Составляющие водного баланса




Составляющими водного баланса являются испарение, атмосферные осадки и сток.

Испарение в уравнении водного баланса представлено суммарным испарением (синоним – эвапотранспирация), состоящим из физического и физиологического испарения. Физическим путем влага испаряется из толщи почвы, с ее поверхности и с поверхности растительности. Физиологическое испарение, или транспирация, является неотъемлемой частью жизнедеятельности растений. При этом растения корневой системой поглощают почвенную влагу, которая по сосудам проходит через растение и в конечном итоге испаряется в атмосферу через многочисленные особые образования – устьица, расположенные преимущественно в листьях.

Как следует из уравнения водного баланса суши земного шара, посредством испарения в атмосферу в виде паров воды возвращается в среднем около 2/3 выпавших атмосферных осадков. Если для периферийной части суши земного шара испарение составляет 66%, то для территории Беларуси эта величина несколько больше (около 75%).

Испарение, как результат теплового движения молекул, определяется температурой воды, температурой и давлением водяных паров над ее поверхностью.

С поверхности хорошо прогреваемых участков почвы, насыщенной влагой, или с поверхности луж скорость испарения примерно на 50% выше, чем с более холодной поверхности водоема глубиной в несколько метров. Также в количественном выражении на испарение влияет ветер. Он способствует замещению относительно насыщенного парáми воздуха у водной поверхности менее насыщенным. Прискорости ветра 20 м/с скорость испарения увеличивается примерно в 1,5 раза по сравнению с безветрием.

Данные, полученные при измерении скорости испарения с суши и водоемов, показывают, что, как правило, с поверхности суши испарение идет значительно медленнее, чем с поверхности водоемов. Это объясняется тем, что испарение с суши чаще идет в условиях недостатка в ней влаги. При этом скорость испарения зависит от многих факторов: температуры почвы, глубины залегания грунтовых вод, гранулометрического состава и структуры грунта. Строение грунта влияет на скорость испарения двояко. Крупные зерна грунта способствуют испарению за счет лучшей вентиляции пор. Но одновременно уменьшается капиллярный подъем влаги от грунтовых вод и, кроме того, меньше суммарная площадь зерен, с которой происходит испарение.

В бассейнах рек соотношение площади суши и площадей водных объектов, находящихся в пределах того или иного бассейна, может быть различным. Обычно площадь суши во много раз больше. Поэтому в уравнении многолетнего водного баланса бассейна общий объем испарения с суши оказывается определяющим по сравнению с испарением с водной поверхности.

Сопоставление различных бассейнов и более обширных территорий суши показывает, что изменчивость перечисленных выше факторов, влияющих на испарение, приводит к многократным изменениям как самого испарения, так и стока. Весьма показательным в этом отношении является следующий пример. В районе Киева и Санкт-Петербурга выпадает примерно одинаковое количество атмосферных осадков. Однако за счет разницы в температурном режиме испарение в районе Киева значительно выше и среднегодовой сток в 3 раза меньше, чем в районе Санкт-Петербурга.

Испарение происходит также с поверхности снега и льда. При этом скорость испарения подчиняется общему правилу: чем больше выражен дефицит влажности воздуха над поверхностью снега и льда, тем сильнее происходит испарение.

В целом для земного шара распределение испарения имеет зональный характер, что связано с температурным режимом. В экваториальных районах Мирового океана, где наблюдаются повышенные температуры, за год испаряется слой воды толщиной 62 м, с поверхности Средиземного моря – 1,5 м, с водной поверхности водоемов лесной зоны – около 0,5 м, а в зоне тундры – лишь 0,25 м.

Величина физиологического испарения зависит от типа растительности. Под лесами в целом за год на долю транспирации приходится от 50 до 60% суммарного испарения, а под травянистой растительностью (луга) при одинаковой теплообеспеченности – от 40 до 50%. Кроме того, суммарное испарение под лесами примерно на 12% больше, чем под травянистой растительностью. Как следует из уравнения водного баланса, обладая повышенным испарением, леса уменьшают сток. Однако под лесами почти не наблюдается поверхностного стока и, следовательно, отсутствует эрозия. Леса способствуют инфильтрации влаги атмосферных осадков в почвогрунты, т. е. по сравнению с безлесными территориями увеличивают подземную составляющую стока, что в конечном итоге благоприятно сказывается на водности рек особенно в засушливые периоды при недостатке атмосферных осадков. Поэтому леса, как установлено, имеют большое водоохранное значение, защищая реки и другие водные объекты от загрязнения и регулируя их водность.

Атмосферные осадки – это часть водяных паров атмосферы, выпадающая после конденсации в виде дождя, снега, града и др. При равномерном распределении по территории суши земного шара среднегодовой слой осадков составляет 723 мм. Однако выпадающие осадки распределяются по отдельным районам крайне неравномерно.

Даже на территории Беларуси, относящейся к зоне достаточного атмосферного увлажнения, в южной части выпадает в год от 550 до 600 мм осадков, на преобладающей территории – 600–650 мм, а на некоторых возвышенностях – достигает 700 мм и больше.

Наибольшее количество осадков, если рассматривать в целом земной шар, выпадает в южном предгорьи Гималаев (местечко Черапунджа, Индия) – в среднем ежегодно 12 000 мм, а в 1947 г., как самом дождливом, их количество составило даже 24 326 мм. На Гавайских островах в Тихом океане, расположенных на широте северного тропика, среднегодовое количество осадков достигает 10 000 мм. Повышенным количеством осадков (от 1000 до 5000 мм в год) характеризуется бассейн Амазонки.

Самым засушливым местом на земном шаре является пустыня Атакама, находящаяся в Южной Америке (Республика Чили) и простирающаяся длинной полосой вдоль западного побережья Тихого океана. Осадки в этой пустыне не выпадали уже свыше четырех столетий.

Количество осадков зависит от многих причин. Главные из них: удаленность территории от океанов и морей, направление господствующих ветров, рельеф местности, т. е. это причины, определяющие движение воздушных масс и насколько последние насыщены атмосферной влагой.

Как установлено, доля атмосферной влаги местного происхождения (испарения) в выпадающих осадках составляет не более 15%. Довольно ощутимое влияние на количество выпадающих осадков оказывает особенность территории. Так, над обширными лесными массивами осадков выпадает в среднем на 5–15% больше, чем над безлесными территориями. Примерно такое же влияние на количество выпадающих осадков оказывает заболоченность территории. Поэтому частые засухи, наблюдающиеся в последние годы в южной части Беларуси, объясняются не только общим потеплением климата на земном шаре, но и масштабным осушением болот в Полесье.

Помимо общего количества, осадки отличаются интенсивностью, продолжительностью и неравномерностью выпадения по времени и площади. Интенсивность осадков – это величина, равная количеству осадков, выпавших за единицу времени. Интенсивность выражается толщиной образовавшегося слоя воды (например, мм/мин). Существует следующая зависимость: интенсивность осадков, как правило, тем меньше, чем больше время их выпадения.

Для многих гидротехнических сооружений определяющими являются ливневые дожди. К ним относят осадки, интенсивность которых в течение периода выпадения от 5 мин до 24 час не ниже, чем 0,5–0,04 мм/мин.

Важной характеристикой осадков является их распределение по времени. Неравномерность распределения зависит от климатических и морфологических особенностей местности и может колебаться в широких пределах. Характеристикой такой неравномерности обычно является внутригодовое распределение осадков. Для проектирования гидротехнических сооружений на реках с дождевым питанием необходимо знать именно внутригодовое распределение осадков. При пропуске стока с небольших водосборных бассейнов требуется знать распределение осадков в течение коротких периодов, например, суток.

В наших широтах при отрицательных температурах в зимний период выпадают твердые осадки, составляющие около 20% от годовой суммы. В связи с их накоплением на поверхности активное участие влаги этих осадков во влагообороте проявляется при снеготаянии. Интенсивность снеготаяния значительно меньше, чем дождей. Так, интенсивность дождя может достигать нескольких миллиметров в минуту, а интенсивность снеготаяния – нескольких миллиметров в час. Однако «залповое» освобождение влаги при снеготаянии увеличивает сток в уравнении водного баланса. Поэтому реки, например, на территории Беларуси, после снеготаяния характеризуются повышенной водностью. В период снеготаяния и формирования половодья при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений определяющими факторами являются запас влаги в снежном покрове и его состояние, дружность и интенсивность снеготаяния.

Сток – это движение воды по поверхности земли (поверхностный сток) и в почвогрунтах (подземный). Он начинается с момента зарождения потоков и заканчивается их впадением в океаны и моря. На этом пути часть воды расходуется на суммарное испарение.

Характеристики стока определяются перечисленными выше особенностями испарения и выпадающих осадков. Сток сильно зависит от многих свойств поверхности той или иной территории. Впитываемость почвогрунтов определяет потери части осадков на просачивание (инфильтрацию). Чем выше уклоны склонов, дна оврагов и рек, чем сильнее территория изрезана русловой сетью оврагов и речной сетью, тем больше скорость стекания и максимальный расход стока.

Скорость стекания воды и ее количества находятся в обратной зависимости от густоты и высоты растительности, т. е. от ее гидравлического сопротивления. Но гидрологическая роль растительности шире. Кроны деревьев задерживают часть дождя и снега, которая потом испаряется, т. е. исключается из стока. Доля перехваченных кронами осадков в среднем для лиственных лесов составляет около 15%, а в еловых достигает 30%. Кроме того, растительность, в частности лес, способствует инфильтрации воды в почвогрунт, что снижает максимальные расходы воды путем поверхностного стока.

Распределение стока по времени зависит от степени естественной и искусственной зарегулированности: от наличия болот и проточных озер, водохранилищ, их размеров и расположения по территории. Чем выше зарегулированность, тем ниже максимальные расходы стока и больше его продолжительность.

Формирование стока зависит от интенсивности дождя, площади и длительности его выпадения, от свойств поверхности земли и подстилающих ее почвогрунтов: гранулометрического состава, структуры почвы и влажности ее отдельных слоев, рельефа, растительности и других особенностей. Различные сочетания перечисленных факторов могут менять параметры стока в широком диапазоне: от случаев, когда выпавший дождь не образует стока до катастрофических наводнений.

 

Водные ресурсы Беларуси

Одновременный объем воды, находящейся на территории Беларуси, в разрезе водных объектов распределяется следующим образом: озера и водохранилища – 11,3 км3, русла рек – 3, 1-метровый слой почвы – около 52, атмосфера – 6 км3. Ресурсы подземной воды составляют около 55 млн. м3/сут, из которых свыше 70% приходится на пресные воды.

На территории Беларуси насчитывается более 10 тыс. озер, из которых 1072 имеют площадь более 0,1 км2. Общая площадь озер около 1400 км2, а объем воды 6 км3. Летом температура поверхностного слоя воды составляет 18–20°С, у дна глубоких озер – 5–7°, а зимой – 3–4°С.

Ледяной покров достигает 70 см и покрывает озера в течение 4–5 месяцев. Все озера Беларуси пресные: минерализация в озерах с болотным питанием удерживается в пределах 30-50 мг/л, а в озерах с подземным (грунтовым) питанием и в загрязненных достигает 400–500 мг/л. Самым глубоким (53,7 м) является озеро Долгое площадью 2,6 км2, находящееся в Глубокском районе Витебской области. Крупнейшее озеро Нарочь (Мядельский район Минской области) имеет площадь 79,6 км2 с объемом воды 710 млн. м3. Длина его 12,8 км, наибольшая ширина 9,8 км, средняя глубина 8,9 м, а наибольшая – 24,8 м. Минерализация воды менее 200 мг/л.

Общий речной сток с территории Беларуси составляет в среднем 36,4 км3, а вместе с притоком с территорий соседних стран – 57,1 км3.

В Беларуси насчитывается 20,8 тыс. рек, из них 19,3 тыс. длиной до 10 км, или 93%. Больших рек, протяженность которых свыше 500 км, – семь: Березина, Вилия, Днепр, Западная Двина, Неман, Припять и Сож. Наибольшей рекой, исток которой и устье находятся на территории Беларуси, является Березина – правый приток Днепра. Длина ее 613 км, исток находится возле г. Докшицы Витебской области, а устье – возле д. Горваль Речицкого района Гомельской области. Площадь водосбора 24 500 км2. Среднегодовой расход воды в устье 142 м3 /с.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: