Тема 4. Расчетные характеристики поверхностного и подземного стоков

Основные понятия

В комплексе гидрогеологических исследований, связанных с оценкой запасов подземных вод, особая роль отводится изучению водного баланса изучаемых территорий.

Уравнение водного баланса при многолетнем цикле наблюдений для крупных бассейнов имеет вид

X₀ = Y₀ + Z₀, (18)

где X₀ - среднемноголетняя величина атмосферных осадков, мгд/год; Y₀ - среднемноголетняя величина стока (подземного и поверхностного), мм/год; Z₀, - среднемноголетняя величина испарения, мм/год.

Общий сток слагается из поверхностного и подземного. Под поверхностным стоком понимается та часть атмосферных осадков, которая стекает по поверхности земли в различные водотоки и водоемы (реки, озера, ручьи я т.д.), а подземный сток составляет часть атмосферных осадков, которая просачивается в почвы и горные порода и участвует в формировании запасов водоносных горизонтов, а также при последующей разгрузке и в питании рек.

Водосборный бассейн реки - часть земной поверхности, с площади которой река получает водное питание. Каждая река имеет поверхностный и подземный водосборы, которые в общем случае не совпадают. Площадь поверхностного водосбора определяется по топографической карте, а подземного - по карте гидроизогипс по контурам географического и гидравлического водоразделов соответственно.

Для изучения взаимодействия поверхностных и подземных вод необходимо определить основные характеристики поверхностного и подземного стока.

Основные расчетные характеристики поверхностного стока

Величина стока для всего бассейна реки определяется на основе данных о расходе реки; последний наиболее надежно оценивается по гидрометрическим измерениям.

Расход реки - это объем вода в кубических метрах, протекающей через поперечное сечение реки в единицу времени :

где V_ср - средняя скорость течения, м/с.

Модуль поверхностного стока - объем воды Q в литрах, стекающей за I с с I км² водосборной площади F:

Объем стока W, - объем вода в кубических метрах, стекающей с площади водосбора за определенное время (год, сутки, декаду, месяц):

где Q - расход реки, м3/с; Т- расчетный период, с.

Если объем стока определяется за год, то

Объем стока также можно выразить через модуль поверхностного стока:

Слой стока - объем стока за год, распределенный по всей площади водосбора. Высота слоя стока, выраженная в миллиметрах, входит в уравнение водного баланса (18) для какого- либо бассейна:

или через модуль

Соответственно по известному значению слоя стока можно определить модуль стока М₀=0,0317Y₀

Объем стока, преобразуя формулу (21), можно выразить через высоту слоя стока:

Коэффициент стока представляет собой отношение высоты слоя Y₀ за какой-либо, период к количеству осадков X за тот же период:

Коэффициент стока зависит от величины испарения, характера водопроницаемости пород в бассейне, геоморфологических факторов и изменяется от 0 до I.

Основные расчетные характеристики подземного стока

Подземный сток обеспечивает постоянное и устойчивое питание рек; более того, в гумидном климате в этакий период функционирование поверхностных водотоков происходит исключительно за счет подземных вод.

Величина подземного стока может быть определена следующими способами:

1. непосредственными измерением атмосферных осадков, испарения и величины поверхностного стока по уравнению баланса (18)

2. наблюдением за источниками и замером суммарного их расхода;

3. гидрометрическим методом по замерам расхода вода в реках

В практике гидрогеологических исследований для определения величины подземного стока чаще всего используют гидрометрический метод. На реке выбирают два створа так, чтобы между двумя выбранными сечениями отсутствовало поверхностное питание исследуемого поверхностного водотока. В пределах створов гидрометрически определяют расход реки Q₁ и Q₂, а величину подземного питания оценивают нарастанием расхода вода в реке на выбранных стволах: