Расчет гидрологических характеристик речного стока

Значение рек для человека

Нил, Инд с Гангом, Тигр и Евфрат, Хуанхэ и Янцзы, Тибр, Днепр… Эти реки стали колыбелью для разных цивилизаций. С момента зарождения человечества они служили для него не только источником воды, но и каналами проникновения в новые неизведанные земли.

Благодаря речному стоку возможно орошаемое земледелие, которое кормит почти половину населения Земли. Большой расход воды означает и богатый гидроэнергетический потенциал. Ресурсы рек используются в промышленном производстве. Особенно водоемкими являются производство синтетических волокон и изготовление целлюлозы и бумаги.

Речной транспорт — не самый быстрый, но зато дешевый. Он лучше всего подходит для перевозки массовых грузов: леса, руды, нефтепродуктов и др.

Много воды забирается на коммунально-бытовые нужды. Наконец, реки имеют большое рекреационное значение. Это места отдыха, восстановления здоровья, источник вдохновения.

Питание и режим рек

Казахстанские реки имеют различное питание: снеговое, дождевое, ледниковое и подземными водами. Рек с одинаковым питанием не существует. Реки равнинной части республики по характеру питания делятся на два типа: снегово-дождевого и преимущественно снегового питания.

К рекам снегово-дождевого питания относятся реки, расположенные в лесостепной и степной зонах. Главные этого типа — Ишим и Тобол — весной выходят из берегов, на апрель-июль приходится 50% годового стока. Реки сначала питаются талыми водами, потом дождевыми. С низкий уровень воды наблюдается в январе, в это время питаются подземными водами.

Реки второго типа имеют исключительно весенний сток (85-95% годового стока). К этому типу питания относятся реки, расположенные в пустынной и полупустынной зонах, — это Нура, Урал, Сагыз, Тургай и Сарысу. Подъем воды в этих реках наблюдается первой половине весны. Основной источник питания это снег. Уровень воды весной резко поднимается во время таяния снегов. В странах СНГ такой режим рек называют казахстанским типом. Например, по реке Нура за короткое время весной протекает 98% ее годового стока. Самый низкий уровень воды бывает летом. Некоторые реки совсем пересыхают. После осенних дождей уровень воды в pеке немного повышается, а зимой снова понижается.

В высокогорных районах Казахстана реки имеют смешанный тип питания, но преобладает снегово-ледниковый. Это реки Сырдарья, Или, Каратал и Иртыш. Уровень в них поднимается в конце весны. Реки Алтайских гор весной выходят из своих берегов. Но уровень воды в них остается высоким до середины лета, в связи с неодновременным таянием снега.

Реки Тянь-Шаня, Жунгарского Алатау полноводны в теплое время года, т.е. весной и летом. Это объясняется тем, что в этих горах таяние снегов растягивается до осени. Весной таяние снега начинается с нижнего пояса, затем в течение лета тают снега средней высоты и ледники высокогорья. В стоке горных рек доля дождевых вод незначительна (5-15%), а в низкогорьях она повышается до 20-30%.

Равнинные реки Казахстана из-за маловодности и медленного течения с наступлением зимы быстро замерзают и в конце ноября покрываются ледовым покровом. Толщина льда доходит до 70-90 см. В морозную зиму толщина льда на севере республики достигает 190 см, а в южных реках 110 см. Ледовый покров рек сохраняется в течение 24 месяцев, начинает таять на юге в начале апреля, а на севере — во второй половине апреля.

Ледниковый режим высокогорных рек другой. В горных реках в связи с сильным течением и питанием грунтовыми водами не бывает устойчивого ледового покрова. Лишь в отдельных местах наблюдаются береговые льды.Казахстанские реки постепенно размывают горные породы. Реки текут, углубляя свое дно, разрушая свои берега, перекатывая мелкие и крупные камни. В равнинных частях Казахстана течение рек медленное, и оно переносит твердого материалов.

Так как систематический
учет стока ведется не на всех реках,
впадающих в озеро, и остальная часть
бассейна остается неизученной, расчет
разделен на две части.

а) Подсчет суммарного
стока с территории освещенной наблюдениями.

Площадь бассейна
озера 47800 км², средняя площадь зеркала
Чудско-Псковского озера – 3550 км². В 1968
году наблюдение за стоком велись на
реках:

Среднегодовой
сток рек впадающих в озеро.

Табл.21

Q осв
= 105,7 м³/с

б)
Подсчет среднегодового стока с бассейна
озера.

Суммарная
площадь изученных рек:

где
М1 …Mn – модули стока в пунктах где
производятся наблюдения, л/с км²; F1 …
Fn — площади водосборов в этих пунктах,
км².

