it Западная Сибирь, вся Европейская Россия, Скандинавия. Восточная Германия, северная часть Соединенных Штатов и
часть североамериканского материка к северу от них.
Тип Е. Реки, получающие воду от дождей; она выше в хо лодные месяцы года, но правильное периодическое изменение
невелико. Этот тип преобладает в Средней и Западной Европе. Тип G. Отсутствие рек и вообще постоянных водотоков вслед ствие сухости климата. Это относится к Сахаре, большей части Аравии, части Арало-Каспийской низменности, большей части центральных плоскогорий Азии, обширным плоскогорьям Се
верной Америки, части территории Южной Америки, к большей части внутренней Австралии.
Тип Н. Страны, где дождливое время коротко и реки имеют
воду лишь тогда и несколько времени после, а в остальное время пересыхают или превращаются в ряд луж с подземным течением в промежутке между ними. Этот тип относится, напри мер, к северной степной части Крыма, части киргизских сте пей, к степям по нижнему течению Куры и Аракса, части Мон
голии, ко многим местностям Северной Америки и Австралии.
Тип J. Обширный разряд стран без рек вследствие сплош ного покрытия снегом и ледниками. Здесь реки заменяются лед никами с их подледными водотоками, выносящими избыток осадков над испарением к морю или в более низкие долины.
Принцип классификации рек по источнику и характеру пи тания после Воейкова использовали и другие авторы.
Говоря об озерах, Воейков показал, что их история харак теризует собой определенные тенденции в изменениях климата. Он делит озера на проточные (обычно пресные) и непроточные (обычно соленые). Проточные озера, говорит Воейков, указы вают на влажный климат, а непроточные на сухой. Если климат
становится суше, т. е. количество осадков и стока уменьшается,
а испарение увеличивается, то происходит уменьшение проточ
ного озера, превращение его в непроточное, уменьшение его размера, превращение в несколько отдельных котловин, запол
няемых водой в течение части года, наконец полное высыхание озера. При увлажнении климата процесс происходит в обрат ном направлении.
А. И. Воейков делает приблизительный подсчет стока рек
земного шара, но сильно преуменьшает его.
Отдельная глава труда А. И. Воейкова посвящена рекам и озерам России. Реки России, говорит он, большей частью при надлежат к типу D, т. е. к рекам с весенним половодьем от тая ния снега и от дождей. По поводу половодий А. И. Воейков пи шет: «Мы слишком привыкли к половодью, а это, несомненно,
явление величественное по своим размерам, по всей правильно сти и по влиянию на народную жизнь. Помимо его значения
138
для судоходства и сплава, мы ему обязаны тем, что Россия из всех стран Европы наименее страдает от наводнений: поло водье — явление настолько правильное у нас, что обыкновенно избегают мест, опасных вследствие наводнений, и даже если где селятся в подобных местах, то все-таки легче предвидеть бедствие и принять меры против него, так как оно приурочено к определенному времени года» 67. Здесь же мы встречаем пер вую попытку определения коэффициентов стока бассейнов
Москвы и Волги.
А. И. Воейкову принадлежит первый научно обоснованный расчет водного баланса Каспийского моря. В расчете Воейкова замечательно то, что он на основании очень скудных данных почти правильно определил величину притока речных вод в Каспий, приняв его равным 388 км3 в год. В настоящее время он принимается равным примерно 324 км3 в год. На основании уравнения водного баланса Воейков получает испарение с моря равным 1085 мм в год, что также оказалось близко к истине. «Я думаю,— замечает Воейков,— что, несмотря па неполную
точность цифр, послуживших мне для этого вывода, они дают более верное понятие об испарении с поверхности Каспия, чем те, которые можно было получить из наблюдений над испари телем» 68. Интересно отметить, что упоминавшийся выше Н. М. Филиппов в своей статье 1890 г. о многолетних колеба ниях уровня Каспийского моря, хотя и говорит о балансе Кас пия как разности прйтока в него речных вод и испарения с его
поверхности, но тут же замечает, что «это одно приблизитель ное соображение». При этом свое единственно правильное объ яснение изменений уровня Каспийского моря соотношением между притоком и испарением он называет «смелым предполо жением».
В «Климатах земного шара» большое внимание уделяется снегу. О большом гидрологическом и климатическом значении
снега А. И. Воейков писал: «Нигде влияние снежного покрова так не велико, как в России, так как нигде нет равнины настоль ко обширной, отдаленной от морей и покрытой снегом зимой. К причинам, побуждающим к изучению пространства, покры
того снегом, и глубины его, нужно еще присоединить две: 1) при таянии снега большое количество тепла затрачивается на эту работу, следовательно, чем более лежит снега, тем мед леннее пройдет возвышение температуры весной до того време ни, пока весь снег не стаял; 2) затем известно, что половодье наших рек зависит от таяния снега, и опять-таки при прочих
« А. И. Воейков. Избранные сочинения, т. I, стр. 589. 68 Там же, стр. 594.
139
равных условиях можно ожидать тем большей прибыли воды весной, чем более снега накопилось к тому времени» 69.
Гидрологические идеи, заложенные в замечательном труде А. II. Воейкова, явились прочной научной основой гидрологии.
Под их непосредственным влиянием шло у нас и за границей дальнейшее исследование важнейших проблем гидрологии. Вы дающееся значение для гидрологии трудов А. И. Воейкова, и прежде всего книги «Климаты земного шара, в особенности Рос
сии», состоит в том, что в них впервые отчетливо сформулиро вано одно из основных положений гидрологии, что главными факторами стока являются осадки и испарение, т. е. дано науч ное представление о водно.м балансе бассейнов. Важно еще под
черкнуть, что автор этих идей, не мысливший науки вне само
го живого общения с практикой, в своей последующей деятель ности выступал по очень многим актуальным вопросам водного хозяйства, руководствуясь девизом активного вмешательства человека в природные процессы с целью использования есте-
ственны.х богатств и сил на благо общества.
В этом отношении большой интерес представляет опублико ванная в 1894 г. статья А. И. Воейкова «Воздействие человека па природу».
4. Развитие учения о русловых процессах
Развитие знаний о движении воды и речных наносов.— Проблема турбу
лентности.— Теории формирования русла (Г. Жирардона, |
Л. Фарга, |
Н. С. Лелявского).— Вопрос о поперечной циркуляции в водных |
потоках.— |
Роль В. М. Лохтина и других русских инженеров в развитии учения о русловых процессах.— Вопрос об асимметрии речных долин. Закон Бэра.
Во многих странах со второй половины, а в России, как уже указывалось, с последней четверти XIX в. получают значитель ное оживление гидротехнические работы па реках с целью улучшения их как путей сообщения. Именно с этими работами в первую очередь связано развитие знаний о реках и возникно вение важнейшего раздела гидрологии — учения о русловых процессах.
Конечно, накопление знаний о свойствах рек происходило,
как мы видели, в течение очень длительного времени. Однако
вплоть до конца XIX в. имелись лишь разрозненные сведения,
но цельного учения о реках не существовало.
Неудивительно поэтому, что выступление австрийского гео графа А. Пенка в 1898 г. в начавшем тогда издаваться в Дрезде
не журнале Гравелиуса «Zeitschrift fiir Gewasserkunde» со
статьей «Изучение рек как отрасль физической географии»
69 А. И. Воейков. Избранные сочинения, т. I, стр. 269.
140
приветствовалось как первый опыт формулирования задач
учения о реках. |
В круг этих задач Пенк включал: |
1) |
физику |
текучих вод, 2) |
водоносность рек и ее колебания, |
3) |
влияние |
воды на ложе реки, 4) распространение рек на поверхности зем ли, 5) животный и растительный мир рек.
Но мы здесь не будем излагать историю учению о реках в целом, а попытаемся лишь осветить основные этапы развития теории русловых процессов, составляющей, наряду с учением
о стоке, один из главных разделов гидрологии суши.
Изучение свободного речного потока осложняется тем, что движущаяся водная масса находится в непрерывном взаимодей ствии со своим подвижным ложем. Как только поток, действуя на русло, начинает изменять его форму, так вслед за этим начи
нают изменяться и кинематика самого потока, распределение
скоростей в нем, их величина и направление.
Ясно, что углубление в познание закономерностей русловых явлений могло происходить лишь наряду с успехами в изуче нии механизма движения реальной жидкости, структуры реч ного потока.
Но в конечном итоге все переформирования, производимые потоком, целиком зависят от интенсивности непрерывно проте
кающих в реке на протяжении всего ее существования процес сов размыва, переноса и отложения твердого вещества. А это значит, что гидрология должна была предварительно накопить необходимые знания о законах взаимодействия жидкости и твердых тел, а также использовать то, что было накоплено гид
равликой и гидромеханикой.
Интересным для гидрологии является также вопрос о тех общих закономерностях, которым подчиняется русло, находясь под влиянием сил, действующих на него в течение длительных,
вековых периодов, т. е. вопрос о том, как исторически склады
ваются формы русла в плане и в вертикально-продольном раз резе. В более широкой постановке задача эта относится к реч
ной долине в целом. Но выяснение указанных закономерностей относится уже больше к области геоморфологии. Однако нельзя
не подчеркнуть той большой помощи, которую оказала гидро логия геоморфологии своими успехами в познании русловых процессов, происходящих в короткие отрезки времени и на от дельных участках русла. Существует определенная взаимная заинтересованность гидрологии и геоморфологии в изучении за кономерностей, присущих руслу, этому динамичному элементу речной долины.
Мы, таким образом, определили, хотя и в самых общих чер тах, тот круг вопросов, успехи в исследовании которых яви лись основой для создания учения о русловых процессах. Про следим, как складывалось это учение.
141
Накопление опытных данных о движении воды в реках, ка налах и трубах началось еще в древние времена и связано с использованием рек в транспортных целях, с орошением и во доснабжением, а также с борьбой человека против разруши тельных разливов (например, в Китае). Еще в самой далекой древности появились некоторые элементы гидравлики — науки о движении жидкости. Однако наиболее ранним научным тру дом по гидравлике считается трактат греческого ученого Архи
меда (287—212 гг. до н. э.) «О плавающих телах», в котором он сформулировал важнейший закон гидростатики, известный каждому по имени его автора.
Более поздние века, вплоть до XVI, в изучении движе ния жидкости не оставили ничего, что вошло бы в арсенал науки.
Конечно, и в средние века происходило накопление опытных знаний в области гидравлики. Например, на Руси это связано со строительством водопроводов и водяных мельниц. Но этот народный опыт, передававшийся из поколения в поколение, ка
кого-либо научного обобщения в то время не нашел.
Практические вопросы использования рек постоянно при влекали инженеров и ученых к непосредственному наблюдению гидравлических явлений в руслах, к эксперименту. Мы видели, каких больших успехов в познании закономерностей речного потока достиг еще Леонардо да Винчи, идя по этому пути. Имен но благодаря опыту, связанному с практической деятельностью по регулированию рек, итальянские инженеры еще в XVII в. нашли объяснение того факта, что река, принявшая воды другой реки, не увеличивается по ширине пропорцио нально увеличению расхода воды. Объясняется это тем, что с увеличением расхода воды возрастает скорость течения, и река углубляется 70.
Для понимания русловых явлений необходимо было выяс нить характер распределения скоростей по живому сечению, и прежде всего по глубине потока. Мы уже видели, что еще Лео нардо да Винчи знал об уменьшении скорости от поверхности ко дну, однако вплоть до XVIII в. считалось, что распределение
скоростей по глубине подчиняется гидростатическому закону, т. е. что скорость возрастает от поверхности ко дну. Такого
взгляда придерживались, например, Галилей и Кастелли. Даже
в сочинении французского гидротехника Б. Белидора «Гидрав лическая архитектура», вышедшем уже в 1737—1751 гг., со держится, хотя и неясно выраженный, пережиток этого оши бочного представления71.
70 Д. Д. Неелов. Устройство плотин. СПб., 1884, стр. 247. 71 Там же, стр. 210.
142