5.5.3. Подземные воды

В особый класс выделяются потери речного стока на питание подземных вод (отрицательное подземное питание), ко­торые подразделяются на сезонные и постоянные.

Сезонные, или временные, потери происходят в периоды полной воды на реках. В это время в зави­симости от высоты паводков, их продолжительности, а также во­допроницаемости пород, слагающих берега, большая или меньшая часть речных вод поступает в водоносные горизонты грунтовых вод. При спаде уровней воды в реке эти воды, за исключением небольших потерь, возвращаются в реку. Наибольшее влияние на режим речного стока оказывают сезонные потери в области рас­пространения многолетнемерзлотных пород при промерзании надмерзлотных вод и при образовании наледей.

Постоянные потери речного стока могут формироваться при различной взаимосвязи речных и подземных вод, например, по­тери поверхностных вод на питание водоносных горизонтов. В за­сушливых областях, а также иногда и в горных условиях подзем­ные воды залегают ниже русла реки. В таких случаях в зависи­мости от водопроницаемости русла реки и напорных градиентов некоторая часть речных вод теряется на питание грунтовых, а иногда и артезианских вод (рис. 5.14а). Нередко потери речного стока вызываются особенностями геологического строения долины реки; при наклонном простирании безнапорных водонос­ных пластов один из берегов реки питается его водами, а другой, наоборот, питает водоносный горизонт (рис. 5.146). Потери речных вод наблюдаются в случае близкого и парал­лельного расположения двух водотоков на разных высотных уров­нях. Междуречный массив, сложенный водопроницаемыми породами, будет питаться из реки, находящейся на более высоких отметках высоты: река, расположенная ниже, будет питаться подземными водами, поступающими транзитом через междуречный массив (рис.5.14в).

Рис. 5.14. Схема потерь речного стока на питание грунтовых вод:

1 - положение зеркала грунтовых вод, 2 – водоносные слои, 3 - водонепроницаемые или слабопроницаемые пласты, 4 - направление движения подземных вод.

5.6. Режим рек

5.6.1. Главнейшие характеристики речного стока

Режим вод (или гидрологический режим) – это совокупность характерных особенностей изменений состояния вод­ных объектов во времени. Гидрологический режим прояв­ляется в многолетних, сезонных и суточных колебаниях:

1. уровня воды (режим уровней),

2. водности (режим стока),

3. ледовых явлений (ледовый режим),

4. температуры воды (термический режим),

5. количества и состава переносимого твердого материала (режим наносов),

6. состава и концентрации раство­ренных веществ (гидрохимический режим),

7. изменений русла реки (режим руслового процесса);

Колебания во времени уровней и водности обычно объединяют под общим названием водного режима. В зависимости от наличия или отсутствия гидротехнических со­оружений, влияющих на гидрологический режим, различают заре­гулированный режим и естественный режим. Элементами гидрологического режима называют те явления и процессы (например, колебания уровня, водности, температуры воды и т.п.), совокупность которых характеризует гидрологиче­ский режим водного объекта.

Из характеристик гидрологического режима особенно большое практическое значение имеет речной сток. Степень обводненности территорий, гидроэнергетические запасы, размеры водных путей сообщения - все это определяется величиной речного стока в пре­делах рассматриваемой территории.

При изучении изменений водности рек и сопоставлении стока различных рек между собой и с определяющими сток факторами используются следующие основные понятия, установившиеся в практике исследований речного стока.

Расход воды Q характеризует водность реки и представляет собой количество воды, проносимое в единицу времени через поперечное сечение реки. Обычно расходы выражают в кубических метрах в секунду (м³/с). С величиной расхода связаны практически все другие элементы режима реки. Мгновенный расход измеряется с помощью гидрометрических приборов (вертушек). Методы гидрометрии позволяют вычислить и расходы, осредненные за большие периоды времени (среднемесячные, среднегодовые). Для климатологии наибольшее значение имеют как раз среднемесячные и среднегодовые расходы.

Объем стока реки V – это количество воды, проносимой через данное сечение реки за интервал времени, больший секунды, в зависимости от продолжительности рассма­триваемого периода и водности реки выражается в кубических метрах (м³) или кубических километрах (км³). По определению,

V = QT, (5.20)

где Q – расход воды, средний за интервал времени Т.

Модуль стока q - это количество воды, стекающей в единицу времени с единицы площади водосбора, т. е. с земной поверхности, с которой вода поступает к рассматриваемому сечению реки. Эта величина обычно выражается в литрах в секунду с 1 км² [л/(с*км²)], иногда в кубических метрах в секунду. Очевидно, что между модулем стока q л/(с*км²) и расходом воды Q м³/с существует следующее соотношение:

q = 1000Q / F, (5.21)

где F - площадь водосбора в квадратных километрах. Может вычисляться модуль стока мгновенный и средний за некоторый период (год, месяц, и т.д.).

Высота слоя стока у. При изучении речного стока часто нужно сравнивать его величину с количеством осадков, выпавших на водосборе за тот или иной период времени. Осадки обычно вы­ражаются в виде высоты слоя воды, выпавшей в течение опреде­ленного периода и равномерно распределенной по поверхности. Для удобства сравнения осадков со стоком последний часто выражают в тех же единицах, т. е. высотой слоя. Чтобы получить высоту слоя стока за год, необходимо разде­лить объем стока реки за год на площадь водосбора:

У = V / (1000F) = QT / (1000F) (5.22)

Норма стока. Годовой сток реки подвержен значительным коле­баниям из года в год. Устойчивой характеристикой является сред­нее значение стока за достаточно длительный период времени, называемое средним многолетним стоком, или нормой стока. Норма стока может быть охарактеризована или средним расхо­дом, или объемом стока, или чаще всего модулем стока, соответ­ствующим среднему расходу. Иногда норма стока выражается в миллиметрах слоя воды, равномерно распределенного по площади водосбора.