Как отметить бассейны стока рек

Что такое бассейн реки? Виды речных бассейнов. Понятие водораздела

На нашей планете – десятки тысяч рек и речушек. И у каждой из них, даже у самой крохотной, есть территория, с которой она собирает свои воды. В этой статье мы разберемся, что такое бассейн реки, и что такое водораздел. Кроме того, вы узнаете о самых крупных речных бассейнах Земли.

Что такое бассейн реки?

Вода, как мы знаем, пребывает в постоянном движении. Выпадая на поверхность земли в виде атмосферных осадков, она стекает с более возвышенных участков рельефа в более низкие. Рано или поздно вся эта вода оказывается в каком-либо водотоке.

Маленькие ручейки, сливаясь, образуют небольшие речушки. Те, в свою очередь, впадают в более крупные русла. Если внимательно рассматривать физическую карту какой-нибудь территории, можно заметить, что все реки образуют на поверхности Земли своеобразный рисунок. По внешним очертаниям он напоминает сеть кровеносных сосудов человека или же череду разветвленных деревьев. Каждое из таких «деревьев» – это отдельная речная система. А теперь попробуем разобраться, что такое бассейн реки.

На рисунке ниже вы можете видеть изображение классической речной системы. Это схема бассейна реки. Здесь римской цифрой I показана главная река, а цифрами II – ее притоки. Территория, очерченная красной пунктирной линией, и будет речным бассейном для данной водной системы.

Таким образом, что такое бассейн реки? Это территория, с которой собирает свои воды та или иная система. Речной бассейн также может называться водосборным, или еще проще – водосбором. Все эти термины относятся к одному и тому же географическому понятию.

Какими бывают речные бассейны?

Все бассейны рек делятся на два типа:

• сточные (главные реки которых несут свои воды в океаны или моря);
• бессточные (главные реки которых впадают в водоемы, никак не связанные с Мировым океаном).

Речные бассейны также делятся на:

Поверхностные части бассейна реки собирают воду и влагу, которая скапливается на поверхности земли, а подземные, соответственно – с источников, расположенных под землей. Важно отметить, что размеры и границы подземных водосборов определить очень сложно. Именно поэтому гидрологи чаще всего учитывают лишь поверхностные водосборы при оценке и характеристике той или иной речной системы.

Форма, очертания и размеры конкретного речного бассейна зависят от многих факторов: географического положения речной системы, рельефа, растительного покрова, геологии местности и т.д.

Крупнейшие речные бассейны планеты

Самым большим по площади на Земле является бассейн реки Амазонки, который занимает почти треть южноамериканского континента. Он же является и самым большим по объемам водосбора. За ним следуют бассейны рек Конго (в Африке) и Миссисипи (в Северной Америке). Крупнейшим бессточным водосбором планеты является бассейн реки Волги.

Ниже в таблице перечислены десять самых больших речных бассейнов планеты с указанием их площади и географического расположения.

Название речной системы

Площадь водосбора (в тыс. кв. км.)

Что такое водораздел?

Если вернуться к схеме, представленной в начале нашей статьи, можно увидеть красную пунктирную линию. Это и есть водораздел – граница между бассейнами рек.

Чтобы более наглядно представить себе, что это такое, достаточно взять небольшой продолговатый камень (желательно с остроконечной вершиной) и полить на него тоненькой струйкой воду. Вы увидите, что одна часть выливаемой воды будет стекать на землю по одной стороне камня, а другая – по противоположной.

Если говорить научным языком, то водораздел – это условная линия на земной поверхности, которая разделяет два (или более) соседних водосбора и направляет сток атмосферных осадков в противоположные стороны. По аналогии с речными бассейнами водоразделы тоже делят на поверхностные и подземные.

Особенности и примеры водоразделов

Вполне очевидно, что водораздельные линии в любой местности должны проходить по самым возвышенным ее участкам. Так, в горных районах они, как правило, проходят по гребням хребтов и отдельным вершинам. На равнинах водоразделы в рельефе выражены слабо. Здесь они очень часто представляют собой довольно большие по площади плоские пространства, в пределах которых направление водного стока может периодически изменяться.

Еще одна важная природная закономерность: чем выше расположена водораздельная линия, тем выше и стремительнее будет скорость течения воды во всех реках и водотоках, которые с нее стекают.

Самый главный водораздел материка, разделяющий водосборные бассейны разных океанов, принято называть континентальным. В России крупнейшим водоразделом является Валдайская возвышенность. Именно здесь берут свое начало самые большие европейские реки: Волга, Днепр, Западная Двина. Еще один важный водораздел России – Уральская горная система. Реки, которые стекают с ее западных склонов, несут свои воды в Северный Ледовитый океан. Водотоки, стекающие с восточных склонов Урала, позднее превращаются в важнейшие притоки Оби – крупнейшей речной системы Сибири.

Источник

Как отметить бассейны стока рек

Для определения расхода воды в реке нужно еще определить среднюю скорость течения реки. Это можно сделать различными способами:

Для определения стока реки в зависимости от площади бассейна, высоты слоя осадков и т.д. в гидрологии применяются следующие величины:

• сток реки,
• модуль стока
• коэффициент стока.

Стоком реки называют расход воды за продолжительный период времени, например за сутки, декаду, месяц, год.

Модулем стока называют выраженное в литрах количество воды, стекающее в среднем в 1 секунду с площади бассейна реки в 1 км2:

Коэффициентом стока называют отношение стока воды в реке к количеству выпавших осадков (М) на площадь бассейна реки за одно и то же время, выраженное в процентах:

где а — коэффициент стока в процентах, Qr — величина годового стока в кубических метрах, М — годовое количество выпавших осадков в миллиметрах.

Для определения годового стока воды исследуемой реки нужно расход воды умножить на число секунд в году, т. е. на 31,5-106 сек.

Для определения модуля стока нужно знать расход воды и площадь бассейна выше створа, по которому определялся расход воды данной реки.

Площадь бассейна реки можно измерить по карте. Для этого применяют следующие способы:

1. планиметрирование,
2. разбивку на элементарные фигуры и вычисление их площадей;
3. измерение площади посредством палетки;
4. вычисление площадей по геодезическим таблицам.

Мы считаем, что учащимся легче всего будет использовать третий способ и производить измерение площади посредством палетки, т. е. прозрачной бумаги (кальки) с нанесенными на нее квадратиками (если нет кальки, то можно промаслить бумагу).

Имея карту исследуемого района в определенном масштабе, нужно изготовить палетку с квадратиками, соответствующими масштабу карты. Предварительно следует оконтурить бассейн данной реки выше определенного створа, а затем наложить на карту палетку, на которую перенести контур бассейна. Для определения площади требуется сосчитать сначала число полных квадратиков, расположенных внутри контура, а затем сложить данные квадратики, частично покрывающие бассейн данной реки. Сложив квадратики и умножив полученное число на площадь одного квадратика, узнаем площадь бассейна реки выше данного створа.

где Q — расход воды. Для перевода кубических метров в литры умножаем расход на 1000, S — площадь бассейна.

Для определения коэффициента стока реки нужно знать годовой сток реки и объем воды, выпавшей на площади данного бассейна реки. Объем воды, выпавшей на площади данного бассейна, легко определить. Для этого нужно площадь бассейна, выраженную в квадратных километрах, умножить на толщину слоя выпавших осадков (тоже в километрах).

