6.6. Водный баланс бассейна реки

6.6.1. Уравнение водного баланса бассейна реки

С учетом общих положений о водном балансе участка суши (см. разд. 2.2) и результатов рассмотрения водного баланса различных вертикальных зон в речном бассейне (см. разд. 5.5) уравнение водного баланса бассейна реки для интервала времени At в наиболее общем виде представим следующим образом (рис. 6.6):

х + у₁+ w₁ + z₁ = y₂ + w₂ + z₂ ± ∆u. (6.14)

Здесь х — жидкие (дождь) и твердые (снег) осадки на поверхность речного бассейна; у₁ — поверхностный приток из-за пределов бассейна (при правильно проведенной водораздельной линии такой приток может быть лишь искусственным — с помощью пересекающих водораздел трубопроводов, каналов, часто с системой подпорных сооружений, насосных станций и т. д.); w₁ — подземный приток из-за пределов бассейна (он может быть лишь в случае несовпадения поверхностного и подземного водоразделов); z₁ — конденсация водяного пара (часто величину конденсации объединяют с осадками х или вычитают из испарения z₂); у₂ — поверхностный отток за пределы бассейна (он может быть представлен прежде всего стоком самой реки у₂^’, а также искусственным оттоком у₂", осуществляемым через водораздел с помощью гидротехнических сооружений); w₂ — подземный отток за пределы бассейна (он, как и для w₁ может быть лишь в случае несовпадения поверхностного и подземного водоразделов); z₂ — испарение с поверхности бассейна, складывающееся из суммарного испарения, а также испарения с поверхностей, покрытых водой или снегом и льдом (см. разд. 6.5.2); ±∆и — изменение запасов воды в бассейне (руслах рек, водоемах, почве, водоносных горизонтах, снежном покрове и т. д.) за интервал времени ∆t (с плюсом —при увеличении запасов воды, с минусом—при их уменьшении).

Атмосферные осадки, подземный приток и искусственный поверхностный приток из-за пределов бассейна составляют приходную часть уравнения водного баланса; поверхностный и подземный стоки за пределы бассейна и испарение объединяются в расходную часть уравнения водного баланса.

Рис. 6.6. Схема составляющих водного баланса бассейна реки (обозначения в тексте):

1 — канал; 2 — гидроузел

Если приходная часть превышает расходную (например, зимой при накоплении снега, в период дождей и т.д.), то запасы воды в бассейне увеличиваются и ∆и >0. Если, наоборот, расходная часть больше приходной (например, в период снеготаяния, в межень, когда река питается в основном подземными водами), то запасы воды в бассейне истощаются («срабатываются») и ∆и<0.

Единицами измерения составляющих уравнения водного баланса речного бассейна обычно служат либо величины слоя (мм), либо объемные величины (м³, км³), отнесенные к какому-либо интервалу времени (месяц, сезон, год). В первом случае (единицы измерения—мм) рекомендуется использовать строчные буквы: х, у, z, w, ∆и, во втором (м³ или км³) — прописные: Х, Y, Z, W, ∆U. Перевод единиц слоя в единицы объема и наоборот осуществляется с учетом площади бассейна. Для этого используют формулы вида X=kxF, где х в мм, F в км². Если х необходимо получить в м³, то k= 10³, если в км³, то k= 10^-6.

Уравнение водного баланса (6.14) отличается от традиционно используемого уравнения введением члена, учитывающего искусственный приток извне у₁. В современных условиях, когда начинает активно использоваться межбассейновое перераспределение стока, не учитывать это обстоятельство при составлении и анализе уравнения водного баланса речных бассейнов уже нельзя.

Во многих случаях возможны некоторые упрощения уравнения водного баланса (6.14). Чаще всего можно не учитывать конденсацию z₁ Для больших речных бассейнов нередко не учитывают подземный приток и отток на границах бассейна (их величины значительно меньше других членов уравнения) или принимают w₁ ~ w₂. В таких случаях и при отсутствии искусственного перераспределения стока между смежными бассейнами уравнение водного баланса примет вид

x = y + z ± ∆и. (6.15)

Уравнение (6.15) широко используют в гидрологии для анализа водного баланса речных бассейнов для отдельных месяцев, сезонов, лет. Нередко при анализе уравнения водного баланса вида (6.15) оказывается, что осадки х и сток у не вполне соответствуют друг другу. Такая ситуация возникает, например, когда зимние осадки, выпавшие в конце календарного года («прошлогодний снег»), стекают лишь весной следующего года. Чтобы избежать такого несоответствия и уменьшить величину переходящих от года к году запасов влаги в бассейне (±∆и), вводят понятие гидрологический год, начало которого в климатических условиях России приходится на осенние месяцы (1 октября или 1 ноября).

Наконец, при осреднении за длительные периоды, когда изменением запасов воды в пределах речного бассейна (±∆и) можно пренебречь, уравнение водного баланса записывают в самом простом виде:

x = y + z. (6.16)

Это уравнение («осадки равны стоку плюс испарение» или «сток равен осадкам минус испарение») называют уравнением водного баланса речного бассейна для многолетнего периода.

Распределение величин х, у и z на земном шаре носит зональный характер и зависит от климатических условий (изменение садков по широте было показано на рис. 3.1).