Что такое расход воды в реке
Перейти к содержимому

Что такое расход воды в реке

  • автор:

расход воды

объём воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени; одна из важнейших гидрологических характеристик. Для рек обычно исчисляется в м³/с, для малых водотоков в л/с. На реках и каналах измеряется гидрометрическими вертушками, иногда с помощью поплавков, на малых водотоках – с помощью водосливов или объёмным способом (с применением различных ёмкостей). На гидротехнических сооружениях расход воды определяется специальными расходомерами. На основе систематических измерений расходов воды вычисляют среднесуточные, среднедекадные, среднемес., среднемноголетние, макс. и миним. их значения, а также соответствующие величины стока. Для подсчёта стока воды по данным ежесуточных измерений строят графики изменения расходов воды во времени (гидрографы). По ср. годовому расходу воды выделяется Амазонка (220 тыс. м³/с), далее следуют: Конго (41 тыс. м³/с), Янцзы (34 тыс. м³/с), Ориноко (30 тыс. м³/с), Енисей (19,8 тыс. м³/с). Ср. годовой расход в устье Волги, крупнейшей европейской реки, – 7,7 тыс. м³/с.

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн . Под редакцией проф. А. П. Горкина . 2006 .

Смотреть что такое «расход воды» в других словарях:

  • Расход воды — (в водотоке) объём воды, протекающей через поперечное сечение водотока за единицу времени. Измеряется в расходных единицах (м³/с). В промышленности расход воды (жидкости) измеряется расходомерами. В гидрологии используются понятия… … Википедия
  • РАСХОД ВОДЫ — (обозначение Q), мера количества воды, проходящей через определенную точку, выраженная в кубических метрах в секунду (м3/сек). Расход можно измерить по формуле Q=V3А, где V скорость течения воды, а А площадь поперечного сечения реки (канала,… … Научно-технический энциклопедический словарь
  • РАСХОД ВОДЫ — объем воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени (обычно в м&sup3/с, для малых водотоков в л/с) … Большой Энциклопедический словарь
  • РАСХОД ВОДЫ — объем воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени. Измеряется в м3/с или л/с. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь
  • расход воды — Объем воды, протекающий через живое сечение потока в единицу времени … Словарь по географии
  • расход воды — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN flow of water … Справочник технического переводчика
  • расход воды — 3.7 расход воды: Скорость разложения воды при перезаряде батареи, определяющая безуходность. Примечание Батареи с регулирующим клапаном имеют очень малый расход воды и не предназначены для доливки дополнительной воды. 3.8 сухозаряженная батарея… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
  • расход воды — объём воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени (обычно в м3/с, для малых водотоков в л/с). * * * РАСХОД ВОДЫ РАСХОД ВОДЫ, объем воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени (обычно в м3/с, для малых… … Энциклопедический словарь
  • расход воды — vandens debitas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Vandens kiekis, kuris prateka per tam tikrą vandens telkinio skerspjūvį per laiko vienetą (reiškiamas m³/s arba l/s). atitikmenys: angl. water debit vok. Wasserdebit, m;… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
  • РАСХОД ВОДЫ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ — количество воды, протекающей в ручье, реке или подаваемой в рыбоводные пруды водоснабжающим источником из головного пруда, ключа, водохранилища в определенный промежуток времени (в секунду, час, сутки). Колебания расхода зависят от режима… … Прудовое рыбоводство

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гоба Татьяна Дмитриевна, Кошоева Бибигуль Бейшенбековна, Михеева Наталья Ивановна

Рассмотрены основные трудности учета расхода воды на горных реках. Проанализированы проблемы использования традиционных и особенности применения перспективных подходов определения расхода воды при построении автоматизированных гидропостов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Гоба Татьяна Дмитриевна, Кошоева Бибигуль Бейшенбековна, Михеева Наталья Ивановна

Разработка системы автоматизации измерения уровня воды на гидрологическом посту с возможностью мониторинга данных в облачном сервисе

Среднесуточные расходы воды малых рек Калининградской области в автоматизированной информационной системе

Микропроцессорная измерительная система контроля расходов воды для открытых каналов гидромелиоративных систем

СОВРЕМЕННЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В ОТКРЫТЫХ ВОДОТОКАХ
АНАЛИЗ ДАННЫХ ТРАНСГРАНИЧНОГО ПОСТА РЕКА ИЛЕ — ПРИСТАНЬ ДОБЫН ЗА ПЕРИОД С 2011 ПО 2015 ГОДЫ
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHODS FOR DETERMINING WATER CONSUMPTION OF NATURAL OBJECTS IN AUTOMATED CONTROL SYSTEMS

The main difficulties of accounting for water consumption on mountain rivers are considered. The problems of using traditional methods and features of applying promising approaches to determining water consumption in the construction of automated hydraulic posts are analyzed.