Например, если осадков на данной площади выпало за год 600 мм, то толщина будет равна 0,0006 км и коэффициент стока будет равен

где Qp —годовой сток реки, а М — площадь бассейна; умножаем дробь на 100 для определения коэффициента стока в процентах.

Определение питания реки.

Нужно выяснить виды питания реки: грунтовое, дождевое, от таяния снега, озерное или болотное. Например, р. Клязьма имеет питание грунтовое, снеговое и дождевое, из них грунтовое питание составляет 19%, снеговое — 55% и дождевое — 26%.

Эти данные в процентах школьник сам вычислить не сможет, их придется взять из литературных источников.

Определение режима стока реки

Для характеристики режима стока реки нужно установить:

а) каким изменениям по сезонам подвергается уровень воды (река с постоянным уровнем, сильно мелеющая летом, пересыхающая, теряющая воду в понорах и исчезающая с поверхности);

б) время половодья, если оно бывает;

в) высоту воды во время половодья (если нет самостоятельных наблюдений, то по опросным сведениям);

г) продолжительность замерзания реки, если это бывает (по своим личным наблюдениям или же по сведениям, полученным путем опроса).

Определение качества воды.

Для определения качества воды нужно узнать, мутная она или прозрачная, годная для питья или нет. Прозрачность воды определяется белым диском (диск Секки) диаметром приблизительно 30 см, подведенным на размеченном лине или приделанным к размеченному шесту. Если диск опускается на лине, то внизу, под диском, прикрепляется груз, чтобы диск не сносило течением. Глубина, на которой этот диск становится невидимым, и является показателем прозрачности воды. Можно диск сделать из фанеры и окрасить его в белый цвет, но тогда груз нужно подвесить достаточно тяжелый, чтобы он вертикально опускался в воду, а сам диск сохранял горизон­тальное положение; или фанерный лист можно заменить тарелкой.

Определение температуры воды в реке

Температуру воды в реке определяют родниковым термометром, как на поверхности воды, так и на разных глубинах. Держать термометр в воде нужно в течение 5 минут. Родниковый термометр можно заменить обычным ванновым термометром в деревянной оправе, но, для того чтобы он опускался в воду на разные глубины, следует привязать к нему груз.

Можно определить температуру воды в реке при помощи батометров: батометра-тахиметра и бутылочного батометра. Батометр-тахиметр состоит из гибкого резинового баллона объемом около 900 см3; в него вставлена трубочка диаметром 6 мм. Батометр-тахиметр закрепляют на штанге и опускают на разные глубины для взятия воды. Полученную воду выливают в стакан и определяют ее температуру.

Батометр-тахиметр нетрудно сделать самому школьнику. Для этого нужно купить небольшую резиновую камеру, на нее надеть и привязать резиновую трубочку диаметром 6 мм. Штангу можно заменить деревянным шестом, разделив его на сантиметры. Штангу с батометром-тахиметром нужно опускать вертикально в воду до определенной глубины, так чтобы отверстие батометра-тахиметра было направлено по течению. Опустив на определенную глубину, штангу необходимо повернуть на 180° и держать примерно 100 секунд, для то­го чтобы набрать воды, после чего опять повернуть штангу на 180°. Вынимать ее следует так, чтобы из батометра вода не вылилась. Перелив воду в стакан, определяют термометром температуру воды на данной глубине.

В результате турбулентности движения воды в реке температура придонного и поверхностного слоя почти одна и та же. Например, придонная температура воды 20,5°, а на поверхности 21,5°.

Полезно одновременно измерить термометром-пращом температуру воздуха и сравнить ее с температурой речной воды, записав обязательно время наблюдения. Иногда разность температуры достигает нескольких градусов. Например, в 13 часов температура воздуха 20°, температура воды в реке 18°.

Исследование на определенных участках характера русла реки

При исследовании на определенных участках характера русла реки необходимо:

а) отметить главнейшие плесы и перекаты, определить их глубины;

б) при обнаруживании порогов и водопадов определить высоту падения;

в) зарисовать и по возможности измерить острова, отмели, осередки, побочные протоки;

г) собрать сведения, в каких местах река размывает берега, и на местах, особенно сильно размываемых, определить характер размываемых пород;

д) изучить характер дельты, если исследуется приустьевой участок реки, и нанести ее на глазомерный план; посмотреть, соответствуют ли отдельные рукава изображенным на карте.

Ознакомление с внешним видом русла реки

При изучении внешнего вида русла реки следует дать его описание и сделать зарисовки разных участков русла, лучше всего возвышенных мест.

Общая характеристика реки и ее и с пользование

При общей характеристике реки нужно выяснить:

а) в какой части река является главным образом эродирующей и в какой аккумулирующей;

б) степень меандрирования.

Для определения степени меандрирования нужно узнать коэффициент извилистости, т.е. отношение длины реки на изучаемом участке к кратчайшему расстоянию между определенными пунк­тами исследуемой части реки; например, река А имеет длину 502 км, а кратчайшее расстояние между истоком и устьем всего 233 км, следовательно, коэффициент извилистости

где К — коэффициент извилистости, L — длина реки, l — кратчайшее расстояние между истоком и устьем, а потому

в) не производят ли отжимания реки конусы выноса, образуемые в устьях притоков ре­ки или временных потоков.

Узнать, как используется река для судоходства и сплава леса; если река несудоходная, то выяснить почему, что служит препятствием (мелководная, порожистая, есть ли водопады); есть ли на реке плотины и другие искусственные сооружения; не используется ли река для полива; какие преобразования нужно сделать для лучшего использования реки в народном хозяйстве.

Если были сделаны фотографические снимки или рисунки разных участков русла реки, следует приложить их к описанию.

Источник

Речной сток

Основные характеристики стока

Для количественной оценки стока рек применяются следующие его характеристики.

Объем стока W м3 или км3 — количество воды, протекающее в русле реки через данный замыкающий створ за промежуток вре­мени Т суток,

где Q — средний расход в м3/с за время Т суток; 86400 — число се­кунд в сутках.

Модуль стока М л/(с*км2) — количество воды, стекающей с единицы площади в единицу времени,

где F — водосборная площадь в км2.

Слой стока Y — слой воды в миллиметрах, равномерно рас­пределенной по площади F и стекающей с водосбора за некоторый промежуток времени Т суток,

Слой стока за год в миллиметрах:

Коэффициент стока h — отношение величины слоя стока с данной площади за некоторый промежуток времени к величине слоя атмосферных осадков, выпадающих на эту площадь за тот же промежуток времени, т. е.

Коэффициент стока — величина безразмерная.

Формирование стока рек

Сток образуется в результате выпадения дождей или таяния снега и льда в горах. В обоих случаях часть воды, поступившей на поверхность земли, затрачивается прежде всего на заполнение отри­цательных форм микрорельефа (углублений) и на впитывание в почву. Только после заполнения отдельных углублений и притом после того момента, как интенсивность дождя или таяния снега и льда станет превосходить интенсивность инфильтрации, возникает сток.

Вода стекает по поверхности земли обычно не сплошным слоем, а в виде отдельных тонких струй или ручейков, которые сливаются вместе, доходят до русел сначала временных водотоков, а потом об­разуют постоянные потоки, несущие свои воды в сформировав­шемся русле. Сток, происходящий по поверхности земли, называется поверхностным или склоновым стоком. Сток, происхо­дящий по русловой сети водосбора, называется русловым или речным стоком. Поверхностный сток не отождествляется с по­нятием поверхностные воды. К поверхностным водам относятся воды рек, озер, водохранилищ.

Во многих местах, как, например, в лесной зоне, поверхностный сток, как правило, невелик, а иногда и отсутствует вовсе. Большая часть дождевых и снеговых вод стекает иными путями. Просачи­ваясь через почву, эти воды пополняют запасы почвенных и грун­товых вод и попадают в речную сеть подземными путями в виде почвенно-грунтового стока из зоны аэрации и собственно грунтового из более глубоких водоносных горизонтов. В связи с этим выде­ляется почвенный (подповерхностный) сток и подземный (грунто­вой) сток. Речной сток является суммарным поверхностным и под­земным стоком.

Суммарный речной сток путем расчленения гидрографа делят на две составляющие: на поверхностный (паводочный) и подземный сток. Последний является наиболее устойчивым.

В различных ландшафтных зонах и внутри зон соотношения ме­жду поверхностным и подземным стоком неодинаковы, что создает специфические особенности режима речного стока и его распреде­ления по территории.

Сток представляет собой сложный природный процесс, обуслов­ленный влиянием комплекса физико-географических факторов и хо­зяйственной деятельности.

Основными факторами стока, определяющими его развитие, яв­ляются климатические. На общем фоне воздействия климата на формирование стока и его величину проявляется влияние других, неклиматических факторов. Влияние их тем заметнее, чем меньше размеры бассейна и чем короче период, за который рассматрива­ется это влияние.

Климат воздействует на сток не только непосредственно, но и через другие природные факторы: почву, растительность, рельеф.

Рис. 90. Схема взаимосвязи речного стока с основными физико-географическими факторами (по ).

1 — важные воздействия, 2 — второстепенные воздействия.

Все эти факторы находятся в постоянном взаимодействии.

Действие различных при­родных факторов проявляется по-разному. Одни из них спо­собствуют стеканию атмосфер­ных осадков по земной поверх­ности, другие замедляют сток или вовсе исключают возмож­ность его образования. Одним факторам, а также их взаимо­действию между собой принад­лежит главная роль в процессе формирования речного стока, другим — второстепенная (рис. 90).

Влияние физико-географи­ческих факторов сказывается и на величине годового стока и на его режиме.

Взаимосвязь между стоком и физико-географическими факторами раскрывается при изучении стока как элемен­та водного баланса. Для любого речного бассейна можно составить уравнение водного баланса. Для отдельного конкретнего года это уравнение имеет вид

где X — сумма атмосферных осадков; Y = YП+YГ— полный речной сток (YП — поверхностный сток, YГ — грунтовой сток); Z — испаре­ние; U — накопление или расходование влаги в бассейне.

Если в данном году сумма атмосферных осадков больше суммы величин стока и испарения, то происходит накопление влаги в бас­сейне и величина U входит в уравнение (134) со знаком плюс ( + ), в противном случае — со знаком минус (—). Предполагая, что за длительный период времени накопление и расходование влаги взаимно компенсируется, нетрудно получить уравнение водного ба­ланса для среднего года за многолетний период

где X, Y, Z — средние многолетние величины осадков, стока и испа­рения. Это уравнение справедливо для случая, когда поверхностный и подземный водоразделы совпадают. При несовпадении водораз­делов происходит или постоянное поступление вод из соседнего бас­сейна, или отдача их W. В этом случае уравнение водного баланса будет иметь вид

Влияние климатических факторов на сток

Анализ уравнения водного баланса речных бассейнов за много­летний период Y = X — Z позволяет сделать вывод, что средний мно­голетний сток зависит прежде всего от климатических факторов, а затем уже от всех других природных факторов, оказывающих влияние главным образом на впитывание воды в почву и испарение. Расход воды на инфильтрацию зависит от свойств почвы, а испаре­ние почвенной влаги — от соотношения тепла и влаги в речном бас­сейне. При большом содержании воды в почве испарение ограничи­вается количеством поступающего тепла, при малом оно зависит от наличия влаги в почве. В последнем случае тепловые ресурсы позво­лили бы испариться большему количеству воды, но из-за относи­тельно малого ее содержания в почве испаряться нечему.

Испарение с поверхности речного бассейна слагается из испа­рения с почвы, включая транспирацию растений, с поверхности во­доемов, находящихся на его территории, и с поверхности снежного покрова. Если испарение с водной поверхности и с поверхности снега определяется метеорологическими факторами, то суммарное испа­рение с поверхности суши, помимо метеорологических факторов, за­висит от содержания воды в почве, их водно-физических свойств и характера растительного покрова.

Процесс транспирации растений зависит не только от соотноше­ния тепла и влаги, но и от физиологических особенностей растений. Все это явилось причиной, почему обычно величина испарения с по­верхности речных бассейнов определяется суммарно, хотя в послед­нее время стали появляться способы дифференцированной оценки испарения с различных угодий. Для этой цели служат результаты экспериментальных исследований на воднобалансовых станциях.

Впервые правильная и научно обоснованная оценка роли от­дельных факторов в испарении с поверхности речных бассейнов была сделана в его работе «Испарение с поверх­ности речных бассейнов» (1911 г.). Ольдекоп исходил при этом из следующих положений. При малых количествах осадков они пол­ностью испаряются. По мере увеличения количества осадков вели­чина испарения возрастает. Но это увеличение испарения продолжается до некоторого предела, соответствующего определенному количеству осадков. При дальнейшем увеличении их добавочные порции осадков уже не вызывают увеличения испарения, а затрачи­ваются на сток, и величина испарения становится почти постоянной. Эту предельную величину испарения Ольдекоп назвал максимально возможным испарением.

Для расчета средней годовой величины испарения применяются методы и . В основе метода Будыко лежит уравнение связи между тепловым и водным ба­лансом территории.

Рис. 91. Номограмма для вычисления средней многолетней величины испа­рения (по ).

В общем виде это уравнение показывает зависимость между коэффициентом испарения Z/X и отношением радиационного баланса R к теплу LX, затрачиваемому на испарение осадков:

где L — скрытая теплота испарения.

В аридных условиях при малых величинах осадков X все осадки

испаряются: Z/X → 1 и R/LX велико. В гумидной зоне по мере увеличения осадков величина испарения растет, но при ограниченных за­пасах тепла не может превзойти максимально возможную: Z0=R/L. Таким образом, Z/X и R/LX уменьшаются.

Для удобства расчетов зависимость (137) представлена в виде номограммы (рис. 91), позволяющей по средней годовой сумме осад­ков и годовой величине радиационного баланса определить годовую величину испарения.

Метод Константинова основан на анализе процессов турбулентного обмена водяного пара в атмосфере, обусловливаю­щих испарение. Для расчета испарения методом турбулентной диф­фузии необходимо иметь данные измерений градиентов темпера­туры, влажности воздуха и скорости ветра в приземном слое. Кон­стантинов показал, что эти градиенты меняются с изменением температуры и влажности воздуха, измеряемых на высоте 2 м. Ис­пользуя эту зависимость, Константинов составил номограмму, позволяющую определить норму годового испарения Z по средним годовым температуре Т и влажности воздуха е, полу­чаемым по наблюдениям на сети метеорологических станций.

