Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Курсовая работа

Факторы формирования речного стока и водного режима

Содержание

Введение

1. Формирование стока рек

2. Почвенно-геологические условия

3. Влияние растительности на сток

4. Влияние рельефа на речной сток. Озерность и заболоченность бассейнов

5. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим

Заключение

Литература

Введение

Закономерно повторяющиеся изменения во времени взаимосвязанных характеристик водного потока -- расхода и уровня воды, уклона водной поверхности, скоростей течения -- определяют водный режим реки. В водном режиме выделяются годовые циклы, отражающие внутригодовое изменение климатических элементов и неравномерность поступления воды в течение года, а также изменения от года к году, обусловленные многолетними колебаниями стока.

Физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение. Этим объясняется актуальность темы.

Целью работы является раскрытие роли подстилающей поверхности в формировании водного режима.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи: выявление роли почвенно-геологических условий стока, изучение влияния растительности, рельефа, озерности, заболоченности и хозяйственной деятельности на водный режим водотоков.

В ходе работы были использованы учебники и учебные пособия, научные монографии, сборники статей, картографические материалы а также интернет-ресурсы.

1. Формирование стока рек

Сток образуется в результате выпадения дождей или таяния снега и льда в горах. В обоих случаях часть воды, поступившей на поверхность земли, затрачивается прежде всего на заполнение отрицательных форм микрорельефа (углублений) и на впитывание в почву. Только после заполнения отдельных углублений и притом после того момента, как интенсивность дождя или таяния снега и льда станет превосходить интенсивность инфильтрации, возникает сток (Давыдов Л.К. и др., 1973).

Вода стекает по поверхности земли обычно не сплошным слоем, а в виде отдельных тонких струй или ручейков, которые сливаются вместе, доходят до русел сначала временных водотоков, а потом образуют постоянные потоки, несущие свои воды в сформировавшемся русле. Сток, происходящий по поверхности земли, называется поверхностным или склоновым стоком. Сток, происходящий по русловой сети водосбора, называется русловым или речным стоком.

Во многих местах, как, например, в лесной зоне, поверхностный сток, как правило, невелик, а иногда и отсутствует вовсе. Большая часть дождевых и снеговых вод стекает иными путями. Просачиваясь через почву, эти воды пополняют запасы почвенных и грунтовых вод и попадают в речную сеть подземными путями в виде почвенно-грунтового стока из зоны аэрации и собственно грунтового из более глубоких водоносных горизонтов. В связи с этим выделяется почвенный (подповерхностный) сток и подземный (грунтовой) сток. Речной сток является суммарным поверхностным и подземным стоком.

Суммарный речной сток путем расчленения гидрографа делят на две составляющие: на поверхностный (паводочный) и подземный сток. Последний является наиболее устойчивым (Давыдов Л.К. и др., 1973).

В различных ландшафтных зонах и внутри зон соотношения между поверхностным и подземным стоком неодинаковы, что создает специфические особенности режима речного стока и его распределения по территории.

Сток представляет собой сложный природный процесс, обусловленный влиянием комплекса физико-географических факторов и хозяйственной деятельности.

Основными факторами стока, определяющими его развитие, являются климатические. На общем фоне воздействия климата на формирование стока и его величину проявляется влияние других, не климатических факторов. Влияние их тем заметнее, чем меньше размеры бассейна и чем короче период, за который рассматривается это влияние.

Климат воздействует на сток не только непосредственно, но и через другие природные факторы: почву, растительность, рельеф.

Рис.1. Схема взаимосвязи речного стока с основными физико-географическими факторами (по М. И. Львовичу). 1 -- важные воздействия, 2 -- второстепенные воздействия.

Все эти факторы находятся в постоянном взаимодействии.

Действие различных природных факторов проявляется по-разному. Одни из них способствуют стеканию атмосферных осадков по земной поверхности, другие замедляют сток или вовсе исключают возможность его образования. Одним факторам, а также их взаимодействию между собой принадлежит главная роль в процессе формирования речного стока, другим -- второстепенная (рис. 1).

Влияние физико-географических факторов сказывается и на величине годового стока и на его режиме.

Взаимосвязь между стоком и физико-географическими факторами раскрывается при изучении стока как элемента водного баланса. Для любого речного бассейна можно составить уравнение водного баланса. Для отдельного конкретного года это уравнение имеет вид

(1)

где X -- сумма атмосферных осадков; Y = Y_П+Y_Г-- полный речной сток (Y_П -- поверхностный сток, Y_Г -- грунтовой сток); Z -- испарение; U -- накопление или расходование влаги в бассейне.

Если в данном году сумма атмосферных осадков больше суммы величин стока и испарения, то происходит накопление влаги в бассейне и величина U входит в уравнение (1) со знаком плюс ( + ), в противном случае -- со знаком минус (--). Предполагая, что за длительный период времени накопление и расходование влаги взаимно компенсируется, нетрудно получить уравнение водного баланса для среднего года за многолетний период

(2)

где X, Y, Z -- средние многолетние величины осадков, стока и испарения. Это уравнение справедливо для случая, когда поверхностный и подземный водоразделы совпадают. При несовпадении водоразделов происходит или постоянное поступление вод из соседнего бассейна, или отдача их W. В этом случае уравнение водного баланса будет иметь вид

(3)

В пределах каждой зоны или гидрологического района реки имеют общие черты водного режима, обусловленные общностью условий формирования стока. Эта общность проявляется в закономерном чередовании периодов повышенной и пониженной водности внутри года, называемых фазами водного режима. Вместе с тем отдельные реки, протекающие в пределах зоны, могут существенно отличаться по режиму, что обусловлено особенностями речного бассейна, являющимися азональными (Важнов А.Н., 1976).

К числу азональных факторов относятся: рельеф бассейна, геологическое строение, степень облесенности, озерность и заболоченность. Известное влияние оказывает также размер бассейна, его форма, а в горах -- ориентация склонов по отношению к сторонам горизонта и влагоносным воздушным потокам. Влияние всех этих факторов сказывается на режиме двояко: они изменяют климатические условия -- осадки, температуру воздуха, испарение, а с другой стороны, влияют на добегание воды со склонов в русла и потери на инфильтрацию. В последующих главах будет показано влияние факторов подстилающей поверхности на речной сток и водный режим.

2. Почвенно-геологические условия стока

Влияние почвенного покрова на сток и его подземную и поверхностную составляющие осуществляется через процессы инфильтрации и испарения. В зависимости от сочетания тех или иных водно-физических свойств почв при данных особенностях климата увеличивается или уменьшается то количество влаги, которое задерживается в верхнем слое почв и почво-грунтов зоны аэрации и, следовательно, может быть израсходовано в дальнейшем на испарение и транспирацию растениями. С другой стороны, этими же условиями определяется и то количество влаги, которое выходит за пределы активного слоя почв и расходуется на пополнение запасов грунтовых вод, участвуя в дальнейшем в питании рек этими водами.

Воздействие почвенного покрова на сток и другие элементы водного баланса раскрыто в предложенных М. И. Львовичем теоретических схемах. Представленные на рис. 2 теоретические кривые характеризуют изменчивость элементов водного баланса в зависимости от инфильтрационной и водоудерживающей способности почв. Рассматриваются два случая совокупного воздействия этих свойств.

В первом случае инфильтрационная и водоудерживающая способности усиливаются параллельно. По мере усиления этих свойств непрерывно увеличивается расход на испарение и транспирацию. Поверхностный сток уменьшается, а расход на пополнение запасов грунтовых вод увеличивается, хотя и незначительно. Это происходит до некоторых оптимальных величин впитывания влаги в почву и удержания ею воды. При этих сочетаниях поверхностный сток достигает минимума, а подземный -- максимума. По мере дальнейшего усиления инфильтрационной и водоудерживающей способности создаются условия, при которых атмосферная влага, интенсивно впитываясь в почву, удерживается в ней и в основном расходуется на испарение. Полный речной сток уменьшается (рис. 2 а).

Во втором случае при слабой инфильтрационной и относительно высокой водоудерживающей способности вся атмосферная вода стекает по поверхности почвы. При малом содержании воды в почве испарение мало (нечему испаряться) и нет пополнения запасов подземных вод. При относительно высокой инфильтрационной и слабой водоудерживающей способности в пределе вся вода, поступающая на поверхность, просачивается вглубь и расходуется на питание подземных вод. В этих условиях отсутствует поверхностный сток и испарение мало. При некоторых средних значениях рассматриваемых свойств почв и удержания воды в почве в пределах распространения корневой системы растений суммарное испарение велико. Изменения полного речного стока обратны изменению испарения (рис. 2 б). При слабом впитывании воды в почву речной сток формируется за счет поверхностного стока, при малой аккумуляции воды в почве и высокой инфильтрации -- за счет питания подземными водами.

Рис. 2. Принципиальные схемы зависимости поверхностного стока (1), испарения (2), питания рек подземными водами (3) и полного речного стока (4) от инфильтрационной и водоудерживающей способности почвенного покрова при совместном их действии и осадков (5) (по М. И. Львовичу).

а -- прямое соотношение инфильтрационной и водоудерживающей способности, б -- обратное соотношение.

Рассмотренные схемы характеризуют влияние почвенного покрова на сток и другие элементы водного баланса в чистом виде, вне воздействия других факторов, при постоянстве атмосферных осадков.

Как известно, водно-физические свойства почвы меняются с изменением ее влажности, а так как влажность почвы испытывает сезонные колебания, то и соотношения элементов водного баланса не остаются постоянными, меняется и структура речного стока. Изложенные общие закономерности имеют принципиальное значение и характеризуют тенденцию изменения речного стока под влиянием основных свойств почвенного покрова. Примеры количественного воздействия почвенного покрова на режим речного стока не единичны (Давыдов Л.К. и др., 1973).

Геологическое строение речного бассейна определяет условия накопления и расходования подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров являются существенными факторами формирования стока, влияющими на его величину и распределение во времени. Наиболее отчетливо это влияние проявляется при наличии мощных горизонтов хорошо водопроницаемых рыхлых или трещиноватых пород, воды которых дренируются речными долинами. Влияние это усиливается при хорошей инфильтрационной способности почв и грунтов зоны аэрации. В этих условиях горные породы являются аккумуляторами влаги, обусловливающими равномерное питание рек. Речной сток оказывается зарегулированным, и его величина может быть больше по сравнению с величиной стока бассейна реки, сложенного слабо водопроницаемыми породами.

