«Замкнутый» речной бассейн

1. Лекция 2 Тема: Уравнение водного баланса разных водных объектов суши в естественных условиях

Курс «Водно-балансовые исследования»

2. «Замкнутый» речной бассейн

«Замкнутый» речной бассейн – это речной бассейн, у которого
водоразделы поверхностный и подземных вод совпадают и поэтому
подземный сток полностью формируется в пределах данного бассейна
То есть притока подземных вод извне отсутствует (Qп.позд. = 0)
Отток подземных вод Qо.подз. из таких бассейнов происходит лишь
через замыкающий створ основной реки (в виде подземной
составляющей Qпозд. общего речного стока Q)
Уравнение водного баланса замкнутого
естественных условиях имеет вид
речного
бассейна
в
P – E – Q = ∆S
а при расчленении общего речного стока Q на поверхностную Qпов. и
подземную Qподз. составляющие оно может быть представлено в виде
P – E - Qпов. - Qподз. = ∆S

3. «Висячий» речной бассейн

«Висячий» речной бассейн – это речной бассейн, у которого
водоразделы поверхностных и подземных вод не совпадают.
Сток в замыкающих створах этих рек Q' включает в себя в основном
лишь поверхностную составляющую общего речного стока Qпов., т. е.
занижен на величину не дренируемого подземного стока Qпов.
К числу висячих речных бассейнов относятся обычно водосборы
малых рек засушливых районов, для которых характерно глубокое
залегание основных безнапорных водоносных горизонтов
Уравнение водного баланса таких речных бассейнов имеет вид
P – E – Q’пов. = ∆S

4. Уравнение водного баланса горного ледника

Уравнение водного баланса горного ледника для короткого интервала
времени (месяц, сезон и т. д.) имеет вид
Рледн. + Qмет,лав. + ∆Sп.з. – Qо – Еледн. = ∆Sледн.
Рледн. - количество выпавших твердых осадков за расчетный период на
поверхность ледника
Qмет, лав. - количество льда и снега, поступивших на поверхность
ледника за счет лавин и метелевого переноса снега
∆Sп.з. - количество талой воды, поступившей к леднику с прилегающих
склонов гор и замерзшей в толще фирна
Qо - отток вод от ледника за счет растаявшего снега и льда и притока к
нему талых вод с прилегающих склонов гор
Еледн. - испарение с поверхности ледника
∆Sледн. - изменение общего запаса воды в льде и снеге горного ледника
за рассматриваемый период

5. Уравнения водного баланса проточного и бессточного озер (1)

Уравнение водного баланса проточного озера м. б. представлено в виде
Роз. + Qп. + Qп.позд. – Еоз. – Qо – Qо.позд. = ∆Sоз.
Роз. - осадки на зеркало водоема
Qп., Qп.позд. - приток в озеро поверхностных и подземных вод
Еоз – испарение с водоема
Qо, Qо.позд - отток из озера поверхностных и подземных вод
∆Sоз. - изменение запаса воды в озере за расчетный интервал времени
Для бессточного озера Qо и Qо.позд равны нулю и уравнение баланса
записывается следующим образом:
Роз. + Qп. + Qп.позд. – Еоз. = ∆Sоз.

6. Уравнения водного баланса проточного и бессточного озер (2)

За многолетний период, охватывающий несколько замкнутых циклов,
включающих многоводные и маловодные фазы водности, величина ∆Sоз.= 0,
и поэтому эти уравнения для годового интервала времени принимают вид:
Роз. + Qп. + Qп.позд. – Еоз. – Qо – Qо.позд. = 0
Роз. + Qп. + Qп.позд. – Еоз. = 0
Для крупных озер подземные составляющие притока Qп.позд. и оттока Qо.позд.
вод обычно весьма незначительны в сравнении с поверхностным притоком
Qп. и оттоком Qо, поэтому уравнения имеют вид:
Роз. + Qп.. – Еоз. – Qо = 0
Роз. + Qп. – Еоз. = 0
Последние два уравнения широко используются для количественной оценки
одного из их элементов (Qп, Qо или Еоз.) как остаточного члена. Последнее
уравнение особенно часто используется для определения норм годового
испарения с бессточных озер