Рис. 93. Кривые зависимости стока (Y) и испарения (Z) от осадков (X) при некотором зна­чении максимально возможного испарения (Z0)

Существуют и другие методы расчета испарения, излагаемые в специальных руководствах. До недавнего времени широко исполь­зовались методы и .

При наличии осадков и стока величина суммарного испарения за многолетний период может быть определена из уравнения вод­ного баланса Z = X — Y. Это наиболее простой и вместе с тем наи­более точный метод. Подобные расчеты суммарного испарения поз­волили построить карты испарения и дали обширный материал для разработки методов определения величины испарения с поверхно­сти суши по метеорологическим данным, упоминаемым выше. Зна­чение этих методов заключается в том, что они позволяют опреде­лить величину испарения с поверхности любого речного бассейна.

Особенности влияния осадков на величину среднего многолет­него стока нетрудно выяснить при помощи уравнения водного ба­ланса, если в нем заменить величину испарения его значением, опре­деляемым по формуле Будыко. В таком случае это уравнение при­нимает вид

где f(X, Z0) — функция, выражающая зависимость испарения от осадков и максимально возможного испарения.

На рис. 93 изображены зависимости испарения и стока от осад­ков в соответствии с этой формулой при некотором определенном значении Z0 . Для отдельных интервалов значений X на кривой, изо­бражающей зависимость стока от осадков, эта зависимость может быть выражена с известным приближением линейным уравнением вида у = ах+b. Для нижней части кривой, т. е. при малых количе­ствах осадков, когда большая часть их затрачивается на испарение, коэффициент а мал. По мере увеличения количества осадков все большая часть их идет на формирование стока, поэтому коэффи­циент а возрастает и постепенно приближается к единице. Эти тео­ретические кривые впервые были даны .

Различия в зависимости годового стока от осадков позволили Ольдекопу установить два крайних типа речных бассейнов. К од­ному типу относятся те из них, для которых указанная зависимость укладывается в нижней части кривой, изображенной на рис. 93. Эти бассейны располагаются в зоне недостаточного увлажнения. Для рек этой категории зависимость стока от осадков выражена менее отчетливо, чем зависимость испарения от осадков. К рекам второй категории, по Ольдекопу, относятся реки, бассейны которых распо­ложены в зоне устойчивого избыточного увлажнения. Для этих рек зависимость стока от осадков выражена более отчетливо, чем зави­симость испарения от осадков; величина испарения определяется здесь преимущественно тепловым режимом. Очевидно, бассейны рек, расположенные в зоне неустойчивого увлажнения, занимают промежуточное положение. Данные фактических наблюдений хо­рошо подтверждают справедливость сказанного.

До тех пор, пока было очень мало данных о речном стоке, для его определения производились расчеты испарения по различным эмпирическим формулам или номограммам. На основании формулы (135), располагая данными об осадках, оценивался речной сток. В настоящее время в СССР и во многих других странах появилось достаточно данных непосредственных измерений стока, поэтому от­пала необходимость его определения по испарению и осадкам. Сле­дует еще учитывать, что даже наиболее надежные расчетные методы испарения не исключают существенных погрешностей при расчете стока по разности X — Z.

Влияние климатических факторов прослеживается и на измене­нии относительной величины стока, выраженной в виде коэффициента стока η = Y/X, где Y — средний многолетний сток в миллиметpax, X — средняя многолетняя сумма осадков за год, выпадающих в пределах данного бассейна. Заменяя в этой формуле величину Y равной ей величиной X — Z, получим

Из этой формулы следует, что коэффициент стока зависит от го­довой суммы осадков и тех факторов, которые определяют величину испарения Z. Выше уже отмечалось, что величина Z растет медлен­нее, чем годовая сумма осадков, и что начиная с некоторой вели­чины X величина Z становится почти постоянной. Отсюда следует, что с увеличением X дробь Z/X уменьшается, а следовательно, коэффициент стока растет. Справедливость этого положения хорошо под­тверждается фактическими данными. В зоне избыточного увлаж­нения, в северных районах, коэффициент стока достигает 0,80, в то время как в степных и полупустынных районах он падает ниже 0,1. Зависимость стока и его коэффициента от климатических факторов была положена в основу разработки расчетных формул коэффици­ента стока, широко применявшихся ранее для определения стока при отсутствии гидрометрических наблюдений на реках.

Влияние почвы на сток

Влияние почвенного покрова на сток и его подземную и поверхностную составляющие осуществляется через процессы инфильтра­ции и испарения. В зависимости от сочетания тех или иных водно-физических свойств почв при данных особенностях климата увели­чивается или уменьшается то количество влаги, которое задерживается в верхнем слое почв и почво-грунтов зоны аэрации и, следовательно, может быть израсходовано в дальнейшем на ис­парение и транспирацию растениями. С другой стороны, этими же условиями определяется и то количество влаги, которое выходит за пределы активного слоя почв и расходуется на пополнение запасов грунтовых вод, участвуя в дальнейшем в питании рек этими во­дами.

Воздействие почвенного покрова на сток и другие элементы вод­ного баланса раскрыто в предложенных теорети­ческих схемах. Представленные на рис. 94 теоретические кривые характеризуют изменчивость элементов водного баланса в зависи­мости от инфильтрационной и водоудерживающей способности почв. Рассматриваются два случая совокупного воздействия этих свойств.

В первом случае инфильтрационная и водоудерживающая спо­собности усиливаются параллельно. По мере усиления этих свойств непрерывно увеличивается расход на испарение и транспирацию. Поверхностный сток уменьшается, а расход на пополнение запасов грунтовых вод увеличивается, хотя и незначительно. Это происходит до некоторых оптимальных величин впитывания влаги в почву и удержания ею воды. При этих сочетаниях поверхностный сток до­стигает минимума, а подземный — максимума. По мере дальней­шего усиления инфильтрационной и водоудерживающей способно­сти создаются условия, при которых атмосферная влага, интенсивно впитываясь в почву, удерживается в ней и в основном расходуется на испарение. Полный речной сток уменьшается (рис. 94 а).

Во втором случае при слабой инфильтрационной и относительно высокой водоудерживающей способности вся атмосферная вода стекает по поверхности почвы. При малом содержании воды в по­чве испарение мало (нечему испаряться) и нет пополнения запасов подземных вод. При относительно высокой инфильтрационной и слабой водоудерживающей способности в пределе вся вода, поступающая на поверхность, просачивается вглубь и расходуется на питание подземных вод. В этих условиях отсутствует поверх­ностный сток и испарение мало. При некоторых средних значениях рассматриваемых свойств почв и удержания воды в почве в преде­лах распространения корневой системы растений суммарное испа­рение велико. Изменения полного речного стока обратны изменению испарения (рис. 946). При слабом впитывании воды в почву реч­ной сток формируется за счет поверхностного стока, при малой аккумуляции воды в почве и высокой инфильтрации — за счет пи­тания подземными водами.

Рис.94. Принципиальные схемы зависимости поверхностного стока (1), испарения (2), питания рек подземными водами (3) и полного реч­ного стока (4) от инфильтрационной и водоудерживающей способности почвенного покрова при совместном их действии и осадков (5) (по ).

а — прямое соотношение инфильтрационной и водоудерживающей способности, б — обратное соотношение.

