1.2. Кругообіг води в природі

Між водними об’єктами гідросфери – океанами, морями, річками, озерами, підземними водами – здійснюється безперервний водообмін. Сонце випаровує із поверхні океану 505 тис. км³ води за рік, а із суші – 72 тис. км³. Отже із поверхні Земної кулі випаровується 577 тис. км² води, що перевищує об’єм Чорного моря. 47 тис. км³ води, яка випаровувалось із океану, переноситься на сушу. Цей об’єм відповідає стоку річних і підземних вод в океан (45 тис. км³ ріки та 2 тис. км³ підземні води).

Одноразовий запас вологи в атмосфері – 14 тис. км³ – об’єм 50-ти Азовських морів. Тривалість заміни води в океані в процесі кругообігу складає 2700 років.

Глибинні підземні води (глибина залягання яких більше 2000 м), головним чином є розсоли. Період поновлення вільної підземної води земної кори до глибини 2000 м складає 1400 років. Підземні води, що залягають поблизу земної поверхні до рівня дренування річковою мережею, поновлюються за період від декілька місяців до кількох років. Одноразовий об’єм води, який утримують річки, поновлюється за 12 ... 15 діб. Повільніше поновлюється вода озер та боліт, тривалістю від року та більше. Вода льодовиків поновлюється протягом 1600 ... 15000 років. Вода біологічних організмів поновлюється протягом декількох годин.

1.3. Водний баланс

Водним балансом називають співвідношення за який-небудь проміжок часу (рік, місяць, декаду) припливу, витрат і акумуляції води в цілому для Землі або певної ділянки.

Водний баланс для Земної кулі – це кількість води, яка випаровується; вона дорівнює сумі опадів, що випадають, тобто

Z_g=X_g, (1.1)

де Z_g – річна кількість випаровування води із поверхні Землі;

X_g – річна кількість опадів на Землі.

Водний баланс для поверхні Світового океану, так званий малий кругообіг розраховується за формулою:

Z₀=X₀+Y_L, (1.2)

де Z₀ – річна кількість випаровування із океану;

X₀ – річна кількість опадів над океаном;

Y_L – річна кількість стоку води річок.

Для переферійних областей суші, які мають стік в океан, виділяють великий кругообіг, річна кількість опадів розраховується за формулою:

X_L = Z₀+Y_L, (1.3)

де X_L – річна кількість опадів на перефірійній частині суші;

Z₀ і Y_L – те саме, що у формулі (1.2).

Для області внутрішнього стоку використовують наступну формулу

Z_Ld = X_Ld, (1.4)

де Z_Ld – річна кількість випаровування в області із внутрішнім стоком;

X_Ld – річна кількість опадів в області із внутрішнім стоком.

Загальний вираз водного балансу довільної ділянки території має вигляд:

X₁+Z₁+Y₁+W₁= Z₂+Y₂+W₂U, (1.5)

де: прихідні складові:

X₁ – атмосферні опади;

Z₁ – конденсація вологи в грунті та на його поверхні;

Y₁ – поверхневий приплив води;

W₁ – підземний приплив води;

витратна частина:

Z₂ – випаровування із поверхні води, снігу, грунту, рослин (транспірація);

Y₂ – поверхневий стік води;

W₂ – підземний стік води;

U – зміни запасів води в басейні за рахунок накопичення і витрат ґрунтових вод або збільшення чи зменшення снігового покриву, рівня води у водосховищах, льодовиках.

Поодинокий випадок рівняння водного балансу для басейну річки із врахуванням рівняння (1.5) можна записати у вигляді:

X=(Y₂ – Y₁)+(Z₂ – Z₁) +(W₂ – W₁)U,

йому надають вигляду

X=Y+ZU, (1.6)

оскільки Y₁ = 0 – русловий прилив (W₂ – W₁)0 – підземний приплив і стік, Y – стік води у кінцевому створі ріки;

Z=(Z₂ – Z₁).

За рівнянням (1.6) визначається будь-яка складова частина балансу для інтервалу в один рік, який враховує період накопичення і період витрат вологи. За початок гідрологічного року приймають 1 жовтня або 1 листопада, оскільки запаси води, що переходять в наступний рік – мінімальні.

Структура водного балансу озера та водосховища однакова

V_X+V_YL+V_YS+V_C=V_Z++V_YF+q_C+∆V, (1.7)

де прихідна складова:

V_X – атмосферні опади на поверхню озера;

V_YL – річковий стік;

V_YS – приплив ґрунтових вод;

V_C – конденсація водяної пари на поверхні озера V_C≈0;

витратна частина:

V_Z – випаровування із поверхні водойми;

- русловий стік;

V_YF – фільтрація із водойми;

q_C – витрати води на господарчі потреби;

∆V – збільшення або зменшення води в водоймі.