Велико влияние на сток закарстованных горных пород, слагающих речные бассейны. Интенсивность этого влияния зависит также от типа и возраста карста. В карстовых районах, особенно там, где закарстованные породы не покрыты четвертичными отложениями, поверхностный сток обычно отсутствует, атмосферные осадки поглощаются воронками, польями, просачиваются по трещинам и пополняют запасы подземных вод. Пути подземного стока весьма разнообразны, и не всегда область питания и распространения подземных вод совпадает с областью дренирования их реками. Это характерно для областей распространения карста (рис. 3).

Рис. 3. Влияние на сток закарстованных горных пород (pda.privet.ru).

Так, в центральной части Силурийского закарстованного плато реки отсутствуют, так же как и в области Крымской Яйлы, весьма обильно орошаемой осадками. Реки, берущие начало в периферийной части Силурийского плато, отличаются повышенным стоком. Область максимального стока Яйлы располагается в зоне обильных выходов грунтовых вод на высоте расположения глинистых сланцев, подстилающих карстующиеся известняки. При несовпадении поверхностного и подземного водоразделов под влиянием различного характера водообмена влияние карста на речной сток может быть положительным (сток увеличивается) и отрицательным (сток уменьшается) по сравнению с зональным стоком (табл. 1). Отчетливое влияние карста проявляется на величине стока и режиме рек с малыми площадями водосборов. Примеры влияния карста на речной сток многочисленны. Они приводятся как в российской (П. В. Молитвин, Л. А. Владимиров, В. А. Балков, О. Л. Маркова и др.), так и в зарубежной литературе.

Таблица 1 Влияние карста на сток рек (по Давыдову Л.К. и др., 1973)

Река	Площадь бассейна F км2	Закарстов. часть в % от F	Средние годовые величины, мм	Разность между фактическим и зональным стоком, мм
			осадки	сток фактич.	сток зональн.

Реки Италии (по М. И. Львовичу)

Летимбро Сансобия Нера Анио	33 41 4020 1115	15 100 85 76	1360 1376 1027 1215	744 950 714 845	700 700 450 530	+44 +250 +264 +315
Реки бассейна Сосьвы (Урал) (по П. В. Молитвину)
Сарайная Кедровый руч. Студеный руч.	48,2 22,4 4,95	22 31 100	479 445 445	38 97 340	196 187 187	-158 -90 +153

Отклонение речного стока от его зональной величины возможно также в случаях, когда речной бассейн занимает то или иное положение по отношению к области питания или разгрузки подземных вод артезианских бассейнов.

В области питания артезианских вод характерны безвозвратные потери речного стока на просачивание в глубокие артезианские водоносные горизонты. В области разгрузки артезианских вод реки получают дополнительное питание. На это явление обращает внимание Б. И. Куделин. Так, согласно его исследованию, потери речного стока на водосборах рек Днестровско-Донецкой впадины (бассейн верхней части Сейма и его притоков), расположенных в области питания артезианского бассейна, достигают в среднем за год от 1 до 2 л/(с?км²).

Аналогичное явление прослеживается в области питания Азово-Кубанского артезианского бассейна. С геологическими факторами стока тесно связано воздействие на величину стока глубины эрозионного вреза. По мере углубления эрозионного вреза увеличивается вероятность прорезания руслом водоносных горизонтов и увеличения питания рек подземными водами.

Глубина эрозионного вреза обычно возрастает с увеличением площади водосбора. В связи с этим при одинаковых климатических условиях величина годового стока за счет слабого питания подземными водами оказывается меньше на малых и временных реках, чем на средних реках, полностью для данных условий эрозионного вреза дренирующих подземные воды. Различия стока малых и средних рек в соответствии с зональным распределением глубин залегания грунтовых вод уменьшаются в районах с влажным климатом и увеличиваются в засушливых районах. При сравнении средних величин годового стока с размерами площади речного бассейна подразумевается именно эта закономерность: площадь в данном случае является показателем глубины эрозионного вреза, полноты дренажа подземных вод реками, а не генетическим фактором.

3. Влияние растительности на сток

Непосредственное влияние растительности на сток сравнительно невелико. Оно заключается в увеличении шероховатости земной поверхности, вследствие чего замедляется стекание воды по поверхности земли и увеличивается возможность инфильтрации влаги в почву. В значительно большей мере проявляется влияние растительности, в особенности леса, на отдельные элементы водного баланса бассейнов: просачивание, испарение, отчасти осадки.

Теоретические исследования и экспериментальные наблюдения за элементами водного баланса на опытных водосборах, логах, облесенных и открытых, как в нашей стране, так и за рубежом позволили ученым сделать следующие выводы относительно различия в структуре водного баланса поля и леса (Давыдов Л.К. и др., 1973). 1. Осадков в лесу может выпадать больше, чем на открытой территории. Это различие связано с изменением циркуляции воздуха над лесом и улучшением благодаря этому условий конденсации атмосферной влаги. Высота снега в лесу увеличивается за счет переноса его с полей на опушки леса, особенно заметного в лесостепной и степной зонах.

2. Не все осадки достигают поверхности почвы. Часть их задерживается кроной деревьев (в хвойном лесу больше, в лиственном меньше) и испаряется.

3. Суммарное испарение в лесу может быть и больше и меньше, чем в поле. Это зависит от хозяйственного освоения территории, типа леса, продуктивности лесных и полевых угодий. Так, в сосновых лесах расход влаги на испарение меньше, чем в еловых и березовых, а на высокопродуктивной пашне больше, чем в малопродуктивном лесу.

