Водный баланс

Для водного объекта или замкнутого контура суши (рис. 2.1) и для любого интервала времени At уравнение сохранения веще­ства (2.1) можно записать в виде уравнения баланса объема воды (его обычно называют уравнением водного баланса):

Рис. 2.1. Схема водного баланса части водного объекта (а) и части поверхност­ного слоя суши (б)

x + y_l + w_l + Zi=y₂ + w₂ + Z₂±Au, (2.5)

где х — атмосферные осадки на поверхность объекта; у_{ — поверх­ностный приток воды извне; w, — подземный приток воды извне; Z, — конденсация водяного пара; у₂ — поверхностный отток воды за пределы объекта; w₂ — подземный отток воды за пределы объекта; Z₂ — испарение; Аи — изменение объема воды в пределах объекта (контура).

При использовании уравнения (2.5) необходимо иметь в виду следующие обстоятельства: 1) атмосферные осадки х учитываются как в жидком (дождевые), так и в твердом (снег) виде, в последнем случае их пересчитывают с учетом плотности в слой воды по фор­муле (1.5); 2) приток (у_х, w,) или отток (у₂, w₂) поверхностных и подземных вод может осуществляться как естественным, так и искусственным путем (например, при подаче воды из-за преде­лов объекта, заборе поверхностных вод, откачке и закачке подзем­ных вод); 3) конденсацию z_x нередко объединяют с осадками х или вычитают из испарения г₂; 4) испарение z₂ может складываться из z\ — испарения с водной поверхности, z₂ — испарения с поверхно­сти снега или льда, z₂^l — испарения с поверхности почвы, z^l₂ — испарения растительным покровом (транспирации); 5) член урав­нения А и представляет собой изменение объема воды в водном объекте (водоеме, водотоке) или изменение содержания воды в поч­ве, водоносных горизонтах, снежном покрове и т. д. Определяют А и соотношением приходной и расходной частей уравнения водного баланса: если приход воды больше расхода, то происходит накоп­ление воды (повышение уровня) в пределах объекта или контура и А и > 0; если приход воды меньше расхода, то идет сработка запасов накопленной ранее воды (понижение уровня) в пределах объекта или контура и А«<0.

Члены уравнения (2.5) обычно выражают либо в величинах слоя (мм, см, м), либо в объемных единицах (м³, км³). В первом случае для обозначения членов уравнения можно использовать строчные буквы (х, у, z--.), во втором — прописные (X, Y, Z...). Пересчет одних величин в другие возможен по формулам вида

X = axF, где F— площадь поверхности объекта. Если /’выражена в км², х —в мм, а I-в м³, то я=10³; если же X выражен в км³, то а = ЮЛ Члены уравнения (2.5) иногда выражают в единицах массы (например, для ледников).

В гидрологии метод водного баланса широко применяют при изучении многих гидрологических процессов, например формиро­вания стока воды в речных бассейнах, режима ледников, колебания уровня озер и морей и т. д. Метод заключается в составлении уравнения водного баланса вида (2.5) для изучаемого объекта; ана­лизе его членов, выявлении соотношения между ними, определе­нии главных составляющих и их вклада в водный баланс (выявле­нии их доли в расходной или приходной части уравнения); провер­ке трудно поддающихся определению членов уравнения по другим, легче поддающимся определению; оценке точности расчета отдель­ных членов уравнения; определении в ряде случаев неизвестных членов по известным. Так, в гидрологии довольно часто испарение (с водной поверхности, с поверхности участка суши, снега или льда) определяют как «остаточный» член уравнения водного балан­са по известным остальным его членам.