Таким образом, на
основе всех произведенных вычислений:

Суммарный
поверхностный приток озера определяется
по формуле

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.

Самые полноводные реки мира

Самый большой объем речного стока — у Амазонки. Он составляет почти 7000 км 3 в год. И это неудивительно, ведь Амазонка полноводна весь год из-за того, что ее левые и правые притоки разливаются в разное время. К тому же, она собирает воды с территории размером почти с целый материк Австралия (более 7000 км 2)!

На втором месте африканская река Конго со стоком в 1445 км 3 . Расположенная в экваториальном поясе с каждодневными ливнями, она никогда не мелеет.

Следующие по ресурсам полного речного стока: Янцзы — самая длинная в Азии (1080 км 3), Ориноко (Южная Америка, 914 км 3), Миссисипи (Северная Америка, 599 км 3). Все три сильно разливаются во время дождей и представляют немалую угрозу для населения.

На 6 и 8 местах в этом списке великие сибирские реки — Енисей и Лена (624 и 536 км 3 соответственно), а между ними — южноамериканская Парана (551 км 3). Замыкают десятку еще одна южноамериканская река Токантинс (513 км 3) и африканская Замбези (504 км 3).

Твердый сток

При учете величины годового стока необходимо учитывать, что река несет не чистую, дистиллированную воду. В речной воде как в растворенном, так и во взвешенном виде содержится огромное количество твердых веществ. Часть из них — в виде нерастворимых частиц — сильно влияет на показатель ее прозрачности (мутности).

Сток твердых веществ подразделяется на два вида:

• взвешенный — взвесь относительно легких частиц;
• донный — относительно тяжелые частицы, которые влекутся течением по дну к месту впадения.

Кроме того, твердый сток состоит из продуктов выветривания, вымывания, эрозии и т. д. почв, грунтов, горных пород. Показатель твердого стока может достигать, в зависимости от полноводности и мутности реки, десятков, а порой и сотен миллионов тонн (к примеру, Хуанхэ – 1500, Инд – 450 миллионов тонн).

Факторы, влияющие на речной сток

Этот вопрос достаточно уже изучен. Можно назвать два основных фактора: рельеф местности и ее климатические условия. Кроме них, выделяется еще несколько дополнительных, в том числе деятельность человека.

Главная причина формирования речного стока — это климат. Именно от соотношения температур воздуха и осадков зависит, какова испаряемость в данной местности. Образование рек возможно только при избыточном увлажнении. Если же испаряемость превышает количество выпавших осадков, поверхностного стока не будет.

От климата зависит питание рек, их водный и ледовый режим. обеспечивают пополнение запасов влаги. Низкие температуры снижают испарение, а при промерзании грунтов сокращается поступление воды из подземных источников.

Рельеф оказывает влияние на величину водосборного бассейна реки. От формы земной поверхности зависит, в какую сторону и с какой скоростью будет стекать влага. Если же в рельефе будут замкнутые впадины, образуются не реки, а озера. Наклон местности и водопроницаемость пород влияют на соотношение между стекающей в водоемы и просачивающейся под землю частями выпавших осадков.

Характер рельефа

Реки, текущие большей частью по равнинной местности, при прочих равных условиях, менее водообильные, чем преимущественно горные реки. Последние по годовому стоку могут превышать равнинные в несколько раз.

Причин тому много:

• горные реки, имеющие гораздо больший уклон, текут быстрее, а значит, у речной воды меньше времени на испарение;
• в горах температура всегда намного ниже, и, стало быть, испарение слабее;
• в горной местности больше осадков и больше наполняемость рек, значит, и выше годовой сток реки.

Это, забегая немного вперед, усиливается тем, что характер грунтов в горной местности обладает меньшим впитыванием, соответственно, больший объем воды приходит к устью.

Трансграничный сток и проблемы, связанные с ним

Многие реки пересекают территорию нескольких стран. В связи с этим возникают трудности в совместном использовании водных ресурсов. Особенно остра эта проблема в районах В них почти вся вода забирается на поля. А соседу ниже по течению может ничего и не достаться.

Например, принадлежащая в своем верхнем течении Таджикистану и Афганистану, а в среднем и нижнем — Узбекистану и Туркменистану, в последние десятилетия не доносит свои воды до Аральского моря. Только при добрососедских отношениях между соседними государствами ее ресурсы можно использовать с выгодой для всех.

Египет 100% речной воды получает из-за границы, и сокращение стока Нила из-за забора воды выше по течению может крайне отрицательно сказаться на состоянии сельского хозяйства страны.

К тому же, вместе с водой через границы стран «путешествуют» и различные загрязнители: мусор, стоки заводов, удобрения и пестициды, смытые с полей. Эти проблемы актуальны для стран, лежащих в бассейне Дуная.

Водные ресурсы стран мира

Вода — источник жизни

Поэтому очень важно обладать ее запасами. Но они распределены по планете крайне неравномерно

Обеспеченность стран ресурсами речного стока такова. В первой десятке наиболее богатых водой стран находятся Бразилия (8 233 км 3), Россия (4,5 тыс. км 3), США (более 3 тыс. км 3), Канада, Индонезия, Китай, Колумбия, Перу, Индия, Конго.

Слабо обеспечены территории, расположенные в тропическом сухом климате: Северная и Южная Африка, страны Аравийского полуострова, Австралия. Мало рек во внутриконтинентальных районах Евразии, поэтому среди малообеспеченных стран Монголия, Казахстан, среднеазиатские государства.

Если учитывается численность населения, пользующегося этой водой, показатели несколько меняются.

Густонаселенные страны Европы при полноводных реках оказываются уже не столь богаты пресной водой: Германия — 1326, Франция — 3106, Италия — 3052 м 3 на душу населения при среднем значении для всего мира — 25 тыс. м 3 .

Озера: классификация, водный баланс, экология и развитие.

О́зеро — замкнутое
углубление суши, в которое стекают и
накапливаются поверхностные и подземные
воды. Озёра не являются частью Мирового
Океана. Озёра регулируют сток рек,
задерживая в своих котловинах полые
воды и отдавая их в другие периоды. В
водах озёр происходят химические и
биологические реакции. Одни элементы
переходят из воды в донные отложения,
другие — наоборот. В ряде озёр, главным
образом не имеющих стока, в связи с
испарением воды повышается концентрация
солей. Результатом являются существенные
изменения минерализации и солевого
состава озёр. Благодаря значительной
тепловой инерции водной массы крупные
озёра смягчают климат прилегающих
районов, уменьшая годовые и сезонные
колебания метеорологических элементов.

1 Озёрные котловины
1.1 тектонические 1.2 ледниковые 1.3 речные
(старицы) 1.4 приморские (лагуны и лиманы)
1.5 провальные (карстовые, термокарстовые)
1.6 вулканические (в кратерах потухших
вулканов) 1.7 завально-запрудные 1.8
искусственные (водохранилища, пруды)

Водный баланс —
соотношение прихода и расхода воды с
учетом изменения ее запасов за выбранный
интервал времени для рассматриваемого
объекта. Водный баланс может быть
рассчитан для водосбора или участка
территории, для водного объекта, страны,
материка и т.д.

Форма, размеры и
рельеф дна озёрных котловин существенно
меняются при накоплении донных отложений.
Зарастание озёр создает новые формы
рельефа, равнинные или даже выпуклые.
Озёра и, особенно, водохранилища часто
создают подпор грунтовых вод, вызывающий
заболачивание близлежащих участков
суши. В результате непрерывного накопления
органических и минеральных частиц в
озёрах образуются мощные толщи донных
отложений. Эти отложения видоизменяются
при дальнейшем развитии водоемов и
превращении их в болота или сушу. При
определенных условиях они преобразуются
в горные породы органического
происхождения.

Определим среднюю
многолетнюю величину (норму) годового
стока Река
Колпь, пункт Верхний Двор
по данным с 1969
по 1978 гг. (10 лет).

Полученную
норму в виде среднего многолетнего
расхода воды
требуется выразить через другие
характеристики стока: модуль,
слой, объем и коэффициент стока.

Средний многолетний
модуль стока вычислить по соотношению:

л/с
км 2

где F
– площадь
водосбора, км 2 .

Объем стока –
объем воды, стекающей с водосбора за
какой-либо
интервал времени.

Вычислим
средний многолетний объем стока за год:

W 0 =
Q 0
хT
= 22,14 . 31,54 . 10 6
= 698,3
10 6 м 3

где
Т – число секунд в году, равное 31,54 . 10 6

Средний
многолетний слой стока вычислим по
зависимости:

220,98
мм/год

Средний многолетний
коэффициент стока

где
х 0 —
средняя многолетняя величина осадков
в год

Оценка
репрезентативности (достаточности)
ряда наблюдений определяется величиной
относительной среднеквадратической
ошибки средней многолетней величины
(нормы) годового
стока, вычисляем по формуле:

где C V
– коэффициент
изменчивости (вариации) годового стока;
длина ряда считается достаточной для
определения Q o ,
если ε Q ≤10%.
Величина среднего многолетнего стока
при
этом называется нормой стока.