Текст научной работы на тему «МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ»

КОШОЕВА Б. Б., МИХЕЕВА Н. И., ГОБА Т. Д.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ

Аннотация. Рассмотрены основные трудности учета расхода воды на горных реках. Проанализированы проблемы использования традиционных и особенности применения перспективных подходов определения расхода воды при построении автоматизированных гидропостов.

Ключевые слова: расход воды, площадь поперечного сечения, скорость потока, расход воды в горных реках, гидрологический пост.

KOSHOEVA B. B., MIKHEEVA N. I., GOBA T. D.

METHODS FOR DETERMINING WATER CONSUMPTION OF NATURAL OBJECTS IN AUTOMATED CONTROL SYSTEMS

Abstract. The main difficulties of accounting for water consumption on mountain rivers are considered. The problems of using traditional methods and features of applying promising approaches to determining water consumption in the construction of automated hydraulic posts are analyzed.

Key words: water flow rate, cross-sectional area, flow rate, water flow rate in mountain rivers, water metering on the channel.

Вода — это важный природный ресурс, обеспечивающий жизнь всей планете. Кыргызстан — горная страна в Центральной Азии, водные ресурсы которой представлены озерами и реками, которые полностью формируются на ее территории. Реки играют особую роль, являясь источником электрической энергии. Возрастающая потребность населения и хозяйственной деятельности в воде и энергии, увеличение их стоимости обуславливают необходимость осуществления мониторинга расхода речной воды.

Решение данной проблемы осложняется особенностями горных рек, которые характеризуются деформирующимися руслами, значительным твердым стоком (селеопасностью), сложными ледовыми явлениями, значительным межсезонным колебанием уровня воды [1]. В настоящее время измерения параметров водного потока производят практически вручную специально обученные работники (техники) методом «скорость-площадь» [2, 7]. Для этой цели в Кыргызстане организовано 69 гидропостов. Координацию их деятельности, научно-методическое руководство, а также обработку и анализ результатов измерения осуществляет Агентство по гидрометеорологии (КыргызГидромет) при МЧС Кыргызской республики.

Использование традиционных методов измерения и человеческий фактор обусловливают значительную трудоемкость и вносят существенную погрешность в результаты определения расхода воды. Снижение трудозатрат и уменьшение погрешности измерений можно обеспечить за счет автоматизации функционирования гидрологических комплексов. Создание автоматизированной системы мониторинга расхода речной воды, которая бы соответствовала всем необходимым требованиям, возможно на основе анализа существующих современных методов и средств определения расхода воды и оценки возможности их применения в условиях горных рек Кыргызстана.

Методологической основой определения расхода воды является метод «скорость-площадь» [2]. Для определения расхода методом «скорость-площадь» определяют такие элементы расхода как глубины (для определения площади поперечного сечения) и скорости течения в одной или нескольких точках каждой вертикали. Скорости на вертикалях измеряются гидрометрическим датчиком с пропеллером в пяти, трех, двух и одной точках в зависимости от величины рабочей глубины скоростной вертикали. Основным способом является пятиточечный (см. рисунок 1), при котором измеряют скорость на поверхности воды и на глубинах 0,2^ 0,6^ 0^ от поверхности воды (И — максимальная глубина) и у дна

Рис. 1. Схема расположения точек на скоростных вертикалях гидрометрического створа

Расход воды при этом вычисляют по формуле:

где Е — площадь поперечного сечения потока, V — скорость течения.

На рисунке 2 представлена функциональная модель-декомпозиция контекстной диаграммы расчета расхода воды.