При оценке расхода воды лесом и полем нужно иметь в виду зависимость расходной части водного баланса от приходной. Эта зависимость хорошо выражена в районах недостаточного увлажнения, где максимально возможное испарение превосходит осадки. В таких условиях расход воды лесом или полем зависит не столько от потребностей их в воде, сколько от наличия воды, а в лесу ее обычно больше, чем в поле.

4. В лесу, как правило, водопроницаемость почвы выше, чем в поле. Этому способствует не только мощная корневая система деревьев и подлеска, но и лесная подстилка. Значительная роль принадлежит также рыхлым, частью оструктуренным, богатым гумусом верхним слоям почвы в лесах. Лесная подстилка обладает большой влагоемкостью и предохраняет почвенные поры от заиливания.

Водопроницаемость лесных почв велика, но неодинакова. В естественных условиях просачивание воды в почву зависит от типа леса, возраста древостоя и степени изреживания. Дубовые, сосновые, ясеневые насаждения, обладая глубокой и разветвленной корневой системой, повышают водопроницаемость почвы по сравнению с почвой в еловых насаждениях.

5. Поверхностный сток как снеговых, так и дождевых вод в лесу крайне мал. Это является следствием хорошей инфильтрационной способности лесных почв. Просачиванию воды в почву весной способствуют к тому же относительно меньшие интенсивность снеготаяния весной и глубина промерзания почвы зимой по сравнению с полем. Нередко дожди, вызывающие хорошо выраженные паводки в речных бассейнах, лишенных леса, в лесу не образуют паводочного стока. Практически отсутствует весенний поверхностный сток в сосновых лесах, произрастающих на песчаных почвах. Он наблюдается в хвойных на супесчаных почвах и несколько возрастает в смешанных и лиственных насаждениях на суглинистых подзолистых почвах. Примером влияния облесенности водосборов на снижение поверхностного стока могут служить наблюдения гидрометеорологической обсерватории в Каменной степи (табл. 2).

6. В лесу питание грунтовых вод более обильное, чем в поле. При дренировании подземных вод речной сетью это приводит к увеличению грунтового стока в реки и формированию устойчивой межени. В этом большое водоохранное и регулирующее значение леса.

Таблица 2 Основные элементы водного баланса различно облесенных балок в период весеннего половодья. Каменная Степь, средние за 1950-1960 гг. (по Давыдову Л.К. и др., 1973)

Водосбор	Облесеность, %	Снегозапасы и осадки, мм	Поверхностный сток, мм	Коэффициент стока
Балка Слекцентровская Балка Безымянная Балка Малые Озерки	18,8 8,0 2,0	99 113 75	7,4 37 31	0,075 0,32 0,41

7. Рубки леса, выпас скота нарушают лесную подстилку, ухудшают инфильтрационную способность почв и видоизменяют водный баланс. Степень этого влияния разная. После механизированных рубок с применением трелевочных тракторов водоохранное значение лесов даже после возобновления древостоев надолго ослабляется вследствие ухудшения водорегулирующей способности лесных почв.

Вопрос о влиянии леса на сток оставался в течение долгого времени дискуссионным. В настоящее время можно считать установленным, что влияние лесов на водность (модули стока) зависит от ряда причин и не может решаться одинаково при различных природных условиях и хозяйственной деятельности человека. Прежде всего следует иметь в виду, что распространение лесов и сток в естественных условиях находятся в тесной зависимости от климата. При одинаковых климатических условиях и одинаковой лесистости это влияние зависит от геоморфологических условий, с которыми тесно связаны процессы стекания воды по поверхности земли, положения зеркала грунтовых вод, физических и водных свойств почвы, состава и полноты насаждений, способов рубки лесов и характера и продуктивности поля, с которым сравнивается сток облесенных территорий.

Влага, просачивающаяся в почву в лесных бассейнах, попадает в речную сеть почти исключительно подземным путем. На малых реках обычно вследствие незначительной глубины эрозионного вреза русел значительная часть воды уходит за пределы бассейнов и тем самым переходит в категорию безвозвратных для этих бассейнов потерь. При одинаковых размерах водосборов малых речных бассейнов, одинаковых климатических и гидрогеологических условиях величина безвозвратных потерь на инфильтрацию возрастает с увеличением лесистости, а следовательно, происходит и уменьшение стока. Так, например, по данным Валдайской гидрологической лаборатории (лесная зона), сток в безлесном бассейне Приусадебного лога (площадь водосбора 0,36 км²) в среднем годовом равен 255 мм, в бассейне же лога Таежного (0,45 км²) при лесистости 98% сток снижается до 192 мм. На Придеснянской станции при лесистости 90% сток составляет 50 мм, при лесистости 33% -- 92 мм. По мере увеличения площадей водосборов вследствие увеличения глубины эрозионного вреза речных русел все большая часть просачивающихся вод возвращается в речную сеть данного бассейна в связи с усилением ее дренирующей роли. В соответствии с этим различия в стоке безлесных и лесистых бассейнов постепенно сглаживаются.

Как уже отмечалось выше, в крупных речных бассейнах влияние не климатических факторов, в том числе и леса, становится менее явным и выявить это влияние в «чистом» виде труднее вследствие совместного компенсирующего действия других факторов. Следует, кроме того, отметить, что по мере увеличения речных бассейнов различия в лесистости крупных речных бассейнов обусловливаются и климатическими причинами, т. е. теми же, что и различия в стоке.

4. Влияние рельефа на речной сток. Озерность и заболоченность бассейнов

Непосредственное влияние уклонов местности на речной сток сравнительно невелико, вследствие того что роль инфильтрационной способности почв перекрывает зависящее от этого фактора увеличение или уменьшение скорости стекания вод по земной поверхности. Большое влияние рельеф оказывает на отдельные элементы водного баланса речных бассейнов: осадки, инфильтрацию влаги в почво-грунты и испарение. Это влияние рельефа проявляется различно в зависимости от крупности его форм. Особенно значительно оно в горах, где с высотой местности увеличивается годовая сумма осадков, снижается температура воздуха, следствием чего является уменьшение испарения и соответственно увеличение стока. С высотой, как правило, увеличивается доля твердых осадков, что приводит к увеличению коэффициента стока, а следовательно, и величины стока, а также к существенному изменению водного режима, наиболее выраженному на высокогорных реках с ледниковым питанием.

Таким образом, вертикальная поясность климатических факторов стока вызывает вертикальную поясность величин стока. Это обстоятельство позволило ряду гидрологов в России и за рубежом установить эмпирические зависимости величин годового стока от средней высоты водосборов. Так как изменение количества осадков с высотой носит локальный характер (влияет ориентировка горных склонов, степень защищенности, экранизации района от влагоносных масс воздуха), а изменение стока обусловливается геологическими и почвенными условиями, резко меняющимися в горах, то и зависимости стока от высоты водосборов являются порайонными. Такие зависимости используются для пространственной интерполяции величин речного стока, что позволяет составлять карты стока и для сложных горных условий при ограниченности исходных данных.

В горах происходит перераспределение твердых осадков в речном бассейне. В горных котловинах, глубоких ущельях, у подножия горных склонов в результате схода снежных лавин и ветровой миграции скапливаются большие массы снега, талые воды которых служат источником питания горных рек в летний период.



Рис. 4. Влияние барьерного эффекта гор на речной сток (animalkingdom.su).

В равнинных, особенно степных, районах ветер сносит снег с открытых склонов в балки, овраги, речные долины. Подобная аккумуляция снега в гидрографической сети приводит к увеличению поверхностного стока снеговых вод. При наличии бессточных понижений на водосборах снеговые и дождевые воды аккумулируются в них и расходуются в дальнейшем на инфильтрацию и испарение, оказывая таким образом косвенное влияние на сток и его распределение в году.

С изменением озерности изменяются соотношения между площадями, покрытыми водой и занятыми сушей. Испарение же с водной поверхности и с поверхности суши неодинаково, что влечет за собой различия в величине испарения с поверхности речных бассейнов с различной озерностью. Если площадь водосбора какой-либо реки равна F км², а озерность К_оз, то площадь, занятая водой, составляет К_оз*F км², а площадь суши (1 -- Коз)* F км². При испарении слоя воды за год с водной поверхности Z_B, с поверхности суши Z_c объем испарившейся воды составит:

с водной поверхности

с суши

Суммарный объем испарения

Или

т. е. испарение с бассейна с озерностью К_оз больше испарения с безозерного бассейна на величину K_оз*(Z_в -- Z_c), а следовательно, сток с бассейна с озерностью Коз на эту же величину меньше, чем с безозерного бассейна, так как увеличение испарения при постоянстве осадков вызывает уменьшение стока (Давыдов Л.К. и др.,1973).

Испарение с водной поверхности и с поверхности суши изменяется неодинаково в различных физико-географических условиях, а следовательно, и влияние озерности на величину годового стока неодинаково в различных районах. По данным А. С. Соколова, в лесной зоне при озерности, меньшей 10%, уменьшение годового стока относительно невелико (менее 10%). При озерности 30--50% и более уменьшение стока в лесной зоне становится довольно значительным и может достигать 50% и более. К югу влияние озерности на уменьшение годового стока быстро увеличивается.

Главная роль проточных озер в круговороте воды - регулирование речного стока, его выравнивание во времени. Примерами могут служить р. Нева, сток которой хорошо зарегулирован целой системой озер, в том числе крупнейшими в Европе - Ладожским и Онежским. Река Ангара почти идеально зарегулирована глубочайшим в мире и наибольшим в Азии оз. Байкал. Другой классический пример - сток р. Святого Лаврентия, зарегулированный системой Великих озер (Важнов А.Н.,1976).

Рис. 5. Реки Карелии значительно зарегулированы озерами (gamma-aspirin.narod.ru).

Сток с низинных болот формируется за счет грунтовых и поверхностных вод, поступающих на поверхность болота при разливах рек и в меньшей мере за счет атмосферных осадков. Иные условия формирования низинных болотных массивов и стока с них обусловливают, в частности, более высокое и более устойчивое летнее питание рек по сравнению с верховыми болотами.

Это происходит вследствие того, что в периоды низкого стояния грунтовых вод на болоте сток осуществляется из подстилающего торфяную залежь минерального грунта. Различные условия стока в межень, естественно, определяют и различное воздействие верховых и низинных болот на внутригодовое распределение стока питаемых ими рек.

В центральных районах России (южная часть Тверской области, Московская и прилегающие к ней области, Мещерская низменность) средний многолетний сток на 15--17% меньше средних районных величин. Среднее значение наименьшего летнего стока сильно заболоченных водосборов в зоне распространения верховых болот в 2--3 раза меньше среднего минимума стока с не заболоченных территорий.

Это является следствием того, что сток с естественных (неосушенных) болотных массивов имеет место лишь до тех пор, пока не истощатся запасы свободной влаги в пределах активного (в смысле фильтрации) слоя болота. При переходе уровней грунтовых вод в пределы инертного горизонта сток с болотного массива практически прекращается. Поскольку запасы воды в пределах активного слоя относительно невелики, наличие в речных водосборах болотных массивов не может способствовать регулированию стока (Чеботарев А.И., 1975).

Максимальные модули стока с болотных массивов отличаются большой устойчивостью. Так, для всех типов грядово-мочажинных болотных массивов средние максимальные модули стока равны 140--150 л/(с-км²).

Возникновение стока с болот от дождей зависит от слоя осадков за дождь и высоты стояния уровня грунтовых вод. Дожди, выпадающие при уровнях грунтовых вод, лежащих ниже деятельного слоя, вызывают подъемы уровней только в пределах инертного горизонта и, полностью аккумулируясь, не оказывают никакого влияния на сток.

Когда уровень грунтовых вод находится в пределах деятельного слоя, каждый подъем уровней от выпадающих осадков сопровождается резким повышением расходов в вытекающих из болота водотоках.

водный режим заболоченность сток

5. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим

В своей практической деятельности человек преобразует природную среду, воздействует на все элементы ландшафта, в том числе и на водные объекты. Влияние на водные ресурсы и режим рек сказывается в двух направлениях: а) изменения условий влагонакопления и расходования влаги в бассейне и б) непосредственного изменения режима стока в руслах.

В первом случае изменения происходят в результате агротехнических, лесомелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, включающих обработку земли, посадку или вырубку лесов, орошение и обводнение в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения, осушения болот. Эти мероприятия изменяют гидрологический режим сравнительно медленно и как бы стихийно. Во втором случае мероприятия включают создание плотин и водохранилищ, изъятие воды из русел на орошение, питьевые и хозяйственные нужды или, наоборот, добавление воды из других водных систем. Изменения водного режима при этом сказываются резко и могут заранее планироваться ( Важнов А.Н., 1976).

Агротехнические и лесомелиоративные мероприятия. Распашка земель влечет за собой замедление склонового стекания талой снеговой воды, возрастание инфильтрации и испарения. Особенно сильно сказывается влияние зяблевой вспашки поперек склона. Борозды в этом случае играют роль малых запруд, задерживающих воду. По наблюдениям в Каменной степи, на поперечной зяби весной задерживается слой воды на 8-10 мм больше, чем при распашке вдоль склона.

В результате обработки материалов наблюдений над стеканием талой воды на воднобалансовых площадках и малых водосборах, выполненной ГГИ за ряд лет, обнаружено, что обычная зяблевая пахота (до глубины 25 см) уменьшает весенний склоновый сток в лесной зоне на 10-35%, в лесостепной -- на 25-40% и в степной -- на 30-60%. Большой диапазон для каждой зоны объясняется различиями в уклонах и характере почв (табл. 3).

При более глубокой вспашке (до 40 см) склоновый сток уменьшается еще на 50%, а при уклонах менее 10% в годы низкой и средней водности практически прекращается. Соответственно увеличивается содержание влаги в почве.

Таблица 4

Уменьшение склонового стока (%) на зяблевой пахоте относительно стока на залежи по данным за 1951-1970 гг. (по Важнову А.Н., 1976)

Зона	Почвогрунты	Уклон склона, %
		10	50	100
Лесная	супесчаные суглинистые	35 25	13 10	12 10
Лесостепная Степная	суглинистые супесчаные суглинистые	41 45 57	27 34 52	26

По данным Волгоградской лесомелиоративной станции, с возрастанием глубины борозд от 25 до 50 см влажность почвы возрастает на 20-30%.

С целью большего накопления влаги в почве на полях в зоне недостаточного увлажнения проводится снегозадержание путем перепахивания снежного покрова поперек склона, мульчирования и образования кулис из стеблей подсолнуха и кукурузы, шириной 8-10 м. Благодаря кулисам запас снега на полях увеличивается в 2-3 раза, уменьшается глубина промерзания почвы и повышается инфильтрация. Для задержания талой воды на зяби иногда устраиваются также валики высотой 20-30 см.

Внесение удобрений способствует улучшению структуры почвы, что также повышает ее водопоглотительную способность.

Лес благодаря более равномерному залеганию снега, чем в поле, меньшей глубины промерзания и большей скважности почв способствует переводу поверхностного стока в подземный. Выращивание полезащитных лесных полос в степной зоне, как показали исследования, благоприятно сказывается на водном балансе не только самих облесенных участков, но и межполосных полей. Снега здесь накапливается больше, а тает он медленнее, чем в открытой степи. В результате почва запасает больше влаги. По данным 15-летних наблюдений в Каменной степи (1944-1958 гг.), запас воды в метровом слое почвы весной на облесенном поле был на 11,5% больше, чем в степи. Поверхностный сток по склонам в лесных полосах на 50-80% меньше, чем на открытых полях, а при расположении полос поперек склона и 70% залесенности он вообще прекращается.

Уменьшение склонового стока под влиянием агролесомелиоративных мероприятий сказывается на величине годового стока и его внутригодовом распределении. Сток уменьшается, а распределение в году выравнивается за счет большего поступления подземных вод. При этом, чем больше река и глубже врез русла, тем меньше снижение стока, так как возрастает подземное питание. Большое значение имеет глубина залегания грунтовых вод. При более глубоком залегании регулирующая роль подземных вод ослабевает и снижение стока будет больше. В разных физико-географических зонах влияние агромелиоративных мероприятий будет неодинаковым. Наиболее значительно оно в более засушливых степной и полупустынных зонах.

По данным А. П. Бочкова, к 1960 г. в Заволжье, на Украине и в Молдавии годовой сток малых рек уменьшился на 5-25% (при наличии орошения и регулирования местного стока прудами). Для крупных рек лесостепной и степной зон уменьшение составило 0-4%. Исследователи по-иному оценивают дальнейшее снижение стока крупных рек под влиянием агротехники и мелиорации. По данным А. П. Бочкова, к 1980 г. оно не превысит 4-8%. М. И. Львович дает большие величины: уменьшение стока в бассейнах Днепра и Дона, по его расчетам, составит в ближайшие десятилетия 10-30%. Важным следствием распашки земель и лесопосадок в степной зоне является уменьшение максимальных расходов половодья и паводков, увеличение продолжительности половодья и повышение водности межени. В связи с этим уменьшается опасность наводнений, эрозии и смыва почв.

Орошение и осушение. Изъятие воды из рек на орошение производится в вегетационный период -- с апреля по октябрь, и в меньшем количестве -- на предвесеннюю влагозарядку. Наибольший расход воды падает на самые жаркие летние месяцы -- июнь-август. Основные массивы орошения в странах СНГ, где из рек забирается наибольшее количество воды, находятся в аридной зоне -- в Казахстане, Средней Азии, на Кавказе. Но в последние годы орошаемое земледелие развивается в степной зоне -- в низовьях Дона, Днепра, в Заволжье -- и продвигается далее на север, где орошаются огородные угодья и обводняются пастбища.

Влияние ирригационных мероприятий сказывается как на величине годового стока, так и на его внутригодовом режиме. Вода, подаваемая на поля, расходуется на транспирацию сельскохозяйственными культурами и непродуктивное испарение с поверхности почвы, а также каналов и водохранилищ, находящихся в ирригационных системах. Значительное количество идет на инфильтрацию в каналах и на полях. В степных районах ирригационное питание грунтовых вод равно 50-60% суммарной величины их питания, включающей также осадки, в полупустынных -- 70-80%, а в пустынных -- 90-95%. Инфильтрация оросительной воды сопровождается повышением уровня грунтовых вод и усилением обратного подземного оттока в реки. Вместе с тем растут непродуктивные потери на испарение из зоны аэрации.

Вода, расходующаяся на испарение, насыщение зоны аэрации, аккумуляцию в бессточных углублениях, в сумме составляет безвозвратные потери стока. Согласно данным ГГИ, для основных орошаемых массивов в бассейне Сырдарьи средняя величина безвозвратных потерь за 1967-1970 гг. была равна 65% величины водозабора. Количество возвратных вод изменялось от нуля на хлопково-люцерновом севообороте до 56-70% (от величины водоподачи) на рисовых полях.

Большие безвозвратные потери обусловливают уменьшение годового стока рек. Однако фактическое уменьшение речного стока много ниже величины указанных потерь. Так, годовой сток р. Сырдарьи в нижнем течении за последние 10-12 лет (до 1972 г.) уменьшился всего на 6-7 км³/г, тогда как безвозвратные потери составляли в среднем 21 км³/г. Это объясняется тем, что с развитием орошения сокращаются площади, занятые дикой влаголюбивой растительностью, болотами и бессточными западинами, на которых имели место непроизводительные траты воды на испарение.

В то же время на отдельных реках годовой сток в нижнем течении заметно понизился. Например, на Тереке за последние 10-20 лет сток под влиянием орошения уменьшился на 15-20%. Особенно значительна относительная убыль в маловодные годы. На очень малых горных реках в самые жаркие месяцы нижние участки часто остаются совсем без воды.

В будущем, в связи с дальнейшим расширением орошения, следует ожидать значительного уменьшения стока рек -- источников орошения.

В результате изъятия большого количества воды в весенне-летний период и поступления возвратных вод в последующие маловодные месяцы внутригодовой режим стока выравнивается: сток летних месяцев уменьшается, а зимних возрастает. Внутригодовое регулирование значительно возрастает при наличии в системе водохранилищ и перераспределительных каналов.

Влияние осушительных мелиорации на водный режим рек проявляется различно в зависимости от климатических, гидрогеологических и морфологических условий залегания болот, характера их питания, размера рек и глубины вреза их русел, а также от системы осушения. Все же можно сделать некоторые общие выводы. В первые годы после осушения, когда резко уменьшается испарение (примерно на 15-20%) и срабатываются многолетние запасы воды, обычно наблюдается некоторое увеличение стока половодья и годового стока в целом. В Белорусском Полесье, например, это увеличение составляло для разных рек от 2 до 35%.

В последующие годы, при использовании осушенных земель под сельскохозяйственные угодья и лесопосадки, сток снижается и приближается к первоначальной величине или даже немного ниже ее. Интенсивное освоение пойменных болот на притоках Днепра повлекло уменьшение годового стока на 20-30%.

Максимальные расходы половодья и дождевых паводков в результате осушения изменяются сравнительно мало. В некоторых случаях, как, например, наблюдалось при освоении пойменных болот в лесостепной зоне Украины, они уменьшаются на 20-40%. Меженный летний и зимний сток, вследствие снижения испарения и лучшего дренирования грунтовых вод подстилающего болота минерального грунта, существенно возрастает. Минимальные модули увеличиваются в 1,5-3 раза.

Регулирование стока водохранилищами. Создание водохранилищ или их каскадов преследует цель накопления воды на определенных участках реки с последующим планомерным расходованием ее на нужды сельского хозяйства (орошение, обводнение), водоснабжения, а также в интересах энергетики, речного транспорта, рыбного хозяйства и других отраслей.

В зависимости от назначения, величины речного стока и орографических условий емкость водохранилищ может быть различной. Наиболее крупные водохранилища в России имеют полезную емкость в десятки кубических километров, а площадь зеркала при нормальном подпорном горизонте -- до 5-6 тыс. км². Например, полезный объем Куйбышевского водохранилища на Волге равен 34,6 км³, а площадь зеркала -- 6,5 тыс. км². Крупные водохранилища сезонного и многолетнего регулирования коренным образом изменяют водный режим рек на участках ниже плотины. При сезонном регулировании большая часть стока половодья может быть задержана в водохранилище и ниже плотины расход воды остается близким к предвесеннему. В межень (летом и зимой) он, наоборот, повышается за счет попусков иногда в два-три раза. Влияние сезонного регулирования сказывается на режиме уровня в нижнем бьефе на расстоянии сотен, а иногда, тысяч и более километров. Характерным для нижнего бьефа являются резкие суточные колебания уровня, прослеживающиеся до 100 км от плотины. Ниже плотины Волгоградской ГЭС, например, эти колебания достигают в вегетационный период 2,5, а зимой -- 3,0 м.

Заключение

Таким образом, физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение.

Географическое положение бассейна определяется географическими координатами (широта и долгота), между которыми он находится. Общее, но достаточно ясное представление о географическом положении бассейна дает указание о его расположении по отношению к бассейнам других рек, торных хребтов и т. д.

Климатические (метеорологические) условия являются в большинстве случаев решающими факторами, определяющими водный режим водоема. Из метеорологических факторов главнейшими в смысле влияния их на сток являются количество осадков, характер их выпадения, температура воздуха и дефицит влажности воздуха (в данной работе подробно не рассматривались).

Геологическое строение и почвы бассейна определяют характер и размер подземного питания рек, потери осадков на просачивание, появление заболоченных пространств и пр. При исследовании малых бассейнов желательно геологическое строение и почвы охарактеризовать на основании специальных исследований.

Рельеф, влияя на количество, характер выпадения и распределение осадков по территории бассейна, температуру воздуха и условия протекания воды по земной поверхности, является существенным фактором, определяющим водность рек и характер их режима. Поэтому данные о рельефе имеют весьма важное значение в выяснении общих условий стока.

Растительный покров бассейна обычно характеризуется сведениями об основных видах растительности, распространенной в пределах водосбора с указанием размеров занимаемых ими площадей. Важно знать, где расположены лесные массивы (в верхней, средней или нижней частях водосбора, на водоразделах или в долине реки), иметь характеристику сельскохозяйственного освоения территории водосбора (размеры пахотных угодий) и т. д. Количественной характеристикой степени залесенности речных бассейнов является так называемый коэффициент лесистости, представляющий собой отношение площади лесов, расположенных в бассейне, к общей площади бассейна. Указанный коэффициент может вычисляться как для водосбора в целом, так и для отдельных створов, например, по которым имеются данные о стоке реки. Коэффициент лесистости выражается или в процентах, или в долях единицы.

Озерность, заболоченность, распределение вечной мерзлоты и наличие ледников должны быть учтены достаточно полно по имеющимся материалам или на основании специальных исследований.

В частности, важно установить так называемые коэффициенты озерности и заболоченности, представляющие собой соответственно отношение площади, занятой озерами или болотами, к общей площади речного бассейна.

Литература

1. Балков В.А. Водные ресурсы Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1978. - 173 с.

2. Богословский Б. Б. Озероведение. М. Изд-во Моск. ун-та, I960. 335 с.

3. Важнов А. Н. Гидрология рек. М. Изд-во Моск. ун-та, 1976. 239.с.

4. Великанов М. А. Гидрология суши. Л. Гидрометеоиздат, 1974. 455 с.

5. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. Уфа: Китап, 2001. - 260 с.

6. Давыдов Л. К. Дмитриева А. П. Конкина Н. Г. Общая гидрология. Л. Гидрометеоиздат, 1973. 462 с.

7. Иванов К. Е. Гидрология болот. Л. Гидрометеоиздат, 1953. 238 с.

8. Львович М. И. Вода и жизнь. М. Мысль, 1986. 254 с.

9. Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л. Гидрометеоиздат, 1974. 638 с.

10. Михайлов Л. Е. Гидрогеология. Л. Гидрометеоиздат, 1985. 263 с.

11. Салтанкин В. П., Шарапов В. А. Водохранилища. М. Мысль, 1987. 352 с.

12. Чеботарев А. И. Общая гидрология. Л. Гидрометеоиздат, 1975. 544 с.

13. Шикломанов И. А. Исследование водных ресурсов суши итоги, перспективы, проблемы. Л. Гидрометеоиздат, 1986. 152 с.

14. Шикломанов И. А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л. Гидрометеоиздат, 1989. 334 с.

15. Широков Рациональное использование и охрана водных ресурсов. Екате-г. Винтор, 1994 319 с.

Размещено на Allbest.ru