Уравнение водного баланса бассейна реки

С учетом общих положений о водном балансе участка суши (см. разд. 2.2) и результатов рассмотрения водного баланса различ­ных вертикальных зон в речном бассейне (см. разд. 5.5) уравнение водного баланса бассейна реки для интервала времени At в наибо­лее общем виде представим следующим образом (рис. 6.6):

x + y_x + w_x + 1\=Уг + Щ + (6.14)

Здесь х — жидкие (дождь) и твердые (снег) осадки на поверх­ность речного бассейна; у_х — поверхностный приток из-за пределов бассейна (при правильно проведенной водораздельной линии такой приток может быть лишь искусственным — с помощью пересекаю­щих водораздел трубопроводов, каналов, часто с системой подпор­ных сооружений, насосных станций и т. д.); w, — подземный при­ток из-за пределов бассейна (он может быть лишь в случае несов­падения поверхностного и подземного водоразделов); Z\ — конден-

Рис. 6.6. Схема составляющих водного баланса бассейна реки (обозначения в тексте):

1 — канал; 2 — гидроузел

сания водяного пара (часто величину конденсации объединяют с осадками х или вычитают из испарения z₂)’, У2 ~ поверхностный отток за пределы бассейна (он может быть представлен прежде всего стоком самой реки у'₂, а также искусственным оттоком у", осуществляемым через водораздел с помощью гидротехнических сооружений); w₂ — подземный отток за пределы бассейна (он, как и для Wj, может быть лишь в случае несовпадения поверхностного и подземного водоразделов); Zi — испарение с поверхности бассей­на, складывающееся из суммарного испарения, а также испарения с поверхностей, покрытых водой или снегом и льдом (см. разд. 6.5.2); ± Аи — изменение запасов воды в бассейне (руслах рек, водоемах, почве, водоносных горизонтах, снежном покрове и т. д.) за интер­вал времени At (с плюсом — при увеличении запасов воды, с ми­нусом—при их уменьшении).

Атмосферные осадки, подземный приток и искусственный по­верхностный приток из-за пределов бассейна составляют приходную часть уравнения водного баланса; поверхностный и подземный стоки за пределы бассейна и испарение объединяются в расходную часть уравнения водного баланса.

Если приходная часть превышает расходную (например, зимой при накоплении снега, в период дождей и т.д.), то запасы воды в бассейне увеличиваются и Аи > 0. Если, наоборот, расходная часть больше приходной (например, в период снеготаяния, в межень, когда река питается в основном подземными водами), то запасы воды в бассейне истощаются («срабатываются») и Аи < 0.

Единицами измерения составляющих уравнения водного балан­са речного бассейна обычно служат либо величины слоя (мм), либо объемные величины (м³, км³), отнесенные к какому-либо интервалу времени (месяц, сезон, год). В первом случае (единицы измере­ния — мм) рекомендуется использовать строчные буквы: х, у, z, w, А и, во втором (м³ или км³) — прописные: X, Y, Z, W, AU. Перевод единиц слоя в единицы объема и наоборот осуществляется с учетом площади бассейна. Для этого используют формулы вида X=kxF' где х в мм, F в км². Если х необходимо получить в м³, то к- 10³, если в км³, то к= Ю^-6.

Уравнение водного баланса (6.14) отличается от традиционно используемого уравнения введением члена, учитывающего искусст­венный приток извне у_х. В современных условиях, когда начинает активно использоваться межбассейновое перераспределение стока, не учитывать это обстоятельство при составлении и анализе урав­нения водного баланса речных бассейнов уже нельзя.

Во многих случаях возможны некоторые упрощения уравнения водного баланса (6.14). Чаще всего можно не учитывать конденса­цию Z\. Для больших речных бассейнов нередко не учитывают подземный приток и отток на границах бассейна (их величины значительно меньше других членов уравнения) или принимают w, ~ w₂. В таких случаях и при отсутствии искусственного перерас­пределения стока между смежными бассейнами уравнение водного баланса примет вид

x-y+z±Au. (6.15)

Уравнение (6.15) широко используют в гидрологии для анализа водного баланса речных бассейнов для отдельных месяцев, сезонов, лет. Нередко при анализе уравнения водного баланса вида (6.15) оказывается, что осадки х и сток у не вполне соответствуют друг другу. Такая ситуация возникает, например, когда зимние осадки, выпавшие в конце календарного года («прошлогодний снег»), сте­кают лишь весной следующего года. Чтобы избежать такого несо­ответствия и уменьшить величину переходящих от года к году за­пасов влаги в бассейне (±Ам), вводят понятие гидрологический год, начало которого в климатических условиях России приходится на осенние месяцы (1 октября или 1 ноября).

Наконец, при осреднении за длительные периоды, когда измене­нием запасов воды в пределах речного бассейна (± А и) можно пренеб­речь, уравнение водного баланса записывают в самом простом виде:

x = y + z. (6.16)

Это уравнение («осадки равны стоку плюс испарение» или «сток равен осадкам минус испарение») называют уравнением водного баланса речного бассейна для многолетнего периода.

Распределение величин х, у и z на земном шаре носит зональ­ный характер и зависит от климатических условий (изменение осадков по широте было показано на рис. 3.1).