8. Реки и их режим

8.1. Круговорот воды в природе

Вода находится на земном шаре в постоянном движении. Под действием солнечного тепла с поверхностей морей и океанов ежегодно испаряется громадное количество воды. Пары воды, поднявшись в атмосферу, переносятся воздушными течениями за сотни и тысячи километров. При определенных условиях они сгущаются (конденсируются), образуют облака и возвращаются на землю в виде осадков.

Осадки, выпавшие на материки, частично испаряются с поверхности суши и снова попадают в атмосферу, а частично стекают по рекам в моря и океаны. Сток воды в реки происходит двумя путями: поверхностным по склонам местности и подземным через поры грунта по водонепроницаемому слою. Часть воды поступает с суши в моря и океаны подземным путем, минуя реки.

Непрерывный процесс обмена влаги между океанами, атмосферой и сушей называется к р у г о в о р о т о м в о д ы в п р и р о д е. Различают два вида круговорота воды на земном шаре: малый и большой. В малом круговороте участвует вода, возвращающаяся из атмосферы в моря и океаны непосредственно в виде осадков, а в большом – вода, стекающая с суши в реки и грунтовая вода.

Водный баланс земного шара. Круговорот воды в природе можно охарактеризовать уравнениями водного баланса, которые устанавливают связь между приходом и расходом воды в морях и океанах, на суше и земном шаре в целом.

Для составления этих уравнений введем обозначения:

Е_м – объем воды, испаряющейся за год с морей и океанов в среднем за многолетний период;

Е_с – то же с поверхности суши;

Х_м – среднемноголетний объем осадков, выпадающих за год на поверхность морей и океанов;

Х_с – то же на поверхность суши;

У – объем воды, стекающей за год с суши в моря и океаны.

Длительными наблюдениями установлено, что средний уровень воды в морях и океанах остается из года в год одинаковым. Поэтому ежегодная убыль воды из морей и океанов за счет испарения должна равняться сумме осадков на их поверхность и стока с суши:

Е_м = Х_м + Y. (8.1)

Таким же образом можно составить аналогичное уравнение для суши

Е_с = Х_с – Y. (8.2)

Сложив уравнения (8.1) и (8.2), получим уравнение водного баланса для земного шара в целом

Е_м + Е_с = Х_м + Х_с . (8.3)

Последнее уравнение показывает, что объем воды, испаряющейся за год с морей, океанов и суши, равен годовому объему осадков, выпадающих на их поверхность.

Водный баланс речного бассейна. Речным бассейном называется территория, с которой вода стекает по поверхности земли только в данную реку.

Уравнение водного баланса отдельного речного бассейна для любого года имеет вид

х + q = Е + у + r ± Δw, (8.4)

где х – объем годовых осадков на поверхность бассейна;

q – объем подземных вод, притекающих из соседних бассейнов;

Е – объем испарения с поверхности бассейна;

у – объем годового стока реки;

r – объем подземных вод, оттекающих в соседние бассейны;

Δw – изменение запаса грунтовых вод в бассейне.

Членами q и r, ввиду их незначительной величины, обычно пренебрегают.

В годы с большим количеством осадков запас грунтовых вод в бассейне увеличивается, и член Δw учитывается со знаком плюс. В засушливые годы Δw имеет знак минус. Для многолетнего периода, в течение которого многоводные годы чередуются с маловодными, Δω можно не учитывать. Уравнение водного баланса речного бассейна принимает при этом более простой вид

х₀ = у₀ + Е₀ , (8.5)

где х₀, у₀, Е₀ – среднемноголетние объемы годовых осадков, стока и испарения.

Обычно в метеорологии осадки выражаются высотой слоя воды (мм), выпавшей за какой-нибудь период (сутки, месяц, год). Если выпадают твердые осадки, они пересчитываются на жидкие.

Максимально возможное среднемноголетнее испарение Е_m (мм) за год можно определить по формуле В.С. Мезенцева и И.В. Карнацевича

Е_m = 306 + 0,2ΣТ_>10 , (8.6)

где ΣТ_>10 – сумма среднесуточных температур воздуха выше 10°С.

Объем годового стока получается путем вычитания объема испарения из объема осадков (8.5).