Определение питание реки

Речной сток

Важнейшей частью всепланетного круговорота воды — этого залога жизни на Земле — являются реки. Движение воды в их сетях происходит под воздействием гравитационного градиента, то есть вследствие перепада высот двух точек земной поверхности. Вода движется из более возвышенной области на более низко расположенную территорию.

Питаемые тающими ледниками, выпадающими осадками, а также подземными водами, вышедшими на поверхность, реки несут свои воды в устье – обычно в одно из морей.

Они различаются между собой как протяженностью, густотой и разветвленностью речной сети, так и расходом воды за определенный промежуток времени — тем ее количеством, которое проходит через сечение или створ реки за единицу времени. При этом ключевым параметром будет являться расход воды в створе реки при впадении в устье, так как насыщенность или полноводность меняется в сторону увеличения от истока к устью.

Годовой сток реки в географии – это показатель, для определения которого необходимо учитывать количество воды, стекающей за секунду с квадратного метра рассматриваемой территории, а также отношение расхода воды к объему выпавших осадков.

Характер грунтов, почвенного покрова, растительности

Речной сток в большой степени определяется характером поверхности, по которой река несет свои воды. Годовой сток реки — это показатель, на который в первую очередь влияет характер грунта.

Скальные породы, глина, каменистая почва, песок сильно отличаются пропускной способностью по отношению к воде. Сильно впитывающие поверхности (например, песок, сухая почва) будут радикально уменьшать объем годового стока протекающей по ним реки, в то время как почти непроницаемые для воды типы поверхности (выступающие скальные породы, плотные глины) практически никакого влияния на параметры речного стока оказывать не будут, пропуская речные воды через свою территорию безо всяких потерь.

Крайне важным фактором также является водонасыщенность почв. Так, обильно увлажненные почвы не только не будут «забирать» талую воду во время весеннего снеготаяния, но и способны «делиться» избыточной.

Немаловажным является характер растительного покрова берегов исследуемой реки. Например, те из них, что протекают по лесистой местности, более водообильны, при прочих равных условиях, по сравнению с реками в степной либо лесостепной зоне. В частности, это обусловлено способностью растительности уменьшать общее испарение влаги с земной поверхности.

1.Питание рек. Типы питания рек. Классификация рек по типам питания.

Гидрология 2012

ЛЕКЦИЯ 6. Питание рек. РАСХОДОВЫВАНИЕ воды в бассейне реки. Водный баланс речных водосборов.

Вопросы:

>3.Водный баланс речного бассейна.

Речной сток формируется в результате поступления в реки вод атмосферного происхождения, при этом часть атмосферных осад­ков стекает с реками в океан или бессточные озера, другая часть — испаряется. Однако при единстве атмосферного происхождения в конечном счете всех речных вод непосредственные пути поступ­ления вод в реки могут быть различными.

Типы питания рек.

Выделяют четыре вида питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Атмосфер­ное происхождение вод, участвующих в дождевом, снеговом и лед­никовом питании рек, очевидно и не требует пояснения. Подзем­ное же питание рек, как следует из анализа водного баланса суши и изучения режима подземных вод, также формиру­ется, в конечном счете, в основном из вод атмосферного происхож­дения, но прошедших более сложный путь. Лишь в редких случаях можно говорить об участии в подземном питании рек вод не атмосфер­ного, а «ювенильного» происхождения.

Для рек в условиях теплого климата главный вид питания — дождевое. Сток таких крупнейших рек мира, как Амазонка, Ганг и Брахмапутра, Меконг, формируется в основном за счет дождевых вод. Этот вид питания рек в глобальном масштабе является глав­нейшим. Вторым по важности служит снеговое питание. Его роль весьма велика в питании рек в условиях умеренного климата. Тре­тье место по объему поступающих в реки вод занимает подземное питание (на его долю в среднем приходит­ся около 1/3 объема речного стока). Именно подземное питание обусловливает постоянство или большую продолжительность стока реки в течение года, что и создает в конечном итоге реку. Послед­нее место по значимости приходится на ледниковое питание (около 1 % стока рек мира).

Дождевое питание. Каждый дождь характеризуется слоем выпав­ших осадков (мм), продолжительностью (мин,ч, сут), интенсивно­стью выпадения (мм/мин, мм/ч) и площадью распространения (км2). В зависимости от этих характеристик дожди можно, например, подразделить на ливни и обложные дожди.

Интенсивность, площадь распространения, продолжительность и время выпадения дождей определяют многие особенности фор­мирования речного стока и пополнения подземных вод. Чем боль­ше интенсивность, площадь распространения и продолжительность дождя, тем больше (при прочих равных условиях) величина дожде­вого паводка. Чем больше отношение между площадью распрост­ранения дождя и площадью бассейна, тем также больше величина возможного паводка. Катастрофические паводки происходят по этим причинам обычно лишь на малых и средних реках. Пополнение подземных вод, как правило, происходит при длительных дождях. Чем меньше влажность воздуха и суше почва в период выпадения дождя, тем больше затраты воды на испарение и инфильтрацию и тем меньше величина дождевого стока. Наоборот, дожди, выпа­дающие на влажную почву при пониженной температуре воздуха, дают большую величину дождевого стока. Таким образом, один и тот же дождь в зависимости от состояния подстилающей поверх­ности и влажности воздуха может быть в одних случаях стокообразующим, а в других — почти не давать стока.

Снеговое питание. В умеренных широтах основным источником питания рек служит вода, накапливающаяся в снежном покрове. Снег в зависимости от толщины снежного покрова и плотности может при таянии дать разный слой воды. Запа­сы воды в снеге (величину, очень важную для предсказания объема талого стока) определяют с помощью снегомерных съемок.

