2.1.3. Наземный и грунтовый сток
Наземный (поверхностный) сток. Процесс стекания воды с поверхности водосбора очень сложен по сравнению с движением воды в руслах каналов и рек. Согласно схеме Н.Е. Долгова, при формировании стока выделяют 4 фазы:
Начальная фаза. Сток отсутствует. Атмосферные осадки аккумулируются в углублениях рельефа, инфильтруются, затрачиваются на испарение.
Фаза подъема. Продолжается от появления первых струек до момента подхода струй к рассматриваемому створу.
Фаза полного стока. Вода стекает со всей площади бассейна.
Фаза спада. Соответствует уменьшению стока и его полному прекращению.
Несмотря на кажущуюся простоту и универсальность схемы, она лишь в общем виде представляет явление поверхностного стока и факторы, его определяющие: осадки и инфильтрацию.
В более сложном виде схема формирования стока представлена на рис.2.
Представленные на схеме блоки осадков и инфильтрации неравнозначны между собой по сложности определяющих факторов, из чего следует необходимость раздельного анализа стока весенних половодий и дождевых паводков.
Климатические условия для водосборов малых рек изменяются слабо, поэтому важную роль в функционировании речных экосистем играет почвенный покров, оказывающий сильное влияние на сток рек и их гидрохимический режим. В общем случае атмосферные осадки, в основном и формирующие сток рек, стекают по поверхности почвы в реки и одновременно просачиваются в почву. Гидрологическое влияние почв определяется главным образом водопроницаемостью и водоудерживающей способностью почвы. При определенных сочетаниях свойств почв поверхностный сток достигает минимума, а подземный - максимума. При слабой инфильтрационной и относительно высокой водоудерживающей способности почвы большая часть атмосферной влаги стекает по поверхности. При высокой инфильтрационной и слабой водоудерживающей способности увеличивается доля воды, которая идет на питание подземных вод.
Р
Осадки дождь
снегопад
Тепловая
энергия
Перехват
растительным
покровом
Формирование
снежного
покрова
Энергия
ветра
Динамика
тепловой
энергии
в
снеге
Динамика тепловой
энергии в почве
Снеготаяние
Водоотдача
из
снега
Поверхностное
задержание
Инфильтрация
и поверхностное стокообразование
Динамика
почвенных
вод
Подземный сток
Испарение
Дорусловая
трансформация подземного
стока
Дорусловая
трансформация
поверхностного
стока
Русловая
трансформация
Сток в замыкающем
створе
Блоки:
осадков инфильтрации
стока
ис.2.
Схема формирования стока с водосборов
Все процессы, обусловленные стекающими по поверхности суши водами, принято называть флювиальными. Текущие воды, к которым относятся дождевые, талые снеговые, воды временных и постоянных ручьев и рек, производят разрушение земной поверхности путем растворения, смыва и линейного размыва - эрозии. Они транспортируют и аккумулируют принесенный материал. Движущиеся делювиально-пролювиальные потоки воды уносят в направлении стока наиболее подвижные продукты из коры выветривания и почвенных горизонтов в форме суспензий, истинных и коллоидных растворов.
Для малых рек наземный сток в ряде случаев может быть единственным источником поступления живых организмов в поверхностные воды, аллахтонная составляющая может в некоторые периоды времени составлять до 80% фитопланктона в котором будет велика доля чисто почвенных организмов (сине-зеленые почвенные водоросли, микробы, простейшие).
Грунтовое питание рек. Как известно, наиболее устойчивая часть речного стока, обеспечивающая минимальные расходы реки, связана с его подземной составляющей. Подземный сток изменяется в меньшей степени, чем поверхностный, и его внутригодовое распределение и режим зависят главным образом от характера гидравлической связи реки и дренируемых водоносных горизонтов. Режим и фазы подземного стока из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой, близки к характеристикам поверхностного стока. Отличие состоит лишь в том, что пик подземного стока наступает позднее и выражен менее резко. Паводок на реке незначительно влияет на расход дренируемых горизонтов. В период половодья подземное питание реки усиливается по сравнению с периодом межени, что обусловлено подъемом грунтовых вод.
Режим подземного стока из водоносных горизонтов, имеющих постоянную гидравлическую связь с рекой, полностью зависит от режима реки и отличается лишь противоположной направленностью фаз стока. Повышение уровня воды в реке вызывает в прибрежной зоне уменьшение гидравлических уклонов и расходов подземного потока. При этом в восходящей стадии весеннего половодья может наступить момент, когда уровень воды в реке будет выше уровня грунтовых вод в прибрежной зоне, что приведет к образованию обратных гидравлических уклонов и инфильтрации речных вод в берега. Режим подземного стока из водоносных горизонтов, имеющих периодическую связь с рекой - смешанный (при низких уровнях воды в реке он соответствует режиму водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой, а при высоких - режиму водоносных горизонтов, имеющих полную гидравлическую связь с рекой). Режим подземного стока в реку из артезианских водоносных горизонтов стабилен.