Метод водного баланса в гидрологии. Уравнение водного баланса, его использование

Водный баланс – соотношение за какой–либо промежуток времени (год, месяц, декаду и т.д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменение запаса) воды для речного бассейна или участка территории, для озера, болота или другого исследуемого объекта. В общем случае учету подлежат атмосферные осадки, конденсация влаги, горизонтальный перенос и отложение снега, поверхностный и подземный приток, испарение, поверхностный и подземный сток, изменение запаса влаги в почво–грунтах и др. В отдельных, частных случаях нет необходимости в детальном учете всех составляющих баланса. Например, если воднобалансовые расчеты ведутся применительно к достаточно большим объектам воды, можно не учитывать конденсацию в силу ее относительно небольших величин. Со всей территории суши земного шара (в пределах среднего многолетнего годового водного баланса) испаряется количество воды, равное количеству выпадающих осадков минус речной сток. Для отдельных водных объектов и для более коротких периодов времени при составлении водных балансов возникает необходимость учета составляющих прихода – расхода влаги более детально, применительно к конкретным условиям поступления и расходования влаги. Например, в водном балансе водохранилищ, помимо притока, осадков и испарения, существенное значение могут иметь сбросы воды через сооружения гидротехнического узла (ГЭС, шлюзы, плотины), водозабор из водохранилища, фильтрация в нижний бьеф в створе гидротехнического сооружения; объем воды, заключенный во льду и снеге, оседающих в мелководных частях водохранилища при его сработке зимой и всплывающих весной при наполнении водохранилища; временные потери на фильтрацию воды в берега водохранилища и возврат этих вод обратно при изменяющихся уровнях воды в водохранилище. В годовом периоде такие составляющие баланса как потери на ледообразование и фильтрацию в берега водохранилища, компенсируются противоположно направленными процессами и поэтому в годовом балансе не отражаются. Техническим средством анализа воднобалансовых соотношений является уравнение водного баланса.

Количественно влагооборот характеризуется водным балансом. Так называется алгебраическая сумма всех форм прихода и расхода влаги в атмосфере, на избранной территории или на море, на материке или океане и на земной поверхности в целом.

Осадки (Р), выпавшие на территорию, частично испаряются (£) в атмосферу, частично стекают (R) в океан:

P=E+R,

т. е. осадки равны испарению плюс сток. Это и есть водный баланс. Приведенное уравнение было предложено А. И. Воейковым в 1884 г. для изучения колебаний уровня Каспийского моря. Эта формула в течение 60 лет была основой крупных исследований в области гидрологии и метеорологии как в нашей стране, так и м рубежом. Со временем стала очевидной ее недостаточность: весьма обобщенное понимание стока и нерасчлененность испарения.

В 1932 г. Г. Н. Высоцкий предложил уравнение, в котором испарение и сток разделены на их составные части. Суммарное испарение Е состоит из непосредственного испарения EИ и транспирации Т:

Е=ЕИ + Т.

Полный сток R был расчленен на поверхностный S и подземный U:

R=S+U.

В водном балансе территории участвует также запас или недостаток подземных вод в прошлые годы ±W.

В настоящее время формула водного баланса имеет вид (Г. Н. Высоцкий, М. И. Львович)

Р=ЕВ+T+S+U±W. Полное уравнение водного баланса ограниченной территории включает кроме уже перечисленных составляющих конденсацию влаги на поверхности, поверхностный приток, подземный приток, изменение запасов воды в снежном покрове, то же в болотах, водозабор, переброску в другие системы и возвращение воды из хозяйственных нужд. При помощи немногих компонентов оно отражает многообразную взаимосвязь между водой, воздухом атмосферы, почвой и растительностью.

Уравнение водного баланса. X+Yподземн.+K=Усток реки+Z+Уфильтрация± ∆U

∆U-изменение влагозапасов в бассейне. Х=Н+Z± ∆U.+∆U-накопление влаги в бассейне (накопление снега);; -∆U расходование превышает накопление (сток реки в апреле и мае превышает атм.осадки этих месяцев,т.к.в его формир-ии принимают участие снег).

 При расчете водного баланса берут не календарный год, а гидрологический год ( с 1 ноя по 31 окт) с тем, чтобы учесть всю величину прошлогоднего снега. Впервые метод водного баланса был предложен П.Пьерро в 1774. Структура водного баланса-соотношение между различными переходными и расходными составляющими водн.баланса. v=y/x+z/x/ y/x=η- коэф.стока (какая доля выпадающего снега затрачивается на сток).ρ=z/x-коэф.испарения. между ними образ-ся обратная связь, чем больше воды испаряется, тем меньше ее становится. Зависит от физ-гео условий и и климата. Колебания стока.:1) Вековые-отражает вековые изменения климат.условий и увлажнения материков с периодом 100 и 100 лет. Палеогеографич.исследования сведетельствуют о измен-ии t ,осадков, олед-я и о вековых изменениях водности рек. Сведений о последних о.мало. 2). многолетние- имеют метеоприроду, при этом различают естественную и антропогенную изменчивость. Подтверждены опред-й цикличностью, т.е смена влажных лет сухими. Вековые и многолетние колебания подвержены цикличности.3).сезонные-метео условия (лето,зима).; 4).кратковременные-метео факторы, колебания t воздуха.