1.4. Водный баланс озер

Озера делятся на бессточные и проточные. Средний многолетний водный баланс бессточных озер относительно постоянного среднегомноголетнего уровня записывается уравнением

(1.7)

–осадки на зеркало озера; –суммарный приток воды, отнесенный к площади зеркала озера, –испарение с зеркала озера.

Частные случаи:

l) если ≥ что, может быть в районах избыточного увлажнения, тогда >–возере появился излишек воды, повышается уровень и оно превращается из бессточного в проточное;

2) если F₆ >> F – площадь водосборного бассейна озёра очень велика по сравнению с площадью его зеркала тогда даже при <может иметь место () >– уровень озёра повышается и в этом случае из бессточного оно превратится в проточное.

Для проточных озер уравнение водного баланса имеет вид

, (1.8).

где– сток из озера, отнесенный к площади зеркала озера.

Пример 1.1.

Пользуясь данными табл.1.1, установить методом водного баланса среднюю за период 1987 – 1994 гг. величину испарения с поверхности озера,F= 1400 км².

Таблица 1.1

Элементы водного баланса озера за отдельные годы, см

Год	Осадки х	Приток воды в озеро y1пов+y1подз	Сток из озера		Изменение уровня Δu
			Поверхностный y2	Подземный y2
1987	40	45	2	5	-5
1988	41	53	3	5	9
1989	41	61	4	6	12
1990	43	44	4	6	-12
1991	46	65	1	6	13
1992	34	75	2	7	15
1993	35	57	10	7	-12
1994	30	49	11	6	-18

х + y1 + ω1 = z + y2 + ω2 + Δu

z = (х + y1 + ω1) – (y2 + ω2 + Δu)

х = 388 мм, y1 + ω1 = 561 мм, y2 = 46 мм, ω2 = 60 мм, Δu = 2

z = (388+561) – (46+60+2) = 841 мм.

Пример 1.2.

Пользуясь данными табл.2, установить ежегодные величины сработки или накопления запасов воды в Каспийском море и составить средний годовой за шестилетие 1995-2000 гг. водный баланс.

Таблица 1.2

Элементы водного баланса Каспийского моря за отдельные годы, мм

Год	Осадки х	Поверхностный приток, y1	Подземный y1	Испарение z	Сток из моря в залив y2
1995	173	770	14	995	32
1996	189	1152	14	1035	40
1997	187	968	14	1025	44
1998	196	1055	14	925	60
1999	141	941	14	979	51
2000	155	691	14	979	51

2. Норма годового стока и его распределение.

Норма годового стока называется среднее его значение за многолетний период, включающий несколько полных лет (не менее двух) циклов колебаний водности реки при неизмененных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственного деятельности в бассейне реки.

Норма годового стока, или средний многолетний сток, является основной и устойчивой характеристикой, определяющей общую водоносность рек и потенциальные водные ресурсы данного бассейна или района. Она служит своего рода гидрологическим «эталоном» или «репером», от которого исходят при определении других характеристик стока, например годовых величин разной обеспеченности, сезонных и месячных величин, и имеет очень важное значение при проектировании водохранилищ для гидроэнергетики, орошения, водоснабжения и других видов водохозяйственного строительства.

Устойчивость нормы годового стока определяется двумя условиями:

1. как средняя многолетняя величина она почти не меняется, если к многолетнему ряду будет прибавлено еще несколько лет наблюдений;

2. она является функцией главным образом климатических факторов (осадков и испарения), притом их средних многолетних значений, которые в свою очередь являются устойчивыми климатическими характеристиками района или бассейна.

Норма годового стока может выражаться в виде: среднего годового расхода воды Q в м³/с; среднего годового объема стока W в м³; среднего годового модуля стока М в л/(с км²); среднего годового слоя Y в мм, отнесенного к площади водосбора.

Выраженная в виде среднего годового модуля стока М или среднего годового слоя Y норма годового стока, как и ее климатические составляющие (средние годовые осадки и испарение), достаточно плавно изменяется по территории и поддается картированию. Это хорошо иллюстрируется картой изолиний (СН 435-72), из которой видно, что общее распределение нормы годового стока имеет характер широтной зональности в равнинных районах и вертикальной зональности в горных районах. Повышенная норма стока отмечается на возвышенностях, пониженная — в районах отрицательных форм рельефа. Несколько нарушается широтная зональность нормы годового стока рек под влиянием Балтийского моря, Ладожского и Онежского озер.

В зависимости от наличия информации о режиме стока реки норма годового стока вычисляется:

а) по данным непосредственных наблюдений за стоком реки за достаточно длительный период, позволяющий определить норму годового стока с заданной точностью;

б) путем приведения среднего стока, полученного за короткий период наблюдений, к многолетнему по длинному ряду реки-аналога;

в) при полном отсутствии наблюдений — на основании характеристик среднего годового стока, полученных в результате обобщения наблюдений на других реках данного района, и по уравнению водного баланса.

В целом же для непосредственных расчетов или общей оценки нормы годового стока, как и других его характеристик, исключительно большое значение имеют продолжительные гидрометрические наблюдения за стоком рек. Они служат основой и для определения будущего режима рек при проектировании водохранилищ, плотин, мостов и других сооружений. Характеристики стока определяются сначала для естественного состоя­ния рек, затем в них вносятся те или иные поправки, которые должны учесть изменения стока под влиянием того или иного вида хозяйственной деятельности в речном бассейне. Для рек со значительной искусственной зарегулированностью стока водохранилищами, изъятием или перебросками воды из других бассейнов восстанавливаются значения стока при естественном режиме.

Согласно «Указаниям по определению расчетных гидрологических характеристик» (СН 435-72), продолжительность периода наблюдений считается достаточной для установления расчетных значений нормы годового стока и среднего годового стока заданных обеспеченностей, если рассматриваемый период репрезентативен и относительная средняя квадратическая ошибка многолетней величины не превышает 5-10%, а коэффициента вариации (изменчивости)– 10-15%.

Если и превышают указанные пределы и период наблюдений нерепрезентативен, средний многолетний сток и коэффициент вариации приводятся к более длинному периоду. При невозможности приведения (например, при отсутствии опорных створов-аналогов), вместо нормы годового стока и расчетного коэффициента вариации, принимаются их значения, вычисленные по данным за имеющийся период, и в расчете указываются их относительные средние квадратические ошибки. Репрезентативность периода наблюдений п лет для расчета среднего многолетнего годового стока оценивается по рекам-аналогам с периодом наблюдений N>n и N >50 лет путем построения и анализа разностных интегральных кривых годового стока. Репрезентативность в целом всех статистических параметров (Q, C_v и C_s), вычисленных по ряду за п лет, устанавливается путем сопоставления кривых обеспеченности годового стока, построенных по данным створа-аналога за период п и N лет.

2.1 Характеристика речного стока.

При гидрологических расчетах применяются следующие обозначения стока:

1. Расход воды Q — количество воды, прошедшее за 1 сек через поперечное сечение реки. Расход выражается в кубических метрах секунду.

2. Объем стока W — количество воды, прошедшее через сечение реки за определенный промежуток времени, например, за год, м³.

3. Слой стока Y — количество воды, прошедшее через поперечное сечение реки за определенный промежуток времени (год, месяц и т. д.) и отнесенное к единице площади водосбора, выражается в миллиметрах в год.

4. Модуль стока М — количество воды, прошедшее через поперечное сечение реки за 1 сек, отнесенное к единице площади водосбора, выражается в литрах в секунду на 1 км².

5. Коэффициент стока η — отношение количества стока к количеству выпавших в бассейне осадков за тот же период, т. е.

где Y — слой стока; X — слой осадков, мм.

Для указания интервала времени, к которому относится данная величина, справа от обозначения стока ставится индекс.

Например, среднегодовой расход обозначается Q_ср.год.; средний модуль за май месяц – М_ср.V обозначения среднемноголетних значений меняется индекс «0», например: Q₀ – среднемноголетний расход.

Между различными величинами стока существуют определенные соотношения :

м³/год;

м³/год

м³/год;

Из этих соотношений получим:

м³/сек;

.

В гидрологии встречается понятие «норма годового стока» как среднемноголетняя его характеристика. Она может быть обозначена М₀, W₀, Q₀ или Y₀.