Рассмотренные схемы характеризуют влияние почвенного по­крова на сток и другие элементы водного баланса в чистом виде, вне воздействия других факторов, при постоянстве атмосферных осадков.

Как известно, водно-физические свойства почвы меняются с из­менением ее влажности, а так как влажность почвы испытывает се­зонные колебания, то и соотношения элементов водного баланса не остаются постоянными, меняется и структура речного стока. Изло­женные общие закономерности имеют принципиальное значение и характеризуют тенденцию изменения речного стока под влиянием основных свойств почвенного покрова. Примеры количествен­ного воздействия почвенного покрова на режим речного стока не единичны.

Влияние геологического строения речного бассейна на сток

Геологическое строение речного бассейна определяет условия на­копления и расходования подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров являются существенными факторами форми­рования стока, влияющими на его величину и распределение во времени. Наиболее отчетливо это влияние проявляется при наличии мощных горизонтов хорошо водопроницаемых рыхлых или трещино­ватых пород, воды которых дренируются речными долинами. Влия­ние это усиливается при хорошей инфильтрационной способности почв и грунтов зоны аэрации. В этих условиях горные породы яв­ляются аккумуляторами влаги, обусловливающими равномерное питание рек. Речной сток оказывается зарегулированным, и его ве­личина может быть больше по сравнению с величиной стока бас­сейна реки, сложенного слабо водопроницаемыми породами.

Велико влияние на сток закарстованных горных пород, слагаю­щих речные бассейны. Интенсивность этого влияния зависит также от типа и возраста карста. В карстовых районах, особенно там, где закарстованные породы не покрыты четвертичными отложениями, поверхностный сток обычно отсутствует, атмосферные осадки по­глощаются воронками, польями, просачиваются по трещинам и по­полняют запасы подземных вод. Пути подземного стока весьма разнообразны, и не всегда область питания и распространения под­земных вод совпадает с областью дренирования их реками. Это ха­рактерно для областей распространения карста.

Так, в центральной части Силурийского закарстованного плато реки отсутствуют, так же как и в области Крымской Яйлы, весьма обильно орошаемой осадками. Реки, берущие начало в периферий­ной части Силурийского плато, отличаются повышенным стоком. Область максимального стока Яйлы располагается в зоне обильных выходов грунтовых вод на высоте расположения глинистых слан­цев, подстилающих карстующиеся известняки. При несовпадении поверхностного и подземного водоразделов под влиянием различ­ного характера водообмена влияние карста на речной сток может быть положительным (сток увеличивается) и отрицательным (сток уменьшается) по сравнению с зональным стоком (табл. 23).

Отчетливое влияние карста проявляется на величине стока и ре­жиме рек с малыми площадями водосборов. Примеры влияния кар­ста на речной сток многочисленны. Они приводятся как в советской (, , и др.), так и в зарубежной литературе.

Отклонение речного стока от его зональной величины возможно также в случаях, когда речной бассейн занимает то или иное поло­жение по отношению к области питания или разгрузки подземных вод артезианских бассейнов.

В области питания артезианских вод характерны безвозвратные потери речного стока на просачивание в глубокие артезианские во­доносные горизонты. В области разгрузки артезианских вод реки получают дополнительное питание. На это явление обращает вни­мание . Так, согласно его исследованию, потери реч­ного стока на водосборах рек Днестровско-Донецкой впадины (бас­сейн верхней части Сейма и его притоков), расположенных в обла­сти питания артезианского бассейна, достигают в среднем за год от 1 до 2 л/(с*км2).

Таблица 23

Влияние карста на сток рек

Площадь бассейна F км2

Закарсто-ванная часть в % от F

Средние годовые величины, мм

Разность между фактическим и зональным стоком, мм

Реки бассейна Сосьвы (Урал) (по )

Кедровый руч. Студеный руч.

Аналогичное явление прослеживается в обла­сти питания Азово-Кубанского артезианского бассейна.

С геологическими факторами стока тесно связано воздействие на величину стока глубины эрозионного вреза. По мере углубления эрозионного вреза увеличивается вероятность прорезания руслом водоносных горизонтов и увеличения питания рек подземными во­дами.

Глубина эрозионного вреза обычно возрастает с увеличением площади водосбора. В связи с этим при одинаковых климатических условиях величина годового стока за счет слабого питания подзем­ными водами оказывается меньше на малых и временных реках, чем на средних реках, полностью для данных условий эрозионного вреза дренирующих подземные воды. Различия стока малых и средних рек в соответствии с зональным распределением глубин залегания грунтовых вод уменьшаются в районах с влажным климатом и уве­личиваются в засушливых районах. При сравнении средних вели­чин годового стока с размерами площади речного бассейна подра­зумевается именно эта закономерность: площадь в данном случае является показателем глубины эрозионного вреза, полноты дренажа подземных вод реками, а не генетическим фактором.

Влияние растительности на речной сток

Непосредственное влияние растительности на сток сравнительно невелико. Оно заключается в увеличении шероховатости земной по­верхности, вследствие чего замедляется стекание воды по поверх­ности земли и увеличивается возможность инфильтрации влаги в почву. В значительно большей мере проявляется влияние расти­тельности, в особенности леса, на отдельные элементы водного ба­ланса бассейнов: просачивание, испарение, отчасти осадки.

Теоретические исследования и экспериментальные наблюдения за элементами водного баланса на опытных водосборах, логах, об­лесенных и открытых, как в нашей стране, так и за рубежом позво­лили ученым сделать следующие выводы относительно различия в структуре водного баланса поля и леса.

1. Осадков в лесу может выпадать больше, чем на открытой тер­ритории. Это различие связано с изменением циркуляции воздуха над лесом и улучшением благодаря этому условий конденсации ат­мосферной влаги. Высота снега в лесу увеличивается за счет пере­носа его с полей на опушки леса, особенно заметного в лесостепной и степной зонах.

2. Не все осадки достигают поверхности почвы. Часть их задерживается кроной деревьев (в хвойном лесу больше, в лиственном меньше) и испаряется.

3. Суммарное испарение в лесу может быть и больше и меньше, чем в поле. Это зависит от хозяйственного освоения территории, типа леса, продуктивности лесных и полевых угодий. Так, в сосно­вых лесах расход влаги на испарение меньше, чем в еловых и бере­зовых, а на высокопродуктивной пашне больше, чем в малопродук­тивном лесу.

При оценке расхода воды лесом и полем нужно иметь в виду за­висимость расходной части водного баланса от приходной. Эта за­висимость хорошо выражена в районах недостаточного увлажне­ния, где максимально возможное испарение превосходит осадки В таких условиях расход воды лесом или полем зависит не столько от потребностей их в воде, сколько от наличия воды, а в лесу ее обычно больше, чем в поле.

4. В лесу, как правило, водопроницаемость почвы выше, чем в поле. Этому способствует не только мощная корневая система де­ревьев и подлеска, но и лесная подстилка. Значительная роль при­надлежит также рыхлым, частью оструктуренным, богатым гуму­сом верхним слоям почвы в лесах. Лесная подстилка обладает большой влагоемкостью и предохраняет почвенные поры от заили­вания. Водопроницаемость лесных почв велика, но неодинакова. В естественных условиях просачивание воды в почву зависит от типа леса, возраста древостоя и степени изреживания. Дубовые, сосновые, ясеневые насаждения, обладая глубокой и разветвленной корневой системой, повышают водопроницаемость почвы по сравне­нию с почвой в еловых насаждениях.

