханическим) - отражает механизм до бегания (движения) воды до замыкающего створа.

Начало процессов снеготаяния определяется ростом поступления радиации от Солнца и прогревом снежной массы до нулевых температур. Стекание образующейся в процессе снеготаяния воды определяется рельефом водосбора, наличием лесов, озер и болот, определяющих как потери стока, так и характер (условия) стекания на водосборе. Особенностью формирования стока весеннего половодья является сравнительно кратковременное и одновременное таяние снега на больших территориях . В результате, даже при небольшой интенсивности процесса водоотдачи из снега на средних и больших водосборах формируются большие паводки.

Иная ситуация наблюдается на малых водосборах, значительную часть которых может охватить ливневый дождь. При таких дождях интенсивность поступления воды в русловую сеть может многократно превосходить интенсивность водоотдачи из снежного покрова и образовывать значительный паводок.

Стекание воды по склонам сопровождается затоплением бессточных углублений и временным скоплением в проточных емкостях. Значительная часть талой воды поглощается почвой и не участвует далее в формировании половодья. Наличие лесов и болот вызывает уменьшение максимального расхода половодья и увеличение его продолжительности.

Условия формирования половодья могут существенно изменяться от года к году. Так, большое осеннее увлажнение почвы и наличие ледяной корки весной приводит к увеличению весеннего стока и большим максимальным расходам. Это важно для понимания того, при каких условиях возникают ОПГЯ, вызванные половодьями, как составляется прогноз высоты и объема половодья и пр.

Кроме перечисленных факторов на формирование половодья оказывает влияние регулирование стока большинства рек области прудами и водохранилищами.

Рис. 8. Расположение искусственных водоемов различного объема в бассейне Дона (по данным регистра гидротехнических сооружений)

На рассматриваемой территории имеется ряд крупных водохранилищ и много прудов (рис. 8) Самое крупное Цимлянское водохранилище образовано подпором р. Дон у г. Цимлянска. Длина этого водохранилища 186 км, средняя ширина 15 км, площадь водного зеркала при НПУ 36 м БС составляет 2702 км², емкость - 23,86 км³. Цимлянское водохранилище оказывает регулирующее влияние на внутригодовое распределение стока р. Дон.

На территории области имеется 173 водохранилища емкостью от 1 млн. м³ до 10 млн. м³ и 14 водохранилищ емкостью более 10 млн. м³. Наиболее крупными являются Миусское водохранилище емкостью 107 млн. м³ и на р. Джурак-Сал емкостью 65 млн. м³, имеющие комплексное назначение. Кроме того, на территории области имеется в наличии 303 пруда емкостью от 0,5 млн. м³ до 1 млн.м³. Общий объем прудов, емкостью более 100 тыс. м³, составляет 27979,4 млн. м³ (рис. 9).

Рис. 9. Количество водохранилищ и прудов различного объема

Водный режим многих рек изменен искусственно строительством различных гидротехнических сооружений. Совершенно изменен режим рек бассейнов Сала и Маныча. Река Западный Маныч в настоящее время превращена в систему водохранилищ: Усть-Манычское, Веселовское и Пролетарское.

В пределах Ростовской области находится около 250 озер, преобладающими из них являются озера с площадью менее 0,1 км². Основная масса озер залегает в поймах водотоков и главным образом больших рек - Дона, Северского Донца, Зап. Маныча, Сала. Значительная часть водоемов представлена солеными озерами. В основном пойменные озера в половодье сообщаются с речными руслами, а в летнюю межень из них происходит сток в реки. На территории Ростовской области болота занимают небольшую площадь. Неустойчивое, а в юго-восточной ее части недостаточное увлажнение, наличие рыхлых и водопроницаемых пород и относительно развитая речная, а местами и овражная сеть препятствует развитию заболоченности местности. Пойменные массивы в основном незначительные до 100 га и приурочены к поймам крупных рек.

Заполнение водохранилищ в основном происходит в период половодья, поэтому пики половодья ниже плотин сглажены.

