2.2. Количественные характеристики речного стока

Рассмотрим основные характеристики речного стока, применяемые в гидрологии и при изучении русловых процессов.

Расход воды Q, м³/с ― объем воды, протекающий через живое сечение потока в единицу времени (секунду):

Q = ωv_ср,

где ω ― площадь поперечного (живого) сечения потока, м²;

v_ср ― средняя скорость течения, м/с.

Модуль стока , л/скм² ― объем воды в литрах, стекающий в секунду с квадрат­ного километра площади бассейна; для годового стока:

^,

где ― среднегодовой расход воды, м³/с;

F ― площадь водосбора, км².

Объем стока W, млн. м ³ (м³, км³) ― количество воды, стекающее с бассейна реки за какой-либо промежуток времени (год, сезон, месяц и т.д.); для годового стока:

,

где ― среднегодовой расход воды, м³/с;

Т ― количество секунд в году, равное в среднем 31,56 млн.

W ― объем стока, млн. м³/год.

Слой стока h, мм ― объем воды, стекающей с бассейна реки за какой-либо промежуток времени (год, сезон, месяц и т.д.), выраженный в виде водного слоя; для го­дового стока:

^,

где W ― объем стока, м³.

F ― площадь водосбора, км².

Величина слоя стока h (мм) используется при воднобалансовых расчетах, в кото­рых она сопоставляется с атмосферными осадками, испарением, при построении карт стока и в других случаях.

Коэффициент стока η (безразмерная величина, меньшая единицы) ― отноше­ние величины стока h (мм) к величине атмосферных осадков х (мм), выпавших на пло­щадь бассейна реки:

^.

Величина коэффициента стока η показывает, какая часть атмосферных осадков, выпавших на площадь бассейна реки, преобразуется в речной сток.

2.3. Влияние физико-географических условий на речной сток

Основными факторами и условиями формирования речного стока являются климати­ческие условия, геоморфологические (рельеф) факторы, почвенно-гидрогеологические усло­вия, растительный покров и геологические условия (тектоника).

Климатические условия. Объем речного стока и его режим находится в тесной за­висимости от условий, определяющих соотношение тепла и влаги. Для того чтобы суще­ствовала река, количество атмосферных осадков, выпавших на водосбор, должно быть достаточным для поддержания постоянного течения и компенсации потерь на испарение, транспирацию, фильтрацию в грунты и т.д.

Минимальная величина годового слоя осадков, необходимая на образование и су­ществование рек, составляет в средних широтах 250 мм, в субтропиках ― 500 мм, в тро­пиках ― 700−1000 мм. Вместе с тем, существуют транзитные реки, питающиеся водой во влажных областях, водность которых настолько значительна, что они могут пересекать засушливые территории, теряя лишь часть воды, но полностью не пересыхая (например, Нил).

Неравномерность выпадения осадков в сезонном разрезе сказывается и на нерав­номерности стока. В зоне умеренного климата основной объем годового стока формиру­ется в результате снеготаяния. В засушливом климате сток более изменчив: в периоды длительного отсутствия дождей он может временно отсутствовать, при этом на макси­мальный сток большое влияние оказывает интенсивность и продолжительность ливней (зона муссонного климата и т.д.).

Геоморфологические факторы (рельеф). Характер рельефа водосбора определяет уклоны и густоту речной и овражно-балочной сети. Большая величина крутизны склонов и уклонов русел способствуют возрастанию скоростей стекания воды со склонов и скоро­стей течения в руслах, а, следовательно, и к увеличению речного стока.

Почвенно-гидрогеологические условия. Влияние этих условий проявляется в форме аккумуляции воды в почвогрунтах. Чем больше водопроницаемость пород и мощнее от­ложения, тем больше подземная емкость и ее регулирующая способность. В областях с сильно развитым карстом склоновый сток поглощается карстовыми воронками, доля под­земного питания в стоке при этом повышенная (по сравнению с зональными величинами. Чем глубже врезаны долина и русла, тем больше водоносных горизонтов участвует в пи­тании реки.

Растительный покров. Растительный покров, влияя на интенсивность снеготаяния и скорость стекания воды по земной поверхности, тем самым оказывает воздействие и на водный режим. Влияние леса на режим стока проявляется двояко. С одной стороны, за счет запаздывания снеготаяния в лесу, весеннее половодье затягивается; с другой сто­роны, за счет большой инфильтрационной способности лесных почв и лесной подстилки, значительная часть поверхностного стока переходит в подземный. В результате этого сток с залесенных участков происходит более равномерно, чем с безлесных.

Геологические условия. Тектонические движения земной коры могут вызвать ми­грацию рек, изменение режима стока и интенсивности эрозии.

Во многих районах существенное влияние на величину и режим речного стока ока­зывает хозяйственная деятельность (ее влияние на русловые процессы рассмотрено в по­следующих разделах).

Заметное влияние на величину и равномерность стока оказывает величина водо­сбора. Чем больше площадь водосбора, тем равномернее сток благодаря увеличению доли подземного (грунтового) питания. На больших водосборах более явно выражена зональ­ность формирования стока, на малых водосборах существенный вклад вносят азональные факторы.

Поскольку условия и факторы формирования стока изменяются в пространстве, то и величина стока воды распределена по территории неравномерно. Получить объективное представление о пространственном распределении речного стока можно двумя путями:

1) анализируя изменение расхода воды или объема стока по длине реки;

2) рассматривая распределение по терри­тории характеристик стока, не зависящих от площади бассейна и поэтому допускающих их картографирование, т. е. модуля (слоя или коэффициента) стока.

В качестве примера первого подхода к ана­лизу пространственного распределения стока можно привести скачкообразное увеличение стока после впа­дения притоков, что при­водит к увеличению площади водосбора главной реки.

При втором подходе анализируется распределение среднего многолет­него модуля (слоя или коэффициента) стока по территории. Наиболее характерные особенности рас­пределения среднего многолетнего годового модуля стока по территории Беларуси сле­дующие:

а) широтная зональность, проявляющаяся в закономерном уменьшении модуля стока с севера на юг: от 7,5 л/с∙км² — на севере и северо-востоке до 3,0 л/с∙км² — на юге и юго-востоке, где в связи с удалением от ис­точника влаги (Атлантического океана) наблю­дается уменьшение осадков и стока.

б) увели­чение стока на возвышенностях (Ошмянская, Минская, Гродокская) и его уменьшение в пределах Полесской низменности (Припятского прогиба).

в) изменение стока (по сравнению с зональным), связанное с влиянием азональных факторов, особенно на водосборах малых рек (почвенно-гидрогеологические условия, растительность, хозяйственная деятельность и т.д.).