Запасы воды в снеге в бассейне зависят от величины зимних осадков, в свою очередь определяемой климатическими условиями. Запасы воды в снежном покрове распределяются по площади бас­сейна обычно неравномерно — в зависимости от высоты местности, экспозиции склонов, неровностей рельефа, влияния растительного покрова и т. д. Вследствие переноса ветром в понижениях, ложби­нах, оврагах обычно за зиму накапливается больше снега, чем на ровной поверхности; много снега накапливается на опушках леса и в местах распространения кустарниковой растительности.

Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежно­го покрова, т. е. поступления не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения тем­пературой воздуха положительных значений и при условии поло­жительного теплового баланса на поверхности снега. Водоотдача начинается позже начала снеготаяния и зависит от физических свойств снега — зернистости, капиллярных свойств и т. д. Сток возникает только после начала водоотдачи.

Весеннее снеготаяние подразделяют на три периода: 1) началь­ный период (снег залегает сплошным покровом, таяние замедлен­ное, водоотдачи снежного покрова практически нет, сток еще не формируется); 2) период схода основной массы снега (начинается интенсивная водоотдача, возникают проталины, быстро нарастает величина стока); 3) период окончания таяния (стаивают оставши­еся запасы снега). В течение первого периода стаивает около 30 % запасов снега, в течение второго — 50, в течение третьего — 20 %. Водоотдача максимальна в течение второго периода (более 80 % запасов воды в снеге). В это время снежный покров отдает воду, накопившуюся в снеге как за второй, так и за первый периоды.

Территорию, где происходит в данный момент таяние снега, называют зоной одновременного снеготаяния. Эта зона ограничена фронтом таяния (линией, отделяющей зону таяния от области, где таяние снега еще не началось) и тылом таяния (линией, отделяю­щей зону таяния от области, где снег уже сошел). Вся зона одно­временного снеготаяния перемещается весной на равнинах в Се­верном полушарии с юга на север, а в горах — вверх по склонам. Скорость распространения тыла таяния на равнинах обычно со­ставляет 40-80 км/сут, иногда достигая 150-200 км/сут.

Важной характеристикой снеготаяния служит его интенсивность. Она определяется характером изменения температуры воздуха в ве­сенний период («дружностью весны») и особенностями подстилаю­щей поверхности.

Объем весеннего половодья определяется в основном полным запасом воды в снежном покрове, а нарастание расходов воды в реке и величина максимального расхода воды половодья, помимо этого,- интенсивностью снеготаяния и фильтрационными свойства­ми почвы в период снеготаяния (мерзлая или влажная почва умень­шает инфильтрационные потери и увеличивает талый сток).

Расчет таяния снега и оценку его роли в формировании стока проводят различными способами. Простейшие из них основаны на данных об изменении температуры воздуха как главной причины снеготаяния. Так, нередко используют эмпирическую формулу вида

h = T, (6.1)

где h -слой талой воды (мм) за интервал времени t;

T — сумма положительных средних суточных температур воздуха за тот же интервал времени,

 — коэффициент пропорциональности, называ­емый коэффициентом стаивания (это слой талой воды, приходя­щийся на один градус положительной средней суточной темпера­туры воздуха).

Среднее значение коэффициента стаивания а для открытой местности на территории, лежащей к северу от 55° с. ш., приблизи­тельно равно 5 мм на 1, для леса она изменяется от 1,5 мм/град для густых хвойных лесов до 3-4 мм/град для лиственных лесов средней густоты.

Интенсивность снеготаяния более точно можно определить с по­мощью метода теплового баланса.

Подземное питание рек.

Оно определяется характером взаимодей­ствия подземных (грунтовых) и речных вод. Подземные воды формируются в результате просачивания атмосферных осадков (таю­щий снег и дожди) через пустоты в почве и грунтах. При достижении просочившейся воды водо­упорного слоя (чаще всего глинистые отложения), она накапливается и образует водо­носный горизонт, т.е. слой водопроницаемого пласта, насыщенного водой, которая движется по поверхности водоупора в сторону его уклона под влиянием силы тяжести. Там, где отрицательные формы рельефа (речные долины, овраги, озерные котловины) вскрывают водоносный горизонт, подземные воды выходят на поверхность в виде род­ников или рассредоточенного высачивания на участке склона.

При определенном геологическом строении грунтовые воды до выхода на по­верхность перекрываются другим водоупором, затем вторым и.т.д. Воды, перекрытые сверху водоупорными слоями, называются межпластовыми подземными водами. Питание этих вод осуществляется на участках, где соответствующий водоносный гори­зонт не перекрыт сверху водоупором. Для межпластовых вод характерно возникнове­ние напора, вследствие которого вода при вскрытии водоносного горизонта буровой скважиной или по естественным трещинам поднимается вверх. Уровень, до которого поднимается вода, называется пьезометрическим уровнем. Превышение этого уровня над уровнем воды в водоносном горизонте называется высотой напора. Подъем воды под действием напора может достигать земной поверхности. Особенно это свойственно артезианским водам, приуроченным к геологическим структурам синклинального типа — артезианским бассейнам.

Между водоносными горизонтами обычно существует связь вследствие циркуля­ции воды по трещинам в водоупорах или путем медленного просачивания через них по порам.

Подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, называются пласто­выми водами. В горных породах подземные воды чаще перемещаются по системе те­щин в породах (трещинные воды), по изолированным трещинам или жилам с повы­шенной трещиноватостью (жильные воды), по карстовым пустотам (карстовые во­ды).

В зоне распространения многолетнемерзлых пород различают подмерзлотные воды, залегающие под толщей мерзлых пород, межмерзлотные воды внутри мерзлой толщи и надмерзлотные воды, для которых мерзлые породы служат водоупором.