геологический географический гидрометеорологический половодье

2.2 Факторы формирования половодья

.2.1 Запасы воды в снежном покрове

Первый выпавший снег редко остается на зиму. Обычно в предзимье снег выпадает два-три раза и тут же тает. При этом увлажняется верхний слой почвы, что во многом определяет потери стока половодья. Определение истинной величины снегозапасов в бассейне сопряжено с немалыми трудностями, т.к. снег залегает на местности крайне неравномерно.

Причина не только в том, что в разных местах выпадает неодинаковое количество твердых осадков, но и в том, что ветер переносит выпавший снег с места на место. Перенос снега начинается уже при скорости ветра 5-7 м/с. Снег с открытых поверхностей сносится в различного рода понижения местности - лощины, балки, овраги, русла рек и ручьёв. Снег отлагается и в зонах перехвата - на опушках леса, в лесозащитных полосах, в садах, у изгородей, около отдельных деревьев и кустов. Один буран в открытой степи может до неузнаваемости изменить рельеф снежного покрова.

Некоторое влияние оказывают на запасы воды и зимние оттепели. При оттепелях снег тает преимущественно в поле и почти не тает в лесу. Соотношение между снегозапасами в поле, лесу, оврагах и других объектах местности меняется от года к году. В среднем в узких оврагах снега в 2,5 раза больше, чем в поле, на опушках леса - в 2 раза, в лесу - в 1,3 раза, в лощинах, ложбинах и в руслах рек в 1,2 раза больше. В отдельные оттепельные и ветреные зимы соотношение может быть существенно иным. Так, в конце зимы 1951-52 годов в бассейне Дона снега в оврагах было в 5 раз больше, чем в поле.

Рис. 10. Запас воды в снеге р. Миус, 2010 г. (составлен автором)

Рис. 11. Запас воды в снеге р. Северский Донец 2010 г. (составлен автором)

С целью прогнозирования весеннего половодья производятся снегосъёмки характерных участков для данной местности (приложение 1). Длина маршрутов 2 км в поле и 0,5 км в лесу и оврагах. Измерения осуществляются через каждые 10 м, причем на 5-10 измерений высоты приходится одно измерение плотности снега. По результатам съемки определяются запасы воды в снеге (рис. 10,11).

Рис. 12. Среднегодовой ход формирования снежного покрова, Ростов-на-Дону

Рис.13. Среднегодовой ход формирования снежного покрова, Таганрог

Рис. 14. Высота снежного покрова (2008-2013 гг.) (за 100% принята наибольшая высота снежного покрова)

Таблица 4

Запасы продуктивной влаги по Ростовской области (2010-2011 гг). (составлена автором)

Длительность холодного периода года, в течение которого происходит аккумуляция выпадающих атмосферных осадков (рис. 13), высота снежного покрова и запасы воды в снеге обусловливают объёмы весеннего стока рек. Чем больше высота снежного покрова, тем больше запасов воды в нем.

.2.2 Атмосферные осадки и увлажнение почвы в период снеготаяния

Рис 15. График гидрометеорологических наблюдений, р. Северский Донец - г. Белая Калитва 2011 г. (составлен автором)

Весенние осадки, являясь дополнительным источником питания рек, играют весьма важную роль в формировании максимума весеннего половодья.

Можно выделить осадки периода снеготаяния и размерзания почвы, а также осадки последующего весеннего периода до конца половодья. Первые обращаются в сток с теми же потерями, что и снегозапасы, вторые - с несколько большими потерями

Таблица 5

Среднее количество осадков по Ростовской области (за многолетний период)

Рис. 16. График осадков, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.

Рис. 17. Количество осадков, Ростовская область, 2013 г.

Таблица 6

Количество суток с осадками, Ростов-на-Дону, 2009-2012 гг.

Если коэффициент стока снегозапасов и осадков принять за 1,0, то для осадков он составляет 0,8 на севере в зоне избыточного увлажнения и 0,5 на юге в зоне недостаточного увлажнения. Момент оттаивания почвы примерно совпадает с окончанием снеготаяния в лесу, а в безлесных районах оттаивание почвы начинается спустя 5-8 дней после схода снега.

