ТОП 10 лучших статей российской прессы за
Nov. 21, 2017

Обращаясь к естественным водным объ-

ектам, мы редко находим подтверждение

сложившимся представлениям об идеальной

горизонтальности уровня воды, а вот примеры

его негоризонтальности повсеместны — от

капли воды до океана. Негоризонтальность

видна даже на микроуровне. Например,

в мензурке или тонкой трубочке уровень

воды всегда имеет явную вогнутую форму,

соответствующую самому высокому коэф-

фициенту поверхностного натяжения среди

жидкостей (за исключением ртути). По этой

же причине капля воды не распластывается

на вощёной бумаге, а в невесомости вообще

остаётся в форме шара.

Нарушение горизонтальности водной по-

верхности заметно и на макроуровне. Вдали

от океанов и морей поверхность их представ-

ляется нам строго горизонтальной. Но если

морские просторы перед вашими глазами,

пройдитесь взглядом вдоль горизонта — вы

увидите не прямую линию, а дугу... И в плане-

тарных масштабах океанов и морей их водная

поверхность действительно сферична, она

повторяет очертания земного шара, а её кри-

визна определяется законами физики.

Планетарная кривизна — это, конечно, ещё

не водная «гладь» океана, она периодически

нарушается прохождением длинных волн

приливов и отливов, связанных с положением

Луны и Солнца. Во время приливов уклон на-

правлен в сторону суши, во время отливов — в

обратную сторону.

Высота приливной волны различна в разных

местах Земли и зависит от формы берегов.

Высочайшие на Земле приливы (15,6—18 м)

зафиксированы в бухте Фанди (Атлантическое

побережье Канады). На европейском кон-

тиненте самые высокие приливы (до 13,5 м)

наблюдаются на западном берегу Франции, в

Бретани. В России подобные приливы случа-

ются в Пенжинской губе Охотского моря — до

12,9 м. Это место самых высоких приливов на

всём Тихом океане.

Кроме приливно-отливных перекосов уров-

ня океана его горизонтальность постоянно

искажается сгонно-нагонными ветровыми

течениями, штормовыми волнами, а у бере-

гов — всплесками прибоев. Самое мощное на

Земле тёплое течение Гольфстрим выглядит

«выпуклой» рекой, возвышаясь над поверх-

ностью Атлантического океана на 1—2 м.

Так что «гладь океана» — всего лишь роман-

тически-образное выражение, на что обращал

внимание прекрасный знаток географии

океанов писатель Жюль Верн. Его знамени-

тый капитан Немо многократно опровергал

идеализацию «океанской глади»: «Лёгкая

зыбь пробегала по водной глади… Лёгкий

ветерок чуть рябил водную гладь… Ничего

подозрительного, если не считать большой

волны, поднятой на водной глади…» А вот и

главный вывод: «Застывшая водная гладь, к

его удивлению, вопреки ожиданиям совсем

не оказалась ровной, словно зеркало».

Так что водная «гладь» — большая редкость.

Пушкину даже «ласковое» Чёрное море увиде-

лось в другом настроении:

Шуми, шуми, послушное ветрило.

Волнуйся подо мной, угрюмый океан.

А какие эмоции одолевают нас при виде

грозной поверхности океана на картинах

И. К. Айвазовского! Океан у нашего великого

мариниста никогда не бывает спокойным.

Но может быть, в поисках «зеркальности»

воды стоит обратиться к меньшим по площади

водоёмам? Не найдём ли там примеры иде-

ально ровной водной плоскости?

Нет, вопреки расхожим представлениям,

уровень воды на поверхности крупных озёр

тоже не бывает строго горизонтальным. Он

имеет «перекосы» в виде длинных, на глаз

малозаметных, волн — так называемых сейш.

Они возникают под воздействием внешних

сил: изменения атмосферного давления,

направления и скорости ветра, сейсмических

толчков, обрушения берегов.

Сейши характеризуются большим перио-

дом (от нескольких минут до десятков часов)

и заметной амплитудой (от миллиметров до

нескольких метров). Так, на Женевском озере

(Швейцария) амплитуда сейш достигает 2 м с

периодом более одного часа. А в достаточно

изолированном и мелководном Азовском

море наблюдались сейши с периодом до 23

часов и амплитудой 10—25 см.

Нечто подобное происходит в Финском

заливе, где глубокий циклон с сильнейши-

ми западными ветрами создаёт «перекос»

уровней и длинная волна, распластываясь,

накатывает в устье Невы, вызывая знаменитые

наводнения в Санкт-Петербурге. Пушкин, не

имея никаких систематических наблюдений,

коротко и точно описал причину обратного

течения Невы, то есть изменения её уклона:

Но силой ветров от залива

Переграждённая Нева

Обратно шла, гневна, бурлива,

И затопляла острова…

Простейшую модель сейши легко про-

наблюдать в тазу с водой. Качнув его один

раз, можно увидеть, как возникшие волны,

многократно отражаясь от бортов, перека-

тываются по поверхности. Они сталкивают-

ся, хаотично накладываются друг на друга,

создавая сложную волновую систему.

Но самые значительные искажения гори-

зонтальности уровня воды происходят на

наиболее подвижных водных объектах — ре-

ках.

Очевидно, что любой поток воды не может

быть строго горизонтальным именно потому,

что он течёт, а значит, имеет уклон, ведь, со-

гласитесь, без уклона вода течь не будет. И,

рассматривая продольный профиль реки, мы

всегда видим направленность уклона как дна

реки, так и её поверхности.

Но если русло реки достаточно стабильно,

то уровень воды в нём меняется постоянно.

Неслучайно измерение его на водомерных

постах производится как минимум дважды в

сутки, во время половодья и паводков — каж-

дый час. Именно в эти периоды реки особенно

агрессивны, тем более когда они угрожающе

«прыгают в высоту» (опять-таки лишь образ-

ное выражение, подразумевающее наивыс-

ший подъём уровня и выход речной воды за

пределы собственного русла).

Понятно, что необходимо знать, насколько

высоко река может подняться. Большинство

городов возникло в то время, когда не было

никаких сведений о возможных колебаниях

уровня воды в реках, и теперь многие из них

жестоко страдают от периодически повторяю-

щихся катастрофических наводнений. Обще-

известны наводнения на реках Китая, Индии,

США, некоторых европейских стран. Наводне-

ния происходят в Петербурге, Архангельске,

Красноярске, Благовещенске, Крымске и в

других городах и населённых пунктах России.

Учитывая печальный опыт затопления старых

городов, проектирование и строительство

новых проводится с обязательным учётом

наивысших уровней воды. Но как определить

величину таких подъёмов? Для этого нужно

знать закономерности водного режима рек и

озёр, иметь длительный ряд наблюдений за

ними. По хронологическому графику суточ-

ных изменений уровня воды (он называется

гидрографом) можно судить о характере вод-

ного питания, сроках наступления и величине

экстремальных ситуаций.

Высота подъёма уровня воды на реках во

время половодья или паводков зависит от

многих причин: на одних реках — это величи-

на снегозапасов и интенсивность их таяния,

на других — количество осадков и продол-

жительность ливней, на третьих — условия

замерзания и вскрытия ото льда, дружность

ледохода, на четвёртых — направление вет-

ровых и приливных нагонов воды. Но сильнее

всего влияют размер площади водосбора и

характер русла реки. Очевидно, чем сильнее

стеснено берегами русло, тем больше реке

хочется вырваться за его пределы и тем выше

ей приходится подниматься. И наоборот: в

широких заболоченных поймах, где ничто не

мешает реке разойтись вширь, подъём воды

незначительный. Особенно успокаивающе

действуют на реки… озёра и болота. Чем их

больше в речном бассейне, тем меньше ко-

лебания уровня воды.