Грунтовые и тем более межпластовые воды существуют, как правило, в течение всего года и обеспечивают постоянное питание рек. В зоне распространения многолет­немерзлых пород это относится только к подмерзлотным водам.

Верхний слой грунта до уровня грунтовых вод назы­вают зоной аэрации. Воды зоны аэрации, оставшиеся в порах грунта, постепенно расходуются на испа­рение, в основном путем транспирации растений.

Временные скопления гравитационных вод, в зоне аэрации могут возникать над отдельными линзами водоупорных пород (верховодка) и над относительным водоупором, например, над иллювиальным горизонтом подзолистых почв, водопроницаемость которого значительно меньше вышележащих слоев. Перемещение воды по относитель­ному водоупору в сторону его уклона образует почвенный, или внутрипочвенный сток.

Глубина распространения межпластовых подземных вод, участвующих в круго­вороте воды на земле, достигает, как правило, нескольких сотен метров. Глубина зале­гания грунтовых вод, сильно изменяясь по территории в зависимости от локальных ус­ловий в целом, подчинена закону географической зональности, увеличиваясь от долей метра в зоне тундр до десятков метров в степной зоне.

Выделяют следующие типы водного режима грунтовых вод:

1) сезонный (преимущественно весеннего и осеннего питания): максимальный уровень грунтовых вод весной, меньшее повышение осенью, низкий уровень в конце лета и особенно в конце зимы; наблюдается на большей части территории стран СНГ;

2) кратковременный летнего питания: максимальный уровень в июне — июле (иногда августе-сентябре); наблюдается в зоне многолетней мерзлоты;

3) круглогодичный, преимущественно зимне-весеннего питания: максимальный уровень в феврале-апреле, минимальный — в летне-осеннее время (юг и запад террито­рии бывшего СССР с непромерзаемой зоной аэрации).

При оценке подземного питания следует учитывать следующие типы взаимодействия подземных и поверхностных вод:

1) Двухсторонняя гидравлическая связь. При низком уровне воды в реке уровень грунтовых вод находится выше, река получает грунтовое питание. При высоком уровне воды в реке уровень грунтовых вод оказывается ниже. Происходит инфильтрация реч­ной воды в грунт. Этот тип характерен для средних и крупных равнинных рек.

2) Односторонняя гидравлическая связь. Уровень воды в реке постоянно выше уровня грунтовых вод. В течение всего года речная вода питает грунтовые воды. Ха­рактерно для некоторых засушливых, а также карстовых районов.

3) Отсутствие гидравлической связи. Водоупор расположен выше максимального уровня воды в реке. Происходит постоянное питание реки грунтовыми водами, разгру­жающимися на склонах долины в виде ключей или рассредоточенного высачивания. Наиболее характерно для горных районов.

Ледниковое питание. Это питание имеют лишь реки, вытекаю­щие из районов с высокогорными ледниками и снежниками.

Ледники представляют собой движущиеся скопления фирна и льда на поверхности суши, образо­вавшиеся в результате преобразования твердых атмосферных осадков. Способность ледника перемещаться под влиянием силы тяжести обусловлено пластичностью льда.

Ледники образуются в результате превышения накопления снега над его таяни­ем и испарением.Граница между территорией, покрытой снегом и свободной от него, называется снеговой линией. Ее среднее положение — климатическая снеговая линия — опреде­ляется температурными условиями и количеством твердых осадков. Высота климати­ческой снеговой линии над уровнем моря: в Антарктиде 0 м, на Земле Франца-Иосифа — 50-100 м, на Кавказе — 2700-3800 м, в экваториальной области — 4500-5200 м, в тро­пиках — > 6000 м.

Выделяют два основных типа ледников — покровные и горные. Покровные лед­ники занимают сплошным покровом обширные площади на материках и крупных ост­ровах. Образование горных ледников связано с горными поднятиями. Среди них выде­ляют ледники вершин; ледники склонов, занимающие отдельные впадины, кары; до­линные ледники, располагающиеся в горных долинах, часто имеющие сложную фор­му. Отдельные горные ледники, соединяясь, образуют ледниковые системы. Горные поднятия с наибольшей площадью оледенения (в тыс. км2): Гималаи (33), Тянь-Шань (17,9), Каракорум (16,3), Береговые хребты Кордильер Сев. Америки (15,4).

Площадь ледника, где происходит накопление массы ледника, называется обла­стью питания. Избыток льда под влиянием силы тяжести и градиентов давления сме­щается в область, где расход льда на таяние и испарение превышает его накопление. Это область абляции; у горных ледников ее часто называют языком ледника.

Изменение его объема (массы) и фор­мы ледника называется режимом ледника, и он проявляется в наступании и отступании ледника. Эти изменения имеют различ­ную продолжительность геологического, векового, многолетнего, внутригодового масштабов. Наступание ледников наблюдается обычно в холодные и влажные клима­тические периоды, отступание — в теплые и сухие. Во внутригодовом разрезе это соот­ветственно зима и лето.

Доля ледникового питания в речном стоке тем больше, чем больше оледенение бассейна:

оледенение бассейна (%)

доля ледникового питания реки

Ледники влияют на водный режим следующими путями:

— многолетним регулированием стока — в жаркие засушливые годы снижение осад­ков компенсируется повышенным ледниковым питанием и наоборот;

— сезонным перераспределением стока — перемещением половодья с весеннего сезона на летний;

— возникновением внутрисуточных колебаний стока на участках рек вблизи лед­ников.

Классификация рек по видам питания.

У каждой реки доля отдельных видов питания может быть различной. Определение в каждом конкретном случае вклада раз­личных видов питания в речной сток — задача исключительно слож­ная. Наиболее точно ее можно решить либо с применением «мече­ных атомов», т. е. путем радиоактивной «маркировки» вод различ­ного происхождения, либо путем анализа изотопного состава при­родных вод. Более простой, но приближенный способ выделения различных видов питания — это графическое расчленение гидро­графа.

