Уравнение водного баланса речного бассейна
Водные ресурсы и водный баланс земного шара и страны
В земном шаре непрерывно происходит обмен влагой между гидро-, атмо-, и литосферой, состоящий: из испарения, переноса, водяноого пара и его конденсации в атмосфере, выпадение осадков и образования стока. Всё это называется влагооборот земного шара.
Различают несколько видов влагооборота в природе:
1. Большой (или мировой) влагооборот водяного пара, испарившийся с поверхности океанов, переносится ветрами на метрики, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан со стоком.
2. Малый (или океанический) влагооборот- водяной пар, испарившиейся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков в океан.
3. Внутриконтинентальный влагооборот- вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.
Водный баланс- cоотношение прихода и расхода воды с учетом изменения её запасов за выбранное время для рассматриваемого объекта.
Для составления водного баланса земного шара принимаем следующие обозначения:
,
,
— соответственно испарение в среднем за год с поверхности Мирового океана, периферийных областей суши и бессточных областей суши,
– испарение с поверхности земного шара.
,
,
,
– соответственно средняя годовая сумма атмосферных осадков, выпадающих на поверхность океана, периферийных и бессточных областей и на континент,
–годовую сумму осадков для всего Земного шара,
–средний суммарный годовой сток с суши.
U, У, Е –соответственно суммарное испарение, речной сток и подземные воды континента.
При принятых обозначениях водный баланс Земного шара примет следующий вид:
· Для малого круговорота влаги в пределах океана:
=
+
· Для большого круговорота влаги:
+Ус=
· Для бессточных областей:
=
Следует отметить, что суммарные осадки на континент (Х) – включают в себя осадки, выпадающие за счёт влаги, принесенной с океана и сопредельных территорий, осадки, образующиеся за счёт местного испарения и конденсации влаги.
Очевидно, что для всего земного шара в целом справедливо равенство:
=
+
+
=
+
+
или
=
Таким образом, количество воды, испаряющейся с поверхности океанов, морей и суши, равно количеству осадков, выпадающих на эти поверхности.
Ресурсы речного стока Российской Федерации
Ресурсы речного стока РФ:
1. Формирующиеся в пределах РФ — 4021 / год
2. Поступающие из сопредельных районов — 220,8 / год
3. Суммарные — 4242 / год
Отметим, что большая часть речного стока (80%) формируется в малонаселенных северных и северо-восточных районах страны и поступает в основном в бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. Так, например, ресурсы речного стока Сибири и Дальнего Востока, с учётом поступающих из сопредельных районов, составляют 3443 / год.
Уравнение водного баланса речного бассейна
Аналитическим выражением закона сохранения и превращения материи применительно к процессу круговорота воды является уравнение водного баланса.
Уравнение водного баланса имеет следующую структуру:
Выпадающие на поверхность суши осадки распределяются на сток, испарение и инфильтрацию. Эти элементы изменяются во времени и в пространстве, но для какого-то отрезка времени и какого-то выделенного объема суши можно составить уравнение водного баланса, исходя из количества вод, поступающих и уходящих из этого объема. Пусть выделен объем, ограниченный вверху поверхностью суши с площадью, равной F, внизу –некоторой поверхностью, лежащей на определенной глубине и боковой цилиндрической поверхности (рис. 2.1)
Все приходные и расходные элементы баланса отнесем к единице площади за некоторый отрезок времени T .
Этими элементами будут: осадки – Х , конденсация – Z ,
испарение — ; приток и убыль воды из объёма русловыми потоками —
и
; поступление и уход воды через боковую поверхность —
.
Запасы подземных и поверхностных вод в начале и в конце отрезка времени T обозначим через .
Тогда уравнение водного баланса можно представить так:
или приняв обозначение разности без индекса, —
Это – общее уравнение водного баланса выделенного объема суши. Слагаемые X, Y, Z являются существенно положительными, остальные могут быть либо положительными, либо отрицательными.
Первый член правой части уравнения соответствует высоте стока, которая слагается из высот поверхностного и подземного стоков; второй – высоте суммарного испарения с данной поверхности, т.е. испарения с поверхности почвы, воды и путем транспирации; третий – боковому перемещению воды; четвертый – изменению запасов воды в данном объеме, которое может быть представлено тремя частями:
U=
– изменение запаса между верхней и нижней поверхностями выделенного объема, а
и
— на верхней поверхности объема.
Первая часть относится к изменению запаса подземных вод, вторая – к изменению запаса воды в снежном покрове и третья – к изменению запаса воды в естественных водоемах на поверхности.
Рис. 2.1 Графическое представление элементов водного баланса
Источник
Водный баланс речного бассейна
Водный баланс – соотношение за какой-либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т. д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменение запаса) воды для речного бассейна или участка территории, для озера, болота или другого исследуемого объекта. В общем случае учету подлежат атмосферные осадки, конденсация влаги, горизонтальный перенос и отложение снега, поверхностный и подземный приток, испарение, поверхностный и подземный сток, изменение запаса влаги в почво–грунтах и др.
Приходная часть баланса состоит из осадков, искусственного притока,
подземного притока извне, а расходная часть включает сток реки, искусствен- ный отток (каналы, оросительные системы), подземный сток, испарение и на- копление воды.
В упрощенном виде уравнение водного баланса для речного бассейна имеет следующий вид:
y – поверхностный сток;
Δu – подземный сток.
Если приходная часть превышает расходную (например, зимой при нако- плении снега, в период дождей), то запасы воды в бассейне увеличиваются: Δu > 0. Если расходная часть больше приходной (в период снеготаяния, в ме- жень), то запасы воды в бассейне истощаются: Δu
Наконец, метод водного баланса позволяет косвенным путем определить по разности между изученными величинами тот из компонентов баланса влаги
(сток, осадки, испарение, фильтрация и т. д.), который в данных условиях труд-
но измерить, но знание которого бывает необходимо или для решения чисто инженерных задач, или для выяснения общих закономерностей влагооборота к пределах рассматриваемого пространства.
2.4. строение реки Главная река со всеми ее притоками образует речную систему, которая характеризуется густотой речной сети, т. е. совокупностью рек, изливающих воды одним общим руслом или системой протоков в море, озеро или другой водоем. Поверхность суши, с которой речная система собирает свои воды, назы- вается водосбором, т. е. частью земной поверхности, с которой вода поступает в отдельный водоток или водосборной площадью. Водосборная площадь вместе с верхними слоями земной коры, включающая в себя данную речную систему и отделенная от других речных систем водоразделами, называется речным бас- сейном. Реки обычно текут в вытянутых пониженных формах рельефа – долинах (рис. 8), т. е. отрицательных, линейно вытянутых формах рельефа разнообраз- ного профиля с однообразным падением, наиболее пониженная часть которых называется руслом, а часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, – поймой. Кроме того долина имеет ряд надпойменных террас (обычно 2-3) (рис. 9).
|