Каковы же реальные подъёмы уровня воды

на реках и озёрах? И не являются ли плодом

художественного воображения рассказы о

многометровых скачках уровня реки, о водя-

ных валах, о скрывшихся под водой посёлках,

о затоплении обширных пространств, соизме-

римых с площадью некоторых государств?

Как показывают многолетние гидрологи-

ческие наблюдения, такие события не только

имели и имеют место, но они поддаются оп-

ределённой классификации.

Самые высокие подъёмы уровня воды отме-

чаются на равнинных реках, текущих в чётко

выраженных берегах при отсутствии поймы. В

этих условиях даже на малых реках колебания

уровней достигают 2—4 м, а на средних и круп-

ных — вода способна подниматься до высоты

многоэтажных домов. О «прекрасном голубом

Дунае» слышали все, но не все знают, что за

две тысячи километров от его устья, в Австрии,

амплитуда колебаний уровня дунайской воды

достигает почти 15 м, в Будапеште отмечены

прыжки уровня более 10 м. Однако в Европе

рекорд по «прыжкам в высоту» держит… Ока.

В районе Калуги амплитуда колебаний уровня

воды за более чем 120-летний период наблю-

дений достигла 19 м! На этом фоне подъёмы

воды на Дону покажутся умеренными — «все-

го» 12—14 м, а на верхней Волге (до создания

регулирующих водохранилищ) вода выше 10 м

не поднималась.

Достаточно высокую планку преодолева-

ют наши северные реки. Мощные водные

потоки, ограниченные крутыми и прочными

берегами, способны подниматься на высоту

10—12 м. Особенно велики амплитуды коле-

баний уровней на Печоре. Почти на всём её

протяжении разница между минимальными

и максимальными уровнями достигает 12 м.

Столь же «прыгуч» и приток Печоры — река

Уса. Другой северный гигант — Северная

Двина — почти не уступает своей соседке. В

районе Усть-Пинеги многолетние колебания

уровня превысили 12 м. Достаточно «прыгуча»

и река Сухона, особенно в нижнем течении.

Десятиметровые подъёмы уровня её воды не

раз испытал на себе Великий Устюг.

Однако, несмотря на знаменитые россий-

ские «разливы рек её, подобные морям»,

чемпионов по «прыжкам вверх» следует искать

в Азии. Наибольший подъём уровня воды в на-

шей стране — до 32 м — наблюдался на реке

Тунгуске. К счастью, никаких хозяйственных

объектов в этом створе нет. А среди мировых

рек-гигантов самый высокий «прыжок» совер-

шает река Янцзы в Китае. В теснине у города

Ичан он достигает 50 м. Какой же мощью нуж-

но обладать, чтобы взять такую высоту!

Реки, имеющие поймы, не могут даже при-

близиться к подобным результатам. Обычно

амплитуда колебаний уровней воды в них

не превышает в верхнем течении 1,5—2 м, в

среднем — 15—20 м. По этой причине и Волга

в низовьях, и Урал на всём протяжении не под-

нимаются выше 10 м.

Ещё ниже результаты у рек, протекающих в

пределах равнинных заболоченных террито-

рий — в Западной Сибири, в Полесье. Здесь на

крупных реках — Оби, Припяти — амплитуда

колебаний уровня едва достигает 8—10 м, на

малых реках — 1—1,5 м.

Самые низкие результаты показывают

озёрные и горные реки. Многолетние колеба-

ния уровня воды даже на полноводных реках

не превышают 4—6 м. К их числу относятся

Ангара, Волхов, Нева. Так, за всю историю

наблюдений у Новой Ладоги амплитуда коле-

баний уровня воды в Волхове составила 3,3 м.

Ещё меньше она для Невы, сток которой почти

полностью регулируется Ладогой.

В связи с этим возникает вопрос: способ-

ны ли подниматься озёра? В отличие от рек,

большая ёмкость озёр не позволяет им так

быстро и легко поддаваться капризам пого-

ды — дружному снеготаянию, интенсивному

ливню, нагонным ветрам и т. п. Поэтому ам-

плитуда их уровней гораздо меньше, особенно

у солидных озёр. Уровень Ладожского озера,

например, за период наблюдений более

140 лет колебался в пределах 1,5—2,5 м, на

Байкале вековые колебания уровня не пре-

высили 2,2 м.

На территории России наиболее «подъём-

но» озеро Ильмень, амплитуда его уровней

за весь период наблюдений превышает 7 м.

(Как тут не вспомнить легенду о граде Китеже,

ушедшем под воду?) Это объясняется тем,

что площадь водной поверхности Ильменя

примерно в 90 раз меньше площади питаю-

щего его бассейна. Поэтому озеро так бурно

реагирует на малейшие изменения водности

своей огромной вотчины. Примерно так же

ведёт себя его северный сосед на Вологод-

чине — озеро Кубенское, наивысшие подъёмы

уровня там достигают 5—6 м. Все остальные

озёра севера и северо-запада России под-

нимаются в пределах 2—3 м.

И всё же в мире существует уникальный

пример практически абсолютной горизон-

тальности воды — это бессточное Большое

Солёное озеро на северо-западе США. Вы-

сохший до корки слой соли повторяет уровень

воды и обеспечивает настолько ровную по-

верхность, что на ней проводятся испытания

и гонки сверхскоростных машин.

Но если «перекосы» уровней характерны

даже для озёр, то на реках они ещё более

заметны. Нет сомнений в продольном уклоне

водного потока. Но очевидно ли наличие по-

перечного? Здравый смысл подсказывает:

если бы он был, вода бы двигалась поперёк

реки — между берегами. Такое допущение

может показаться абсурдным — ведь это не

должно происходить!

Тем не менее поперечный уклон воды в

русле существует. В этом легко убедиться, на-

блюдая за жизнью большой равнинной реки.

Обратите внимание на поведение водного

потока в различные сезоны года. Присмо-

тритесь к реке весной, в половодье, во вре-

мя ледохода. Свободно плывущие льдины

приближаются, иногда даже прижимаются

к берегам, а в случае ледяного затора часто

«наползают» на них. Это говорит о том, что

существует уклон, направленный из середины

реки к берегам. Если же проследить за рекой

по окончании половодья, в межень, то нетруд-

но будет заметить, что все свободно плывущие

предметы (брёвна, ветки, различный мусор)

придерживаются середины реки, чётко выяв-

ляя стрежень водного потока. Того самого, на

который «выплывали расписные острогрудые

челны». Следовательно, существует уклон,

направленный от берегов к середине реки.

Опытные водные туристы могут подтвердить

наличие не только продольных, но и попереч-

ных течений в русле реки, особенно там, где

меняется направление стрежня.

Чем же объясняется возникновение раз-

нонаправленных по сезонам поперечных ук-

лонов? Гидрологи полагают, что их причиной

являются существенные изменения расхода

воды в русле. Для большинства рек объём

воды в половодье или в паводок может воз-

растать в десятки раз. Поэтому, когда русло

переполняется водой, наибольшая пропус-

кная способность приходится на срединную

часть реки, где влияние трения о берега и

дно относительно невелико и незначительно

сказывается на скорости потока. В результате

большего напора уровень воды здесь стано-

вится выше, чем у берегов. И тогда говорят:

«река вздулась». Иногда это заметно даже на

глаз; на крупных и полноводных реках превы-

шение срединного уровня над прибрежным

достигает 1 м. В этих случаях при ширине реки

1,5—2 км поперечный уклон превышает 0,001,

что немало даже для продольного уклона ес-

тественных водотоков. Из-за такого перепада

уровней в реке возникает движение воды от

середины русла к берегам, которое и увлекает

за собой льдины.

В конце половодья водность и глубина реки

уменьшаются и возрастает тормозящее вли-

яние дна и берегов. Это приводит к тому, что

уровень воды у берегов оказывается выше,

чем посередине реки, в русле возникает дви-

жение воды в направлении от берегов к центру.

Очевидно, что плывущие по реке предметы

будут стремиться к её середине, так что по их

местонахождению в потоке можно определить

и фазы водного режима — подъём или спад.

Определение, конечно, будет поверхностным,

ведь мы не видим, что происходит в глубине

русла. Река умело прячет «концы в воду»,

и можно только догадываться, что помимо

продольной скорости в реках существуют по-

перечные циркуляционные течения.

Причина данного явления была вскрыта

лишь в середине прошлого века. Эксперимен-

тальными работами М. А. Великанова (1958),

Н. И. Маккавеева и других (1961) установлено,

что поверхность реки может изменять свою

форму, образовывать различные уклоны

под влиянием увеличения или уменьшения

её расхода, наличия центробежной силы на

поворотах, силы вращения Земли, ветра и

так далее.

Наиболее сложные случаи движения воз-

никают на изгибах русла, где наряду с силой

тяжести на скорость течения влияет центро-

бежная сила, которая «прижимает» поток к во-

гнутому (подмываемому) берегу и несколько

приподнимает уровень воды. В результате

избытка гидростатического давления в при-

донных слоях вода «отжимается» и направля-

ется в сторону выпуклого берега.

Таким образом, возникают два поперечных

течения: одно — «поверхностное», ударяющее

в вогнутый берег, другое — «придонное», на-

правленное в противоположную сторону. В

каждой излучине направление циркуляции

своё. На правых поворотах — струи воды

движутся по часовой стрелке, на левых — в об-

ратном направлении. Так создаётся круговая

циркуляция в потоке.

Смешиваясь с основным продольным

потоком, разно направленные течения на

поверхности и у дна создают спиралевидное

(«винтовое») движение воды. Некоторые реки

так и текут — «по спирали» от излучины до

излучины вниз по течению.

Ещё сложнее движение речного потока в

«критические» сезонные периоды. При ве-

сеннем половодье выпуклая форма водной

поверхности создаёт два расходящихся к

берегам уклона и соответствующие им те-

чения. При этом, достигая дна, они меняют

направление и, сталкиваясь на середине,

устремляются к поверхности. В летнюю ме-

жень движение воды происходит иначе: по-

верхностные потоки направлены к середине

реки, сталкиваются и уходят на глубину, где и

расходятся в сторону берегов. Таким образом,

в эти периоды речной поток состоит из двух

параллельно движущихся, но противоположно

закрученных спиралевидных течений.

Наблюдения показывают, что наиболее

устойчивы уровни в реках и озёрах в летнюю и

зимнюю межень. Это те периоды, когда приток

воды ограничен и может даже прекратиться,

а сами уровни минимальны. Причём часто

поверхность воды теряет естественную откры-

тость, покрываясь летом теплолюбивой вод-

ной растительностью (ряской, водорослями),

а зимой — льдом. И то и другое сдерживает

волновые колебания уровня воды.

Такие водоёмы очень поэтичны и любимы

художниками. Вспомните заросший пруд

на картине В. М. Васнецова «Алёнушка» или

покрытые кувшинками пруды на пейзажах

Клода Моне...

Что касается выравнивающего влияния

ледового покрова, то и тут можно только

восхищаться наблюдательностью Пушкина,

нашедшего точное и изящное сравнение:

Опрятней модного паркета

Блистает речка, льдом одета.

Спору нет, «застывшие» речки и пруды про-

изводят иногда впечатление водного зеркала.

И, действительно, реальная горизонтальность

существует, но лишь на очень немногих вод-

ных объектах, чаще всего небольших, замкну-

тых, изолированных от внешних воздействий,

да и то на короткий период и на определённом

отрезке длины. Таким образом, на вопрос,

поставленный в заголовке, приходится чаще

всего отвечать отрицательно. А если и поло-

жительно, то с большими оговорками…