Известный русский климатолог А. И. Воейков пред­ложил классификацию рек земного шара по видам питания. Классификация Воейкова одновременно была и районированием земного шара по характеру питания рек. Были выделены области, где реки получают питание преимущественно от таяния сезонного снега и ледников; области, где реки получают воду преимуществен­но от дождей; области, где постоянных водотоков нет.

В России , в основном, используется классификация рек по источникам или видам питания, М. И. Львовича. Она предложена в 1938 г. В основу определения типов положены два признака: источники питания рек и внутригодовое распределение стока. Для оценки источников питания использован метод расчленения гидрографа. Сезонное распределение стока бралось средним за многолетний период. Всего выделено четыре основных вида питания – снеговое (S), дождевое(R), ледниковое(G) и подземное(U). В каждом виде выделено 3 подтипа по степени преобладания ->80% ( почти исключительное), 50-80% (преимущественное), <50% (преобладающее). Внутригодовое распределение подразделяется по величине стока за сезон – весеннее (P), летнее (E), осеннее (A) зимнее (H) и на три подтипа по степени преобладания. Схема приведена в таблице 1.

Если один из видов питания дает более 80 % годового стока реки, следует говорить об исключительном значении данного вида питания (другие виды питания не учитываются). Если на долю данного вида питания приходится от 50 до 80 % стока, то этому виду питания придается преимущественное значение (другие виды питания учитываются лишь, если на их долю приходит­ся больше 10 % годового стока). Если же ни один из видов питания не дает больше 50 % годового стока, то такое питание называют сме­шанным. Указанные диапазоны градаций (80 и 50 %) относятся ко всем видам питания, кроме ледникового. Для ледникового пита­ния соответствующие диапазоны градаций уменьшены до 50 и 25 %.

Таблица 1

Типологическая схема водного режима рек по М.И.Львовичу

Распределение стока по сезонам

Источники питания

Весна P

Лето E

Осень А

Зима H

>80%

50-80 %

<50%

>80%

50-80 %

<50%

>80%

50-80 %

<50%

>80%

50-80 %

<50%

Снеговое

>80%

+

Не обнаружено

50-80%

+

+

+

+

+

<50%

+

+

+

Дождевое

>80%

х

х

х

х

х

х

х

50-80%

+

+

+

х

х

х

х

х

<50%

+

+

х

х

х

х

Ледниковое

>80%

+

х

50-80%

х

+

<50%

+

+

+

Подземное

>80%

Отсутствует

50-80%

х

Не обнаруже

<50%

+

+

+ — СНГ

х – другие районы земного шара

Большая часть рек на территории СНГ имеет преоб­ладающее снеговое питание. Почти исключительно снеговое пита­ние имеют реки Северного Казахстана и Заволжья. Реки дождевого питания занимают южную часть территории к востоку от Байкала, а также бассейны Яны и Индигирки, Черноморское побережье Кавказа и Крыма, Северный Кавказ. Ледниковое питание имеют реки на Кавказе и в Средней Азии.

Сток твердый, модуль – величина годового твердого стока рек (Mт) в тоннах с 1 км2 площади водосбора.

Расчет гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений – величины среднего многолетнего стока и коэффициента вариации следует определять интерполяцией между значениями полученными для рек-аналогов по данным наиболее продолжительных рядов гидрометрических наблюдений или приведенными к многолетнему периоду в рассматриваемом районе с учетом влияния местных факторов (карст выходы подземных вод особенности геологического строения бассейна характер почв (грунтов) промерзание и пересыхание рек различия в средних высотах водосборов и др.).

Величины среднего многолетнего годового стока и коэффициента вариации допускается определять по совместным картам этих параметров, опубликованным в официальных документах Госкомгидромета в области гидрологии.

Коэффициент вариации годового стока Сv определяется по формуле

Cv=a / 0,4(A+1000)0,1,

где a – параметр, определяемый по данным рек-аналогов, л/с;

– средний многолетний годовой модуль стока, л/(с×км2);

А – площадь водосбора реки до расчетного створа, км2.

Для определения внутригодового распределения стока воды при наличии данных гидрометрических наблюдений за период не менее 15 лет принимаются следующие методы:

— распределение стока по данным рек-аналогов,

— метод компоновки сезонов.

Форма водосбора реки-аналога должна быть по возможности подобна форме водосбора исследуемой реки; для этого должны быть выполнены следующие приближенные равенства:

, ,

где L, La – длина исследуемой реки и реки-аналога, соответственно;

I, Ia – уклон исследуемой реки и реки-аналога;

F, Fa – площадь водосбора исследуемой реки и реки-аналога.

Внутригодовое распределение стока рассчитывается по водохозяйственным годам, начиная с многоводного сезона. Границы сезонов назначаются едиными для всех лет с округлением до месяца. Деление года на периоды и сезоны производится в зависимости от типа режима реки и преобладающего вида использования стока. Продолжительность многоводного периода включает половодье за все годы. Период года и сезон, в котором естественный сток может лимитировать водопотребление, принимаются за лимитирующий период и лимитирующий сезон. В лимитирующий период входят два смежных сезона, из которых один является наиболее неблагоприятным в отношении использования стока (лимитирующий сезон).

Для рек с весенним половодьем за лимитирующий период принимаются два маловодных сезона: лето-осень и зима. При преобладании водопотребления на сельскохозяйственные нужды за лимитирующий сезон принимается лето-осень, а для гидроэнергетики и в целях водоснабжения – зима. Для высокогорных рек с летним половодьем при преимущественно ирригационном использовании стока за лимитирующий период принимается осень-зима и весна, а за лимитирующий сезон – весна.

