Водный режим рек характеризуется совокупным изменением во времени уровней и объемов воды в реке. Уровень воды (Н ) – высота водной поверхности реки относительно постоянной нулевой отметки (ординара или нуля графика водомерного поста). Среди колебаний уровней воды в реке выявляются многолетние, обусловленные вековыми изменениями климата, и периодические: сезонные и суточные. В годовом цикле водного режима рек выделяют несколько характерных периодов, называемых фазами водного режима. У разных рек они различные и зависят от климатических условий и соотношения источников питания: дождевого, снегового, подземного и ледникового. Например, у рек умеренно-континентального климата (Волги, Оби и др.) выделяются следующие четыре фазы: весеннее половодье, летняя межень, осенний подъем воды, зимняя межень. Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон длительное увеличение водности реки, вызывающее подъем уровня. В умеренных широтах оно наступает весной за счет интенсивного снеготаяния.

Межень – период длительных низких уровней и расходов воды в реке при преобладании подземного питании («маловодье»). Летний межень обусловлена интенсивным испарением и просачиванием воды в грунт, несмотря на наибольшее количество осадков в это время. Зимняя межень – результат отсутствия поверхностного питания, реки существуют лишь за счет подземных вод.

Паводки – кратковременные непериодические подъемы уровни воды и увеличение объемов воды в реке. В отличие от половодий они случаются во все сезоны года: в теплое полугодие они вызваны сильными или продолжительными дождями, зимой – таянием снега во время оттепелей, в устьях некоторых рек – за счет нагона воды из морей, куда они впадают. В умеренных широтах осенний подъем воды в реках называют иногда паводочным периодом; он связан с уменьшением температуры и сокращением испарения, а не с увеличением осадков – их меньше, чем летом, хотя осенью чаще бывает пасмурная дождливая погода. Осенние паводки па реке Неве в Санкт-Петербурге вызваны прежде всего нагоном воды из Финского залива западными ветрами; максимально высокое наводнение 410 см произошло в Санкт-Петербурге в 1824 г. Паводки обычно бывают кратковременными, подъем уровня воды ниже, а объем воды меньше, чем во время половодья.

Одной из важнейших гидрологических характеристик рек является речной сток, образующийся за счет поступления поверхностных и подземных вод с водосборной площади. Для количественной оценки стока рек применяется ряд показателей. Основным из них является расход воды в реке – количество воды, которое проходит через живое сечение реки за 1 секунду. Он вычисляется по формуле Q =v *ω, где Q – расход воды в м 3 /c, v – средняя скорость реки в м/с. ω – площадь живого сечения в м 2 . По данным ежедневных расходов строится календарный (хронологический) график колебаний расходов воды, называемый гидрографом.

Модификацией расхода является объем стока (W в м 3 или км 3) – количество воды, протекающее через живое сечение реки за длительный срок (месяц, сезон, чаще всего год): W=Q*T, где Т – период времени. Объем cтока от года к году меняется, средняя многолетняя величина стока называется нормой стока. Например, годовая норма стока Амазонки около 6930 км 3 , что составляет около >5% общего годового стока всех рек земного шара, Волги – 255 км 3 . Годовой объем стока подсчитывается не за календарный, а за гидрологический год, в пределах которого завершается полный годовой гидрологический йикл круговорота воды. В регионах с холодными снежными зимами за начало гидрологического года принимается 1 ноября или 1 октября.

Модуль стока (М, л/с км 2) – количество воды в литрах, стекающее с 1 км 2 площади бассейна (F) в секунду:

(10 3 – множитель для перевода м 3 в литры).

Модуль стока рек позволяет узнать степень водонасыщенности территории бассейна. Он зонален. Наибольший модуль стока у Амазонки – 30 641 л/с км 2 ; у Волги он равен 5670 л/с км 2 , а у Нила – 1010 л/с км 2 .

Слой стока (Y ) – слой воды (в мм), равномерно распределенный по площади водосборного бассейна (F ) и стекающий с него за определенное время (годовой слой стока).

Коэффициент стока (К ) – отношение объема стока воды в реке (W ) к количеству атмосферных осадков (х ), выпадавших на площадь бассейна (F ) за одно и то же время, или отношение слоя стока (Y ) к слою атмосферных осадков (х ), выпавших на эту же площадь (F ) за тот же промежуток времени (величина безмерная или выраженная в %):

K=W/(x*F)* 100%, или K=Y/x *100%.

Средний коэффициент стока всех рек Земли составляет 34%. т. е. только одна треть осадков, выпадающих на сушу, стекает в реки. Коэффициент стока зонален и изменяется от 75-65% в зонах тундр и тайги до 6-4% в полупустынях и пустынях. Например, у Невы он равен 65%, а у Нила – 4%.

С водным режимом рек связано понятие зарегулированности стока: чем меньше годовая амплитуда расходов воды в реке и уровней воды в ней, тем больше зарегулирован сток.

Реки являются наиболее мобильной частью гидросферы. Их сток представляет собой интегральную характеристику водного баланса территории суши.

На величину стока рек и его распределение в течение года влияет комплекс природных факторов и хозяйственная деятельность человека. Среди природных условий основным является климат, особенно осадки и испарение. При обильных осадках сток рек большой, но надо учитывать их вид и характер выпадения. Например, снег даст больший сток, чем дождь, поскольку зимой меньше испарение. Ливневые осадки увеличивают сток по сравнению с обложными при одинаковом их количестве. Испарение , особенно интенсивное, уменьшает сток. Помимо высокой температуры, ему способствуют ветер и дефицит влажности воздуха. Справедливо высказывание русского климатолога А. И. Воейкова: «Реки – продукт климата».

Почвогрунты влияют на сток через инфильтрацию и структуру. Глина увеличивает поверхностный сток, песок его сокращает, но увеличивает подземный сток, являясь регулятором влаги. Прочная зернистая структура почв (например, у черноземов) способствует проникновению воды вглубь, а на бесструктурных распыленных суглинистых почвах часто образуется корка, которая увеличивает поверхностный сток.

Весьма важно геологическое строение речного бассейна, особенно вещественный состав пород и характер их залегания, поскольку они определяют подземное питание рек. Водопроницаемые породы (мощные пески, трещиноватые породы) служат аккумуляторами влаги. Сток рек в таких случаях больше, так как меньшая доля осадков затрачивается на испарение. Своеобразен сток в карстовых областях: рек там почти нет, так как осадки поглощаются воронками и трещинами, но на контакте их с глинами или глинистыми сланцами наблюдаются мощные родники, питающие реки. Например, закарстованная Крымская яйла сама по себе сухая, но у подножия гор бьют мощные родники.

Влияние рельефа (абсолютной высоты и уклонов поверхности, густоты и глубины расчленения) велико и разнообразно. Сток горных рек обычно больше, чем равнинных, так как в горах на наветренных склонах обильнее осадки, меньше испарение из-за более низкой температуры, за счет больших уклонов поверхности короче путь и время добегания выпавших осадков до реки. Из-за глубокого эрозионного вреза обильнее подземное питание сразу из нескольких водоносных горизонтов.

Влияние растительности – разных типов лесов, лугов, посевов и т. д. – неоднозначно. В целом растительность регулирует сток. Например, лес, с одной стороны, усиливает транспирацию, задерживает осадки кронами деревьев (особенно хвойные леса снег зимой), с другой стороны, над лесом обычно выпадает больше осадков, под пологом деревьев ниже температура и меньше испарение, дольше снеготаяние, лучше просачивание осадков в лесную подстилку. Выявить влияние разных типов растительности в чистом виде весьма трудно ввиду совместного компенсирующего действия разных факторов, особенно в пределах крупных речных бассейнов.

Влияние озер однозначно: они уменьшают сток рек, поскольку с водной поверхности больше испарение. Однако озера, как и болота , являются мощными естественными регуляторами стока.

Влияние хозяйственной деятельности на сток весьма значительно. Причем человек воздействует как непосредственно па сток (его величину и распределение в году, особенно при постройке водохранилищ), так и на условия его формирования. При создании водохранилищ меняется режим реки: в период избытка вод происходит накопление их в водохранилищах, в период недостатка – использование на различные нужды, так что сток рек оказывается зарегулированным. Кроме того, сток таких рек в общем сокращается, ибо увеличивается испарение с водной поверхности, значительная часть воды расходуется на водоснабжение, орошение, обводнение, уменьшается подземное питание. Но эти неизбежные издержки с избытком перекрываются пользой от водохранилищ.

При переброске вод из одной речной системы в другую сток видоизменяется: в одной реке уменьшается, в другой – увеличивается. Например, при постройке канала имени Москвы (1937) в Волге он сократился, в реке Москве возрос. Другие транспортные каналы для переброски воды обычно не используются, например Волго-Балтийский, Беломорско-Балтийский, многочисленные каналы Западной Европы, Китая и др.

Большое значение для регулирования речного стока имеют мероприятия, выполняемые в бассейне реки, ибо его начальным звеном является склоновый сток на водосборе. Основные проводимые мероприятия следующие. Агролесомелиоративные – лесопосадки, гидромелиоративные – плотины и пруды в балках и на ручьях, агрономические – осенняя вспашка, снегонакопление и снегозадержание, пахота поперек склона или поконтурная на холмах и увалах, залужение склонов и др.

Помимо внутригодовой изменчивости стока, происходят его многолетние колебания, связанные, по-видимому, с 11-летними циклами солнечной активности. На большинстве рек отчетливо прослеживаются многоводные и маловодные периоды родолжительностью около 7 лет: в течение 7 лет водоносность реки превышает средние значения, половодья и межень высокие, столько же лет водоносность реки меньше среднегодовых значений, расходы воды во все фазы водного режима малы.

Литература.

1. Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

Для определения стока реки в зависимости от площади бассейна, высота слоя осадков и т.д. в гидрологии применяются следующие величины: сток реки, модуль стока и коэффициент стока.

Стоком реки называют расход воды за продолжительный период времени, например, за сутки, декаду, месяц, год.

Модулем стока называют выраженное в литрах (у) количество воды, стекающее в среднем в 1 секунду с площади бассейна реки в 1 км 2:

Коэффициентом стока называют отношение стока воды в реке (Qr)к количеству выпавших осадков (М) на площадь бассейна реки за одно и то же время, выраженное в процентах:

а - коэффициент стока в процентах, Qr - величина годового стока в кубических метрах; М - годовое количество выпавших осадков в миллиметрах.

Для определения модуля стока нужно знать расход воды и площадь бассейна выше створа, по которому определялся расход воды данной реки. Площадь бассейна реки можно измерить по карте. Для этого применяют следующие способы:

• 1) планирование
• 2) разбивку на элементарные фигуры и вычисление их площадей;
• 3) измерение площади посредством палетки;
• 4) вычисление площадей по геодезическим таблицам

Студентам легче всего использовать третий способ и проводить измерение площади посредством палетки, т.е. прозрачной бумаги (кальки) с нанесенными на нее квадратиками. Имея карту исследуемого района карты в определённом масштабе, можно изготовить палетку квадратами, соответствующими масштабу карты. Предварительно следует оконтурить бассейн данной реки выше определенного створа, а затем наложить карту на палетку, на которую перенести контур бассейна. Для определения площади требуется сосчитать сначала число полных квадратиков, расположенных внутри контура, а затем сложить данные квадратики, частично покрывающие бассейн данной реки. Сложив квадратики и умножив полученное число на площадь одного квадратика, узнаем площадь бассейна реки выше данного створа.

Q - расход воды, л. Для перевода кубических метров в литры умножаем расход на 1000, S площадь бассейна, км 2.

Для определения коэффициента стока реки нужно знать годовой сток реки и объем воды, выпавшей на площади данного бассейна реки. Объем воды, выпавшей на площади данного бассейна легко определить. Для этого нужно площадь бассейна, выраженную в квадратных километрах, умножить на толщину слоя выпавших осадков (тоже в километрах). Например, толщина будет равна р если осадков на данной площади выпало за год 600 мм, то 0" 0006 км и коэффициент стока будет равен:

Qr - годовой сток реки, а М- площадь бассейна; умножаем дробь на 100 для определения коэффициента стока в процентах.

Определение режима стока реки. Для характеристики режима стока реки нужно установить:

a) каким изменениям по сезонам подвергается уровень воды (река с постоянным уровнем, сильно мелеющая летом пересыхающая, теряющая воду в понорах и исчезающая с поверхности);

b) время половодья, если оно бывает;

c) высоту воды во время половодья (если нет самостоятельны наблюдений, то по опросным сведениям);

d) продолжительность замерзания реки, если это бывает (по своим личным наблюдениям или же по сведениям, полученным путем опроса).

Определение качества воды. Для определения качества воды нужно узнать, мутная она или прозрачная, годная для питья или нет. Прозрачность воды определяется белым диском (диск Секки) диаметром приблизительно 30 см, подведенным на размеченном лине или приделанным к размеченному шесту. Если диск опускается на лине, то внизу, под диском, прикрепляется груз, чтобы диск не сносило течением. Глубина, на которой этот диск становится невидимым, и является показателем прозрачности воды. Можно диск сделать из фанеры и окрасить его в белый цвет, но тогда груз нужно подвесить достаточно тяжелый, чтобы он вертикально опускался в воду, а сам диск сохранял горизонтальное положение; или фанерный лист можно заменить тарелкой.

Определение температуры воды в реке. Температуру воды в реке определяют родниковым термометром, как на поверхности воды, так и на разных глубинах. Держать термометр в воде нужно в течение 5 минут. Родниковый термометр можно заменить обычным ванновым термометром в деревянной оправе, но, для того чтобы он опускался в воду на разные глубины, следует привязать к нему груз.

Можно определить температуру воды в реке при помощи батометров: батометра-тахиметра и бутылочного батометра. Батометр-тахиметр состоит из гибкого резинового баллона объемом около 900 см 3; в него вставлена трубочка диаметром б мм. Батометр-тахиметр закрепляют на штанге и опускают на разные глубины для взятия воды.

Полученную воду выливают в стакан и определяют ее температуру.

Батометр-тахиметр нетрудно сделать самому студенту. Для этого нужно купить небольшую резиновую камеру, на нее надеть и привязать резиновую трубочку диаметром б мм. Штангу можно заменить деревянным шестом, разделив его на сантиметры. Штангу с батометром-тахиметром нужно опускать вертикально в воду до определенной глубины, так чтобы отверстие батометра-тахиметра было направлено по течению. Опустив на определённую глубину, штангу необходимо повернуть на 180 и держать примерно 100 секунд для того чтобы набрать воды после чего опять повернуть штангу на 180°. сток вода режим река

Вынимать ее следует так, чтобы из батометра вода не вылилась. Перелив воду в стакан, определяют термометром температуру воды на данной глубине.

Полезно одновременно измерить термометром-пращом температуру воздуха и сравнить её с температурой речной воды, записав обязательно время наблюдения. Иногда разность температуры достигает нескольких градусов. Например, в 13 часов температура воздуха 20, температура воды в реке 18°.

Исследование на определенных участках на определенных характера русла реки. При исследовании участках характера русла реки необходимо:

a) отметить главнейшие плесы и перекаты, определить их глубины;

b) при обнаружении порогов и водопадов определить высоту падения;

c) зарисовать и по возможности измерить острова, отмели, осередки, побочные протоки;

d) собрать сведения, в каких местах река размывает и на местах, особенно сильно размываемых, определить характер размываемых пород;

e) изучить характер дельты, если исследуется приустьевой участок реки, и нанести ее на глазомерный план; посмотреть, соответствуют ли отдельные рукава изображенным на карте.

Общая характеристика реки и ее и с пользование. При общей характеристике реки нужно выяснить:

a) в какой части река является главным образом эродирующей и в какой аккумулирующей;

b) степень меандрирования.

Для определения степени меандрирования нужно узнать коэффициент извилистости, т.е. отношение длины реки на изучаемом участке к кратчайшему расстоянию между определенными пунктами исследуемой части реки; например, река А имеет длину 502 км, а кратчайшее расстояние между истоком и устьем всего 233 км, следовательно, коэффициент извилистости:

К - коэффициент извилистости, L - длина реки, 1 - кратчайшее расстояние между истоком и устьем

Изучение меандров имеет большое значение для лесосплава и судоходства;

c) Не отжимания реки конусы выноса, образуемые в устьях притоков реки или производят временные потоки.

Узнать, как используется река для судоходства и сплава леса; если рука несудоходная, то выяснить почему, служит препятствием (мелководная, порожистая, есть ли водопады), есть ли на реке плотины и другие искусственные сооружения; не используется ли река для полива; какие преобразования нужно сделать для использования реки в народном хозяйстве.

Определение питания реки. Нужно выяснить виды питания реки: грунтовое, дождевое, от таяния снега озерное или болотное. Например, р. Клязьма имеет питание, грунтовое, снеговое и дождевое, из них грунтовое питание составляет 19 %, снеговое - 55 % и дождевое - 26 %.

Река изображена на рисунке 2.

м 3

Вывод: В ходе данного практического занятия, в результате расчетов были получены следующие значения, характеризующие сток реки:

Модуль стока?= 177239 л/с*км 2

Коэффициент стока б=34,5 %.

Распределения годового стока рек.

Сток явл. элементом геогр. оболочки. Она рассматривается как крупный природный комплекс. Все компоненты геогр. ландшафта в силу цельности и неразрывности природы взаимосвязаны. Прир. воды, являясь элементом геогр. ландшафта, явл. связующим звеном всех геогр. процессов.

Рассмотрение стока как элемента геогр. среды предполагает его исследование на широкой геогр. основе. Именно такой подход сток à окруж. среда разрабатывался В.Г. Глушковым в виде географ-гидрол. метода. Этот метод устанавливает причинную связь всех вод данного района с географическим ландшафтом в целом, включая в себя кроме климата геологию, геоморфологии, почвы и растит., и на основе этих связей устанавл. характеристики св-в самих вод.

Т.об., Глушков впервые в истории отеч. гидрологии сформулировал необходимость изучения вод на генетич. основе в зависимости от прир. условий, в кот. эти воды находятся. Такой путь исследования (диалектический) тесно связан с учением Докучаева о геогр. зональности почв с исследованиями Л.С. Берга о ландшафтах, Воейкова о взаимосвязи природных вод и климата, Вернадского о единстве природных вод, Тригорьева о физ. геогр. процессе развития природной среды. По мнению Кузина (1960 г) предст. единств. попытку в гидрологии, где ясно и четко сформулирована необх. генетич. изучения вод суши в зависим. от тех прир. условий, в кот. эти воды находятся. Данное определение очень важное. В гидрологии находит применение геосистемный анализ метод сравнения и др. Статистические методы также широко используются. Исследов. речного стока на генетич. основе позволяет выделить геогр. закономерности пространств. изменчивости характеристик речного стока.

Простр. характеристику распред. речного стока наглядней всего представляют карты изолиний годового стока. Карта стока обладает тем огромным достоинстом, что весьма информативно показывает территориальные изменения картируемой характеристики. Расмотрим карты стока рек для территории б. СССР и отдельных регионов страны.

Изолтинии годового стока (карты годового стока)

Первая карта была составлена Д.И Кочериным в 1927 г. Она охватывала Европейскую часть СССР. В ее основе были наблюдения по 34 пунктам. Научное значение карты: впервые при построении карты была наглядно показана роль климат. зональности и зависимости речн. стока от климата. Было подтверждено учение А.И Воейкова, что реки – продукт климата, и Э.М: Ольдекова о том, что главный физ.-геогр. фактор – климат, определяющий речн. сток на 75-85%. Широтное направление изолиний, почувствованное автором интуитивно, впоследствии получило практическое подтверждение. Карта имела практич. значение, т.к с 1927 по 1936г., до появл. следующ. карты, она явилась основой для обоснования десятков и сотен гидротехн. объектов. По карте определялись водн. ресурсы неизученных бассейнов.

Впоследствии работы продолжались. В 1936г. была составлена карта стока Европейской части СССР. На ней мы видим широтное расположение изолиний речного стока (на Урале – меридиональное). Авторы карты – Б.Д Зайков и С.Ю. Беленков. Для построения использованы 1280 пунктов. были сделаны наметки для построения карты азиатской территории. Уточнение карты было произведено в 1946 г. Зайковым.

После 1946 г. в гидрол. картировании было затишье. Только в 1961 г. была произв. новая карта (К.П. Воскресенский, 5690 пунктов наблюдения).

В 1980 г. была составлена еще одна карта (А.В Рождественский с коллегами). Эта карта вошла в СниП 2.01.14-83., а также в пособие по определению гидрол. характеристик. Средний многолетний сток был расечитан от начала открытия гидрол. и до 1975 г. включительно. Масштаб карты 1:10 000 000. Принципиальных отличий этой карты от предыдущей нет. Кол-во наблюдений то же самое, что и в предыдущей карте. Карта годового речн. стока составлена в модулях стока М (л/с.км 2). Также возможна единица измерения Н мм = W/A . Для равнинной части Европ. территории страны амплитуда колебаний модуля среднегод. стока заключается между 10-12 л/с.км 2 в бассейне Сев. Двины, Печоры, на реках Карелии до 0,5-1,0 на юге в Приазовье. На равнинн. терр. ход изолиний отражает широтную зональность. В предгорьях и горах набл. значит. увеличение стока. Так в Хибинах модуль стока увел. до 18 , на Сев. Урале до 20, в Карпатах – до 25-30, на Ю-З. склоне Кавказе – до 75-80 л/с.км 2 . На Кавказе самый большой сток у р. Ухалта, приток р. Кодори - 88 л/с.км 2 . На возвышенности напр. изолиний тягожит к меридиональному, модуль стока от подножия гор к вершинам. Отриц. формы рельефа обусловливают четко выраженное понижение. Ваметный минимум в Ловатско-Ильменской низм (6 л/с.км 2). Более сложное распределение в Азиатской части СССР, изменчив. стока на Зап. – Сиб. низм. такая, же, как на Вост.-Европ. равнине. С севера на юг идет уменьшение стока. Защищенность Зап. – Сиб. низм. Уралом от зап. атлантич. возд. масс и близость пустынных районов Средней Азии обусловливают большую сухость климата по сравн. с Европой. Модуль стока М ↓ от 8 л/с.км 2 на п-ове Ямал, Гыданский, большей части Зап. Сиб. низм. до 0,2 – 0,1 л/с.км 2 в верховьях Иртыша, Иншма. Таким обр. , разница в модулях стока на одной и тойже широте перед и за Уралом достигает 2 л/с.км 2 . В Вост. Сибири, Приморском крае, Якутии и Камчатке напр. изолиний меняется с широтн. на меридиональное. Вдоль побережья Берингова моря амплитуда колеблений изм. от 25-30 л/с.км 2 на Памире, Алтае, Саянах до 2 л/с.км 2 в бассейне Яны, Индширки, до 0,1 л/с.км 2 в пустынях Казахстана. На полярных о-вах Врангеля, Новосибирских, Северной Земле, Земле Франца-Иосифа модуль стока М изменяется от 2 до 8 л/с.км 2 в названной последов. В современных границах России величина модуля колеблется от 75 до 0,1 (75 – На Камчатке, 0,1 – в Приазовье). Карта среднемноголетнего годового слоя стока в мм и водоносности рек имеется в учебнике Михайлова, Добровольского 1991 г. Колебания годов. стока на терр. Росси находятся в пределах от 1800 мм на Камчатке и 1000 мм на Сахалине до 5 мм и менее в Прикаспии и приазовье. На равнинах Европ. части слой стока ↓ с севера на юг от 400 до 10-20 мм. В горах сток увеличивается на Кольском п-ове – 400-600, Сев. Кавказ – 1000 мм, в Зап. Сибири – от 300 до 10 мм с Сев. на Юг. В Вост. Сибири, Якутии, Приморье и Камчатке широтное направление переходит в меридиональное, слой стока колеблется от 1800 м в горах до 10-20 мм в бассейне Лены. для терр. России в среднем слой стока составл. 198 мм. В Центр. Черноземье – 105 мм. Неравномерное распр. стока неслучайное объясняется изменчивостью осн. факторов, определяющих речн. сток. Дифференциация речн. стока по территории связана с изменчивостью атм. осадков и рельефа. В соотв. с этими 2-мя главными прир. факторами формируются геогр. закономерности, т.е широтная зональность на равнине, высотная – в горах.

Региональные карты стока рек.

Карты изолиний речн. стока, составл. для макротерриторий, позволяют выделить геогр. закономерность простр. изменчивости речн. стока, но оценка водных ресурсов может быть очень низкой. В 1965 г. появилась карта годового стока для Центрального Черноземья.

При пострении карт речного стока не рассматриваются аномальные значения стока.

Водный фонд России.

Это 2,5 млн. рек; 2,8 млн. озер, свыше 30 000 водохранилищ и прудов.

Ледники имеют покровное и горное распределение.

Реки России принадлежат к бассейнам 12 морей: Баренцево, Балтийское, Карское, море Лаптевых, Восточно-Сибирское море, Белое море, Чукотское, Берингово, Охотское, Японское, Азовское, Черное моря.

К Бассейну Сев. Ледовитого океана отн. 80% площади водосборов, Атлантического и Тихого по 10%. Волга формирует крупнейший бесточный бассейн. На его территории располагаются 39 субъектов РФ. Волга – крупнейшая водная магистраль, важнейший международный транспортный коридор. В пределах России 5 рек с площадью водосбора свыше 1 млн км 2: Обь, Енией, Лена, Волга, Амур и 50 рек с площадью водосбора свыше 100 000 км 2 . Густота речной сети значительно меняется с Севера на Юг и при переходе от равнин к горам. Густота речной сети больше на Севере и в горах, чем на Юге и на равнинах. Крупнейшие реки: Дон, Печора, Сев. Двина, Енисей, Яна, Индигирка, Таз, Колыма, Урал, Амур образуют народное достояние страны. Эти реки формируют водные ресурсы России. Кол-во и качество вод определяет качество жизни.

К естесств. пов. водным объектам относятся озера. Они встречаются чаще всего на Северо-Западе. В Карелии 60 000 озер. Самый крупный пресноводный водоем – Байкал. это самое глубокое озеро. Абсолютное большинство озер России пресные, но есть и соленые озера – Эльтон, Баскунчак. Многие озера имеют огромное водохозяйственное и рекреационное значение. К ним относятся Ладожское озеро, Елигер, Кроноцкое озеро и др. К естесств. водным объектам относятся также болота. Известно, что площадь болотных массивов.

Ледники в стране преимущественно распространены в горах. Площади ледников распространены на Новой Земле, Земле Франца Иосифа. Ледники есть на Кавказе, Саянах, Алтае, Урале, Становом хребте.

Огромные запасы воды содержатся в искусств. водоемах. Водохранилищ 2290, крупнейший объем свыше 100 млн. км 3 – Ю.З водохранилица. 363 водохранилица – крупные.

Все водоемы, имеющие объем свыше 1 млн. м 3 – водохранилица, что меньше - пруд.

Водный фонд Центрального Черноземья.

Водные объекты ЦЧ принадлежат к бассейнам Черного, Азовского и Каспийского морей. Вся рассматриваемая территория делится водоразделами 3-х речн. бассейнов: Дона, Волги, и Днепра. По терр. ЦЧ протекает из названных только Дон. а Волга и Днепр представлены их притоками. 2/3 территортии приходится на бассейн Дона, 1/3 – на бассейн Волги и Днепра. Речн. сист. Дона предст. реки Сосна, Воронеж, Хопер, Битюг, Ворона, Северский Донец и др. , протекающие в пределах Липецкой, Тамбовской, Воронежской, Белгородской, Курской. Бассейн Волги: Цна с притоками (Тамбовская обл.). Бассейн Днепра: Сейм с притоками, Ворскла, Псел (Курская и Белгородская обл.). Гидрогр. сеть представлена руъями, реками и временными водотоками, сток кот. имеет место только весной или летом. Гидрографию рек дополняют озера и болота. И те и другие – небольшие по площади водного зеркала, их распр. по терр. не превышает 1% от общей площади. На терр. ЦЧР – 5164 водотока протяж. свыше 35 000 км. Они сост. небольшую часть от общего числа рек России. Густота речн. сети невелика, но варьирует: 0,27 км/км 2 в Тамб. обл., в Липецкой обл. – 0,23 км/км 2 ; в Воронежской обл. – 0,18 км/км 2 ; в Белг. обл. – 0,11.

Наиб. число озер в басс. Цны, Вороны, Дона, Битюга. Они располаг. в поймах рек, имеют вытянутую форму, что указывает на их старичное происх. В пойме Дона озера Тыгоново, Кременчуг, Тахта и др. В басс. Цны Святовское, Княжое и др. В басс. Сейма линево. Самое большое озеро – Ильмень в басс. Хопра.

Болот на терр. ЦЧР мало, они есть в бассейне Вороны, Усмани, Савалы, Воронежа. Наиболее известное болото-Клюквенное (рядом с Воронежом). Подземные источники – особая группа объектов. Они дают начало многим рекам. Много родниковых рек в Липецкой обл. В наст. время набл. подъем уровня грунтовых вод. Наиболее крупные родники – Нижнекисляйский, Белая торка. Минеральные источники – Липецкий, Углянческий, Икорецкий. На основе их функционируют санатории. Пруды и водохранилица в большом кол-ве присутствуют на территории ЦЧР. На нач. 60-х гг насчитывалось неск. тыс. прудов. Самое крупное водохранилице – Воронежское, затем идут матырское, Старооскольское, Курчатовское, Илушпанское. При использовании вод для нужд человека встает вопрос о водных запас.

28.07.2015

Колебания речного стока и критерии его оценки. Речным стоком называют перемещение воды в процессе ее кругооборота в природе, когда она стекает по речному руслу. Речной сток определяется количеством воды, протекающим по речному руслу за определенный промежуток времени.
На режим стока оказывают влияние многочисленные факторы: климатические - осадки, испарение, влажность и температура воздуха; топографические - рельеф местности, форма и размеры речных бассейнов и почвенно-геологические, включая растительный покров.
Для любых бассейнов, чем больше осадков и меньше испарение, тем больше сток реки.
Установлено, что с возрастанием площади водосбора продолжительность весеннего половодья также увеличивается, гидрограф же имеет более вытянутую и «спокойную» форму. В легко проницаемых грунтах больше фильтрация и меньше сток.
При выполнении различных гидрологических расчетов, связанных с проектированием гидротехнических сооружений, мелиоративных систем, систем водоснабжения, мероприятий по борьбе с наводнениями, дорог и т. д., определяют следующие основные характеристики речного стока.
1. Расход воды - это объем воды, протекающий через рассматриваемый створ в единицу времени. Средний расход воды Qcp рассчитывают как среднее арифметическое из расходов за данный промежуток времени Т:

2. Объем стока V - это объем воды, который протекает через заданный створ за рассматриваемый промежуток времени T

3. Модуль стока M - это расход воды, приходящийся на 1 км2 площади водосбора F (или стекающей с единицы площади водосбора):

В отличие от расхода воды модуль стока не связан с конкретным створом реки и характеризует сток в целом с бассейна. Средний многолетний модуль стока M0 не зависит от водности отдельных лет, а определяется только географическим положением бассейна реки. Это позволило районировать нашу страну в гидрологическом отношении и построить карту изолиний среднемноголетних модулей стока. Эти карты приводятся в соответствующей нормативной литературе. Зная площадь водосбора какой-либо реки и определив для нее по карте изолиний величину M0, можно установить средний многолетний расход воды Q0 этой реки по формуле

Для близко расположенных створов реки модули стока можно принять постоянными, то есть

Отсюда по известному расходу воды в одном створе Q1 и известным площадям водосборов в этих створах F1 и F2, расход воды в другом створе Q2 может быть установлен по соотношению

4. Слой стока h - это высота слоя воды, которая бы получилась при равномерном распределении по всей площади бассейна F объема стока V за определенный промежуток времени:

Для среднего многолетнего слоя стока h0 весеннего половодья составлены карты изолиний.
5. Модульный коэффициент стока К - это отношение любой из выше приведенных характеристик стока к ее среднеарифметическому значению:

Эти коэффициенты могут быть установлены для любых гидрологических характеристик (расходов, уровней, осадков, испарения и т.д.) и для любых периодов стока.
6. Коэффициент стока η - это отношение слоя стока к слою выпавших на водосборную площадь осадков х:

Этот коэффициент может быть выражен также через отношение объема стока к объему осадков за один и тот же промежуток времени.
7. Норма стока - наиболее вероятная средняя многолетняя величина стока, выраженная любой из вышеприведенных характеристик стока за многолетний период. Для установления нормы стока ряд наблюдений должен быть не менее 40...60 лет.
Норма годового стока Q0 определяется по формуле

Так как на большинстве водомерных постов число лет наблюдений обычно менее 40, то необходимо проверить, достаточно ли этого числа лет для получения достоверных значений нормы стока Q0. Для этого вычисляют среднеквадратическую ошибку нормы стока по зависимости

Продолжительность периода наблюдений достаточна, если величина среднеквадратической ошибки σQ не превышает 5 %.
На изменение годового стока преимущественное влияние оказывают климатические факторы: осадки, испарение, температура воздуха и т. д. Все они взаимосвязаны и, в свою очередь, зависят от ряда причин, которые имеют случайный характер. Поэтому гидрологические параметры, характеризующие сток, определяются совокупностью случайных величин. При проектировании мероприятий по лесосплаву необходимо знать значения этих параметров с необходимой вероятностью их превышения. Например, при гидравлическом расчете лесосплавных плотин необходимо установить максимальный расход весеннего паводка, который может быть превышен пять раз за сто лет. Эту задачу решают, используя методы математической статистики и теории вероятности. Для характеристики величин гидрологических параметров - расходов, уровней и т. д. используют понятия: частота (повторяемость) и обеспеченность (продолжительность).
Частота показывает, во скольких случаях за рассматриваемый период времени величина гидрологического параметра находилась в определенном интервале. Например, если среднегодовой расход воды в заданном створе реки изменялся за ряд лет наблюдений от 150 до 350 м3/с, то можно установить, сколько раз значения этой величины находились в интервалах 150...200, 200...250, 250...300 м3/с и т. д.
Обеспеченность показывает, во скольких случаях величина гидрологического элемента имела значения, равные и большие определенной величины. В широком понимании обеспеченность - это вероятность превышения данной величины. Обеспеченность какого-либо гидрологического элемента равна сумме частот вышерасположенных интервалов.
Частота и обеспеченность могут выражаться числом случаев, но в гидрологических расчетах их чаще всего определяют в процентах от общего числа членов гидрологического ряда. Например, в гидрологическом ряду двадцать значений среднегодовых расходов воды, шесть из них имели величину, равную или большую 200 м3/с, это значит, что этот расход обеспечен на 30 %. Графически изменения частоты и обеспеченности изображаются кривыми частоты (рис. 8а) и обеспеченности (рис. 8б).

В гидрологических расчетах чаще используют кривую обеспеченности. Из этой кривой видно, что чем больше величина гидрологического параметра, тем меньше процент обеспеченности, и наоборот. Поэтому принято считать, что годы, для которых обеспеченность стока, то есть среднегодовой расход воды Qг, меньше 50 % являются многоводными, а годы с обеспеченностью Qг больше 50 % - маловодными. Год с обеспеченностью стока 50 % считают годом средней водности.
Обеспеченность водности года иногда характеризуют ее средней повторяемостью. Для многоводных лет повторяемость показывает, как часто встречаются в среднем годы данной или большей водности, для маловодных - данной или меньшей водности. Например, среднегодовой расход многоводного года 10%-ной обеспеченности имеет среднюю повторяемость 10 раз в 100 лет или 1 раз в 10 лет; средняя повторяемость маловодного года 90%-ной обеспеченности также имеет повторяемость 10 раз в 100 лет, так как в 10 % случаев среднегодовые расходы будут иметь меньшие значения.
Годы определенной водности имеют соответствующее наименование. В табл. 1 для них приведены обеспеченность и повторяемость.

Связь между повторяемостью у и обеспеченностью р может быть записана в таком виде:
для многоводных лет

для маловодных лет

Все гидротехнические сооружения для регулирования русла или стока рек рассчитываются по водности года определенной обеспеченности, гарантирующей надежность и безаварийность работы сооружений.
Расчетный процент обеспеченности гидрологических показателей регламентируется «Инструкцией по проектированию лесосплавных предприятий».
Кривые обеспеченности и способы их расчета. В практике гидрологических расчетов применяются два способа построения кривых обеспеченности: эмпирический и теоретический.
Обоснованный расчет эмпирической кривой обеспеченности можно выполнить только при числе наблюдений за стоком реки более 30...40 лет.
При расчете обеспеченности членов гидрологического ряда для годового, сезонного и минимального стоков можно использовать формулу Н.Н. Чегодаева:

Для определения обеспеченности максимальных расходов воды применяют зависимость С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля:

Порядок построения эмпирической кривой обеспеченности:
1) все члены гидрологического ряда записываются в убывающем по абсолютной величине порядке;
2) каждому члену ряда присваивается порядковый номер, начиная с единицы;
3) определяется обеспеченность каждого члена убывающего ряда по формулам (23) или (24).
По результатам расчета строят кривую обеспеченности, подобную той, которая представлена на рис. 8б.
Ho эмпирические кривые обеспеченности обладают рядом недостатков. Даже при достаточно длительном периоде наблюдений нельзя гарантировать, что этот интервал охватывает все возможные максимальные и минимальные значения стока реки. Расчетные значения обеспеченности стока 1...2 % не надежны, так как достаточно обоснованные результаты можно получить только при числе наблюдений за 50...80 лет. В связи с этим, при ограниченном периоде наблюдений за гидрологическим режимом реки, когда число лет менее тридцати, или при полном их отсутствии, строят теоретические кривые обеспеченности.
Исследования показали, что распределение случайных гидрологических величин наиболее хорошо подчиняется уравнению кривой Пирсона III типа, интегральное выражение которой является кривой обеспеченности. Пирсоном получены таблицы для построения этой кривой. Кривая обеспеченности может быть построена с достаточной для практики точностью по трем параметрам: среднеарифметическому значению членов ряда, коэффициентам вариации и асимметрии.
Среднеарифметическое значение членов ряда вычисляется по формуле (19).
Если число лет наблюдений менее десяти или наблюдения вообще не проводились, то среднегодовой расход воды Qгcp принимают равным среднему многолетнему Q0, то есть Qгcp = Q0. Величина Q0 может быть установлена при помощи модульного коэффициента K0 или модуля стока M0, определенного по картам изолиний, так как Q0 = M0*F.
Коэффициент вариации Cv характеризует изменчивость стока или степень колебания его относительно среднего значения в данном ряду, он численно равен отношению среднеквадратической ошибки к среднеарифметическому значению членов ряда. На величину коэффициента Cv оказывают существенное влияние климатические условия, тип питания реки и гидрографические особенности ее бассейна.
При наличии данных наблюдений не менее чем за десять лет коэффициент вариации годового стока вычисляют по формуле

Величина Cv меняется в широких пределах: от 0,05 до 1,50; для лесосплавных рек Cv = 0,15...0,40.
При коротком периоде наблюдений за стоком реки или при их полном отсутствии коэффициент вариации можно установить по формуле Д.Л. Соколовского:

В гидрологических расчетах для бассейнов с F > 1000 км2 также используют карту изолиний коэффициента Cv, если суммарная площадь озер не более 3 % площади водосбора.
В нормативном документе СНиП 2.01.14-83 для определения коэффициента вариации неизученных рек рекомендуется обобщенная формула К.П. Воскресенского:

Коэффициент асимметрии Cs характеризует несимметричность ряда рассматриваемой случайной величины относительно ее среднего значения. Чем меньшая часть членов ряда превышает величину нормы стока, тем больше величина коэффициента асимметрии.
Коэффициент асимметрии может быть рассчитан по формуле

Однако эта зависимость дает удовлетворительные результаты только при числе лет наблюдений n > 100.
Коэффициент асимметрии неизученных рек устанавливается по соотношению Cs/Cv для рек-аналогов, а при отсутствии достаточно хороших аналогов принимаются средние отношения Cs/Cv по рекам данного района.
Если невозможно установить отношение Cs/Cv по группе рек-аналогов, то значения коэффициента Cs для неизученных рек принимаются по нормативным соображениям: для бассейнов рек с коэффициентом озерности более 40 %

для зон избыточного и переменного увлажнения - арктической, тундровой, лесной, лесостепной, степной

Для построения теоретической кривой обеспеченности по приведенным выше трем ее параметрам - Q0, Cv и Cs - пользуются методом, предложенным Фостером - Рыбкиным.
Из выше приведенного соотношения для модульного коэффициента (17) следует, что средняя многолетняя величина стока заданной обеспеченности - Qp%, Мр%, Vp%, hp% - может быть рассчитана по формуле

Модульный коэффициент стока года заданной обеспеченности определяется по зависимости

Определив ряд любых характеристик стока за многолетний период различной обеспеченности, можно по этим данным построить и кривую обеспеченности. При этом все расчеты целесообразно вести в табличной форме (табл. 3 и 4).

