2. Класифікація водотоків та водойм

Класифікацію водних об’єктів здійснюють у відповідності до ГОСТ 17.1.1.02-77. Цей стандарт розповсюджується на водні об’єкти єдиного державного водного фонду і встановлює класифікацію водних об’єктів за категоріями та класами, які відображають їх фізико-географічні, режимні та морфометричні особливості.

Стандарт не включає гідрохімічні, гідробіологічні, бактеріологічні показники якості води, які враховують при класифікації вод конкретного виду водокористування.

Вправа 2.1. Класифікація водостоку (річки).

Дано:1. Координати замикаючого створу: широта - 4800; довгота - 3400.

2. Режимні і морфометричні характеристики водотоку:

• тривалість низького стоку (межені), Т_НС – 151 доба;

• тривалість льодоставу, Т_Л – 85 діб;

• тривалість відсутності стоку, Т_ОС – 0;

• середня швидкість течії в період низького стоку, v_СЕР – 0,47 м/с;

• коливання рівня води за період низького стоку, Н_Р – 703 см;

• середня температура найтеплішого місяця (липня), t – 22 С;

• площа водозбору, F_В – 7,14 тис. км²;

• середня багаторічна витрата за період низького стоку, Q_В – 7,89 м³/с;

Необхідно: Визначити клас і підклас водотоку (річки).

Розрахунок

Класифікація водотоків здійснюється за 4-ма ознаками:

• фізико-географічними (загальними);

• характером маловодної фази;

• гідрологічним режимом в період низького стоку;

• розміром і водністю водотоку (морфометричними ознаками).

Класифікація водотоку за фізико-географічними ознаками наведена в табл. 2.1.

До зони недостатнього зволоження відносять рівнинну територію, що розташована південніше ізолінії 0,5 л/(скм²), у відповідності з картою мінімального 30-добового стоку 80 %-ної забезпеченості за літньо-осінній сезон. Дана карта ізоліній по визначенню розрахункової гідрологічної характеристики наведена в додатку 5. Для розглянутого прикладу за координатами і додатком 5 модуль мінімального 30-денного літньо-осіннього стоку 80 %-ї забезпеченості складає 0,05 л/(скм²), що менше 0,5, отже річка знаходиться в географічній зоні недостатнього зволоження і має індекс 1 (див. табл. 2.1).

Таблиця 2.1

Класифікація водотоку за фізико-географічними ознаками

Індекс	Географічна зона	Період року	Період дії водотоку
1 2 3	Недостатнього зволоження Надлишкового і перемінного зволоження -	Зимовий Літньо-осінній -	Постійний - Тимчасовий
Примітка. Водотік з сумою індексів від 3 до 4 відносить до 1-го розряду, з сумою індексів від 5 до 7 – до 2-го розряду.

Мінімальний стік спостерігається в зимовий і літньо-осінній період року. Для виділення періоду з найбільш низьким стоком можна скористатись типовими схемами внутрішньорічного розподілу стоку (додаток 6, 7). За таблицями внутрішньорічного стоку для знайденого району і умов дуже маловодного року визначають середнє значення %-го розподілу стоку за літньо-осінні місяці (06-11) і зимові (12-02). Якщо а_06-11>a_12-02, то сезон вважають зимовий, якщо навпаки – то літньо-осінній.

Для розглянутого прикладу за картою, районування внутрішньорічного стоку, замикаючий створ знаходиться в 13 районі (додаток 7). Середнє значення внутрішньорічного розподілу за літньо-осінні місяці складає а_06-11=3,1 %, а за зимові – а_12-02=5,4 %. Звідси період року вважають літньо-осінній і індекс – 2.

Так як період з відсутністю стоку не спостерігається, то водоток вважають постійним, а отже – індекс 1.

Сума індексів даної категорії у відповідності до табл. 2.1 складає 1+2+1=4, що відповідає першому розряду.

Категорії водотоків за різним характером маловодної фази, в якій існують найгірші умови для формування кількості води, наведені в табл. 2.2.

Таблиця 2.2

Класифікація водотоків за характером маловодної фази

Індекс	Тривалість періоду низького стоку		Характер періоду низького стоку	Тривалість льодоставу		Тривалість відсутності стоку
	категорія	значення, місяць	категорія	категорія	значення, місяць	категорія	значення, місяць
1 2 3	Тривала - Коротка	Більше 2 - До 2	Стійкий - Переривчастий	Тривала Середня Коротка	Більше 5 2-5 До 2	Тривала - Коротка	Більше 1 - До 1
Примітки. 1. Водотік з сумою індексів від 2 до 5 відносять до 1-го розряду, з сумою індексів від 6 до 12 – до 2-го розряду. 2. Період низького стоку вважають стійким, якщо він не переривається паводками. 3. При відсутності льодоставу, пересихання або перемерзання водотоку (графи „Тривалість льодоставу” і „Тривалість відсутності стоку”) за індекс відповідної характеристики приймають нуль.

У ознаках, що визначають умови формування стоку, на перше місце висувають розряди і категорії, які відображають найбільш сприятливі умови на цьому водотоці.

Під тривалістю періоду низького стоку розуміють її середнє багаторічне значення за весь період спостережень. В даному прикладі отримаємо Т_НС=151/30=5 місяців. У відповідності з цим приймаємо категорію - тривала і індекс 1.

Період низького стоку вважають стійким, якщо він не переривається паводками. В даному випадку приймаємо категорію – стійка і індекс – 1.

Період тривалості льодоставу розуміють його середнє багаторічне значення за весь час спостереження. Тоді маємо Т_Л=85/30=2,8 місяців, категорія – середня, індекс – 2.

Період з відсутністю стоку не спостерігався, тобто Т_ОС=0, тоді індекс приймають 0.

Сума індексів складає 1+1+2+0=4, значить маємо перший розряд.

Характеристика водотоків за основними характеристиками гідрологічного режиму в період низького стоку представлена в табл. 2.3.

Під швидкістю течії води розуміють середнє багаторічне її значення за період низького стоку. В розглянутому прикладі v_СЕР=0,47 м/с, а це середня категорія, і індекс – 2.

Коливання рівня води Н_Р – це різниця між найвищим і найнижчими рівнями води за період низького стоку за весь час спостережень. В даному випадку Н_Р=7,03м. Категорія – велика, індекс – 1.

Таблиця 2.3

Класифікація водотоків за гідрологічним режимом

Індекс	Швидкість течії		Коливання рівня		Температура води
	категорія	значення, м/с	категорія	значення, м	категорія	значення, С
1 2 3	Мала Середня Велика	До 0,2 0,2-1,0 Більше 1,0	Велика Середня Мала	Більше 2 1-2 До 1	Висока Середня Низька	Більше 15 10-15 До 10
Примітки. 1. Водотік з сумою індексів від 3 до 4 відносять до 1-го розряду, з сумою індексів від 5 до 7 – до 2-го розряду, з сумою індексів від 8 до 9 – до 3-го розряду. 2. За швидкість течії і температуру води приймають середні багаторічні величини за період низького стоку. 3. Величину коливання рівня визначають за різницею між найвищими і найнижчими рівнями води, які спостерігаються в період низького стоку на розглянутому створі чи ділянці водотоку за багаторічний період спостережень.

Температура води – це середнє значення із середньодобових температур води за літній період для середніх за кліматичними умовами років. В даному випадку t=22С, що відповідає високій категорії, індекс – 1.

Сума індексів склала 2+1+1=4, що відповідає першому розряду.

Розміри водотоку і його водність наведені в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Класифікація водотоків за розміром і водністю

Індекс	Категорія	Площа водозбору, км2	Витрата води, м3/с
1 2 3 4	Велика Середня Мала Дуже мала	Більше 50000 20000-50000 200-20000 До 200	Більше 100 5-100 2-5 До 2

Площу водозбору для розглянутої ділянки водотоку приймають за морфометричними характеристиками водозбору. Для каналу за категорію площі водозбору приймають відповідну категорію витрати води.

В даному прикладі площа водозбору складає 7,14 тис. км², а це відповідає малій категорії, індекс – 3.

За величину витрати води приймають середню багаторічну витрату води за період низького стоку. Для даного випадку витрата води за період низького стоку (межені) складає 7,89 м³/с, а значить категорія – середня, і індекс – 2.

При класифікації за морфометричними ознаками індекс вважають розрядом.

Клас водотоку, який характеризує його водність і розміри, та підклас, який відображає умови формування кількості і якості води, встановлюють за відповідною сумою розрядів за табл. 2.5.

Таблиця 2.5

Класи водотоків

Сума розрядів	Клас	Підклас
До 5 6-7	1	А Б
8 9-10	2	А Б
11 12-13	3	А Б

Найбільш великі водні об’єкти (за розміром та водністю) потрапляють в клас з меншим номером. Об’єкти з найбільш несприятливими умовами формування стоку потрапляють в підклас А, об’єкти зі сприятливими умовами формування стоку у підклас – Б.

Результати попередніх співставлень зведені в табл. 2.6.

Отже в даному прикладі, водотік відноситься до 2 класу, підкласу А. Це значить, що він має середні морфометричні характеристики та водність і несприятливі умови формування кількості води.

Таблиця 2.6

Класифікація водотоку

Ознака	Характеристика	Категорія	Індекс	Розряд	Клас, підклас
Фізико-географічний	Фізико-географічна зона Сезон року з найменшим стоком Період дії водотоку	Недостатня Літній Постійний	1 2 1	1	2А
Характер маловодної фази	Тривалість періоду низького стоку Характер періоду низького стоку Тривалість льодоставу Тривалість відсутності стоку	Тривала Стійка Середня -	1 1 2 0	1
Гідрологічний режим	Швидкість течії Коливання рівня Температура води	Середня Вища Висока	2 1 1	1
Розмір і водність	Площа водозбору Витрата води	Мала Середня	3 2	3 2
Сума				8

Вправа 2.2. Класифікація водойми (водосховища).

Дано:1. Координати замикаючого створу: широта - 4800; довгота - 3400.

2. Режимні і морфометричні характеристики водойми:

• площа дзеркала водойми, F_ДЗ – 1330 га;

• корисний об’єм водосховища, W_В – 47,9 млн. м³;

• максимальна глибина водойми, h_М – 8,4 м;

• коливання рівня води, Н_В – 5,1 м;

• середня температура найтеплішого місяця (липня), t – 22 С;

• характеристика регулювання водойми – багаторічна;

• об’єм стоку 50 %-ї забезпеченості, W_СТ – 37 тис. м³.

Необхідно: Визначити клас і підклас водойми (водосховища).

Розрахунок

Класифікація водойм здійснюється за такими ознаками:

• фізико-географічними;

• умовами водообміну;

• морфометричними;

• гідрологічним режимом.

Географічне місцезнаходження водойми і сезон року, які відображають кліматичні умови формування режиму водності, визначають аналогічно як і для водотоку, за табл. 2.1. Для розглянутого прикладу: географічна зона – недостатнього зволоження, індекс – 1; сезон року – літньо-осінній, індекс – 2; період дії водойми – постійний, індекс – 1. Сума індексів даної категорії складає 1+2+1=4, значить дану водойму можна віднести до першого розряду.

Основні морфометричні характеристики водойм наведені в табл. 2.7.

При розробці водоохоронних заходів для річок розташованих нижче каскаду водосховищ чи ставків, категорію і розряд цих водосховищ і ставків визначають за їх сумарними морфометричними характеристиками.

Таблиця 2.7

Класифікація водойм за морфометричними ознаками

Індекс	Площа поверхні		Об’єм		Максимальна глибина
	категорія	значення, км2	категорія	значення, км3	категорія	значення, м
1 2 3 4	Дуже велика Велика Середня Мала	Більше 1000 100-1000 0,5-1,0 До 0,5	Дуже велика Велика Середня Мала	Більше 10 1,0-10,0 0,5-1,0 До 0,5	Велика Середня Мала Дуже мала	Більше 50 10-50 5-10 До 5
Примітка. Водойму з сумою індексів від 3 до 4 відносять до 1-го розряду, з сумою індексів від 5 до 7 – до 6-го розряду, з сумою індексів від 8 до 10 – до 11-го розряду, з сумою індексів від 11 до 12 – до 15-го розряду.

Для окремих водосховищ визначають загальну площу поверхні і повний об’єм.

Для розглянутого прикладу площа дзеркала водойми (F_ДЗ) складає 1330 га або 13,3 км², що відповідає середній категорії і індекс становить 3.

Об’єм водосховища 47,9 млн. м³ або 0,047 км³, категорія – мала, індекс – 4.

Максимальна глибина водойми – 8,4 м, категорія – мала, індекс – 3.

Сума індексів 3+4+3=10. Розряд – 11.

Основні категорії гідрологічного режиму водойми, що впливають на кількість і якість води, наведені в табл. 2.8.

Таблиця 2.8

Класифікація водойм за гідрологічним режимом

Індекс	Коливання рівня		Температура води		Тривалість льодоставу
	категорія	значення, м	категорія	значення, С	категорія	значення, місяць
1 2 3 4 5	Велика - Середня - Мала	Більше 20 - 3-20 - До 3	Висока Середня Низька - -	Більше 25 20-25 До 20 - -	Довга Середня Коротка - -	Більше 5 2-5 До 2 - -
Примітка. Водойму з сумою індексів від 2 до 4 відносять до 1-го розряду, з сумою індексів 5-7 – до 2-го розряду, з сумою індексів 8-11 до 3-го розряду.

Величину коливань рівня води озер і водосховищ багаторічного регулювання визначають за різницею між найбільшим і найменшим рівнями, що спостерігаються за багаторічний період. Для водосховищ сезонного, тижневого і добового регулювання – за різницею рівнів щорічного спрацювання. Для даного прикладу коливання рівнів води (Н_В) складає 5,1 м, категорія – середня, індекс – 3.

За тривалість льодоставу для даної водойми або для даної території (для невивчених водойм) приймають середню кількість днів за багаторічний період. Тривалість льодоставу (Т_Л) складає 85 діб, або 2,8 місяці, категорія – середня, індекс – 2.

За температуру води приймають середню із добових величин за літній період для середнього за кліматичними умовами року. Середня температура найтеплішого місяця (липня) для середнього за кліматичними умовами року (t) складає 22 С, категорія – середня, індекс – 2.

Сума індексів – 3+2+2=7, розряд 2.

Класифікація водойм за умовами водообміну який враховує характер перемішування і зміни води, представлена в табл. 2.9.

Таблиця 2.9

Класифікація водойм за умовами водообміну

Індекс	Стратифікація	Вертикальна циркуляція		Характер озера	Характер регулювання стоку водосховища	Водообмін
		категорія	значення, раз на рік			категорія	значення, в рік
1 2 3	Стратифіковане Не стратифіковане -	Сповільнена Помірна Інтенсивна	До 2 2 Більше 2	Безстічне Стічне Проточне	Багаторічне Сезонне Тижневе, добове	Сповільнений Помірний Інтенсивний	До 0,1 0,1-5,0 Більше 5,,0
Примітка. Водойми з сумою індексів від 4 до 5 відносять до 1-го розряду, з сумою від 6 до 8 – до 2-го розряду, з сумою індексів від 9 до 11 – до 3-го розряду.

Стратифікація – це зміна за глибиною значень температури води:

• пряма в літній період, коли температура на поверхні більше +4 С і зменшується з глибиною;

• зворотна в зимовий період, коли температура з глибиною збільшується від 0 до +4 С.

Як правило стратифікованими водоймами вважають озера з глибиною більше 100 м. Для водосховищ, як в розглянутому випадку, приймають категорію не стратифікованої водойми. Індекс – 2.

Вертикальна циркуляція – це поступове перемішування води у водоймі за рахунок температури і щільності води. Вертикальна циркуляція вважається інтенсивною при вертикальному перемішуванні води більше двох разів на рік. Водосховища мають категорію з інтенсивною циркуляцією, індекс – 3.

Характер озера визначається тільки для озер і може бути: стічне, безстічне і проточне.

Водосховища характеризують за регулюванням стоку. В даному прикладі згідно вихідним даним характер регулювання стоку – багаторічний, індекс - 1.

За величину водообміну озера відношення середньорічного притоку води в озеро до його об’єму, а для водосховища – відношення об’єму стоку через гідровузол в середній по водності рік до повного об’єму водосховища. Величину водообміну для водосховища можна знайти за формулою

, (2.1)

де W_СТ – об’єм стоку 50 %-ї забезпеченості, м³; W_В – корисний об’єм водосховища, м³.

Для даного прикладу , що менше 0,1, значить категорія – сповільнений водообмін, індекс – 1.

Отже, сума індексів по класифікації водойм за умовами водообміну складає 2+3+1+1=7, значить розряд – 2.

Клас і підклас водойми визначають за табл. 2.10.

Таблиця 2.10

Класи водойм

Сума розрядів	Клас	Підклас
До 5 6-9	1	А Б
10-11 12-14	2	А Б
15-16 17-19	3	А Б
20-21 22-23	4	А Б

Узагальнені відомості по встановленню класу водойми зведені в табл.2.11.

Таблиця 2.11

Класифікація водойми

Признак	Характеристика	Категорія	Індекс	Розряд	Клас, підклас
Фізико-географічний	Фізико-географічна зона Сезон року з найменшим стоком Період дії водотоку	Недостатня Літній Постійний	1 2 1	1	3А
Морфометричний	Площа дзеркала Об’єм Максимальна глибина	Середня Мала Мала	3 4 3	11
Гідрологічний режим	Коливання рівня Температура води Тривалість льодоставу	Середня Середня Середня	3 2 2	2
Умови водообміну	Стратифікація Вертикальна циркуляція Характер регулювання стоку Водообмін	Нестратифікована Інтенсивна Багаторічне Сповільнена	2 3 1 1	2
Сума				16

Сума розрядів складає 16 значить клас водойми 3, підклас – А.

Отже в даному прикладі, водосховище відноситься до 3 класу, підкласу А. Це означає, що віно має малий розмір за морфометричними характеристиками та водністю і несприятливі умови формування кількості води.