5. Поверхностный сток как снеговых, так и дождевых вод в лесу крайне мал. Это является следствием хорошей инфильтрационной способности лесных почв. Просачиванию воды в почву весной спо­собствуют к тому же относительно меньшие интенсивность снего­таяния весной и глубина промерзания почвы зимой по сравнению с полем. Нередко дожди, вызывающие хорошо выраженные паводки в речных бассейнах, лишенных леса, в лесу не образуют паводочного стока. Практически отсутствует весенний поверхностный сток в сосновых лесах, произрастающих на песчаных почвах. Он наблюдается в хвойных на супесчаных почвах и несколько возрастает в смешанных и лиственных насаждениях на суглинистых подзоли­стых почвах. Примером влияния облесенности водосборов на сни­жение поверхностного стока могут служить наблюдения гидроме­теорологической обсерватории в Каменной степи (табл. 24).

Таблица 24

Основные элементы водного баланса различно облесенных балок

в период весеннего половодья Каменная Степь, средние за гг.

Водосбор

Снегозапасы и осадки, мм

Поверхност­ный сток, мм

Балка Малые Озерки

6. В лесу питание грунтовых вод более обильное, чем в поле. При дренировании подземных вод речной сетью это приводит к увели­чению грунтового стока в реки и формированию устойчивой межени. В этом большое водоохранное и регулирующее значение леса.

7. Рубки леса, выпас скота нарушают лесную подстилку, ухуд­шают инфильтрационную способность почв и видоизменяют водный баланс. Степень этого влияния разная. После механизированных ру­бок с применением трелевочных тракторов водоохранное значение лесов даже после возобновления древостоев надолго ослабляется вследствие ухудшения водорегулирующей способности лесных почв.

Вопрос о влиянии леса на сток оставался в течение долгого вре­мени дискуссионным. В настоящее время можно считать установ­ленным, что влияние лесов на водность (модули стока) зависит от ряда причин и не может решаться одинаково при различных при­родных условиях и хозяйственной деятельности человека. Прежде всего следует иметь в виду, что распространение лесов и сток в есте­ственных условиях находятся в тесной зависимости от климата. При одинаковых климатических условиях и одинаковой лесистости это влияние зависит от геоморфологических условий, с которыми тесно связаны процессы стекания воды по поверхности земли, положения зеркала грунтовых вод, физических и водных свойств почвы, состава и полноты насаждений, способов рубки лесов и характера и продук­тивности поля, с которым сравнивается сток облесенных территорий.

Влага, просачивающаяся в почву в лесных бассейнах, попадает в речную сеть почти исключительно подземным путем. На малых ре­ках обычно вследствие незначительной глубины эрозионного вреза русел значительная часть воды уходит за пределы бассейнов и тем самым переходит в категорию безвозвратных для этих бассейнов потерь. При одинаковых размерах водосборов малых речных бас­сейнов, одинаковых климатических и гидрогеологических условиях величина безвозвратных потерь на инфильтрацию возрастает с уве­личением лесистости, а следовательно, происходит и уменьшение

стока. Так, например, по данным Валдайской гидрологической ла­боратории (лесная зона), сток в безлесном бассейне Приусадебного лога (площадь водосбора 0,36 км2) в среднем годовом равен 255 мм, в бассейне же лога Таежного (0,45 км2) при лесистости 98% сток снижается до 192 мм. На Придеснянской станции при лесистости 90% сток составляет 50 мм, при лесистости 33% — 92 мм. По мере увеличения площадей водосборов вследствие увеличения глубины эрозионного вреза речных русел все большая часть просачиваю­щихся вод возвращается в речную сеть данного бассейна в связи с усилением ее дренирующей роли. В соответствии с этим различия в стоке безлесных и лесистых бассейнов постепенно сглаживаются.

Как уже отмечалось выше, в крупных речных бассейнах влияние неклиматических факторов, в том числе и леса, становится менее явным и выявить это влияние в «чистом» виде труднее вследствие совместного компенсирующего действия других факторов. Следует, кроме того, отметить, что по мере увеличения речных бассейнов раз­личия в лесистости крупных речных бассейнов обусловливаются и климатическими причинами, т. е. теми же, что и различия в стоке.

Влияние рельефа на речной сток

Непосредственное влияние уклонов местности на речной сток сравнительно невелико, вследствие того что роль инфильтрационной способности почв перекрывает зависящее от этого фактора увеличе­ние или уменьшение скорости стекания вод по земной поверхности. Большое влияние рельеф оказывает на отдельные элементы водного баланса речных бассейнов: осадки, инфильтрацию влаги в почво-грунты и испарение. Это влияние рельефа проявляется различно в зависимости от крупности его форм. Особенно значительно оно в горах, где с высотой местности увеличивается годовая сумма осад­ков, снижается температура воздуха, следствием чего является уменьшение испарения и соответственно увеличение стока. С высо­той, как правило, увеличивается доля твердых осадков, что приво­дит к увеличению коэффициента стока, а следовательно, и величины стока, а также к существенному изменению водного режима, наиболее выраженному на высокогорных реках с ледниковым пи­танием.

Таким образом, вертикальная поясность климатических факто­ров стока вызывает вертикальную поясность величин стока. Это об­стоятельство позволило ряду гидрологов в Советском Союзе и за рубежом установить эмпирические зависимости величин годового стока от средней высоты водосборов. Так как изменение количе­ства осадков с высотой носит локальный характер (влияет ориенти­ровка горных склонов, степень защищенности, экранизации района от влагоносных масс воздуха), а изменение стока обусловливается геологическими и почвенными условиями, резко меняющимися в горах, то и зависимости стока от высоты водосборов являются по­районными. Такие зависимости используются для пространственной интерполяции величин речного стока, что позволяет составлять карты стока и для сложных горных условий при ограниченности исходных данных.

В горах происходит перераспределение твердых осадков в реч­ном бассейне. В горных котловинах, глубоких ущельях, у подножия горных склонов в результате схода снежных лавин и ветровой ми­грации скапливаются большие массы снега, талые воды которых служат источником питания горных рек в летний период.

В равнинных, особенно степных, районах ветер сносит снег с от­крытых склонов в балки, овраги, речные долины. Подобная акку­муляция снега в гидрографической сети приводит к увеличению по­верхностного стока снеговых вод. При наличии бессточных пониже­ний на водосборах снеговые и дождевые воды аккумулируются в них и расходуются в дальнейшем на инфильтрацию и испарение, оказывая таким образом косвенное влияние на сток и его распре­деление в году.

Влияние озерности на годовой сток рек

С изменением озерности изменяются соотношения между площа­дями, покрытыми водой и занятыми сушей. Испарение же с водной поверхности и с поверхности суши неодинаково, что влечет за собой различия в величине испарения с поверхности речных бассейнов с различной озерностью. Если площадь водосбора какой-либо реки равна F км2, а озерность Коз, то площадь, занятая водой, составляет Коз*F км2, а площадь суши (1 — Коз)* F км2. При испарении слоя воды за год с водной поверхности ZB, с поверхности суши Zc объем испа­рившейся воды составит:

с водной поверхности

Суммарный объем испарения

т. е. испарение с бассейна с озерностью Коз больше испарения с безозерного бассейна на величину Kоз*(Zв — Zc), а следовательно, сток с бассейна с озерностью Коз на эту же величину меньше, чем с безозерного бассейна, так как увеличение испарения при постоян­стве осадков вызывает уменьшение стока.

Испарение с водной поверхности и с поверхности суши изме­няется неодинаково в различных физико-географических условиях, а следовательно, и влияние озерности на величину годового стока неодинаково в различных районах. По данным , в лесной зоне при озерности, меньшей 10%, уменьшение годового стока относительно невелико (менее 10%). При озерности 30—50% и более уменьшение стока в лесной зоне становится довольно значи­тельным и может достигать 50% и более. К югу влияние озерности на уменьшение годового стока быстро увеличивается.

Влияние хозяйственной деятельности на сток

Хотя эта тема заслуживает специального изложения, ограни­чимся здесь лишь общими замечаниями. В современных условиях широкого использования водных ресурсов и проведения агрономи­ческих, агролесомелиоративных и гидромелиоративных мероприя­тий на обширных территориях страны хозяйственная деятельность человека воздействует как непосредственно на сток, так и на усло­вия его формирования. Создание водохранилищ (иначе говоря, уве­личение озерности) вызывает увеличение потерь воды на испарение, а следовательно, и некоторое уменьшение стока, в особенности в засушливых районах. Но эта неизбежная издержка с избытком пере­крывается пользой от водохранилищ, позволяющих уменьшать сток в периоды паводков и увеличивать в периоды межени. Огромный размах строительства водохранилищ в Советском Союзе позволил увеличить ресурсы устойчивого речного стока страны почти на 25%. Это большое достижение народного хозяйства.

Искусственное орошение в зоне недостаточного увлажнения тре­бует водозабора из рек, создает совершенно новые условия водного режима почв, вызывает увеличение расхода воды на испарение и транспирацию и тем самым уменьшает величину стока рек. В ряде районов Средней Азии и Кавказа воды некоторых рек целиком раз­бираются на орошение и в настоящее время не достигают рек, в ко­торые они некогда впадали. Таковы, например, Зеравшан, прежде впадавший в Амударью, Сох, Исфайрамсай — притоки Сырдарьи и др. Водозабор на орошение из такой большой реки, как Сыр-дарья, достигает 40%.

Распашка территории, полевые лесонасаждения, мероприятия, проводимые по повышению плодородия почв, вносят изменения в структуру водного баланса и тем самым влияют на сток, главным образом в результате изменений водно-физических свойств почв. При социалистическом ведении сельского и лесного хозяйства эти изменения в нашей стране носят направленный характер. Многие мероприятия, преследующие цель повышения биологической про­дуктивности полей, состоят в регулировании почвенной влаги: уве­личении влаги в почве путем задержания поверхностного стока или орошении в засушливых районах и ослаблении переувлажнения в районах избыточного увлажнения путем осушения.

Влияние земледелия на местный водный баланс территории и сток лучше изучено в зонах недостаточного и неустойчивого увлаж­нения.

Широко применяемые в сельском хозяйстве осенняя пахота, глу­бокая тракторная вспашка, безотвальная пахота, снегозадержа­ние, создание полезащитных лесных полос и т. д. направлены наповышение влажности почв на пашне и в конечном итоге на повы­шение урожайности.

Наиболее существенное влияние на преобразование водного ба­ланса пахотных угодий в зоне недостаточного и неустойчивого ув­лажнения оказывает зяблевая вспашка. Почва, вспаханная осенью, остается разрыхленной до весеннего снеготаяния и обла­дает способностью задерживать значительно большее количество талой воды за счет снижения поверхностного склонового стока по сравнению с почвой, вспаханной весной. Обобщенные Львовичем результаты экспериментальных исследований в разных природных зонах показывают, что под влиянием зяблевой пахоты поверхност­ный склоновый сток уменьшается: на юге лесной зоны СССР в 1,3— 1,5 раза, в лесостепной в 1,5—2,5 раза, в степной зоне в 2,5—5 раз.

Лесные полосы предохраняют поля от сдувания с них снега, ак­кумулируют влагу, перехватывая склоновый паводочный сток. Этот гидрологический эффект может быть различным в зависимости от расположения лесных полос на склоне (поперек или вдоль него) и в зависимости от структуры и типа почв. При легких почвах лесные полосы аккумулируют больше воды по сравнению с тяжелыми.

До организации колхозного механизированного земледелия зяб­левая пахота почти не применялась, поэтому во время весеннего снеготаяния почва была уплотненной, а ее инфильтрационная спо­собность была более слабой. В этих условиях потери воды на сток с пашни были значительными, что способствовало увеличению по­верхностного склонового стока и усилению эрозионных процессов.

Отрицательное действие на водный режим почв оказывает, на­пример, нерегулируемый выпас скота. При длительном использова­нии земель под выпас скота происходит смена видового состава лу­говой растительности, снижается ее продуктивность, разрежается дернина, почвенный покров уплотняется. В результате, так же как при отсутствии зяблевой пахоты, инфильтрация в почву ухудшается и создаются условия для увеличения поверхностного стока. По срав­нению с целиной валовое увлажнение степных участков, используе­мых под выпас скота, меньше, а поверхностный сток с них больше.

В зоне избыточного увлажнения земледелие, очевидно, является менее действующим фактором формирования водного баланса тер­ритории по сравнению с мелиоративными мероприятиями: лесоме­лиорацией и эксплуатацией леса, использованием болотных масси­вов и заболоченных земель и их осушением. Гидрологическая роль всех этих мер усиливается при повышении урожаев и продуктивно­сти лесов на осушенных землях. Изучение влияния этих мероприя­тий на водный режим территорий и рек является одной из совре­менных проблем гидрологии.

Понятие о норме стока

Сток рек меняется из года в год. В этих колебаниях нет строгой закономерности. Вместе с тем величина годового стока колеблется около некоторой средней величины, причем амплитуда таких колебаний неодинакова в различных физико-географических районах. Ряд величин годового стока можно рассматривать как ряд «слу­чайных» величин. В математической статистике ряд, образованный случайными величинами, называется вариационным рядом. Одной из основных характеристик вариационного ряда является

норма — средняя арифметическая величина (F), вычисляемая по формуле

где ΣYi — сумма членов вариационного ряда; п — число его членов.

Предполагается, что норма стока представляет собой устойчи­вую величину, т. е. средняя арифметическая величина, вычисленная

Рис. 95. Колебания увлажненности Евразии и Северной Аме­рики (по ).

за достаточно длительный период, остается постоянной независимо от прибавления новых членов к вариационному ряду. Понятие об устойчивости нормы стока является не совсем верным. Климатиче­ские факторы на больших пространствах не остаются неизменными в течение длительных периодов, не только доисторических, но и ис­торических. Имеется ряд свидетельств изменений климата, которые, естественно, вызывают изменения величин стока. На рис. 95 пока­заны колебания увлажненности Евразии и Северной Америки, полу­ченные по геологическим и историческим дан­ным за длительный период времени. Эти колебания носят цикличе­ский характер с длительностью циклов около 1800 лет; влажные циклы сменяются засушливыми и на смену последним вновь при­ходят влажные. Помимо циклических колебаний стока, вызванных циклическими же колебаниями климатических факторов, изменения стока вызываются хозяйственной деятельностью человека. Эти из­менения косят обычно односторонне направленный характер. Учи­тывая циклические колебания стока, принято считать нормой го­дового стока среднюю арифметическую его величину, вычи­сленную за длительный период, включающий не менее двух полных циклов колебаний стока. Цикл состоит из двух фаз водности — мно­говодной и маловодной. Для установления периода вычисления нормы стока в практике гидрологических расчетов используется так называемая разност­ная интегральная кривая, дающая наглядное представле­ние о циклах колебаний стока в пределах периода гидрометриче­ских наблюдении (рис. 96). Такую кривую удобно строить в относи­тельных отклонениях — в модульных коэффициентах

(где Мi — модуль стока i-того года, Мср — средний модуль за весь пе­риод наблюдений). Кривая Σ(Ki — 1) = φ(t) дает представление о нарастающей сумме отклонений годовых модульных коэффициен­тов Кi от среднего многолетнего значения Kср = 1. Период времени, для которого участок кривой наклонен вверх относительно горизон­тальной линии (тангенс угла наклона прямой, соединяющей начало и конец отрезка кривой, больше единицы), соответствует многовод­ной фазе, а период, для которого участок кривой наклонен вниз (тангенс угла наклона меньше единицы), соответствует маловод­ной фазе.

Рис. 96. Разностная интегральная кривая модульных коэффи­циентов годового стока р. Западной Двины у г. Витебска.

Средний модульный коэффициент для любого отрезка времени может быть вычислен по формуле

где lк и lн — конечная и начальная ординаты интегральной кривой для рассматриваемого периода; п — число лет в этом периоде.

Очевидно, что Kср за период, включающий одинаковое число маловодных и многоводных фаз (полных циклов), должно быть равно или близко к единице. За этот период и может быть рассчитана норма стока. Так, для определения нормы стока р. Западной Двины у г. Витебска может быть принят 28-летний период, с 1924 по 1952 г., и 29-летний период, с 1933 по 1962 г. (см. рис. 96).

Для характеристики распределения стока на любой территории строятся карты стока, выраженного в слое стока или в модулях стока. Для построения карты норм годового стока предварительно по данным фактических наблюдений вычисляются нормы стока для отдельных речных бассейнов и их частей. Полученные данные отно­сятся к центрам тяжести речных водосборов. По нанесенным на карту величинам норм стока проводятся плавные линии, соединяю­щие точки с одинаковыми величинами норм стока, — изолинии стока. При проведении изолиний принимается во внимание распре­деление по территории основных факторов стока: атмосферных осадков, рельефа, почв, геологического строения, в горах — особен­ность высотной поясности.

Впервые в нашей стране карта стока была построена для европейской части СССР (1927 г.) по данным всего лишь 30 пунктов наблюдений. Тем не менее карта Кочерина давала в об­щем правильное представление об основных особенностях распре­деления стока на территории Русской равнины и в течение длитель­ного времени служила источником для гидрологического обоснова­ния многих гидротехнических проектов.

Позже сводные карты по Советскому Союзу были составлены и (1937 г.), (1946 г.), (1947 г.) и (1962 г.).

Карта Воскресенского составлена в ГГИ на основе материалов наблюдений в 5690 пунктах. Помимо большей детализации, эта карта отличается от других карт тем, что на ней выделены области, где под влиянием местных факторов сток малых рек меньше или больше зональной величины, указанной на карте. На рис. 97 (см. вкладку) приведена уточненная другими авторами карта Воскресен­ского, опубликованная в Физико-географическом атласе мира (1964г.).

Имеются карты стока для всего земного шара. Такая карта была впервые опубликована в 1945 г. в СССР и за ру­бежом немецким гидрологом В. Вундтом (1952 г.).

Карты стока дают отчетливое представление об особенностях распределения стока на той или иной территории. В этом прежде всего их географическое значение. Карты стока позволяют опреде­лить приближенную величину стока, а следовательно, и среднего многолетнего расхода любой реки, для которой отсутствуют данные непосредственных измерений.

Распределение среднего многолетнего стока на территории СССР

Характерной особенностью в распределении среднего многолет­него стока на территории СССР является широтная зональность его, наиболее отчетливо выраженная в равнинных частях страны, и тенденция к уменьшению стока в направлении с запада на вос­ток под влиянием континентальности климата (см. рис. 97).

В равнинных частях нашей страны норма стока, как правило, уменьшается с севера на юг. Вместе с тем в пределах Русской рав­нины располагается широкая полоса повышенного стока (больше 300 мм), охватывающая бассейны рек Выга, Кеми, Онеги, Северной Двины, Печоры и др. К югу и северу от этой полосы сток умень­шается. Наименьших значений норма стока достигает в Причерноморской и особенно в Прикаспийской низменности, 20—10 мм и ме­нее. На территории Западно-Сибирской равнины максимум стока наблюдается на широте 64—66° и составляет 250 мм (бассейн р. Пур). На побережье Карского моря сток меньше, около 200 мм, к югу уменьшается и в зоне степей равен около 10 мм.

Другой характерной чертой, помимо зональности, в распределе­нии стока на территории СССР является отчетливо выраженное влияние рельефа. Даже относительно небольшие нарушения спо­койного равнинного рельефа Русской равнины вызывают увеличе­ние стока, что хорошо прослеживается в районах Валдайской, При­волжской и Среднерусской возвышенностей, Донецкого кряжа. Уральский хребет представляет собой обособленную интрозональную область стока с более высокими значениями стока на западных склонах по сравнению с восточными. В бассейне р. Шугор отмечен максимум нормы стока для европейской части СССР — около 800 мм.

Окраинные горные системы Крыма, Кавказа, Средней Азии, Ал­тая, Саян характеризуются сложным распределением стока, в об­щем соответствующим распределению осадков. Склоны гор и воз­вышенностей, обращенные навстречу влагоносным воздушным циркуляциям и обильно орошаемые осадками, отличаются повышен­ным стоком. На южных склонах Главного Кавказского хребта сток значительно больше, чем на северных. В бассейне р. Чхалта, в при­токе Кодори, он достигает около 3000 мм в год. Во внутренних ча­стях горных районов, защищенных высокими хребтами от приноса влаги, наблюдается резкое снижение нормы стока. Так, во внутрен­них областях Памира и Тянь-Шаня норма стока составляет всего лишь 60—70 мм в год. На Алтае, в засушливой Чуйской степи, норма стока снижается до 20 мм, в то время как в бассейне р. Томь она составляет около 1500 мм. Средний модуль стока для СССР в целом равен 6,2 л/(с-км2), что соответствует слою стока примерно 195мм.

Водоносность рек земного шара колеблется в широких пределах. Самая многоводная река мира — Амазонка, в устье которой, по по­следним, хотя и приближенным измерениям и расчетам, средний годовой расход воды достигает 175000 м3/с.

В нашей стране самая многоводная река Енисей. Средний годо­вой расход ее равен 19800 м3/с. Подавляющему большинству рек СССР свойственны расходы, меньшие 300 м3/с. Так, в СССР имеется всего лишь 108 рек, расходы которых превышают эту величину. В табл 25 приведены данные о расходах основных рек мира в нижних течениях, а на рис. 98 —изменение расходов рек СССР по их длине.

Источник