7. Уравнение водного баланса участка реки

Уравнение водного баланса для участка реки имеет вид
Ррусл. + Qп.в. + Qп.бок. + Qп. подз. – (Qо + Ерусл. + Qо.подз.) = ∆Sрусл.
Ррусл - осадки на водную поверхность реки на данном участке (между
верхним и нижним гидрометрическими створами)
Qп.в. приток воды на данный участок реки через верхний
гидрометрический створ
Qп.бок - боковой приток воды в реку на данном ее участке (сток всех
притоков, впадающих в реку, и склоновый поверхностный сток с
междуречных прибрежных частей водосборной площади)
Qп. подз. - приток подземных вод в реку на рассматриваемом ее участке
Qо - отток воды через нижний гидрометрический створ реки
Ерусл. - испарение с открытой и заросшей растительностью водной
поверхности реки (включая затопляемую высокими водами пойму)
Qо.подз - отток вод из русла реки подземным путем
∆Sрусл. - изменение запаса воды на данном участке реки за расчетный
интервал времени

8. Уравнение водного баланса речного бассейна в условиях интенсивной хозяйственной деятельности

Оно может быть представлено в виде
Q’ = P’ – E’ ± ∆Sx
в естественных условиях уравнение среднего годового баланса, как
отмечалось ранее, имеет вид
Q = P – E ± ∆Sx
Вычитая почленно это уравнение из предыдущего, получим
∆Qх = ∆Pх – ∆Eх ± ∆Sx
Q, Р, Е - средние годовые значения речного стока, атмосферных осадков
и суммарного испарения
Q', Р', Е‘ - соответствующие величины с учетом их изменений (∆Qх,
∆Pх, ∆Eх) под влиянием хозяйственной деятельности: Q' = Q + ∆Qх
= Р + ∆Pх Е' = Е + ∆Eх
Р'
∆Sx - среднее годовое изменение запасов воды в бассейне, вызванное
влиянием хозяйственной деятельности.

9. Условия применимости уравнения в. б. речного бассейна в условиях хозяйственной деятельности

Приведенные уравнения справедливы для:
- замкнутых речных бассейнов, у которых отсутствует естественный
подземный водообмен со смежными территориями
- условий, при которых отсутствует переброска части речного стока за
пределы бассейна Qперебр. о.
- условий, при которых отсутствует переброска части речного стока в
смежные бассейны Qперебр. п.
- условий, когда отсутствует закачка воды
Qзак.глуб. в глубокие
нефтеносные пласты для поддержания в них внутрипластового давления
при нефтедобыче
- условий, когда отсутствует откачка воды Qотк.глуб. (при горнорудных и
других работах) из глубоких водоносных слоев, находящихся ниже
уровня дренирования речной сетью, с последующим использованием и
сбросом этих вод в реку.

10. Уравнение в. б. речного бассейна в условиях хозяйственной деятельности с учетом дополнительных факторов

В случаях, когда величины Qперебр. о., Qперебр. п. и Qзак.глуб. не являются
очень маленькими, они должны быть включены как самостоятельные
члены уравнения
При этом эти уравнения примут вид:
Q' = Р' - Е' ± ∆Sx + Qперебр. п. + Qотк.глуб - Qперебр. о. - Qзак.глуб.
∆Qх = ∆Pх - ∆Eх ± ∆Sx + Qперебр. п. + Qотк.глуб - Qперебр. о. Qзак.глуб.

11. Оценка суммарного изменения испарения ∆Ех

Уравнение изменения испарения ∆Ех м. б. в виде
∆Ех = ∆Еа.л. + ∆Еор + ∆Еос.сх. + ∆Eвдсн. + ∆Евдхр. + ∆Eпр. - ∆Eрусл.
Здесь ∆E – изменения испарения:
∆Еа.л. – с бассейна в результате агролесомелиоративных мероприятий
∆Еор - из-за орошения засушливых территорий
∆Еос.сх. – из-за регулирования водного режима почвогрунтов на
осушенных землях или болотах
∆Eвдсн. = ∆Eпром. + ∆Eт.эн. + ∆Eгор. + ∆Eсел – при водоснабжении
промышленных предприятий, тепловых электростанций, населения
городов и сельских населенных пунктов
∆Евдхр = ∆Езат. + ∆Епод.– из за сооружения водохранилищ в результате
дополнительного испарения при затоплении и подтоплении земель
∆Епр. – из-за создания прудов
∆Eрусл. – из-за уменьшения испарения с русел и пойм ниже
водохранилищ, регулирующих сток, и мест отъема речных вод на
переброски и другие нужды

12. Оценка изменения бассейновых запасов воды ∆Sx

Уравнение изменения бассейновых запасов воды ∆Sx м. б. в виде
∆Sх = ∆Sч + ∆Sл. + ∆Sбер. - ∆Sос.сраб.
Здесь ∆S изменения бассейновых запасов воды в результате:
∆Sч - аккумуляции в чаше водохранилища
∆Sл. – аккумуляции в ложе водохранилища
∆Sбер. – аккумуляции в береговой зоне водохранилища
∆Sос.сраб. - уменьшения суммарных запасов воды в бассейне в результате
сработки вековых запасов болотных и грунтовых вод при осушении

13. Факторы, которые нужно учитывать при расчетах

Дополнительные потери воды на испарение с водохранилищ и прудов
происходят в течение всего периода их фактической эксплуатации
Иной характер носит влияние на сток таких потерь воды при создании
водохранилищ и прудов, как наполнение водой чаши водохранилища,
расходование воды на насыщение почвогрунтов его ложа и береговой
зоны.
Эти процессы происходят обычно лишь в течение непродолжительного
ряда лет с начала заполнения водохранилища (или пруда) водой, а
затем их влияние на сток становится почти незаметным и может не
учитываться
Их оценка производится в среднем для расчетных периодов с учетом
фактического или планируемого ввода в эксплуатацию конкретных
водохранилищ и прудов

14. Уравнение в. б. речного бассейна в условиях хозяйственной деятельности для внутригодового периода

Уравнение в.б. можно составить и для месячного периода. Оно может
быть записано следующим образом
∆х(∆Sмес.) = ∆Pх.мес. - ∆Qх.мес. - ∆Eх.мес.
∆х(∆Sмес.) – антропогенное
влагозапасов в речном бассейне
изменение
приращений
суммарных
∆Pх.мес. - изменения под влиянием хозяйственной деятельности норм
месячных (сезонных и т. д.) осадков. Как правило, этим элементом
пренебрегают. Слишком сложно оценить.
∆Qх.мес. - изменения под влиянием хозяйственной деятельности норм
стока
∆Eх.мес. - изменения под влиянием хозяйственной деятельности норм
испарения

15. Вопросы

1. Уравнения водного баланса «замкнутых» и «висячих» речных бассейнов
2. Уравнение водного баланса горного ледника
3. Уравнения водного баланса проточного и бессточного озера
4. Уравнение водного баланса участка реки
5. Уравнение среднего годового водного баланса речного бассейна в
условиях интенсивной хозяйственной деятельности
6. Уравнение водного баланса речного бассейна в условиях интенсивной
хозяйственной деятельности с учетом переброски стока в/из бассейна реки
и закачки/откачки воды в/из подземного горизонта
7. Уравнение суммарного значения изменения испарения
8. Уравнение суммарного значения изменения бассейновых запасов воды
9. Уравнение водного баланса, преобразованного под влиянием
антропогенных факторов, за внутригодовые периоды (месяц, сезон и т. д.).

16. Спасибо за внимание!