2. 4. Водний баланс річкового басейну

Водний баланс – це співвідношення за певний проміжок часу (рік, місяць, декаду, і т. д.) приходу, витрати та акумуляції води для річкового басейну, ділянки території, чи будь - якого водного об’єкту.

Розглянемо методику складання водного балансу для будь-якої замкненої територій (рис. 3).

Рис. 3. Узагальнена схема вологообміну

Привхідна частина балансу складається із опадів (X), конденсації вологи (K), поверхневого (у_пов) та підземного (у_підз) притоків. Витратна частина складається із сумарного випарування з поверхні території (Е), поверхневого (у’_пов) та підземного (у’_підз) відтоків.

Позначивши акумуляцію води в даному об’ємі ΔU, запишемо рівняння водного балансу для даної території:

. (15)

Проаналізуємо це рівняння стосовно річкового басейну. Для річкового басейну відтік із басейну поверхневим шляхом - це стік даної річки. Отже у’_пов=у, тоді рівняння (15) можна записати в такому вигляді:

. (16)

Величина – підземний водообмін даного басейну із сусіднім. Якщо поверхневий контур водозабору збігається їз підземним, то Для інших величин цієї різниці її також можна приймати рівною нулю, тоді:

. (17)

Або відносно величини стоку:

. (18)

Рівняння (18) справедливе для будь якого проміжку часу.

Акумуляційний член ΔU в посушливі роки має від’ємне значення в багатоводні – додатне.

Якщо скласти рівняння водного балансу річкового басейну для декількох років (n), потім додати окремі складові і відповідно розділити на число років, то отримаємо:

. (19)

Для багаторічного періоду .

Тоді матимемо:

. (20)

де y₀, x₀, E₀, - відповідно норми стоку, опадів та випарування.

Метод водного балансу являється основним засобом дослідження формування стоку як за багаторічний період, так і для окремих років або періодів року.

2. 5. Структура річкового русла. Русло в плані.

Русло - частина дна долини, по якій здійснюється стік води. Частина русла, по якій здійснюється стік води в маловодний (межений період), називається корінним, або меженним руслом. Частина долини річки, що заливається річковою водою періодично, лише в періоди інтенсивного надходження води називається заплавним руслом (заплавною річки).

В плані русло має, як правило, звивисту форму. Це пояснюється розвиваючою діяльністю потоку, що формує своє русло в межах широкого дна долини або внаслідок пристосування потоку до звивистості долини. Розподіл глибини в руслі пов’язаний з обрисом русла в плані. Розташування ізобат (ліній рівних глибин) на рівнинних річках вказує на чергування плесів (глибоких ділянок) і перекатів (мілких ділянок) (рис. 4).

Рис. 4. Русло в плані

Перекат – характерна для рівнинних річок форма рельєфу дна, яка формується відкладанням наносів у вигляді широкого пасма. Що перетинає русло під кутом до загального відхилення від одного берега до іншого. Лінію, що з’єднує точки з найбільшими глибинами вздовж річки у плані називають фарватером.

Характер розподілу в руслі добре описується закономірностями Фарга:

1. Лінія найбільших глибин за течією прагне притиснутися до вигнутого берега; пісок відкладається на протилежному березі у вигляді пляжів.

2. Найбільш глибока частина плесу і наймиліша частина перекату зсунуті по відношенню до точок найбільшої кривизни вниз за течією приблизно на чверть довжини плесом перекату.

3. Плавній зміні кривизни відповідає плавна зміна глибини; всяка різка зміна кривизни супроводжується різкою зміною глибин.

4. Чим кривизна більша - тим більша глибина плесу.

5. Із збільшенням довжини кривої при даній її кривизні глибина спочатку зростає, а потім зменшується. Для кожної ділянки існує деяке середнє найбільш сприятливе глибинам, значення довжини кривої.

Поперечний переріз русла та його морфометричні характеристики.

Поперечний переріз - площина перпендикулярна до напрямку течії і обмежена знизу дном боків відкосами русла, а зверху лінією горизонту води.

До морфометричних характеристик відносяться: площа живого перерізу (ω, м², ширина русла (β, м), змочений периметр (χ, м) середня глибина (h_сер, м) і гідравлічний радіус (R, м).

Живий переріз являє собою частину всього водного перерізу, де ця течія відсутня, називається мертвим простором. Площа живого перерізу обчислюється за виміряними глибинами.

Ширина річки - це віддаль між зрізами води лівого та правого берегів при даному рівні води

Змочений периметр - це довжина підводного контуру живого перерізу.

Середня глибина обчислюється, як відношення площі живого переріз до ширини річки:

. (21)

Гідравлічний радіус обчислюється як відношення площі живого перерізу до змоченого периметру:

. (22)

Для великих рівнинних річок за гідравлічний радіус допускається приймати середню глибину русла

Поздовжні профілі річок.

Поздовжній профіль річки - лінія що проказує зміні висоти дна і поверхню води по мірі віддалення від витоки. Поздовжній профілі річки характеризує зміну похилів її дна і похилів поверхні води вздовж за течією.

Похил виражається відношенням різниці відміток дна або поверхні води на початку і в кінці (падіння) ділянки до довжини цієї ділянки:

Похил може виражатися або у вигляді десяткових дробів, або в промилях (%), що показує падіння в м на 1 км довжини річки.

Розрізняються такі типи поздовжніх профілів річок (рис. 5):

Рис. 5. Типи поздовжніх профілів річок: 1 - плавно вигнутий, або профіль рівноваги - характерний в основному для малих річок; 2 - прямолінійні – характерний в основному для малих річок; 3 - скидовий або випуклі, що має малий похил в верхів’ї і більший в нижній течії, зустрічається рідко; 4 - сходовий, що утворюється при наявності ряду проміжних базисів ерозії у вигляді озер, водосховищ і т. п.

Лекція № 3

МЕТОДИКА ВИВЧЕННЯ ВОДНИХ РЕСУРСІВ

Мета лекції:

План лекції:

3. 1. Про шляхи вивчення водних ресурсів.

3. 2. Аналіз складових рівняння водного балансу річкового басейну.

3. 2. 1. Атмосферні опади, їх характеристика, вимірювання та обчислення.

3. 2. 2. Випарювання. Його вимірювання та обчислення.

3. 3. Організація мережі гідрологічних станцій і постів.

3. 4. Водний кадастр. Його видання.

Питання для самостійної роботи:

Список літературних джерел

Контрольні запитання:

1. У чому полягають шляхи вивчення водних ресурсів?

2. Наведіть характеристику атмосферних опадів та методику їх вимірювання та обчислювання.

3. Наведіть характеристику дощів та методику їх вимірювання.

4. Назвіть та наведіть характеристику середнього шару опадів для річкових басейнів.

5. Охарактеризуйте процес випаровування та методику його вимірювання та обчислювання.

6. Зо таке випарування і чим він характеризується?

7. Що таке гідрографічна мереж же і для вирішення яких задач вона улаштовується?

8. З якою метою і де саме улаштовуюся гідрологічні станції і пости? Охарактеризуйте їх.

9. Що таке водний кадастр і з якою метою він складається?

10. У чому полягає принципова різниці між складовими рівняння водного балансу річкового басейну: атмосферні опади та випаровування?

11. Охарактеризуйте і як визначається дефіцит вологості, випаровування і сумарне випаровування?