Река—постоянный или временный водный поток, движущийся в разработанном им углублении— русле. Всякая река имеет исток — место, где она берет начало. Место, где река впадает в другую реку, озеро, море, называется устьем.
Реки с притоками образуют речную систему. Местность, с которой река со своими притоками собирает поверхностные и подземные воды, называется ее бассейном. Границу между бассейнами рек называют водоразделом. Он ограничивает бассейн.
Питание рек — это пополнение их поверхностными и подземными водами.
Режимом реки называют характер ее поведения во времени: распределение и изменение величины расхода воды по сезонам года, колебание уровня, изменение температуры воды, образование ледяного покрова и т. д. В режиме выделяется несколько периодов. Половодье— ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон значительное увеличение водоносности реки, вызывающее на длительный срок подъем уровня и выход воды из русла. Межень — период низких уровней воды в реках, вызванный уменьшением притока воды с водосборной площади во время сухой или морозной погоды, когда река питается лишь грунтовыми водами. Различают зимнюю и летнюю межень. Паводки—внезапные кратковременные и нерегулярные подъемы уровня воды в реках, возникающие в результате обильных дождей, быстрого таяния снега, ледников, пропусков воды из водохранилищ.
Речная вода размывает борта и дно русла (боковая и глубинная эрозия). Постепенно сглаживаются неровности и уступы, вырабатывается профиль равновесия. От нижнего течения реки глубинная эрозия распространяется вверх до тех пор, пока и там кривая русла не станет пологой, плавной вогнутой линией — выровненной кривой эрозии, более крутой в верхнем течении и приближающейся к горизонтальной в нижнем. Все неровности сглажены, размыв и отложение наносов оказываются между собой равными.
Река не может углубить свое ложе ниже уровня бассейна, в который она впадает; поэтому этот уровень называется базисом эрозии. Общий базис эрозии для всех рек — это Мировой океан, а местные базисы могут располагаться на любой высоте, в зависимости главным образом от геологического строения ложа потока, устойчивости пород к размыванию. Если река впадает в озеро, ее базис эрозии — уровень озера. По мере приближения профиля реки к нормальному в ней усиливается боковая эрозия, что приводит к расширению долины и одновременному усилению отложения аллювия в долинах рек и особенно в их устьях. По мере выработки продольного профиля русло реки начинает плавно извиваться, или меандрировать. Увеличение извилистости приводит в половодье к прорыву шейки меандр, спрямлению русла и образованию стариц— серповидных долинных озер.
Откладывающиеся речные наносы образует пляжи и косы, причлененные одним концом к берегу реки и сложенные песком, галькой, гравием, ракушкой. Косы располагаются под углом к берегу. В русле реки образуется осередок — остров или мель,— постепенно смещающийся вниз по течению, нарастая с нижнего конца (ухвостья) и размываясь у верхнего конца—приверха. Осередок разделяет реку на рукава—воложки, а проливы между рукавами называют проранами или проносами. Закрепленный растительностью, осередок превращается в остров. В устье реки речные наносы образуют дельту — низменность, прорезанную сетью рукавов и протоков— второстепенных русел, или ответвлений, обычно менее многоводных, чем главное русло.
Реки с незапамятных времен служат человеку как пути сообщения, для рыболовства и рыбоводства, для сплава леса, орошения полей и водоснабжения, как источник гидроэнергии. Люди издавна жили вдоль рек. Вблизи них расположены не только современные или древние города и поселки. На берегах часто находят свидетельства стоянки древних людей.
По берегам рек распространены разнообразные физико-геологические явления и процессы: оползни, обвалы, заболачивание, суффозия— вынос подземными водами мелких частиц грунта с образованием воронок. К рекам выходят устья оврагов и логов. Обычно и зарождение оврагов начинается от русла реки. В береговых обрывах обнажаются слои почв и горных пород, нередко очень древних.
Изучение рек — комплексная задача. В исследованиях рек, их жизни и истории развития речной долины участвуют гидрологи, геоморфологи, геологи и другие специалисты. Им во многом помогают юные гидрологи-краеведы своими наблюдениями за жизнью рек, в борьбе с загрязнением воды, в охране рек.
Изучение реки краеведы начинают с описания речной долины. Выясняется, сколь выражена эта долина, определяется на глаз ее ширина, глубина, крутизна склонов, наличие террас, характер дна долины, коренных берегов, растительности; особое внимание обращается на прилегающую к реке местность, особенно на геологическое строение. Более детальное изучение начинается с поймы. С помощью учителя определяют ее границы, отмечая, тянется ли она по одному берегу и по какому именно или она обоими берегами подступает к урезу воды. Отмечается ширина поймы, характер ее поверхности, степень заболоченности и выраженности всех частей, есть ли старицы, указывается, какая почва и растительность ее покрывает.
Главное при изучении вод составляют гидрологические работы. Начинают их с вычерчивания плана русла реки с помощью глазомерной съемки. На планшет наносят условными (топографическими) знаками также часть прилегающей к руслу местности. В дальнейшем на план русла следует нанести цифрами в сантиметрах измеренные глубины реки. При описании русла отмечают его общий характер — извилистое оно или прямолинейное, образуются ли острова (рукава), имеются ли отмели, перекаты, как они чередуются с плесами, степень зарастания русла растительностью, встречаются ли затонувшие деревья или бревна (топляки). По цвету и степени прозрачности воды судят о свойствах бассейна реки. Если вода темная, ржавого цвета, это означает, что в бассейне много болот. Ширина русла определяется на глаз. Глубину реки измеряют через каждый метр, размеченным на сантиметры шестом, передвигаясь на лодке или вброд поперек русла от одного берега к другому.
Сколько протекает воды в реке — важный показатель, необходимый, например, для постройки ГЭС и расчета ее мощности, для водоснабжения и т. д. Чтобы измерить расход воды в реке, надо умножить площадь живого сечения в квадратных метрах на скорость течения в метрах в секунду. Так получают расход воды в кубических метрах в секунду.
Площадь живого сечения определяют, измерив ширину реки и ее среднюю глубину. Для этого поперек реки натягивают размеченный на метры шнур. Двигаясь вдоль него на лодке или вброд, через каждый метр измеряют размеченным на сантиметры шестом глубину. Из этих промеров вычисляют среднюю величину глубины и умножают ее на ширину реки. Так получают приблизительно площадь живого сечения, которая наглядно изображается в виде чертежа; его удобно делать на миллиметровой бумаге. Масштаб для глубин берут более крупный, чем горизонтальный.
Определив площадь живого сечения, приступают к измерению скорости течения с помощью поплавков. Конечно, этот способ дает лишь приблизительное представление о скорости потока, так как она различна в разных точках живого сечения. Так, у дна и берегов, где возрастает трение воды о ложе, она меньше, чем посредине реки. В измерении участвуют не менее пяти человек. Заготовляют 10—20 деревянных поплавков, размером до 8—10 см, и с берега наблюдают за скоростью их движения. Выбирают по возможности прямолинейный участок русла длиной 20—30 м и с ровным дном, без крупных камней. С помощью рулетки или шнура на берегу отмеряют это расстояние. На концах участка становятся лицом к реке два наблюдателя. Напротив них на другом берегу устанавливают флажки. Линия, пересекающая реку под прямым углом, называется створом. У пускового створа становится еще один наблюдатель с набором поплавков. У нижнего створа располагаются еще два наблюдателя — с часами (секундомером) и записной книжкой. Момент прохода поплавка через нижний створ фиксируется сигналом «есть!», что отмечают и записывают наблюдатели. Затем забрасывается второй поплавок, и так все 10—20 поплавков. Зная расстояние и среднюю продолжительность хода поплавка в секундах, высчитывают скорость течения в м/с (можно взять не среднюю, а наибольшую скорость течения). При этом, если скорость какого-либо поплавка сильно отличается от других, то ее не принимают в расчет, а отбрасывают.
Чтобы вычислить расход воды, умножают площадь живого сечения на среднюю скорость. Но это будет средняя скорость течения у поверхности потока, а нам нужна средняя для всей толщи потока. Для этого умножают ее на переходный коэффициент меньше единицы, который, по вычислениям гидрологов, в большинстве случаев можно принять за 0,7. Итак, расход воды равен площади живого сечения в квадратных метрах, помноженной на поверхностную скорость в метрах в секунду и на переходный коэффициент 0,7. Полученные кубические метры можно выразить и в метрах в секунду.
Кроме того, путем расспроса местных жителей выясняют режим реки по сезонам года. Когда начинается половодье и вскрывается река, наибольшая высота подъема воды,обычная, наименьшая. Когда заканчивается половодье? Бывают ли летом паводки и какие, не пересыхает ли река? Наблюдается ли подъем воды осенью? Зимой, когда замерзает река, остаются ли полыньи, какой толщины лед, можно ли переправляться по льду через реку? Как используется река—для сплава леса— молевого или в плотах? Используется ли река для катеров, используется ли для орошения и как? Откуда берет начало и куда впадает? Как точно называется? И т. д.
Гидрографическое описание реки состоит из следующих разделов: 1) Общие сведения о реке. 2) Описание прилегающей местности-, долины и русла реки по участкам. 3) Сведения о режиме реки. 4) Сведения об использовании реки. Для гидрологических расчетов важно знать величину площади, с которой река собирает свои воды, т. е. площадь бассейна (водосбора) в квадратных километрах. Его определяют по крупномасштабной карте. Сначала проводят границу бассейна, как показано на рисунке, по повышенным местам вблизи истоков всех впадающих в реку притоков. Оконтуренную площадь определяют палеткой (см. Карта топографическая).
Юные краеведы, кроме походных, экспедиционных исследований, могут вести и стационарные наблюдения, подобно тому как они проводятся на гидрологических станциях и постах. Для наблюдения за уровнем воды устраивают водомерный пост на прямолинейном участке реки с глубокой водой у берега, где устанавливают водомерную рейку, как показано на рисунке. Наблюдения производят ежедневно по утрам в одно и то же время. Но лучше показания уровня записывать три раза в день, в особенности если они подвержены резким изменениям. Такие наблюдения желательно совмещать с метеорологическими, которые ведутся на гидрометеостанциях. Для наглядного представления о колебаниях уровня воды в реке на миллиметровой бумаге вычерчивают график, как показано на рисунке. При наблюдении один раз в сутки выбирают масштаб для шкалы времени: 5 мм соответствуют 1 дню, а для шкалы уровней—5 мм соответствуют 1 см уровня воды. При наблюдении 3 раза в сутки берут более крупный масштаб времени. В верхней части графика столбиками показывают выпавшие осадки в масштабе: 5 мм на графике соответствуют 1 мм слоя осадков. По графику наглядно видно, как после сильного дождя повысился уровень воды. На основании этой связи составляются гидрологические прогнозы, важные для судоходства, лесосплава, орошения, работы ГЭС.