Способы расчета модульных коэффициентов. Для решения многих водохозяйственных задач необходимо знать распределение стока по сезонам или месяцам года. Внутригодовое распределение стока выражают в виде модульных коэффициентов месячного стока, представляющих отношения среднемесячных расходов Qм.ср к среднегодовому Qг.ср:

Внутригодовое распределение стока различно для лет разной водности, поэтому в практических расчетах определяют модульные коэффициенты месячного стока для трех характерных лет: многоводного года 10%-ной обеспеченности, среднего по водности - 50%-ной обеспеченности и маловодного - 90%-ной обеспеченности.
Модульные коэффициенты месячного стока можно установить по фактическим знаниям среднемесячных расходов воды при наличии данных наблюдений не менее чем за 30 лет, по реке-аналогу или по типовым таблицам распределения месячного стока, которые составлены для разных бассейнов рек.
Среднемесячные расходы воды определяют, исходя из формулы

(33): Qм.cp = KмQг.ср

Максимальные расходы воды. При проектировании плотин, мостов, запаней, мероприятий по укреплению берегов необходимо знать максимальные расходы воды. В зависимости от типа питания реки за расчетный максимальный расход может быть принят максимальный расход воды весеннего половодья или осеннего паводка. Расчетная обеспеченность этих расходов определяется классом капитальности гидросооружений и регламентируется соответствующими нормативными документами. Например, лесосплавные плотины Ill класса капитальности рассчитываются на пропуск максимального расхода воды 2%-ной обеспеченности, а IV класса - 5%-ной обеспеченности, берегоукрепительные сооружения не должны разрушаться при скоростях течения, соответствующих максимальному расходу воды 10%-ной обеспеченности.
Способ определения величины Qmax зависит от степени изученности реки и от различия между максимальными расходами весеннего половодья и паводка.
Если имеются данные наблюдений за период более 30...40 лет, то строят эмпирическую кривую обеспеченности Qmax, а при меньшем периоде - теоретическую кривую. В расчетах принимают: для весеннего половодья Cs = 2Сv, а для дождевых паводков Cs = (3...4)CV.
Поскольку наблюдения за режимом рек ведутся на водомерных постах, то обычно кривую обеспеченности строят для этих створов, а максимальные расходы воды в створах расположения сооружений рассчитывают по соотношению

Для равнинных рек максимальный расход воды весеннего половодья заданной обеспеченности р% вычисляют по формуле

Значения параметров n и K0 определяются в зависимости от природной зоны и категории рельефа по табл. 5.

I категория - реки, расположенные в пределах холмистых и платообразных возвышенностей - Среднерусская, Струго-Красненская, Судомская возвышенности, Среднесибирское плоскогорье и др.;
II категория - реки, в бассейнах которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями между ними;
III категория - реки, большая часть бассейнов которых располагается в пределах плоских низменностей - Молого-Шекснинская, Мещерская, Белорусское полесье, Приднестровская, Васюганская и др.
Значение коэффициента μ устанавливается в зависимости от природной зоны и процента обеспеченности по табл. 6.

Параметр hp% вычисляют по зависимости

Коэффициент δ1 рассчитывают (при h0 > 100 мм) по формуле

Коэффициент δ2 определяют по соотношению

Расчет максимальных расходов воды весеннего половодья ведется в табличной форме (табл. 7).

Уровни высоких вод (УВВ) расчетной обеспеченности устанавливаются по кривым расходов воды для соответствующих значений Qmaxp% и расчетных створов.
При приближенных расчетах максимальный расход воды дождевого паводка может быть установлен по зависимости

В ответственных расчетах определение максимальных расходов воды следует проводить в соответствии с указаниями нормативных документов.

2.13. При определении расчетных гидрологических характеристик годового стока воды рек надлежит выполнять требования,изложенные в пп. 2.1 - 2.12.

2.14. Для определения внутригодового распределения стока воды при наличии данных гидрометрических наблюдений за период не менее 15 лет принимаются следующие методы:

распределение стока по данным рек-аналогов;

метод компоновки сезонов.

2.15. Внутригодовое распределение стока следует рассчитывать по водохозяйственным годам,начиная с многоводного сезона. Границы сезонов назначаются едиными для всех лет с округлением до месяца.

2.16. Деление года на периоды и сезоны производится в зависимости от типа режима реки и преобладающего вида использования стока. Продолжительность многоводного периода следует назначать так,чтобы в принятые его границы включалось половодье за все годы. Период года и сезон,в котором естественный сток может лимитировать водопотреб­ление,принимаются за лимитирующий период и лимитирующий сезон. В лимитирующий период входят два смежных сезона,из которых один является наиболее неблагоприятным в отношении использования стока (лимитирующий сезон).

Для рек с весенним половодьем за лимитирующий период прини­маются два маловодных сезона:лето - осень и зима. При преобладании водопотребления на сельскохозяйственные нужды за лимитирующий сезон следует принимать лето - осень,а для гидроэнергетики и в целях водоснабжения - зиму.

2.17. Для высокогорных рек с летним половодьем при преимущест­венно ирригационном использовании стока за лимитирующий период принимается осень - зима и весна,а за лимитирующий сезон - весна.

При проектировании отвода избыточных вод для борьбы с навод­нениями или при осушении болот и заболоченных земель за лимити­рующий период принимается многоводная часть года (например,весна и лето - осень),а за лимитирующий сезон - самый многоводный сезон (например,весна).

Расчетная вероятность превышения величины стока за год,за лимитирующие сезон и период определяется по кривым распределения ежегодных вероятностей превышения (эмпирическим или аналити­ческим).

2.18. Внутригодовое распределение стока за конкретный год наблюдений принимается в качестве расчетного,если вероятность превышения стока за этот год и за лимитирующие период и сезон близки между собой и соответствуют заданной по условиям проектирования ежегодной вероятности превышения.

2.19. Внутригодовое распределение стока при расчете по методу компоновки определяется из условий равенства вероятностей превы­шения стока за год,стока за лимитирующий период и внутри его за лимитирующий сезон.

Величину стока сезона,не входящего в лимитирующий период,определяются по разности между стоком за год и стоком за этот период,а величины стока за нелимитирующий сезон,входящий в лимитирующий период,- по разности стока этого периода и сезона.

2.20. При близких значениях коэффициентов вариации и асимметрии речного стока за год и лимитирующие период и сезон расчетное внутригодовое распределение определяется как среднее для всех лет распределение стока воды по месяцам (декадам) в процентах от годового стока воды исследуемой реки.

2.21. При незначительном изменении водопотребления в течение года допускается замена календарного распределения стока воды по сезонам и месяцам кривой продолжительности суточных расходов воды за год.

2.22. При изменении стока воды под влиянием хозяйственной деятельности необходимо привести его к естественному стоку воды реки согласно требованиям п. 1.6. По этим данным определяется расчетное внутригодовое распределение стока воды реки и в результаты расчетов вносятся соответствующие изменения.