Глава 4

РЕЧНОЙ СТОК И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. Основные характеристики стока

В процессе круговорота воды в природе выпавшие на землю осадки стекают по земной поверхности и просачиваются в толщу почвогрунтов. Эти процессы называют поверхностным и подземным стоком.

Поверхностный сток делят на склоновый, происходящий по склонам местности, и русловой, происходящий по руслам рек и вре­менных водотоков.

Речной сток входит в состав руслового и представляет собой пе­ремещение воды непосредственно по речному руслу. Он определя­ется объемом воды, протекающим в определенном створе речного русла за какой-либо период времени. Для количественной оценки речного стока применяют следующие его характеристики.

Расход воды Q (м³/с) •—количество воды, протекающее через поперечное сечение потока (живое сечение потока) в секунду.

Объем стока W (м³) —количество воды, протекающее через жи­вое сечение потока за определенный период времени Т, поскольку объем стока чаще вычисляют за сутки или за год Wd=86400(? и ^ = 31,56-10⁶ Q, где Q — средний расход, м³/с, за время Т; 86400 — число секунд в сутках; 31,56-10⁶ — число секунд в году.

Модуль стока q_r [м³/(с-км²)]—количество воды, стекающее с единицы площади водосбора в единицу времени:

(4.1)

где Л — водосборная площадь, км².

* Слой стока h_y (мм) — высота слоя воды, стекающей с водосбо­ра за какой-либо промежуток времени, полученная при равномер­ном распределении объема стока W по всей площади водосбора:

(4.2)

Величину слоя стока за год h_y (мм) можно выразить также через среднемноголетний модуль стока:

(4.3)

где в числителе 10³ — переводное числом в мм, в знаменателе 10³— переводное число м³ в л и в знаменателе 10⁶ — перевод км² в м². Коэффициент стока г\ — отношение высоты слоя стока h_y к вы­соте слоя выпавших на площадь водосбора осадков х за рассмат­риваемый период времени:

Эта безразмерная характеристика показывает, какая часть осад­ков расходуется на образование стока.

Основными понятиями, которыми пользуются в гидрологии при анализе и расчетах стока, являются годовой, максимальный и ми­нимальный сток.

Годовым стоком называют количество воды, стекшее с данного бассейна за год. Годовой сток в каком-либо створе реки не остает­ся постоянным от года к году: многоводные группы лет чередуются с маловодными, иногда на общем фоне многоводья отмечаются от­дельные маловодные годы, и наоборот.

Большое внимание в гидрологической литературе уделяется по­искам в многолетних колебаниях годового стока скрытой в нем пе­риодичности для получения выводов, позволяющих предвидеть бу­дущий водный режим, т. е. прогнозировать сток. С другой стороны, предпринимаются попытки связать колебания водности рек с теми или иными геофизическими процессами, в основном с проявлениями солнечной активности. Однако в свете современных представлений периодичность в ходе гидрологических явлений на протяжении пе­риодов времени длительностью порядка столетия не подтвержда­ется убедительными и объективными доказательствами; вопрос ос­тается дискуссионным. Отсутствие отчетливой периодичности в мно­голетних колебаниях стока не исключает тенденции к образованию более или менее продолжительных чередующихся групп многовод­ных лет, что называют цикличностью колебания стока рек. Продол­жительность циклов, их последовательность, а также степень от­клонения от среднего значения внутри циклов за многолетний пе­риод различны. Не всегда представляется возможным проведение четких границ между многоводными и маловодными группами.

Средние значения годового стока за многолетний период, вклю­чающий несколько полных (не менее двух) циклов колебаний вод-

90

ности реки при неизменных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственной деятельности в бассейне реки, называют нор­мой стока. Практически за норму гидрологических характеристик принимается среднее значение, определенное по ряду длительно­стью 40...60 лет. Норма стока является основной гидрологической характеристикой, которую используют при определении других ха­рактеристик стока, например годовых величин стока разной обес­печенности, сезонных и месячных величин стока и т. д. Норма сто­ка имеет важное значение при проектировании гидротехнических сооружений, водохранилищ, систем водоснабжения и других видов водохозяйственного строительства.

Принято считать, что норма стока является устойчивой вели­чиной, будучи обусловленной устойчивостью среднемноголетних осадков и испарения, т. е. средняя арифметическая величина стока, вычисленная за достаточно длительный период наблюдений, оста­ется постоянной независимо от прибавления к многолетнему ряду новых членов. Однако это представление оказывается не совсем верным. По геологическим и историческим данным установлены циклические колебания климатических факторов с длительностью циклов около 1800 лет.

Кроме циклических колебаний стока, связанных с циклическими колебаниями климатических факторов, изменения стока вызывают­ся также хозяйственной деятельностью человека.

Норма годового стока может быть выражена в виде среднегодо­вых значений расхода воды Q (м³/с), объема стока W (м³), моду­ля стока q_r [м³/(с-км²)], слоя стока h_a (мм).

Максимальным стоком (высоким стоком) называют объем или слой стока за время прохождения основной волны половодья или за период наибольшего дождевого паводка.

Минимальным стоком (низким стоком) называют наименьший сток рек, наблюдающийся в межень (летнюю или зимнюю).