Влажность верхнего слоя почвы толщиной 0,5-1,0 м - самый важный фактор потерь талых вод. Но именно влажность почвы и есть самая изменчивая во времени и в пространстве величина. В каждой низине влажность почвы больше, чем на возвышенных местах. Влажность существенно различается на песчаных и глинистых почвах, на распаханных и целинных участках, при наличии травяной или древесной растительности и т.д.

Измерение влажности почвы является проблемой. Например, в лесу влажность почвы обычно не измеряется. При прогнозах широко используются разного рода косвенные характеристики. Например, используется разность между суммарными осадками и суммарным испарением за 2,5-3,0 месяца до устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 0°С. Величина разности примерно равна запасу продуктивной влаги в слое 0-50 см. Другая распространенная характеристика - суммарный сток реки за период октябрь - январь.

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

Наблюдения на полях показывают, что при глубоком (свыше 60 см) промерзании почвы зимой её оттаивание весной происходит лишь после освобождения полей от снега. Хорошо увлажненная и глубоко промерзшая почва практически непроницаема для талой воды. Напротив, сухая, неглубоко промёрзшая почва впитывает в себя много воды.

Таблица 7

Промерзание почвы 2011 г. (составлена автором)

Внешним признаком влажной промерзшей почвы является то, что она с трудом рубится топором или раскалывается ломом, а не промёрзшая сухая почва сравнительно легко разрыхляется лопатой и режется ножом. Бывает, что в многоснежную слабо морозную зиму замёрзшая 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 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 ещё мерзлый слой. 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. Ускоренному оттаиванию мерзлого слоя почвы снизу благоприятствует неглубокое залегание зеркала грунтовых вод.

Слабо промерзшей обычно считают почву с глубиной промерзания до 15-20 см, а сильно промерзшей - 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 10-15см.

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 мёрзлую 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.

Во время коротких, но сильных оттепелей на почве образуется ледяная корка 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, потери стока минимальные и 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.

2.2.3 Температура воздуха и интенсивность снеготаяния

Учет интенсивности снеготаяния важен при прогнозах высоты половодья и почти не нужен в случае прогнозов объёма половодья. Чем меньше объём половодья в данном году, тем значительнее роль интенсивности снеготаяния.

Роль интенсивности снеготаяния в формировании весеннего половодья 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.

Физические свойства самого снежного покрова, а главное - условий его таяния очень разнообразны. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах и наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: в южных районах на 6-8 дней, в северных на 15-20 дней. Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления положительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега солнечная радиация способствует оттаиванию частиц снега в поверхностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и таяния днем снег превращается в массу бесформенных ледяных зёрен, 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 3-5⁰С, но бывает, что и при температуре 12-15⁰С, когда дневная температура достигает 20-25⁰С.

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 крупно зернистый) 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 плёночная вода переходит в гравитационную воду и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсивность снеготаяния возрастает в 1,2-1,4 раза.

Определённую роль играет и ветер, который не даёт застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах. Не вся поступившая на поверхность речного бассейна талая вода стекает в реки. Часть воды просачивается в почву и идёт на пополнение почвенной влаги и запасов грунтовых вод. Часть воды уходит на испарение и перехватывается бессточными понижениями (обычно 10-15 мм), болотами и озерами.

Все эти расходные компоненты баланса практически невозможно измерить на громадных пространствах. Ещё труднее их предвидеть. Поэтому при прогнозах объема и максимума половодья вопрос обычно решается путем построения эмпирических локальных графиков (зависимостей). Посредством локальных зависимостей в неявном виде учитываются индивидуальные особенности речного бассейна (лесистость, заболоченность, рельеф, состав грунтов и пр.). Исключаются систематические ошибки в учёте стока воды и в наблюдениях за обусловливающими факторами.

В общем случае основой для долгосрочного прогноза объема половодья служит эмпирическая зависимость между объёмом, с одной стороны, и суммой максимальных за зиму снегозапасов и весенних осадков, а также косвенной количественной характеристикой водопоглотительной способности поверхности бассейна реки к началу весны - с другой стороны. Для этого надо располагать рядом наблюдений не менее чем за 15-20 лет.

Иногда прибегают к установлению 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. Объём половодья представляет интерес лишь тогда, когда река впадает в водохранилище, озеро или когда её сток интенсивно разбирается для нужд ирригации и водоснабжения.

3. Характеристика половодья на реках Ростовской области

Гидрометеорологическую обстановку весеннего половодья на территории Ростовской области освещают 33 гидрологических стационарных поста ГУ «Ростовский ЦГМС-Р» и 21сезонный муниципальный против паводковый гидрологический пост.

Начало половодья на реках южной части бассейна наступает в среднем во второй половине февраля, на реках северной части - в третьей декаде марта и продолжается 1,5-2 месяца.

Половодье на реках севера области имеет одновершинную форму, однако из-за частого возврата холодов волна половодья приобретает иногда двухвершинную (рис. 18), а иногда и многовершинную форму (рис. 19), что часто наблюдается в низовьях Дона.

Рис. 18. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Калитва, 2010 г. (составлен автором)

Для бассейна Дона характерна асинхронность половодного стока (рис. 20, 21), так, к примеру, очень высокое половодье сформировалось весной 1970 г. в верхней части бассейна, пик половодья 1942 г. был наибольшим в среднем течении и в низовьях рек Сосна, Хопер, Бузулук, Иловля, а половодье 1917 г. - в нижнем течении Дона. Половодье 2010 г. за последние годы считается самым высоким.

Рис. 19. Совмещенные графики колебания уровня воды, р. Миус, 2011 г. (составлен автором)

Весеннее половодье р. Дон имеет резко выраженный подъем уровней, меняющийся как по высоте, так и по времени, в зависимости от метеорологических условий рассматриваемого года (рис. 20, 21, 22, 23, 24).

В зоне риска подтопления в результате весеннего половодья и снежно-дождевых паводков - находятся районы, прилегающие к рекам Дон, Северский Донец, Маныч, а так же бассейнов средних и малых рек Тузлов, Крепкая, Миус, Глубокая, Большая, Быстрая, Калитва и др. нагонным явлениям - прибрежные районы на устьевом участке реки Дон, от городского округа Азов до городского поселения Аксай.

Резкое повышение температуры воздуха в Ростовской области значительно ускоряет таяние льда и снега, что провоцирует стремительный подъем уровня воды в реках (табл. 8). Так, амплитуда колебания температуры воздуха в 2014 году составила 33,2 С, в феврале 2010 г. температура воздуха поднималась до +12,8^оС.

Самая опасная ситуация - это быстрое таянье мощного снежного покрова после зимы (2010 г), которое сопровождается еще и обильными осадками в виде дождя. В этом случае вся талая и дождевая вода стекает по мерзлому грунту непосредственно в реку, в результате половодье может носить катастрофический характер.

Таблица 8

Экстремальные значения температуры воздуха (^оС) за период половодья. Ростовская область, 2009-2014 гг. (составлена автором)

Рис. 20. Совмещенные графики колебания уровня воды 2011 г. (составлен автором)

Рис. 21. Совмещенные хронологические графики колебания уровня воды на реках Ростовской области 2014 г. (составлен автором)

Рис. 22. Совмещенные графики колебания уровня воды на реках Ростовской области период с 2009-2014 г. (составлен автором)

Рис. 23. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Калитва -Раздолье 2010-2014(составлен автором)

Рис. 24. Совмещенные графики колебания уровня воды р. Миус -Куйбышево 2010-2014 (составлен автором)

Таяние снега на Нижнем Дону начинается раньше, чем в верховьях бассейна, что обуславливает первое повышение уровней воды еще при ледоставе задолго до наступления максимума. Вслед за первым подъемом наступает более мощная вторая волна, являющаяся результатом таяния снега в более отдаленных (северных) частях водосбора. Особенно заметно выделяется первый пик половодья ниже впадения р. Сев. Донец, половодье которого проходит раньше, чем на р. Дон.В некоторые годы, вследствие запаздывания весны на нижнем участке реки, оба подъема сливаются в один и получается более высокий половодный пик. Если это совпадает с наличием в бассейне больших запасов снега, половодье достигает исключительной высоты (1917 г.).

Половодье на Нижнем Дону начинается обычно в середине марта. Самое раннее начало половодья на Дону наблюдалось в середине февраля (1904 г.), а самое позднее - во второй декаде апреля (1884 г.). Средняя продолжительность весеннего половодья составляет около 70 дней, наиболее продолжительное половодье - 122 дня - наблюдалось в 1904 г., а самое короткое - около 50 дней - в 1935 г.

Половодная волна по длине реки Дон вследствие значительного регулирующего влияния поймы, перемещаясь вниз по реке, сильно распластывается - уменьшается высота половодья и возрастает его продолжительность, особенно в нижнем течении (примерно ниже г. Аксая), где в маловодные годы она становится совсем невыраженной. Наиболее высокий уровень на Нижнем Дону за весь многолетний период наблюдений с 1878 г. был отмечен в 1917 г.

На основании отметок, сделанных в станице Старо черкасской, этот уровень, как наивысший для не зарегулированных условий, может быть отнесен к периоду с 1740 г. по 1951 г. и, очевидно, мог бы быть продолжен до настоящего времени, т.е. отнесен к периоду не менее 250 лет.

Максимальные расходы воды весенних половодий р. Дон и его притоки (Воронеж, Хопер, Медведица) являются наибольшими в течение года и наблюдаются в третьей декаде апреля или в первой половине мая и превышают предпаводочный уровень в среднем на 4-7 м. Наиболее раннее наступление максимума у г. Калач было зарегистрировано 25 марта 1925 г., а наиболее позднее - 12 мая в 1896, 1923, 1928, и 1929 гг.

В створе Цимлянской плотины максимумы проходят на 5-7 дней позже.

Наибольшие расходы воды у г. Калач наблюдались в 1917 г. - 14651 м³/с, 1942 г. - 11600 м³/с, 1929 г. - 11350 м³/c, 1932 г. - 11200 м³/с; наименьшие из максимальных расходов - 1950 г. - 1500 м³/c, 1944 г. - 1548 м³/с, а в 1935 г. - 1663 м³/с.

В (таблице 9) приведены параметры весеннего половодья для основных рек бассейна Дона (для условий естественного стока).

Таблица 9

Параметры весеннего половодья для основных рек бассейна Дона (для условий естественного стока)

В начале или в середине июня спад половодья замедляется и на реке постепенно устанавливается летне-осенняя межень. Спад половодья на средних и малых реках в южной части территории обычно заканчивается в конце марта - в первой - второй декадах апреля, а в северной ее части - в третьей декаде апреля - начале мая. Интенсивность спада половодья значительно меньше интенсивности подъема. Летне-осенняя межень иногда прерывается дождевыми паводками.

Наибольшие в году дождевые паводки характерны, в основном, для малых водотоков, однако в отдельные годы они превышают расходы весеннего половодья даже на средних реках длиной 150-200 км.

Межень на реке Дон, характеризуется устойчивыми низкими горизонтами, примерно до станицы Багаевской, ниже которой участок реки находится под влиянием сгонно-нагонных явлений.

Под влиянием восточных ветров на Нижнем Дону и в Таганрогском заливе в любом сезоне может происходить сгон воды. Западные штормы на Нижнем Дону и в заливе создают сильный нагон. В августе 1960 г. при сильном западном шторме только за одну ночь уровень воды реки Дон у г. Ростова поднялся на 2 м, а у г. Азова на 2,5 м. произошло внезапное затопление поймы на значительном протяжении.

Наиболее низкие уровни и минимальные расходы воды летне-осеннего периода наблюдаются обычно в сентябре - октябре, на некоторых реках - в июле - августе. В этот период р. Дон получает основное питание с верхней северо-западной части бассейна и крупных притоков среднего течения, находящихся в зоне относительно повышенной влажности и обеспеченных питанием грунтового стока.

Все притоки Нижнего Дона, за исключением р. Северский Донец, имеют незначительный меженный сток и нередко пересыхают. В отдельные маловодные годы пересыхает даже р. Сал в нижнем течении. Многие реки в бассейне Дона (Цимла, Ср. Егорлык и др.) в отдельные годы в летне-осенний сезон пересыхают на срок от 1-3 до 300 дней. В Ростовской области сток круглый год не прекращается лишь на реках северной части с площадями водосбора 500-1000 км² и более. В южной части области в бассейнах Сала и Маныча почти ежегодно пересыхают на срок 5-7 месяцев реки с водосборами до 5000 км², а к категории временных водотоков здесь относят реки с площадями водосбора до 1000 км².

Зимняя межень на малых водотоках устанавливается в конце ноября - начале декабря, на Дону и его крупных притоках - Хопре, Медведице - в первой декаде декабря. Продолжительность зимней межени от 60-70 до 120-130 дней. Ледостав на малых реках западной части территории бассейна обычно устанавливается в 3-й декаде ноября, в восточной части - во второй декаде, а на юге - в первой декаде декабря.

Продолжительность периода ледостава 50-150 дней, в наиболее суровые зимы увеличивается с юго-запада на северо-восток до 180 дней, а в теплые зимы сокращается до 20 дней.

В зимний период, в силу складывающихся новых гидравлических условий, вызванных образовавшимся ледяным покровом, уровни обычно бывают несколько выше летне-осенних. (приложение 8) Наиболее низкие уровни наблюдаются преимущественно в начале зимы (в ноябре - декабре). Затем, с увеличением мощности ледяного покрова они повышаются. Многолетняя амплитуда колебаний зимних уровней больше, чем летних меженных и составляет около 1,8 м, а на приустьевом участке достигает 2,5 м. Заторные явления не наблюдаются.

Для нижнего течения Дона характерны зимние паводки, возникающие при оттепелях.Наблюденные в створе у г. Калача наименьшие летние расходы достигали в 1907 г. - 90 м³/с, а в 1914 и 1939 гг. - 98 м³/с. Наименьшие зимние расходы обычно наблюдаются в феврале - марте. Самые низкие расходы наблюдались у г. Калача в 1892 г. - 65,5 м³/с, в 1907 - 69,5 м³/с, в 1891 г. - 76,5 м³/с, в 1937 г. - 80,0 м³/с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Половодье в Ростовской области начинается в основном с февраля, а иногда с января месяца. Заканчивается в конце марта или в апреле с первой по вторую декаду. Анализ данных наблюдений за 2009-2014 гг. показал, что наиболее опасным был 2010 г. На формирование половодья оказывают влияние физико-географические и климатические условия, что сказывается на асинхронности наступления дат начала и конца половодья.

Весенний сток рек составляет большую часть годового стока. Статистический анализ рядов наблюдений за различными характеристиками водного режима выявил значительные изменения минимального и половодного стока рек бассейна при относительном постоянстве среднегодовых расходов воды.

Изменения характеристик весеннего половодья рек Донского бассейна также проявляются в смещении его сроков и продолжительности. Практически на всех постах наблюдается сдвиг даты начала половодья и максимального расхода воды на более ранние сроки, а также увеличение его продолжительности.

Зарегулированный сток рек контролирует выход воды из русла, тем самым предотвращая большой риск наводнений. Воды большинства рек во время половодья накапливаются в водохранилищах, тем самым уменьшая сток воды ниже плотин.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Гидрологическая изученность. Т. 7. Донской район.- Л., 1964

2.      Киреева М.Б., Фролова Н.Л. Бессточные периоды на реках бассейна Дона // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. №4. С. 47-54.

.        Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. - Л. Гидрометеоиздат, 1961. - 346 с.

4.   Малые реки Донского ISBN978-5-9900692-3-7 С.В. Жукова В.М. Куропаткин Л.А

.     Научно-прикладной справочник по климату СССР. Выпуск 13. Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский, Ставропольский края, Калмыцкая, Кабардино-Балкарская, Чечено-Ингушская, Северо-Осетинская АССР. Гидрометеоиздат. 1990 г.

6.      Пудовкин О.Л. Гидрология суши: реки. SPUBLER 2014

.        Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 7 Донской регион. Л., 1967

8.   Соколов А.А. "Гидрография СССР "Гидрометеоиздат, Л., 1952

.     atlas-yakutia.ru

10.    #"889270.files/image027.jpg">