ГиДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК

Гидротехнические

Мелиорации

Лесных земель

 

 

1. ВОДОСБОРНАЯ ПЛОЩАДЬ

 

Площадь, с которой стекает вода в водоток (реку, ручей, осушительный канал), называется водосборной пло­щадью (водосбором). Почти синонимом водосборной пло­щади является понятие бассейн.

Определение водосборной площади рек, ручьев, каналов, озер, балок и других понижений местности необходимо для гидрологических и других расчетов.

Водосборные площади для водотока или части его определяются по картам (планам) с горизонталями или без горизонталей.

Границей водосборной пло­щади служит водораздельная линия (водораздел), проходящая по наивыс­шим точкам местности.

Для определения водосборной площади надо на плане или карте найти положение водораздельной линии. Наиболее точно водораздельную линию и площадь водосбора можно опреде­лить по топографическим картам, имеющим горизонтали. Для этого от данного сечения водотока вдоль по склону (поперек горизонталей) проводят линию до наиболее высокого места, затем по наиболее высоким местам поверхности, по водоразделу между склонами, ведут водораздельную линию, замыкая ее с другой стороны водотока (рис. 1,а). Менее точно водосборная площадь может быть определена по картам, на которых указана гидрографическая сеть (реки, ручьи, озера). В этом случае водораздельная линия распола­гается посередине между соседними водотоками. Для при­ближенного установления водосборной площади можно ис­пользовать физические карты, где высотное положение мест­ности отмечено различным цветом. В тех случаях, когда на карте (плане) рельеф не изображен, при проведении водораздельной линии можно руководствоваться косвенными признаками: расположением дорог, населенных пунктов, верховых болот и др. Названные ориентиры большей частью располагаются на водоразделах. При отсутствии и таких косвенных признаков (ориентиров) водораздельная линия проводится посередине между водотоками, оврагами (рис. 1,б).

                                                      а)                                                                                               б)

Рис. 1. Определение водосборной площади по картам: а – по горизонталям; б – по картам с гидрографической сетью: – – – граница водосборной площади.

Среднюю ширину бассейна В_ср можно вычислить по фор­муле

В_ср=                                               (1)

где F— водосборная площадь, км²; L— длина бассейна, км. Длина бассейна принимается по прямой вдоль водотока.

СТОК

 

Стоком называется движение воды по поверхности земли, а также в толще почв и горных пород в процессе круговоро­та ее в природе. Сток подразделяется на:

поверхностный – происходящий по земной поверхности;

почвенный – в поч­венной толще;

склоновый – по склонам;

русловой и речной – по русловой и речной сети.

 

Характеристики стока

В расчетах передвигающуюся воду необходимо измерять. Количественно сток характеризуется объемом, Объем стока W_в.с – объем воды (обычно м³), стекаю­щей с водосборной площади за определенное время. Объем стока (м³) определяется по ее расходу в водотоке за опреде­ленный период времени (сутки, месяц, год, период года и т. д.):

W_c = Qt,                                                      (2)

где Q – средний расход воды, м³/с; t – время расчетного пе­риода, с. Объем стока весеннего половодья W_в.с можно вычис­лить по формуле

W_в.с =10000 F H δ σ,                                           (3)

где F – площадь водосбора, га; H – слой снега, м; δ – плот­ность снега гр/см³; σ – коэффициент стока.

Модуль стока q – объем воды, стекающей с едини­цы водосборной площади в единицу времени [обычно л/(с-га), м³/(с-км²)]:

q =                                                    (4)

где Q – расход реки (или другого водотока [л/с, м³/с]; F – площадь водосбора [га, км²]

Коэффициент стока σ – отношение стока к осад­кам. Коэффициент стока показывает, какая часть осадков стекает в водотоки:

σ  = ,                                                  (5)

где С – сток; О – осадки.

Слой стока h_ст – величина, показывающая, какой слой воды будет, если сток равномерно распределить по пло­щади водосбора  [мм]. Слой стока определяется делением объема стока на площадь водосбора.

h_ст = 0,1  ,                                    (6)

где W – объем стока, м³; F – водосборная площадь, га.

Задание 1. Определить объем стока весеннего половодья – W_в.с, рассчитать слой стока, расход и модуль стока.

Дано: река Лустовка, период половодья = 30 суткам = 30 · 86400 = 2592000 с, мощность снежного покрова Н = 0,47 м, плотность снега δ = 0,22, площадь водосбора F = 21000 га, коэффициент стока σ =   0,56.

W_в.с =10000 F H δ σ = 10000 · 21000 0,47 · 0,22 · 0,56 = 12159840 м ³;

h_ст = 0,1   = 57,9 мм;

Q =  =  = 4,691 м³/с = 4691 л/с;

q = = = 0,2234 л/с · га.

Задание 2. Определить годовой объем, модуль, слой и ко­эффициент стока.

Дано: река Лустовка, средний за год расход воды Q = 1,430 м³/с = 1430 л/с, площадь во­досбора F = 21000 га, количество (слой) осадков за год h_ос = 605 мм.

W_г = Q = 1,43 · 86400 · 365 = 45096480 м ³;

q = = = 0,0681 л/с · га;

h_ст = 0,1   = 214,7 мм;

σ =  = = 0,35.

 

2.2. Факторы стока

На сток оказывают влияние многие факторы — рельеф местности, мощность влагоемких слоев и глубина залегания водоупорных горизонтов, климатические факторы (темпера­тура воздуха, интенсивность и величина осадков и др.), на­личие и вид растительности, величина и форма водосбора, его заболоченность и др. Особенно большое влияние на сток оказывает лес. В лесу формируется мощный слой лесной под­стилки, а корни древесных растений образуют значительный по мощности пористый горизонт почвы.

Поры почвы, свободные от воды, обеспечивают аккумуля­ционную емкость почвы. Емкость аккумуляции V_a в мм вод­ного слоя по горизонтам можно определить по формуле

V_a = P – αr,                                      (7)

где Р – пористость почвы; %; α – объемная масса, г/см³; r – весовая влажность почвы, %.

Задание 3. Определить емкость аккумуляции торфянистой почвы (в мм водного слоя) в сосново-березовом древостое Лисинского учебно-опытного лесхоза для горизонтов почвы 0 – 10, 11 – 20 и 20 – 030 см.

Дано: порозность по слоям 91, 78 и 64 %; объемная масса 0,09, 0,28 и 0,76 г/см³; влажность поч­вы 152, 125 и 82 %. Проведем расчеты по формуле (7) и представим в табл. 1.

Сравните полученные данные с итоговыми данными за­дания 1. Дать анализ.

Таблица 1

Емкость аккумуляции торфянистой почвы, мм водного слоя

Горизонты почвы, см	Пороз–ность, %	Объемная масса, г/см3	Влаж­ность почвы, %	Запас воды, мм водного слоя	Емкость аккумуля­ции, мм
0 – 10	91	0,09	152	14	77
11 – 20	78	0,28	125	35	43
21 – 30	64	0,76	82	62	2
Сумма					122

 

ГиДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК

Реки являются важным объектом, изучаемым в курсе гидротехнических мелиорации. Реки часто служат водопри­емниками, вода рек используется для водоснабжения и оро­шения, по расходам воды рек определяются расчетные моду­ли стока и др.

Основными характеристиками гидрологического режима являются уровни, скорости и расходы реки.