Рис. 2. Функциональная модель-декомпозиция контекстной диаграммы расчета расхода воды

Данный метод достаточно прост в использовании и сегодня является основным методом для определения расхода воды, но при его использовании на горных реках возникают некоторые трудности. Высокая скорость движения водного потока способствует изменению глубины реки в отдельных местах, что приводит к погрешностям при расчете расхода воды. На сегодняшний день гидропосты используют гидростатические и барботажные датчики уровнемеров, которые заносит песком. Работы в русле горной реки для очистки датчика опасны. В зоне формирования рек вблизи гидрологических постов отсутствуют мосты, развиты ледовые явления, деформация русел.

Развитие измерительной техники и информационных технологий способствует

появлению новых методов мониторинга расхода воды на реках. Существуют различные

методики автоматизированного измерения как площади водного сечения, так и скорости течения воды. Для реализации данных методик используются разнообразные датчики поплавкового типа, а также датчики, основанные на радарном принципе использования ультразвука.

Автоматизированная система контроля уровня воды [10, 11], основанная на использовании датчика поплавкового типа, включает в себя следующие элементы: поплавковый датчик, модуль аналогового входа, логический котроллер, сетевой шлюз и блок питания. Блок питания подает постоянное напряжение на программируемый логический контроллер (ПЛК110), к аналоговым входам которого подключен поплавковый датчик. Отсчеты уровня воды можно выводить на персональный компьютер, подключенный к контроллеру через кабель связи. Для удаленного доступа необходимо подключить контроллер к облачному сервису (Owencloud) через сетевой шлюз. При этом мониторинг уровня воды можно вести в режиме реального времени. Поплавковый датчик необходимо устанавливать в специальном успокоительном колодце [10, 11].

Рис.3. Структура оборудования гидропоста при использовании датчика поплавкового типа

Особый интерес представляет использование аэрогидрометрического,

магнитоиндукционного и ультразвукового методов.

Аэрогидрометрический метод (аэроизмерения) включает операции по маркировке водной поверхности (сбросу поплавков) и аэрофотосъемке двух последовательных положений поплавков через заданные промежутки времени [3]. Преимущества данного метода заключается в применении его в местах бурного течения рек, где использование других методов невозможно. Метод является дорогостоящим.

Магнитоиндукционный метод основан на эффекте возникновения электродвижущей силы в потоке воды, протекающей в магнитном поле, которое создается искусственно посредством уложенных на дно витков кабеля, как показано на рисунке 4 [3].

Средняя скорость течения пропорциональна разности потенциалов на концах измерительной цепи

где ф — константа, зависящая от проводимости воды, грунтов дна и характеристик электромагнитного контура (определяется посредством градуировочных экспериментов); Ь — ширина реки; И — напряженность поля.

Для определения расхода воды служит формула:

где к — средняя глубина потока.

1 — ячейка для измерения проводимости воды,

2 — измеритель проводимости дна,

3 — сигнальные зонды,

4 — кабель для передачи сигналов,

5 — павильон для хранения оборудования,

6 — катушка, создающая магнитное поле

Рис. 4. Комплекс для определения расхода воды методом электромагнитной индукции

К достоинствам данного метода относят его универсальность возможность применения в любых токопроводящих жидкостях, высокая точность и стабильность измерений. Последнее осуществимо только при отсутствии сильных электромагнитных помех

В случае применения ультразвукового метода [3] производится ультразвуковое сканирование скорости перемещения поверхностного слоя, при этом зависимость формула уравнения расхода имеет вид:

где ¥2 — площадь водного сечения в плоскости ультразвукового зондирования; кв — коэффициент перехода от осредненной по ширине потока поверхностной скорости течения к средней, ¥1 — измеренная скорость; sina — поправка на величину угла, на который отклонен датчик [3].

Система измерений представляет комплекс, состоящий из стационарных датчиков радарного типа для измерения уровня поверхностных вод и скорости водного потока. Система измерений предназначена для выполнения гидрометрических работ на водотоках бесконтактным ультразвуковым способом в реальном масштабе времени. Определение скорости водного потока основано на доплеровском принципе смещения частот, когда на подаче короткого ультразвукового импульса (сигнала) фиксированной частоты в воду отражатели (частицы), имеющиеся в воде, возвращают сигнал к датчику системы. Отраженный импульс имеет сдвиг в частоте, пропорциональный скорости потока. Система рассчитана на установку и проведение измерений с использованием гидротехнических сооружений (мостов, переправ и др.) на водных объектах. Вариант установки системы без защитного кожуха представлен на рисунке 5 [4].

