2.2. Водный баланс

Для водного объекта или замкнутого контура суши (рис. 2.1) и для любого интервала времени ∆t 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 + y₁ + w₁ + z₁ = y₂ + w₂ + z₂ ± ∆u, (2.5)

где х — атмосферные осадки на поверхность объекта; у₁ — поверхностный приток воды извне; w₁ — подземный приток воды извне; z₁ — конденсация водяного пара; у₂ — поверхностный отток воды за пределы объекта; w₂ — подземный отток воды за пределы объекта; z₂ — испарение; ∆и — 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 (y_1, w₁,) 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 z₁ нередко объединяют с осадками х или вычитают из испарения z₂; 4) испарение z₂ может складываться из z^I₂ — испарения с водной поверхности, z^II₂ — испарения с поверхности снега или льда, z^III₂ — испарения с поверхности почвы, z^IV₂ — испарения растительным покровом (транспирации); 5) член уравнения ∆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 ∆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 ∆и > 0; если приход воды меньше расхода, то идет сработка запасов накопленной ранее воды (понижение уровня) в пределах объекта или контура и ∆и<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, У, Z…). Пересчет одних величин в другие возможен по формулам вида X=axF, где F — площадь поверхности объекта. Если F выражена в км², х — в мм, а X — в м³, то а = 10³; если же X выражен в км³, то а=10^-6. 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.