Уравнение водного баланса речного бассейна это

Уравнение водного баланса речных бассейнов

Водосбор реки (или речной системы) и вся толща почвогрунтов, с которой вода поступает в реку, называется речным бассейном. Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называется речной системой. Бассейн реки, озера или водохранилища состоит из поверхностно­го и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с ко­торого стекают воды в отдельную реку (озеро) или в речную систему, представляет поверхностный водосбор. Подземный во­досбор — толща почвогрунтов, из которой вода поступает в реки, озера и водохранилища. Соответственно различают по­верхностный и подземный (грунтовой, почвенный) сток рис. 1.1. Несовпадение поверхностного и подземного водосборов наблюдается у малых рек и рек, у которых из-за геологических условии происходит активный водообмен между бассейнами.

Рас. 1.1. Схема водного баланса бассейна:

1- осадки; 2 — инфильтрация (просачивание, преимущественно по порам; 3- подземный сток; 4 — поверхностный сток; 5 — испарение; 6- капиллярное поднятие и испарение.

Границы подземного водосбора определить трудно. Границы поверхностного водосбора фиксируются достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями. Водораздельная линия речного бассейна представляет замкнутый контур, отделяющий смежные водосборы. На практике за площадь бассейна принимается площадь поверхностного водосбора.

Нижний створ на реке, ограничивающий рассматриваемый бассейн, называется замыкающим створом. У замыкающего створа гидрометрическими методами определяется речной сток. Основными компонентами водного баланса речных бассейнов являются осадки х, сток у и испарение Е.

При составлении уравнения водного баланса речных бассей­нов за ограниченный промежуток времени (месяц или год) не­обходимо учесть изменение запасов влаги и в бассейне — воз­растание или убывание снежного покрова, изменение запасов воды в озерах, болотах и поймах рек, накопление и расходова­ние грунтовых и почвенных вод. Величина и может иметь как положительное (при накоплении влаги в бассейне в многовод­ные периоды), так и отрицательное (в маловодные годы) зна­чение. Учитывается также подземный водообмен ω смежных подземных бассейнов в связи с несовпадением поверхностного и подземного водосборов; ω имеет знак плюс при поступлении воды за пределы рассматриваемого водосбора и минус в обрат­ном случае. Следовательно,

Величина водообмена ω с увеличением площади водосбора убывает, по­этому для достаточно больших речных бассейнов можно считать, что ω = 0. Тогда уравнение принимает вид:

Это уравнение можно использовать для годичного интервала, включающего периоды накопления и расходования влаги в рас­сматриваемом речном бассейне. Такой интервал называется гид­рологическим годом. В климатических условиях бывшей территории СССР за начало гидрологического года принимается 1 октября или 1 ноября. В это время переходящие из года в год запасы влаги незначительны. Для рек со стоком снегового и дождевого происхождения к гидрологическому году следует отнести перио­ды накопления снега, снеготаяния, половодья, интенсивных дож­дей и период стока осенних дождей.

Уравнение водного баланса широко используется в инженер­ной гидрологии в качестве основы для различных воднобалансовых расчетов.

Среднеарифметические характеристики гидрологического (метеорологического) режима за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное среднее значение существенно не меняется, называется нормой гидроло­гических (метеорологических) величин.

Отношение объема (или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших сток, у/х = η на­зывается коэффициентом стока. Отношение Е/х = Ψ называется коэффициентом испарения.

где: η_о — норма коэффициента стока;

Ψ _о — норма коэффициента испарения.

Каждый из этих коэффициентов изменяется от 0 до 1,0, и их сумма равна единице. В целом для всей территории земного шара η_о ≈ 0,39.

В районах избыточного увлажнения коэффициент η_о достигает значения 0,7, а в засушливых и пустынных районах — уменьшается до нуля. Не следует смешивать испарение с поверхности водосбора с испарением только с водной поверхности. Последнее в засуш­ливых районах может во много раз превышать осадки.

Источник

Уравнение водного баланса речных бассейнов

Водный баланс.

Соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее за выбранный интервал времени для рассматриваемого называется водным балансом.

Чтобы составить уравнение водного баланса земного шара, запишем условия равенства прихода и расхода воды в океане и на суше

где: Х_о — среднегодовые осадки на поверхности океанов и морей;

Х_с — сред­негодовые осадки на поверхности суши;

Е_о — среднегодовое испарение с океа­нов и морей;

Е_с — среднегодовое испарение с суши;

У — средний годовой сток речных бассейнов.

Суммируя равенства, получаем:

то есть количество воды, испаряющейся с поверхности океанов, морей и континентов, равно количеству осадков, выпадающих на эти поверхности.

Математическое выражение, описывающее водный баланс, называется уравнением водного баланса. Оно может быть со­ставлено для определенного водного объекта (озеро, водохрани­лище и др.), речного бассейна, участка территории, гидрологи­ческого района, страны, материка и земного шара. Уравнение водного баланса выражает закон сохранения материи, соотношение между компонентами водного баланса для земного шара.

Уравнение водного баланса континента за многолетний пери­од записывается следующим образом:

где: Х_а— осадки, выпадающие за счет влаги, принесенной с океана и сопре­дельных территорий;

Х_Е —осадки, образующиеся за счет местного испарения;

U — подземные воды;

Е — сум­марное испарение.

В практических расчетах компонентов водного баланса это уравнение используют в упрощенном виде:

где: Х- суммарные осадки на континенте, включая конденсацию влаги, кото­рая в некоторых регионах может составлять существенную величину (в зоне многолетней мерзлоты, в пустынях и др.).

Водосбор реки (или речной системы) и вся толща почвогрунтов, с которой вода поступает в реку, называется речным бассейном. Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока, называется речной системой. Бассейн реки, озера или водохранилища состоит из поверхностно­го и подземного водосборов. Участок земной поверхности, с ко­торого стекают воды в отдельную реку (озеро) или в речную систему, представляет поверхностный водосбор. Подземный во­досбор — толща почвогрунтов, из которой вода поступает в реки, озера и водохранилища. Соответственно различают по­верхностный и подземный (грунтовой, почвенный) сток рис. 1.1. Несовпадение поверхностного и подземного водосборов наблюдается у малых рек и рек, у которых из-за геологических условии происходит активный водообмен между бассейнами.

Рас. 1.1. Схема водного баланса бассейна:

1- осадки; 2 — инфильтрация (просачивание, преимущественно по порам; 3- подземный сток; 4 — поверхностный сток; 5 — испарение; 6- капиллярное поднятие и испарение.

Границы подземного водосбора определить трудно. Границы поверхностного водосбора фиксируются достаточно точно водораздельной линией по карте с горизонталями. Водораздельная линия речного бассейна представляет замкнутый контур, отделяющий смежные водосборы. На практике за площадь бассейна принимается площадь поверхностного водосбора.

Нижний створ на реке, ограничивающий рассматриваемый бассейн, называется замыкающим створом. У замыкающего створа гидрометрическими методами определяется речной сток. Основными компонентами водного баланса речных бассейнов являются осадки х, сток у и испарение Е.

При составлении уравнения водного баланса речных бассей­нов за ограниченный промежуток времени (месяц или год) не­обходимо учесть изменение запасов влаги и в бассейне — воз­растание или убывание снежного покрова, изменение запасов воды в озерах, болотах и поймах рек, накопление и расходова­ние грунтовых и почвенных вод. Величина и может иметь как положительное (при накоплении влаги в бассейне в многовод­ные периоды), так и отрицательное (в маловодные годы) зна­чение. Учитывается также подземный водообмен ω смежных подземных бассейнов в связи с несовпадением поверхностного и подземного водосборов; ω имеет знак плюс при поступлении воды за пределы рассматриваемого водосбора и минус в обрат­ном случае. Следовательно,

Величина водообмена ω с увеличением площади водосбора убывает, по­этому для достаточно больших речных бассейнов можно считать, что ω = 0. Тогда уравнение принимает вид:

Это уравнение можно использовать для годичного интервала, включающего периоды накопления и расходования влаги в рас­сматриваемом речном бассейне. Такой интервал называется гид­рологическим годом. В климатических условиях бывшей территории СССР за начало гидрологического года принимается 1 октября или 1 ноября. В это время переходящие из года в год запасы влаги незначительны. Для рек со стоком снегового и дождевого происхождения к гидрологическому году следует отнести перио­ды накопления снега, снеготаяния, половодья, интенсивных дож­дей и период стока осенних дождей.

Уравнение водного баланса широко используется в инженер­ной гидрологии в качестве основы для различных воднобалансовых расчетов.

Среднеарифметические характеристики гидрологического (метеорологического) режима за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное среднее значение существенно не меняется, называется нормой гидроло­гических (метеорологических) величин.

Отношение объема (или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших сток, у/х = η на­зывается коэффициентом стока. Отношение Е/х = Ψ называется коэффициентом испарения.

где: η_о — норма коэффициента стока;

Ψ _о — норма коэффициента испарения.

Каждый из этих коэффициентов изменяется от 0 до 1,0, и их сумма равна единице. В целом для всей территории земного шара η_о ≈ 0,39.

В районах избыточного увлажнения коэффициент η_о достигает значения 0,7, а в засушливых и пустынных районах — уменьшается до нуля. Не следует смешивать испарение с поверхности водосбора с испарением только с водной поверхности. Последнее в засуш­ливых районах может во много раз превышать осадки.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Водный баланс речных бассейнов

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 почвогрунтах и др.

Приходная часть баланса состоит из осадков, искусственного притока, подземного притока извне, а расходная часть включает сток реки, искусственный отток (каналы, оросительные системы), подземный сток, испарение и накопление воды.

Если приходная часть превышает расходную (например, зимой при накоплении снега, в период дождей), то запасы воды в бассейне увеличиваются: Δu > 0. Если расходная часть больше приходной (в период снеготаяния, в межень), то запасы воды в бассейне истощаются: Δu

Водные ресурсы — это пригодные для использования воды Земли: речные, озерные, подземные, почвенная влага, лед горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы и морские воды. К ним также относятся «связанные» воды, входящие в состав минералов и биомассы [1, с. 155] Самыми ценными для хозяйства являются пресные воды суши – речные, подземные, а также воды озер и водохранилищ. Они наиболее доступны для использования на большей части пространств суши и непрерывно возобновляются в процессе круговорота воды. Поэтому балансовая оценка водных ресурсов наиболее соответствует особенностям происхождения этого вида природных ресурсов и существующей теории гидрологической науки, в основе которой лежит процесс влагооборота.

Главное звено круговорота воды – водообмен между океаном и континентами. Сколько бы раз ни употреблялась вода человеком для его жизни и производственной деятельности, количество ее на Земле от этого не изменится. Со временем может восстановиться и ее качество.

Использование водных ресурсов отличается от характера использования других источников природных ресурсов. Например, после того как полезные ископаемые добыты и переработаны, они перестают существовать. Вода же после любых видов использования остается водой, иногда лишь превращаясь в пар, но при всех видах ее использования продолжает участвовать в круговороте. Благодаря круговороту воды все виды гидросферы с той или иной интенсивностью возобновляются. Поэтому, если воду использовать в объеме, возобновляемом круговоротом воды, то источники водных ресурсов будут неисчерпаемыми [3, с. 99] .

Однако и в этом случае вода может быть неисчерпаемым ресурсом только при условии ее охраны и рационального использования. Касаясь охраны водных ресурсов, следует подчеркнуть два относящихся к этому наиболее важных положения: охрана вод в процессе их использования и повторное использование сточных вод, которое в конечном счете должно привести к прекращению сброса сточных вод в реки и водоемы [2, с. 164].

Водный баланс пресных вод континентов и суши в целом, мм

Континенты и области стоков	Площадь, тыс.км2	Осадки	Испарение	Сток	Навязка баланса	Коэффициент стока
Европа	10500	789	505	306	-22	0,39
Азия	43475	742	414	332	-4	0,45
Африка	30120	742	533	151	+58	0,20
Северная Африка	24200	756	418	339	-1	0,45
Южная Америка	17800	1597	853	661	+83	0,41
Австралия и Океания	8950	791	491	267	+33	0,33
Антарктида	13980	177	0	165	+12	—
Вся суша	149000	800	463	314	+23	0,42
Области внешнего стока	119000	924	512	385	+27	0,42
Области внутреннего стока	30200	288	268	33	-13	0,11

Охрана вод в процессе использования означает сведение до минимума объема сточных вод путем перевода производства на сухую и безотходную технологию или, как минимум, применения замкнутого цикла оборотного водоснабжения. Элементы охраны водных ресурсов должны быть заложены в процесс самого производства. Другой аспект проблемы охраны водных ресурсов – повторное использование сточных вод как основа рационально организованной охраны. При этом все эти воды должны находиться под контролем людей.

Рациональное использование и расширенное воспроизводство водных ресурсов предусматривают балансовых подход к проблеме. Уравнение водного баланса – это математическая модель круговорота воды. Оно может быть составлено для всей Земли, Мирового океана, суши, отдельных континентов и стран, речных бассейнов, озер или любой другой территории, ограниченной произвольным контуром. Результат расчета водного баланса – определение для заданной территории количества влаги, участвующей в кругообороте.

Балансовый подход к изучению водных ресурсов может быть реализован при согласованных действиях ученых всех стран мира. Очень важна роль международных мероприятий, проводимых под эгидой ЮНЕСКО (Международный геофизический год, Международное гидрологическое десятилетие и пр.).

Источник