Рис. 5. Установка системы измерения на конструкциях моста

Радарный уровнемер для обеспечения измерений при высоких уровнях воды должен быть закреплен над поверхностью воды на высоте на 0,5 м выше ее максимального исторического уровня. Для обеспечения надежности прихода сигнала на рупорную антенну, ось антенны должна быть направлена перпендикулярно плоскости водного потока посредством специального крепления рупорной антенны, имеющего две степени свободы [8].

Преимущества ультразвукового метода — это измерение потока, как в прямом, так и в обратном направлениях, простота монтажа (не требуется организация дополнительных колодцев и измерительных камер). Недостатком является необходимость периодической очистки датчиков [5]. В условиях измерения параметров водного потока на горных реках, которые характеризуются турбулентным режимом движения воды, неровностью и быстро меняющейся поверхностью, точность измерений существенно снижается. Также существует необходимость учета имеющихся технических условий на объекте измерения и продумывания мероприятий по обслуживанию и эксплуатации средств измерения [6].

Современный уровень развития техники позволяет поднимать вопросы о повышении оперативности предоставления потребителям качественной гидрологической информации. В условиях внедрения новых цифровых средств измерений встает вопрос о корректировке стандартов, регламентирующих данные работы.

Адекватный выбор датчиков, метода и аппаратуры для мониторинга расхода воды в горных реках требует проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований с учетом законов речной гидравлики. На основе математического моделирования совокупности измеряемых параметров (уровня и скорости течения воды, ее расхода, ширины реки и профиля ее русла, наличия взвешенных частиц и характера наносов и др.) целесообразно выявлять параметр-критерий величины расхода, который можно было бы непрерывно измерять, используя радарный принцип построения датчика. Такое техническое решение может обеспечить высокую надежность и эффективность аппаратуры для мониторинга расхода воды горной реки.

1. Официальный сайт департамента водного хозяйства и мелиорации КР. [Электронный ресурс]. URL: http://www.water.kg/index.php/ru/o-departamente/vodnye-resursy-i-vodokhozyajstvennaya-infrastruktura-kyrgyzstana (дата обращения: 03.09.2020).

2. Методические указания ГСИ. Расход воды на реках и каналах. Методика выполнения измерений методом «скорость-площадь». МИ 1759-87-М. : Издательство стандартов, 1987. — 15 с.

3. Масумов Р. Р. Методы измерения расхода воды на реках и каналах, в напорных трубопроводах насосных станций и оросительных систем. — Ташкент, 2015. -149 с.

4. СТО ГГИ 52.08.36-2013. Стационарные автоматизированные гидрологические комплексы. Способы размещения и установки. СПб. : Арт-Экспресс, 2013. — 54 с.

5. Методы определения расхода воды в напорных и безнапорных потоках [Электронный ресурс]. URL: https://linedrive.ru/decisions/technologies /measure_ method/water_flow_measure (дата обращения: 03.09.2020).

6. Малахова Ю. Г. Метрологическое обеспечение технологических процессов и производств [Электронный ресурс]. URL: https://www.sibsau.ru/sveden/edufiles /47486 (дата обращения: 03.09.2020).

7. ГОСТ 25 855-83. Уровень и расход поверхностных вод. Общие требования к измерению. — М. : Государственный комитет СССР по стандартам, 1983. — 32 с.

8. Высоцкий Д. В. Методика измерений уровня воды в водоемах и водвотоках автоматизированными гидрологическими комплексами [Электронный ресурс]. URL: http://www.hydrology.ru/sites/default/files/Books/rd_52.08.869-2017.pdf (дата обращения 03.09.2020)

9. Фролова Г. П. Методические указания [Электронный ресурс]. URL: http://lib.krsu.edu.kg/uploads/files/public/4175.pdf (дата обращения 03.09.2020)

10. Кошоева Б.Б., Мамбетисаев С.Н., Текебаев Н. Разработка системы автоматизации измерения уровня воды на гидрологическом посту с возможностью мониторинга данных в облачном сервисе // Огарев-online, 2018. — № 13. [Электронный ресурс]. URL: http://journal.mrsu.ru (дата обращения 12.10.2020)

11. Кошоева Б.Б., Мамбетисаев С.Н. Проектирование системы автоматизации для измерения уровня воды и отправки данных по стандарту GSM // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии, 2018. — № 1 (8). — С. 142-146.

Расход воды

Объем воды, протекающей через данное сечение реки за единицу времени (обычно в секунду). Это одна из основных характеристик реки, которая сообщает нам, сколько воды течет в ее русле. Обычно выражается в м 3 /с.

В основном это можно описать следующей формулой:

Q (м 3 /с) = A (м 2 ) х V (м/с) или расход = площадь х скорость

В гидрометрии существует много методов измерения расхода реки. В зависимости от размера реки и ее характеристик выбирается наиболее подходящий метод. В настоящее время службы, отвечающие за гидрологическую защиту, т. е. гидрологические измерения, в основном используют методы, основанные на измерении скорости реки и площади ее сечения (например, гидрометрической вертушкой, методом ADCP).

Расход реки является важным параметром во многих гидрологических, экологических и инженерных расчетах. Используется, среди прочего, при оценке водных ресурсов, расчете водного баланса или проектировании гидротехнических сооружений разного типа.

Related resources:

  • EDU-ARCTIC webinar: Arctic hydrology: where does the water go?

Что такое расход воды в реке

На реках СССР различают два вида явлений, при которых наблюдаются большие расходы воды в течение года, — половодье и паводки.

Под половодьем понимается повышенная водность рек весной во время снеготаяния. Характерной особенностью половодья, является его регулярность (ежегодное повторение), приуроченность к определенному времени (весна) и охват одновременно или с небольшим сдвигом во времени больших районов.

Паводки — явление дождевого, преимущественно ливневого, происхождения. Они более кратковременны, чем половодья, и могут наблюдаться в любое время года. Иногда выделяется один, более обильный осадками сезон, к которому большей частью и приурочены паводки.

На подавляющем большинстве рек максимальные расходы воды образуются за счет таяния снега, накопленного за зиму в бассейне, и наблюдаются во время наиболее интенсивного снеготаяния. Лишь на сравнительно небольшой части территории страны они формируются за счет ливневых дождей. К ним относятся реки Дальнего Востока, Черноморского побережья Кавказа, Крыма и отчасти Средней Азии.

Во время весеннего половодья расходы воды в реках увеличиваются настолько, что нередко в десятки и сотни раз превышают величину среднего годового расхода воды. Максимальные модули стока для ряда рек Европейской части СССР достигают в периоды половодья 200-350 л/сек км 2 и более (табл. 21).

Таблица 21. Средние годовые и максимальные модули стока некоторых рек Европейской части СССР

Река Пункт Площадь водосбора, км 2 Число лет наблюдений Средний годовой модуль стока л/с с км 2 Максимальный модуль стока Ммакс0
Тихвинка Горелуха 2030 62 9,4 151 16
Западная Двина Витебск 27300 63 8,3 133 16
Волга Калинин 24100 56 7,3 158 21
Ока Орел 4870 43 4,2 370 92
Днепр Смоленск 14100 57 6,9 141 20
Дон Гремячье 60100 44 3,8 131 35

На реках Азиатской части СССР максимальные модули стока в период весеннего половодья достигают примерно таких же значений.

Как известно, величина модуля стока зависит от площади водосбора: чем больше бассейн, тем меньше его значение. Если взять малые водосборы, например балки степной полосы Европейской части СССР (бассейн Дона), то наибольшие модули стока на них в период весеннего половодья достигают значительных величин, причем максимумы стока могут в 100 раз и более превосходить средний годовой расход; в табл. 22 в качестве примера приведены значения максимальных модулей для двух балок, расположенных на Волго-Донском водоразделе.

Таблица 22. Максимальные модули стока двух балок, расположенных на Волго-Донском водоразделе

Балка Площадь водосбора, км 2 Максимальный модуль стока, л/сек км 2
1
2
9,3
12,8
1710
1250

В районах, где максимумы стока формируются за счет снеготаяния, паводки дождевого происхождения обычно по высоте подъема воды уступают весеннему половодью. Это, однако, справедливо только в отношении больших и средних рек. Что касается малых водотоков, то дождевые максимумы на них могут превышать подъемы воды при весенних половодьях. Чем меньше площадь бассейна, тем более интенсивным ливнем она может быть охвачена. Существует, следовательно, некоторый предел площади водосбора, ниже которого более высокими являются дождевые максимумы, а выше — снеговые. В Европейской части СССР дождевые максимумы могут преобладать, начиная со следующих примерных предельных значений площади водосбора:

в лесной зоне — лишь на незначительных бассейнах, площадью в несколько квадратных километров, иногда до 20-30 /км2;
в лесостепной зоне — на небольших реках с площадью водосбора менее 100 км 2 ;
в степной зоне — на реках с площадью водосбора до 3000 — 5000 км 2 .

На очень малых водосборах степной зоны Европейской части СССР ливневые максимумы могут быть весьма значительными. В качестве примера можно привести следующие данные о максимальных ливневых модулях стока на юге Украины:

балка Воробьевка 43 км 2 650 л/сек км 2
балка Александровна 0,4 29000
без названия 0,4 50000
без названия 0,5 75000

В районах с преобладанием дождевого питания, как отмечено выше, наибольший сток в году наблюдается в период прохождения дождевых паводков. Максимумы снегового происхождения по своим размерам здесь значительно уступают ливневым паводкам.

В этом отношении особенно характерными являются реки Дальнего Востока. Летние муссонные дожди, в отличие от ливней Европейской части СССР, охватывают здесь сразу обширные пространства, поэтому дождевые максимумы наблюдаются не только на малых водотоках, но и на реках с большими площадями водосборов, включая и самую большую водную артерию Дальнего Востока — Амур. Максимальные расходы дождевых паводков для большинства рек этого района превышают величину среднегодового расхода воды в 6-10 раз, а на малых реках с площадью водосбора 3000-5000 км 2 — в 25-50 раз и более.

Особенно высокие максимумы стока характерны для рек Приморья. На реке Майхэ, например, наивысший модуль стока достигал 655 л/сек км 2 , а на Лянчихэ (43 км 2 ) — 6300 л/сек км 2 .

Значения максимальных расходов воды весьма колеблются из года в год в зависимости от запасов снега в бассейнах рек, интенсивности его таяния и от других причин. Наблюдения показывают, что более устойчивыми являются максимумы в районах избыточного увлажнения с большой относительной водностью рек, а менее устойчивы они для водотоков засушливых районов. Так, например, в Европейской части СССР коэффициент вариации Сv, являющийся мерилом изменчивости стока, равен:

На севере Европейской части СССР — в бассейнах Печоры и Северной Двины — 0,2
В Центральной части — в бассейне Верхней Волги — 0,4
На юго-востоке — в степных и полупустынных районах — 0,8-1,0

В то время как на севере максимумы из года в год близки между собой, на юге, в степной зоне, максимумы отдельных лет могут весьма разниться.

Увеличение амплитуды колебаний расходов на юге связано с большей изменчивостью условий, определяющих формирование максимумов (запасы снега, интенсивность таяния снега, глубина промерзания и т. д.).

Наинизшие расходы воды на реках СССР наблюдаются в периоды летней и зимней межени. В зимнее время почти все реки переходят в основном на грунтовое питание и в результате постепенного истощения запасов грунтовых вод к концу зимнего периода обладают особенно низкой водностью. Летом большинство рек (за исключением рек с половодьем в теплую часть года, с. преобладанием дождевого и ледникового питания) также прет имущественно питается грунтовыми водами, причем наиболее низкий сток наблюдается обычно в наиболее жаркое время, когда ,особенно велики потери на испарение. Соотношение этих двух минимумов стока — зимнего и летнего — таково, что в северных районах СССР (в тундровой и лесной зонах), как правило, наинизшими в году являются зимние расходы воды, а в южных частях страны (лесостепная, степная и полупустынная зоны) годовой минимум стока падает преимущественно на конец лета и осень. Центральные районы (лесостепь) занимают в этом отношении промежуточное положение. Наинизший годовой сток здесь может быть и летом и зимой. Изложенное можно иллюстрировать на примере некоторых рек Европейской части СССР (табл. 23).

Таблица 23. Минимальные модули стока на некоторых реках Европейской части СССР

Район Река Пункт Среднемесячный минимальный модуль стока, л/сек км 2
зимний летний
Лесная зона
То же
То же
Суна
Мета
Ловать
Пор-Порог
Потерпелицы
Холм
4,0
1,7
1,4
5,9
2,4
1,3
Лесостепная и степная зоны
То же
Оскол
Сорокине
Бузулук
Байгоровка
1,8
1,3
0,13
0,05

Относительная величина наименьшего в году расхода рек (величина модуля минимального стока) в равнинных областях, как например в Европейской части СССР, закономерно падает в направлении с севера на юг вместе с уменьшением относительной водности рек. Эту закономерность, так же как и в отношении нормы годового стока, можно представить на карте в виде изолиний минимального стока рек (рис. 32). На территории Европейской части СССР, как показано на этой карте, величина минимального стока закономерно уменьшается от 2 л/сек км 2 и более на севере до 1,0-0,5 в центральной части и далее до 0,1 л/сек км 2 в степной зоне на юге. В южной части степной зоны и в полупустынной зоне местные реки полностью пересыхают, т. е. минимальный их сток равен нулю. Особенно низким минимальным стоком отличаются реки Восточной Сибири и Дальнего Востока, где при наличии вечной мерзлоты грунтовое питание исключительно мало.

Рис. 32. Минимальный сток рек Европейской части СССР (в л/сек км 2 ) (по В. А. Урываеву).

Исследования показывают, что минимальный сток реальных речных бассейнов часто очень сильно отличается от стока, полученного по карте изолиний минимального стока. Эти отклонения объясняются тем, что минимальный сток, помимо климатических факторов, тесно связан с другими особенностями водосбора и в первую очередь с геолого-почвенными условиями или точнее — с условиями подземного питания. Чем более водоносными являются породы, слагающие водосбор, тем при прочих равных условиях больше (выше) будет минимальный сток. Из двух одинаковых рек, расположенных в одних и тех же климатических условиях, бассейн с песчаными почво-грунтами будет иметь более высокие минимумы по сравнению, например с бассейном, сложенным глинистыми и суглинистыми породами.

Не совсем точным является принятое при построении карты изолиний положение о независимости величины минимального стока от площади водосбора. В действительности размер водосбора заметно влияет на величину минимального стока: Qмин = f(F). Эта зависимость проявляется в том, что с увеличением площади водосбора, как правило, увеличивается глубина эрозионного вреза рек. Понятно, что чем глубже река врезается в поверхность земли, тем более возрастает доля грунтового питания. Характер зависимости Qмин = f(F) таков, что вначале минимальный сток резко возрастает с увеличением площади водосбора, затем, достигнув некоторого предела (различного в тех или иных условиях), величина водосбора почти не влияет на изменение стока.

Минимальный сток малых рек, в отличие от больших и средних, часто бывает равен нулю вследствие их перемерзания зимой и пересыхания в летние периоды. Вероятность пересыхания или перемерзания водотоков является большей у рек с меньшими водосборами; большое значение также имеет и длительность данного явления.

Рассматривая распространение явления пересыхания и перемерзания рек на территории СССР, можно выделить три характерные области: северную, среднюю и южную.

Северная область, соответствующая примерно лесной и тундровой зонам, отличается тем, что здесь преобладает перемерзание рек, тогда как пересыханию подвержены лишь мелкие водотоки. В пределах данной области на территории Европейской части СССР перемерзают реки с площадями водосбора до 100 км2. Широко распространено явление перемерзания также и в Азиатской части СССР, в зоне вечной мерзлоты. Так, на территории Восточной Сибири перемерзают до дна не только малые реки, но даже такие, как Яна, Индигирка, Вилюй, имеющие площади водосбора до 200000 км 2 и более. На Дальнем Востоке перемерзает Шияка у г. Сретенска (F = 172000 км 2 ) и ряд других рек, причем продолжительность явления достигает 6-7 месяцев.

Не следует думать, однако, что в зоне вечной мерзлоты зимою перемерзают и прекращают сток сплошь все малые и средние реки.

В действительности, даже в условиях сурового климата Восточной Сибири, встречаются реки не только не перемерзающие, но даже и не замерзающие в течение всей зимы. Такое, на первый взгляд парадоксальное явление связано с выходами относительно теплых подмерзлотных вод, приуроченными к районам сравнительно молодых разломов земной коры. В средней из трех выделенных областей, приблизительно соответствующей лесостепной зоне, явления перемерзания и пересыхания наблюдаются примерно в одинаковой мере. Эти явления отмечаются здесь на реках с площадями водосборов до 500-1000 км 2 .