Расчет испарения с водной поверхности и суши – довольно точным методом определения суммарного испарения за многолетний период (год или гидрологический год) выступает метод водного баланса. Испарение Е рассчитывается как замыкающий член уравнения X = Z + E, где X – годовые атмосферные осадки, Z – годовой суммарный сток. К преимуществам данного способа относится наличие массового материала Гидрометеослужбы страны по осадкам и стоку для бассейнов средних и малых рек. Метод позволяет получить данные по испарению для физико-географических зон, подзон, провинций, реже ландшафтов. Точность измерений, после введения поправок на осадки, достаточно велика. Недостатки водобалансового метода – невозможность получения данных по испарению за короткие периоды (декады, месяцы, сезоны года) и данных для локальных физико-географических единиц (фаций, подурочищ, урочищ). В 60-е гг. ХХ в. были введены поправки к показаниям осадкомера на испарения из осадкомерного ведра, на смачивание стенок прибора и на выдувание зимних осадков.

Величину испарения можно рассчитывать, определяя затраты тепла на испарение теплобалансовым методом. Он разработан в Главной геофизической обсерватории имени А. И. Воейкова. В основу расчета затрат тепла на испарение положены данные срочных наблюдений за температурой и абсолютной влажностью воздуха на двух высотах, в частности, для лугов на высотах 50 см и 200 см от поверхности. Одновременно фиксируется значение радиационного баланса и определяется поток тепла в почву. Когда (R – А) ≥ 0,10 кал/см2•мин, Δе < 0,1 мб, Δt ≥ 0,1 °С, суммарное испарение LE рассчитывается по формуле:

,

где R – радиационный баланс, А – альбедо, Δе – разность абсолютной влажности воздуха на высотах 50 и 200 см от поверхности, Δt – разность температуры воздуха для тех же высот.

В том случае, когда (R – А) < 0,10 кал/см2•мин, Δе < 0,1 мб и Δt < 0,1°, или когда нет данных по радиационному балансу и потоку тепла в почву, используют другие формулы, в которых фигурирует ΔU – разность скоростей ветра на высотах 200 и 50 см, разность температур воздуха и абсолютной влажности воздуха на высотах 50 и 200 см.

Для специфических поверхностей (снега, воды) найдены формулы, позволяющие определить испарение за разные интервалы времени – часы, сутки, декады, месяцы и т. д. Так, А. Р. Константиновым получена формула расчета испарения с поверхности снега за сутки:

, мм/сут,

где tn – температура поверхности снега, t2 – температура воздуха на высоте 200 см, U10 – скорость ветра на высоте 10 м (по флюгеру), еп– упругость водяного пара (мб), определяемая по температуре поверхности снега, e2 – упругость водяного пара на высоте 200 см от поверхности земли (снежного покрова).

Для расчета испарения с поверхности водоемов используется формула А.П.Браславского и З.А.Викулиной (модифицированная формула Б.В. Полякова) с эмпирическими коэффициентами:

Е = 0,13 (е0 – е2)(1 + 0,72U2) τ, мм/период,

где е0– максимальная упругость водяного пара в миллибарах при температуре поверхности воды, е2 – абсолютная влажность воздуха на высоте 200 см, U2 – скорость ветра над водной поверхностью на высоте 200 см, τ – число суток в расчетном периоде.

Сток наносов – См. Наносы, сток.

Сток – перемещение воды, сформированной за счет атмосфер­ных осадков, по поверхности (поверхностный сток) или внутри почвы (подземный сток) в реки, моря и понижения рельефа. Сток может быть русловой и склоновый (вне русла). На практике различают до 20 различных видов стока, где учитываются природа стока, состав стекающих вод, их природа, приуроченность к определенным элементам рельефа и т. п. Сток, являясь прежде всего продуктом климата, влияет на формирование рельефа (эрозия, перенос и отложение продуктов денудации), естественный дренаж и орошение, геохимические процессы в земной коре, развитие почвенного покрова, распределение растительности и т.п. В свою очередь, величина и режим стока зависят от:

— количества и режима осадков, испарения, температурных условий;

— характера рельефа, который оказывает двоякое влияние на сток: изменяет абсолютную величину стока и перераспределяет его в пространстве. Выпуклые формы рельефа обычно способствуют увеличению стока, вогнутые – уменьшению его;

— геологического строения и почвенного покрова, что определяется мощностью влагоемкой толщи, механическим составом, стратификацией отложений различного механического состава, насыщенностью влагой и водными свойствами почв и грунтов;

— растительности территории. Растительный покров уменьшает сток.

Размер стока определяют по количеству воды, стекающей с условно выбранной единицы суши за какой-либо условно выбранный промежуток времени. Сток может быть выражен средним расходом воды. Сток – составное звено влагооборота на Земле.

Подземный сток – перемещение подземных вод в толще почв и горных пород под действием гидравлического напора и силы тяжести; составная часть круговорота воды на Земле. Подземный сток характеризует естественные ресурсы подземных вод, находящихся под дренирующим воздействием рек, озёр, морей или безводных отрицательных форм рельефа. Выражается в виде модуля (л/сек•км2) или слоя воды (мм/год), а также в м3/сутки и км3/год. В практике гидрогеологических исследований обычно определяются модули и коэффициенты поверхностного стока, показывающие (часто в %), какая часть атмосферных осадков идёт на питание подземных вод.

Сток поверхностный– процесс перемещения воды по земной поверхности под влиянием силы тяжести. Поверхностный сток делится на склоновый и русловой. Склоновый сток образуется за счёт дождевых и талых вод, происходит на поверхности склона вне фиксированных путей. Русловой сток проходит по определённым линейным направлениям – в руслах рек, днищах оврагов и балок. Поверхностный сток характеризуется объёмом воды, стекающей по поверхности (модуль стока), выраженным в л/сек×км2 или слоем мм в год или за какой-либо другой период.

Сток базовый –часть расхода речной воды, которая формируется в процессе медленного просачивания грунтовых вод в русло реки. Базовый сток является основным ресурсом речного стока в засушливые периоды. Он относительно постоянен по объему, хотя может несколько увеличиваться в дождливую погоду.

Сток подземный – см. Подземный сток.

Сток речной – см. Речной сток.

Сток твердый (сток наносов) – влекомые по дну, взвешенные и растворенные частицы. Определяется как суммарное количество наносов в тоннах, проно­симое рекой через живое сечение за длительный промежуток времени (сутки, месяц, год).

Сток твердый, модуль – величина годового твердого стока рек (Mт) в тоннах с 1 км2 площади водосбора.

Стока минимального расчет – см. Расчет минимального стока.

Стока норма – среднее значение водного стока за многолетний период.

Стока объем W (м3, км3) – количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.); определяется по формуле:

W = Q•T,

где Q – средний расход за расчетный период времени, м3/с,

Т – число секунд в том же периоде времени.

Воднобалансовая площадка – участок склона, ограниченный от окружающей территории водонепроницаемой стенкой, заглубленной до водоупора, и оборудованный устройствами и приборами для измерения поверхностного и подземного стока. В районе такой площадки организуются наблюдения за всеми остальными элементами водного баланса.

Расход водыобязательный попусковый – наименьший расход воды из водохранилища, необходимый для удовлетворения условий водопотребления и водопользования в нижнем бьефе с учетом санитарного состояния реки, рыбного хозяйства, судоходства и других нужд экономики.

Водное законодательство – комп­лекс правовых норм, регулирующих отноше­ния, связанные с использованием и охраной водных ресурсов.

Водное сечение – поперечное сечение водного потока. Различают живое сечение, где скорость можно измерить, и мёртвое про­странство (с застоем воды).

Водное хозяйство – отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учётом, плани­рованием комплексного использования, регу­лированием водных ресурсов, охраной вод от загрязнения и истощения, транспортировкой их к месту назначения (потребления).

Водность – 1. наличие воды, степень накопления воды в водоемах; 2. относительная характеристика стока за определенный интервал времени по сравнению с его средней многолетней величиной или величиной стока за другой период того же года. Различают малую, среднюю и большую водность.

Водомер – прибор для измерения уровня или расхода воды.

Водомерный пост – устройство для систематического измерения уровня воды на реках, морях, озёрах, каналах. Состоит из приспособления для отсчёта уровня воды и реперов – геодезических сооружений, закрепляющих положение точки, высота которой определена. Реечные водомерные постыоборудованы деревянной или металлической рейкой с делениями, прикреплённой вертикально (рис., б) к сооружению (мосту, плотине и т.п.), а свайные водомерные посты – сваями, забитыми в одном створе перпендикулярно к берегу (рис., а). Сначала одна свая устанавливается на уровне нуля графика (5-ая на рис., а). Затем выше нее, через определенную высоту (0,5 м; 1 м) с помощью нивелира устанавливаются другие сваи. Головку верхней сваи располагают на 0,25…0,50 м выше наивысшего уровня воды, а головку нижней – на такое же значение ниже самого низшего уровня. Сваи нумеруют по порядку, начиная с верхней, и для каждой отмечается ее высота относительно нуля графика. Уровни отсчитывают по переносной рейке (длиной около 1,5 м с делениями через 1 см), которую ставят вертикально на ближайшую к берегу сваю, находящуюся под водой. В этом случае отметка головки сваи будет нулем водомерных наблюдений. К относительной высоте сваи прибавляют измеренную высоту воды над сваей и получают отметку уровня воды. Например, свая № 4 находится на высоте 100 см над нулем графика и скрыта под водой на 12 см. Следовательно, уровень воды находится на отметке Н = 100 + 12 = 112 см.

Рис. Устройство водомерных постов: а – свайного, б – реечного

Если подход к рейке затруднён (например, крутой берег), устанавливают передаточные водомерные посты, которые позволяют производить отсчёт на расстоянии. Для непрерывной записи колебаний уровня служат самопишущие приборы – самописцы уровня воды. Дистанционные водомерные посты оборудованы механическими, электрическими, радио- или другими системами, передающими показания уровня к месту отсчёта. Наблюдения на водомерных постах производятся ежесуточно в определённые, строго установленные сроки.

Водонепроницаемый горизонт – см. Горизонт водонепроницаемый.

Водоносность реки –то же, что и средний многолетний расход воды или средний многолет­ний объём годового стока с её бассейна.

Самые полноводные реки мира

№ п/п Название реки Местонахождение Годовой сток (км3)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Амазонка Конго Янцзы Ориноко Парана Енисей Миссисипи Лена Меконг Иравади Южная Америка Африка Евразия Южная Америка Южная Америка Евразия Северная Америка Евразия Евразия Евразия 6 915 1 419

Водосбор (водосборная площадь, водосборный бассейн) – часть поверхности суши, с которой поверхностные воды стекают в какой-либо водоем, для которого определена данная водосборная площадь. Таким водоемом может быть озеро, ручей, река, море. Границами водосбора являются водораздельные линии, проходящие по наивысшим отметкам между соседними водными объектами, и ограничивающие территорию с которой вода поступает в водный объект.

Вода дренажная – вода, поступающая из почвенного слоя в дре­нажную сеть и транспортируемая ею за пределы осушаемого ландшафта.

Вода минерализованная – вода, содержащая в растворенном состо­янии более 1 г/л солей. Выделяют воды:

а) слабосоленые (солоноватые) с минерализацией до 3 г/л,

6) среднесоленые с минерализацией 3-10 г/л,

в) сильносоленые с минерализацией 10-35 г/л.

г) рассолы – при минерализации более 35 г/л.

Подземные воды, содержащие соли и газы, используемые для лечебных целей, называются минеральными.

Минеральные воды – (обычно подземные) воды с повышенным содержанием некоторых биологически активных компонентов (СО2, H2S, As и др.) и часто обладающие повышенными температурой и радиоактивностью. По составу выделяют углекислые, сероводородные, железистые и другие минеральные воды. Границей между пресными и минеральными водами обычно считают общую минерализацию 1г/л. В зависимости от химического состава и физических свойств минеральные воды используют в качестве наружного или внутреннего лечебного средства.

Морская вода – вода на земной поверхности, сосредоточенная в морях и океанах. Характеризуется постоянством солевого состава, в котором основную массу составляют ионы Cl -, Na+, SO42-, Mg2+, Ca2+, K+, растворенные газы и незначительное количество органических веществ. В открытых частях океана морская вода, в среднем, содержит солей 35 г/кг. Соленость морской воды обычно выражается в промилле (‰).

Среднее содержание химических элементов в морской воде

Состав солевой массы морской воды регулируется растворимостью, сносом осадков с материков, процессами обмена с атмосферой и осадками дна (в основном карбонатными и силикатными равновесиями), а также жизнедеятельностью морских организмов.

Элементы, содержание которых в морской воде не превышает 1 мг/л, называются микроэлементами. Вследствие отсутствия в океане условий, способствующих накоплению микроэлементов в воде, огромные их количества переходят из растворенного состояния в осадок, образуя крупные рудные месторождения на дне. Микроэлементы оказывают большое влияние на биологические процессы в океане – на фотосинтез и обмен веществ растений и животных. Некоторые микроэлементы служат индикаторами многих процессов в океане, в частности, используются для выяснения генезиса и структуры водных масс, их циркуляции. Данные о распределении микроэлементов в океане необходимы для решения ряда практических вопросов – поиска и использования минеральных ресурсов морского дна, контроля загрязнения морских вод тяжелыми металлами и т. д.

Морская вода, агрессивные свойства – свойства, вызывающие коррозию и разрушение погруженных в нее инженерных сооружений. Морская вода является природным раствором, занимающим одно из первых мест по агрессивности воздействия на металлы, железобетон и другие материалы. Агрессивные свойстваморской воды обусловливаются сравнительно высоким содержанием растворенных в ней солей и вследствие этого высокой ее электропроводностью, растворенным кислородом, концентрацией водородных ионов и щелочностью среды.

Морская вода, плотность – отношение массы единицы объема морской воды при температуре, которую она имела в море, к массе такого же объема дистиллированной воды при температуре 4°С. Это определение, принятое в океанологии, отличается от используемого в технике. Но поскольку плотность дистиллированной воды при 4°С равна 1 г/см3 (1000 кг/м3), то плотность морской воды численно равна плотности ее в общепринятом понимании и имеет ту же размерность. Для определения плотности морской воды обычно пользуются океанологическими таблицами.

С повышением солености, увеличением глубины и понижением температуры воды плотность морской воды увеличивается. Только в распресненных водах в диапазоне от температуры наибольшей плотности до температуры замерзания (например, от 4 до 0°С для пресной воды) с понижением температуры плотность морской воды уменьшается. Пределы изменения плотности морской воды в Мировом океане от 1,000 до 1,028 на поверхности и до 1,076 г/см3 на глубине 11 тыс. м. С увеличением глубины плотность морской воды растет не монотонно, а так, что на промежуточной глубине наблюдается слой скачка, с которым связаны такие явления, как внутренние волны, жидкий грунт, мертвая вода, звукорассеивающий слой. Плотность поверхностных вод убывает от 1,028 г/см3 в субполярных и полярных районах Мирового океана до 1,022-1,023 г/см3 на экваторе.

Плотность морской воды как функция температуры и солености

Морская вода, соленость – см.Соленость воды.

Морская вода, теплоемкость – см.Теплоемкость морской воды.

Морская вода, теплопроводность – см.Теплопроводность морской воды.

Морская вода, удельный объем – физическая величина, обратная плотности морской воды и равная отношению объема, занимаемого водой, к ее массе. Измеряется в куб. см/г. Почти всегда меньше единицы, причем 1-я цифра после запятой обычно равна девяти. Значения удельного объема в зависимости от температуры, солености и давления морской воды приводятся в океанологических таблицах.

Морская вода, цвет – см. Цвет морской воды.

Морская вода, щелочность –свойство морской воды, определяемое содержанием в ней анионов слабых кислот и катионов, эквивалентных этим кислотам. Щелочность морской воды зависит, главным образом, от ее солености и содержания в воде углекислого газа. Общая щелочность практически определяется двумя составляющими – карбонатной щелочностью, зависящей от суммарного содержания карбонатных и бикарбонатных ионов, и боратной щелочностью, зависящей от содержания ионов борной кислоты. Вклад ионов фосфорной, кремниевой, сероводородной и органической кислот в общую щелочность морской воды незначителен. Установление обшей щелочности морской воды и ее составляющих имеет большое значение для расчетов карбонатной системы океана.

Морские течения – поступательные движения масс воды в морях и океанах, обусловленные различными силами (действием силы трения между водой и воздухом, градиентами давления, возникающими в воде, приливообразующими силами Луны и Солнца). На направление морских течений большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, в Южном – влево.

Общая схема течений в океане

Основные течения на поверхности Мирового океана: 1 – Прибрежное антарктическое; 2 – Антарктическое циркулярное (2а – южная ветвь Антарктического циркулярного течения). Атлантический океан: 3 – Фолклендское; 4 – Южноат­лантическое; 5 – Игольное; 6 – Бразильское; 7 – Бенгельское; 8– Южное пассатное; 9 – Ангольское; 10 – Гвианское; 11 – Экваториальное противотечение; 12 – Гвинейское; 13 – Зелено­го Мыса; 14 – Антильское; 15 – Северное пассатное; 16 – Ка­нарское; 17 – Гольфстрим; 18 – Североатлантическое; 19 – Лаб­радорское; 20 – Ирмингера; 21 – Баффиново; 22 – Западно-гренландское. Индийский океан: 23 – Южноиндоокеанское; 24 – Мадагаскарское; 25 – Западноавстралийское; 26 – Южное пас­сатное; 27 – Сомалийское; 28 – Экваториальное противотече­ние; 29 – Западноаравийское; 30 – Восточноаравийское; 31 – Западнобенгальское; 32 – Восточнобенгальское. Тихий океан: 33 – Западноновозеландское; 34 – Восточноновозеландское; 35 – Восточноавстралийское; 36 – Южнотихоокеанское; 37 – Перуанс­кое; 38 – Южное пассатное; 39 – Перу-Чилийское; 40 – Эквато­риальное противотечение; 41 – Минданао; 42 – Северное пас­сатное; 43 – Мексиканское; 44 – Калифорнийское; 45 – Куросио; 46 – Северотихоокеанское; 47 – Ойяси; 48 – Алеутское; 49 – Аляскинское; 50 – Восточноберинговоморское. Северный Ледовитый океан: 51 – Норвежское; 52 – Нордкапское; 53 – Восточногренландское; 54 – Западное арктическое

Морские течения различаются:

1) по происхождению – вызываемые

— трением ветра о поверхность моря (ветровые, или дрейфовые, течения),

— неравномерным распределением температуры и солености воды (плотностные течения),

— наклоном уровня (стоковые течения),

— приливообразующими силами Луны и Солнца и т.д.;

2) по характеру изменчивости

— постоянные (устойчивые) – Северные и Южные Пассатные, Гольфстрим и др.,

— временные – муссонные течения северной части Индийского океана, которые меняют направление в зависимости от летнего и зимнего муссонов и др.,

— периодические (приливного происхождения);

3) по расположению

— поверхностные – перераспределяют верхний слой воды в Океане, во взаимодействии с атмосферой перемещают тепло и влагу, осуществляют кислородный обмен между Мировым океаном и атмосферой,

— подповерхностные,

— промежуточные,

— глубинные – мощные холодные глубинные потоки идут от полюсов к экватору, обуславливая перемещение воды в Океане,

— придонные – способствуют полному перемешиванию воды. Поднимаясь на поверхность, они выносят холодные придонные массы, богатые органическими веществами – пищей для рыб;

4) по физико-химическим свойствам

— теплые,

— холодные. Тёплым течение называют, если температура воды течения выше температуры окружающих вод, если ниже – холодным. Тёплые течения движутся из низких широт в высокие (Гольфстрим), а холодные – из высоких в низкие (Лабрадорское). Течения с температурой окружающих вод называются нейтральными,

— опресненные,

— соленые.

Вода поверхностная– воды, постоянно или временно находящиеся на поверхности Земли. К ним относятся воды рек, озер, болот, временных водотоков, ледников, снежного покрова и др.

Вода подземная – см. Подземные воды.

Вода почвенная – см. Влага почвенная.

Вода пресная – см. Пресные воды.

Водные объекты, ассимилирующая способность – см. Ассимилирующая способность водного объекта.

Водные пути – водные пространства, исполь­зуемые для судоходства и сплава леса; наиболее экономичный для перевозки грузов и пасса­жиров вид путей сообщения.

Водные ресурсы – пригодные для ис­пользования в народном хозяйстве воды рек, озёр, ка­налов, водохранилищ, морей и океанов, под­земные воды, почвенная влага, вода (льды) ледников, водяные пары атмосферы. Общий объём (единовременный запас) водных ресурсов приблизительно 1390 млн. км3, из них около 1340 млн. км3 – воды Мирового океана. Менее 2% относится к пресным водам (35,8 млн. км3), а доступны для использования всего 0,3%. Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновля­ются в процессе влагооборота. Однако потреб­ление воды растёт такими темпами, что во многих странах ощущается недостаток водных ресурсов, усили­вающийся с каждым годом. Большую опас­ность вызывает загрязнение природных вод, вызванное сбросом в них сточных вод.

Водный баланс – см. Баланс водный.

Водный баланс суши – характеризуется основной зависимостью: количество атмосферных осадков, выпадающих на данной территории, равно сумме испарения, стока и накопления (или расхода) воды в верхних слоях литосферы. Для всего земного шара за годичный период и для средних многолетних условий его отдельных территорий последний член водного баланса равен нулю.

Водный баланс России по бассейнам морей

Бассейны морей Площадь, тыс.км2 Элементы водного баланса Коэффициент водного стока
Объем, км3 Слой, мм
Осадки Сток Испарение Осадки Сток Испарение
Белого и Баренцева 0,48
Балтийского 0,34
Черного и Азовского 0,18
Каспийского 0,21
Карского 0,36
Лаптевых, Восточно-Си­бирского и Чукотского 0,49
Берингова, Охотского и Японского 0,42

Водный кадастр – систематизированный свод сведений о водных ресурсах стран. Включает гидрологическую изученность основных гидрологических характеристик и ресурсы поверхностных вод.

Водный периметр – полная протяженность речного ложа и речных берегов, находящихся в постоянном контакте с водой, если рассматривать их в поперечном разрезе.

Записи созданы 1930

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх