Материал: Федосеев, Иван Андреевич (1909-1998). Развитие гидрологии суши в России

3)донный лед может образовываться как в ночное, так и в дневное время;

4)образование донного льда не зависит от степени облач­

ности небосклона» 25.

Более подробного объяснения образования донного льда

Ционглинский не дал. Владимиров, в общем соглашаясь с гипо­ тезой Араго и Гей-Люссака, высказывал следующее объяснение образования донного льда: «...пузырьки морозного воздуха, в

осеннее время увлекаясь течением реки на дно, замораживают вокруг себя тончайший слой воды, благодаря чему получаются пустотелые шарики и трубочки, изменяемые в своей форме около дна напором течения, причем они могут смерзаться друг с другом и с дном совершенно на тех же основаниях, как Араго и Гей-Люссак гипотетически допускали возможность смерзания для ледяных игл» 26. Интересно, однако, замечание Владимиро­ ва, что, по его наблюдениям, «донный лед обволакивает камни, но не примерзает к ним» 27. Позже Л. Л. Владимиров признал гипотезу Барнеса. Он писал: «Существует положительная ве­ роятность ожидать в некоторых, а может быть и во всех случаях первоначального нарастания рыхлого донного льда крайне бы­

строе, в течение нескольких часов, образование пленки плотного льда на дне реки от лучеиспускания сквозь воду в атмосферу теплоты от почвы дна и от других в воде предметов в ясную ночь при температуре воды около точки замерзания» 28.

В этой же работе он указывал на образование кристаллов льда в результате легкого переохлаждения всей массы воды, которые, «сталкиваясь на течении и смерзаясь между собою в

зая к грунту, водорослям на дне и т. п., образуют губчатые

массы рыхлого «зонного» льда (anchor-ice)»29.

Географическое общество, заинтересовавшееся докладом Владимирова, тогда же организовало комиссию под председа­ тельством академика Ф. Н. Чернышева с участием М. А. Рыка-

чева, Л. Л. Владимирова, М. Ф. Ционглинского, Ю. М. Шокаль­ ского, Л. А. Ячевского и др. Комиссия разослала в 1904 г. 6145 анкет для выяснения географического распространения явления

25 М. Ционглинский. О наблюдениях над замерзанием реки Невы и исследованиях заторов на ней. СПб., 1905, стр. 31.

26 Л. Л. Владимиров. Образование льда на дне рек. СПб., 1904, стр. VI.

27 Там же, стр. 44.

28 Л. Л. Владимиров. Новые понятия о процессах замерзания рек и об образовании зимних заторов льда. СПб., 1907, стр. 72.

29 Там же, стр. 70.

200

донного льда. Оказалось, что донный лед бывает везде, где реки замерзают.

Большой интерес представляют исследования, проведенные

В. М. Лохтиным и освещенные им в работе «Ледяной нанос и зимние заторы на р. Неве». Своими наблюдениями В. М. Лохтин

не обнаружил донного льда.

Но зато он, как и Владимиров, констатировал нахождение ледяных кристаллов или, по его терминологии, ледяного наноса

во всей водной толще.

Вывод, к которому пришел Лохтин, гласит: «Итак, донногольда не существует. Частицы, из которых он состоит, образуют­ ся на открытых участках реки вследствие непосредственного

прикосновения текучей воды с морозным воздухом» 30.

Затем эти частицы из-за «неспокойного, своеобразного» тече­ ния распространяются по всей толще потока. Таким образом, В. М. Лохтин соглашался с гипотезой Гей-Люссака, но вносил в нее серьезную поправку, именно ту, что примерзания кристал­ лов льда ко дну не существует, и поэтому считал «совершенно ненужным» предположение Гей-Люссака об охлаждении ниже

нуля поверхностей кристаллов, которыми они обращены к мо­ розному воздуху.

Проблема донного льда, как это очевидно, имеет исключи­

тельно важное значение в эксплуатации речных сооружений. Но, чтобы бороться с донным льдом, надо хорошо знать условия и процесс его образования. Поскольку же общепринятой научно обоснованной теории донного льда не существовало, не были разработаны и надежные меры борьбы с опасными явлениями, связанными с донным льдом. После того, как осенью 1912 г.

произошел очередной огромный зажор на Неве, ликвидирован­ ный взрывом, Инженерный совет Министерства путей сообще­ ния принял решение о желательности производства лаборатор­ ных опытов в искусственных лотках «для выяснения различ­

ных условий образования донного льда и других явлений, связанных с заторами» 31.

На XV съезде русских деятелей по водным путям в 1913 г.

В. Е. Тимоновым был сделан доклад «Об организации система­ тического изучения ледяного покрова на наших реках и спосо­ бов борьбы с вызываемыми льдом затруднениями в навигацион­

ной и береговой жизни», в котором он предлагал ввести в про­ грамму работ изыскательских партий изучение жизни рек «ве

30В. М . Лохтин. Ледяной нанос и зимние заторы на р. Неве. СПб., 1906, стр. 30.

31В. Е. Т и м о н о в. Об организации систематического изучения ле­

дяного покрова на наших реках и способов борьбы с вызываемыми льдом затруднениями в навигационной и береговой жизни. СПб., 1913, стр. 7.

201

время образования, существования и разрушения ледяного по­ крова» и поставил вопрос об организации лабораторных иссле­ дований образования донного льда.

Что касается ледяного покрова, то научно поставленных наблюдений за ним почти не было. Форстер, издавший в 1894 г. в Вене подробное исследование о термическом режиме рек Сред­ ней Европы, отметил тот факт, что впервые систематические наблюдения за температурой проточных вод в связи с темпера­ турой воздуха были произведены в Петербурге, где в 1734— 1739 гг. Вайтбрехт каждый год с февраля по сентябрь по три

раза в день измерял температуру воздуха и воды в Неве. На основании этих наблюдений, Вайтбрехт уже в то время пришел к заключению о зависимости температуры речной воды от тем­ пературы воздуха, от выпадающих в бассейне ливней, а также установил, что дневные колебания температуры текучей воды совершенно незначительны, независимо от глубин 32. В Европе

систематические термические наблюдения на реках начались более ста лет спустя. У нас же они не были организованы и в

более позднее время. Можно указать лишь на отдельные случаи измерения температуры воды в реках. Так, зимой 1899 г. их производил Н. И. Максимович на Днепре у Киева. В 1911— 1912 гг. ледовые явления по широкой программе, включавшей и

термические измерения, изучались Е. В. Близняком на Енисее от Красноярска до Енисейска 33. Что касается продолжитель­

ности ледостава на русских реках, то сведения об этом по мно­ гим рекам, озерам и каналам Европейской России, полученные на основании обработки данных за двадцатилетний период (1883—1902), были опубликованы в 1914 г. в виде таблицы, в которой были приведены самые ранние, самые поздние и сред­ ние даты вскрытия и замерзания и средние продолжительности ледохода и навигации 34.

Начало лабораторного изучения образования донного льда относится у нас к 1915 г., когда после происшедшего в 1914 г. пятого случая выхода из строя Петроградского водопровода за основательное исследование проблемы донного льда взялась Главная физическая обсерватория. Руководителем организован­

ных ею работ сначала короткое время был Л. А. Ячевский,

а затем В. Я. Альтберг, который явился создателем новой теории

32 Н. И. Максимович. Условия образования ледяного покрова на наших реках. СПб., 1900, стр. 26.

33Е. В. Б л и з н я к. Р. Енисей от г. Красноярска до Енисейска, ч. II, Пг„ 1916.

34Вскрытие, замерзание и продолжительность навигации на внутрен­ них водных путях Европейской России в 1883—1902 гг. «Пути сообщения России», 1914, № XI.

202

образования донного льда. Исследования Альтерга проводились в течение многих лет, но уже после первого года работы он уста­

новил два важных фактора, необходимых для образования дон­ ного льда: движение воды и переохлаждение ее. Альтберг убе­ дительно показал несостоятельность теории Барнеса. Он подверг

также критике теорию Гей-Люссака и ее вариант, предложен­ ный Лохтиным. Мы не будем описывать исследований В. Я. Альтберга, а приведем лишь общий вывод об условиях образо­ вания донного льда из его книги «Подводный лед»: «Основных факторов, определяющих процесс подводного ледообразования,

имеются два: теплоотдача воды и турбулентное перемешивание ее, без каковых о подводном ледообразовании не может быть и речи.

Указанными двумя факторами обусловливается ряд других

важных процессов и явлений, а именно:

1)занос холода в толщу потока;

2)приведение воды в переохлажденное состояние, без чего невозможно возникновение кристаллизации;

3)стимулирование (после создания переохлажденного со­ стояния и при наличии кристалликов льда у уреза воды) кри­ сталлизации внутри потока. Для этого имеются... все данные: наличие в воде центров, затравки, пылинок и переохлажденного

состояния ее;

4)выделение, в связи с кристаллизацией, скрытой теплоты,

почти равной по величине теплоотдаче и лишь слегка отстаю­ щей от последней, вследствие чего возникает необходимое пере­ охлаждение;

5)отвод скрытой теплоты через толщу потока в мороз­

ный воздух, без чего продолжение кристаллизации невоз­ можно» 35.

Таким образом, согласно теории В. Я. Альтберга, зарож­

дение донного льда происходит не на поверхности, как по

Гей-Люссаку и Лохтину, а в толще потока и на дне, но не в ре­ зультате переохлаждения дна вследствие проникновения туда морозного воздуха (по Щукину, Миддендорфу и др.), или вслед­ ствие лучеиспускания (по Барнесу и др.), а в результате турбулентного перемешивания и теплоотдачи, ведущей к переох­ лаждению массы воды по всей толще потока.

Теория В. Я. Альтберга, окончательно сформулированная им уже в советское время (в 30-х годах), явилась крупным вкла­ дом в решение сложной проблемы донного льда и была с инте­

ресом воспринята и достойно оценена также и зарубежными учеными.

35 В. Я. Альтберг. Подводный лед. М.— Л., 1939, стр. 194.

203

3. Развитие учения о речном стоке

Научное и практическое значение проблемы стока.— Развитие представ­ лений о круговороте воды в природе.— Круговорот воды и водный баланс земного шара по Э. Брикнеру.— Проблема стока отдельного речного бас­ сейна.— Зависимость стока и коэффициента стока от осадков.— Циклич­ ность в колебаниях климата и речного стока.— Уравнение водного балан­ са речного бассейна Пенка-Оппокова.— Формулы, выражающие сток в функции осадков.— Типы бассейнов по соотношению между осадками, испарением и стоком (по Э. М. Ольдекопу).— Факторы, влияющие на сток.— Дискуссионный вопрос о гидрологической роли лесов и болот.— Развитие методов расчета максимальных расходов.— Ливневые макси­ мальные расходы.— Эмпирические нормы и формулы (Кестлина и др.Ц теоретические исследования (Ф. Г. Зброжека и др.).— Вопрос о причинах редукции максимального стока.— Максимальные расходы талых вод.—

Исследования Н. Е. Долгова.

Учение о стоке рек, наряду с учением о русловых процессах,,

является одной из главнейших частей гидрологии рек — основ­ ного раздела гидрологии суши. Сток рек — наиболее важная величина, лежащая в основе всякого водохозяйственного-

проекта. Инженерными гидрологическими расчетами прежде

всего выясняется вопрос о количествах воды, которые могут быть использованы в хозяйственных целях благодаря проекти­ руемому гидротехническому сооружению. Следовательно, ко­ нечная цель учения о стоке, как и учения о русловых процес­ сах,— удовлетворение запросов практики, потребностей водо­ хозяйственного строительства, т. е. решение прикладных

инженерных задач. Но сток представляет собой одну из стадий общего круговорота воды на земном шаре и поэтому выяснение

генезиса стока происходило по мере развития представлений об указанном круговороте. Вместе с тем накапливались и количе­ ственные данные о стоке рек земного шара. Более поздним эта­ пом в истории познания стока является исследование сложной проблемы стока отдельного речного бассейна — проблемы, пред­

ставляющей исключительно большой практический интерес.

В предыдущих главах развитию представлений о кругово­

роте воды в природе нами уделено достаточно много внимания. Как мы видели, интерес к разгадке круговорота воды нашел отражение еще в сочинениях многих писателей древности. Эту проблему пытались разрешить Фалес Милетский и Демокрит,

Платон и Аристотель, Лукреций Кар и Марк Витрувий. Схема

круговорота, разработанная Аристотелем, в общих чертах уже соответствовала действительности.

В XVI и XVII вв. французские ученые Б. Палисси и Э. Ма­ риотт опытным путем доказали атмосферное происхождение подземных вод и ключей, питающих реки.

Правильные мысли о круговороте воды были высказаны М. В. Ломоносовым. Много ценных наблюдений, научно осве­

204