2.2. Водний режим річки, рівняння водного балансу.

Зміна в часі рівнів, витрат і об’ємів води в річках називається водним режимом річки. У водному режимі виділяються річні цикли, які відображають зміни кліматичних елементів і нерівномірності поступання в річку поверхневих і підземних вод на протязі року, а також зміни, що відбуваються з року врік внаслідок багаторічного коливання стоку.[11,133]

Фази водного режиму. В режимі стоку річок виділяють ряд характерних фаз (періодів) залежно від зміни умов живлення.

Повінь може бути весняною і літщьою або весняно- літньою. Вона характеризується найбільшою за рік водністю, високим і тривалим підняттям рівня, що супроводиться виходом води на заплаву. Повінь викликається головним джерелом живлення (на рівнинних річках — сніготаненням, а в мусонних районах — літніми дощами). Для річок однієї кліматичної зони повінь спостерігається щорічно в один і той самий сезон з різною інтенсивністю і тривалістю. Весняна повінь спричинюється таненням сезонних снігів рівнинних річок, а весняно-літня та літня-—таненням високогірських снігів і льодовиків, а також випаданням дощів.

Паводок — інтенсивне, звичайно короткочасне збільшення витрат та рівня води в річці; воно може виникати багаторазово в різні сезони року. Максимальні витрати паводків нерідко перевищують найбільші витрати талих вод, тобто повеней. Паводки виникають внаслідок випадання дощів, злив і танення снігу під час зимових відлиг.

Межень характеризується тривалим (сезонним) стоянням низьких (меженних) рівнів та витрат води в річці внаслідок зменшення або припинення поверхневого стоку. В цей період річка живиться виключно або майже виключно за рахунок підземного стоку. [5, 62]

Гідрограф стоку. Гідрограф — це графік зміни в часі витрат води за рік або частину року (сезон, повінь або паводок). Загальну уяву про зміни фаз водного режимупротягом року дають типові графіки коливань витрат води. Типовим, або нормальним, вважають такий гідрограф, який відбиває загальні риси гідрографів за ряд років і разом з тим звільнений від випадкових особливостей кожного року. При побудові типового гідрографа осереднюються за ряд років значення ординат (витрат) і абсцис (часу) характерних точок гідрографів окремих років (початок повені, наставання максимуму, кінець повені тощо). За встановленими таким чином точками будують плавний гідрограф з розрахунком, щоб сумарний річний об’єм стоку, визначений за ним, дорівнював справді середньому його значенню за багаторічний період. На типових гідрографах часто показують межі коливань (за величиною і часом) характерних точок.[5, 62-63]

Рис. 2.2.1. Типовий гідрограф р. Єнісею. [5, 63]

Хід графіків рівнів води в деякій мірі копіює форму гідрографів. Різноманітні гідрологічні задачі потребують вивчення не тільки внутрішньорічне роз приділення рівнів і витрат, але й інших інтервалів часу, наприклад, в багаторічний період, в період одного паводка, або доби. Характер і величина максимальних витрат і рівнів викликає особливу увагу у будівельників доріг, мостів та ін.[9, 31] Рівні води, систематично вимірюються на гідрологічних постах і станціях, використовуються не тільки для визначення середньодобових розходів води на річках, але й для інших цілей. Найвищі рівні повеней і паводків необхідні для проектуванні гідротехнічних споруд, в промисловому будівництві, для оцінки можливого затоплення місцевості під час будівництва водосховищ; літніми рівнями цікавиться судноплавство, а зимові необхідні для визначення режиму роботи ГЕС. Для практичних цілей найбільш важливими є характерні рівні води, які визнаються на основі даних багаторічних спостережень. До них відноситься: 1) найвищий річний, 2) найвищий весняного льодоходу, 4) найвищого осіннього льодоходу, 5) найвищий літньо-осінніх паводків, 6) найнижчий літній і зимовий. [11, 152]

Водний баланс річкового басейну — це співвідношення за певний період часу приходу, витрати та акумуляції (зміни запасів) води. Водний баланс річкового басейну кількісно відображає вологообіг на ньому. В кожному річковому басейні здійснюється витрата вологи з перерозподілом її на стік та випаровування залежно від кількості опадів та всього комплексу фізико-географічних факторів. Витрати вологи річкового басейну з природним режимом за будь-який період часу може бути представлений загальним рівнянням водного балансу:

Х = Y + E+(± ∆W),

де X — атмосферні опади, що випали на водозбір; Y У — річковий стік в замикаючому створі; Е — загальне випаровування з басейну; ∆W — зміна загальних запасів вологи у басейні (у грунтах, водоносних горизонтах, руслах, озерах, водосховищах, дрібних улоговинах, болотах тощо); усі величини в міліметрах. Водні баланси складаються звичайно для різних за розміром басейнів, однак кращі результати одержують для водозборів з площами 4—12 тис. км², які характеризуються відносно однорідними природними умовами. Рівняння водного балансу можуть бути детальними, коли складаються за опадами, у значення яких вводяться всі види поправок (на змочення опадомірного відра, на вітровий недооблік та на випаровування вловлених опадів з відра), і скороченими, коли до опадів вводять поправки тільки на змочення опадомірного відра. Водні баланси можуть бути складені для місяців, для календарного року та генетично однорідних періодів (межень, повінь, паводок та ін.). В таких випадках значення ∆W можуть бути як додатними (для балансів за багатоводні періоди — повінь, багатоводний рік і т. ін.), так і від’ємними (для балансів за маловодні періоди — межень, маловодний рік тощо). За багаторічний період ∆W дорівнюватиме нулю, тому рівняння можна записати у вигляді:

Х₀ = Y₀+Е₀,

де Х₀, Y₀ і Е₀ — відповідно норми опадів, стоку і загального випаровування.

Для безстічних річкових і озерних басейнів, які не мають стоку в океан, У₀ = 0, а Х₀ — Е₀, тобто опади, які випали на водозбір, повністю витрачатимуться на випаровування. [5, 65-66]