Поверхностные воды

На земной поверхности из-за особенностей ее рельефа и различных климатических условий водные ресурсы распределены неравномерно: в пустынных местностях воды не хватает, в болотистых местностях ее избыток. Для характеристики распределения воды по поверхности вводится несколько понятий.

Водосбор – это часть земной поверхности и толща почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Различают поверхностный и подземный водосборы.

Водосборный бассейн – поверхность, с которой речная система, море или озеро собирают воды. Водосборный бассейн ограничен водоразделом. Водоем и водосборная площадь образуют единую экосистему.

Водосборный бассейн водоема включает водосборные бассейны всех рек, которые в него впадают.

Водоток – это водный объект:

· питаемый водосбором или другим водным объектом;

· характеризуемый постоянным или временным движением воды в углублении земной поверхности (в русле) в направлении общего уклона.

Различают:

· временные и постоянные водотоки;

· естественные и искусственные водотоки.

Речной сток – перемещение воды в виде потока по речному руслу. Это перемещение происходит под действием гравитации и является важнейшим элементом круговорота воды в природе, с помощью которого происходит перемещение воды с суши в океаны или в области внутреннего стока. Количественное значение стока в единицу времени называется расходом воды. Сток реки формируется из поверхностного стока (образующегося в результате осадков и снеготаяния) и подземного стока, формируемого за счет грунтовых вод. Речной сток за год является объективным показателем для определения полноводности реки. Ниже представлены 10 наиболее полноводных рек мира по величине годового стока воды:

Годовой сток самой полноводной в Европе реки Волги составляет 251 км³.

Характеристиками состояния водного объекта являются его гидрологический и водный режимы.

Гидрологический режим – это закономерные изменения состояния водного объекта во времени и пространстве, обусловленные главным образом климатическими особенностями данного бассейна.

Естественный гидрологический режим нередко существенно видоизменяется под воздействием хозяйственной деятельности человека.

В гидрологическом режиме учитываются изменения:

· уровня и расхода воды,

· ледовых явлений,

· температуры воды,

· количества и состава переносимых потоком наносов,

· изменений русла реки (русловые процессы),

· состава и концентрации растворенных веществ и т. д.

Водный режим – изменения во времени расхода воды и уровней воды и объемов воды в водотоках (реках и других), водоемах (озерах, водохранилищах и других) и в других водных объектах (болота и другие).

В районах с теплым климатом на водный режим рек основное влияние оказывают атмосферные осадки и испарение. В районах с холодным и умеренным климатом также очень существенна роль температуры воздуха.

Различают следующие фазы водного режима: половодье, паводки, межень, ледостав, ледоход.

· Половодье – ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон относительно длительное увеличение водности реки, вызывающее подъем ее уровня; обычно сопровождается выходом вод из меженного русла и затоплением поймы.

· Паводок – сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников, обильных дождей. Следующие один за другим паводки могут образовать половодье. Значительные паводки могут вызвать наводнение.

· Межень – ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких (меженных) уровней воды в реках. Обычно к межени относят маловодные периоды продолжительностью не менее 10 дней, вызванные сухой или морозной погодой, когда водность реки поддерживается, главным образом, грунтовым питанием при сильном уменьшении или прекращении поверхностного стока. В умеренных и высоких широтах различают летнюю (или летне-осеннюю) и зимнюю межень.

· Ледостав – период, когда наблюдается неподвижный ледяной покров на водотоке или водоеме. Длительность ледостава зависит от продолжительности и температурного режима зимы, характера водоема, толщины снега.

· Ледоход – движение льдин и ледяных полей на реках.

Неравномерный в течение года режим питания рек связан с неравномерностью выпадения атмосферных осадков, таяния снега и льда и поступления их вод в реки.

Колебания уровня воды вызываются в основном изменением расхода воды, а также действием ветра, ледовых образований, хозяйственной деятельностью человека.

Гидрограф – график изменения во времени расхода воды в створе реки или иного водотока. Гидрограф отражает характер распределения водного стока в течение года, сезона, половодья (паводка), межени.

Гидрограф строится на основании данных о ежедневных расходах воды в месте наблюдения за речным стоком. На оси ординат откладывается величина расхода воды, на оси абсцисс – отрезки времени. Гидрограф используется для вычисления эпюры руслоформирующих расходов воды.

Могут быть построены различные типы гидрографов:

· единичный гидрограф – гидрограф, показывающий изменение расходов воды во время единичного паводка;

· типовой гидрограф – гидрограф, отражающий общие черты внутригодового распределения расхода воды в реке;

· многолетний гидрограф паводка – расчетная паводочная волна в определенном створе водотока, характеризуемая определенным многолетним расходом, типовым гидрографом и соответствующим объемом.

Рис. Типовой гидрограф реки со снеговым питанием:

1 – график Q = f (t); 2 – ледостав; 3 – ледоход; 4 – паводковый сток;

5 – сток грунтового питания; 6 – сток дождевых паводков

Рис. Гидрограф речного стока:

1 — снеговое питание реки; 2 — дождевое питание;

3 — грунтовое (подземное) питание.

Из рассмотрения типового (годового) гидрографа видно, что водность реки во времени в течение года значительно изменяется. Аналогичный характер имеет и график изменения высотного положения уровня воды в данном створе, который измеряется и фиксируется водомерными постами.

Весной, в период таяния снегов, расход воды существенно (в разы) превышает минимальный, происходит разлив рек, затопление территорий и т. п. Осенью и зимой – в межень – река питается в основном за счет грунтовых вод, поэтому расходы уменьшаются, глубины падают. Как следствие этого – затрудняется навигация, ухудшаются условия плавания судов. Физическая навигация (период «чистой» воды) – это время от конца ледохода весной до начала ледостава осенью.

Чтобы изменить сток реки так, как необходимо человеку, проводят регулирование стока путем строительства гидроузлов и создания водохранилищ. При достаточной емкости в водохранилище можно аккумулировать избыточный сток реки и использовать его по потребности, то есть для удовлетворения интересов всех водопотребителей и водопользователей.

Регулирование стока может быть различным в зависимости от времени аккумулирования воды. Если в водохранилище можно собрать сток реки за ряд лет – это многолетнее регулирование. Если аккумулируется сток, например, половодья – это годичное, или сезонное регулирование. Бывает также недельное и суточное регулирование стока.

При строительстве плотин происходят существенные изменения водного режима реки: возрастают глубины, снижаются скорости течения воды, уменьшается мутность, возникают затопления и подтопления, изменяется ледотермический и биологический режимы водотока, возникает угроза размыва берегов и судоходству при сильном ветровом волнении и т. д.

Интересы пользователей водных ресурсов водохранилищ, как правило, не совпадают и регулируются положениями, утверждаемыми органами власти государств.

Сейчас на Земле более 250 тысяч водохранилищ. Общая площадь их зеркала – 600 тыс. км². 2 260 водохранилищ имеют объем более 100 км³ каждое. Характеристики крупнейших водохранилищ мира показаны в таблице.