Наконец, южная область, соответствующая приблизительно степной и полупустынной зонам, отличается широко распространенным явлением пересыхания рек. В ее северной части пересыхают реки с площадями водосборов в 500-1000 км 2 , а в южной — до 3000-5000 км 2 . В засушливых степях и полупустынных районах пересыхают такие реки, как Большой и Малый Узени, Кума и даже Эмба с площадями водосборов до 50 000 км 2 .

Рассмотренная в самых общих чертах закономерность изменения минимального стока рек СССР теснейшим образом связана с зональностью грунтовых вод.

Большие реки, протекающие через засушливые полупустынные и пустынные пространства, как-то: Урал, Аму-Дарья, Сыр-Дарья, не пересыхают, но по пути теряют значительную часть своего стока на испарение и фильтрацию. Так, например, Аму-Дарья теряет около 25% своих вод на пути через Кара-Кумы (включая и разбор на орошение).

Разница между наивысшими и наинизшими расходами воды за многолетний период характеризует размах колебаний — амплитуду колебаний расходов воды, или степень естественной зарегулированности стока рек. Очевидно, что чем более равномерно распределен сток в году, тем меньше амплитуда колебаний расходов воды, и наоборот. Амплитуду колебаний расходов воды в реках можно характеризовать отношением наибольшего наблюденного расхода к наименьшему: Qнаиб/Qнаим = К; величину К можно назвать коэфициентом естественной зарегулированности.

В табл. 24 приведены данные об амплитудах колебаний расходов воды ряда больших рек СССР и соответствующие им значения коэфициента К; эти данные показывают, что в большинстве случаев реки имеют крайне неравномерный сток. Наибольшим размахом колебаний расходов воды отличаются реки зоны вечной мерзлоты, где К достигает особенно больших значений; для Зеи, например, он составляет около 9000. Это вполне понятно, так как здесь перемерзанию подвергаются даже реки значительных размеров (Яна и др.), а потому и минимальный сток ничтожно мал или равен нулю; в последнем случае величина К становится бесконечно большой или вообще неопределенной.

Таблица 24. Многолетние амплитуды колебаний расходов воды некоторых рек СССР

Река Пункт Площадь водосбора км 2 Расход воды, м 3 /сек
средний годовой наибольший наименьший Qнаиб/Qнаим
Северная Двина Абрамково 223000 1990 19700 65 303
Печора Оксино 317000 3970 34600 50 692
Волга Ярославль 154000 1100 11600 110 106
Реки, сток которых зарегулирован озерами
Нева Петрокрепость 276000 2550 4510 687 6,5
Свирь Мятусово 66100 614 1450 121 12
Волхов Гостинополье 79600 584 2530 29 87
Вуокса Иматра 69000 600 1146 200 5,6
Ангара Пашки 590000 1900 4940 837 5,9

В засушливых районах значения К также велики; так, например, у Южного Буга величина этого коэффициента равна 1612. Объясняется это малым летним стоком и пересыханием малых рек (Большой и Малый Узени, Эмба, Кума и др.); и в этом случае значение К становится неопределенным.

Наименьшим размахом колебаний расходов обладают реки лесной зоны (вне распространения вечной мерзлоты), где наблюдается относительно высокий сток в летнюю и зимнюю межень, например Волга. Относительно невелики колебания расходов на горных реках, особенно у тех, которые имеют ледниковое питание.

Огромное регулирующее влияние на сток оказывают озера, сильно уменьшая размах его колебаний. Под влиянием озерного регулирования максимальный сток весьма снижается, а минимальный, наоборот, повышается, в результате чего величина К резко уменьшается. Это особенно отчетливо видно не примере таких типичных озерных рек, как Нева, Свирь, Вуокса, Ангара, у которых максимальный расход воды всего в 5-10 раз больше минимального за многолетний период. При уменьшении степени озерности бассейна регулирующее влияние на сток сильно падает. Примером может служить р. Волхов, вытекающая из значительно меньшего по размерам площади и мелководного оз. Ильмень, регулирующее влияние которого незначительно.

Предыдущая В оглавление Следующая >>
Публикации с ключевыми словами: геофизика
Публикации со словами: геофизика
См. также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *