Речной сток: определение и его характеристики. Определение стока реки

С v = = = = 0,226 .

Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки за данный период равна:

5,65 %

Относительная средняя квадратическая ошибка коэффициента изменчивости С v при его определении методом моментов равна:

18,12 %.

Длина ряда считается достаточной для определения Q o и C v , если 5-10%, а 10-15%. Величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока. Если и (или) больше допустимой ошибки - необходимо удлинить ряд наблюдений.

3. Определение нормы стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии

Река-аналог выбирается по:

– сходству климатических характеристик;

– синхронности колебаний стока во времени;

– однородности рельефа, почвогрунтов, гидрогеологических условий, близкой степени покрытости водосбора лесами и болотами;

– соотношению площадей водосборов, которые не должны отличаться более чем в 10 раз;

– отсутствию факторов, искажающих сток (строительство плотин, изъятие и сброс воды).

Река-аналог должна иметь многолетний период гидрометрических наблюдений для точного определения нормы стока и не менее 6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.

Годовые модули стока р.Учеба и реки-аналога Таблица 5.

Рисунок 1.

График связи среднегодовых модулей стока реки Учеба и реки-аналога

По графику связи М о равно 4,9 л/с.км 2

Q O = М о* F;

Коэффициент изменчивости годового стока:

С v =A C va ,

где С v – коэффициент изменчивости стока в расчетном створе;

C va – в створе реки-аналога;

М оа – среднемноголетняя величина годового стока реки-аналога;

А – тангенс угла наклона графика связи.

В нашем случае:

С v = 0,226; A=1,72; М оа =5,7 л/с*км 2 ;

Окончательно принимаем М о =4,9; л/с*км 2 , Q O =163,66 м 3 /с, С v =0,046.

4. Построение и проверка кривой обеспеченности годового стока

В работе требуется построить кривую обеспеченности годового стока, воспользовавшись кривой трехпараметрического гамма-распределения. Для этого необходимо рассчитать три параметра: Q o – среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока, C v и C s годового стока.

Используя результаты расчетов первой части работы для р. Лаба, имеем Q O = 169,79 м 3 /с, С v = 0,226 .

Для заданной реки принимаем C s =2С v =0,452 с последующей проверкой.

Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента С v по таблицам, составленным С.Н. Крицким и М.Ф. Менкелем для C s =2С v . Для повышения точности кривой необходимо учитывать сотые доли С v и провести интерполяцию между соседними столбцами цифр. Занести в таблицу ординаты кривой обеспеченности.

Координаты теоретической кривой обеспеченности. Таблица 6

Построить кривую обеспеченности на клетчатке вероятностей и проверить ее данные фактических наблюдений. (Рис.2)

Таблица 7

Данные для проверки теоретической кривой

Для этого модульные коэффициенты годовых расходов нужно расположить по убыванию и для каждого из них вычислить его фактическую обеспеченность по формуле Р = , где Р – обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;

m – порядковый номер члена ряда;

n – число членов ряда.

Как видно из последнего графика, нанесенные точки усредняют теоретическую кривую, значит, кривая построена правильно и соотношение C s =2 С v соответствует действительности.

Расчет делится на две части:

а) межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение;

б) внутрисезонное распределение (по месяцам и декадам), устанавливаемое с некоторой схематизацией.

Расчет выполняется по гидрологическим годам, т.е. по годам, начинающимся с многоводного сезона. Сроки сезонов начинаются едиными для всех лет наблюдений с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается так, чтобы в границах сезона помещалось половодье как в годы с наиболее ранним сроком наступления, так и с наиболее поздним сроком окончания.

В задании продолжительность сезона можно принять следующий: весна-апрель, май, июнь; лето-осень – июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь; зима – декабрь и январь, февраль, март следующего года.

Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов. В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за 3 месяца (I, II, III) первого года.

Описание работы

В период половодья (паводка) часть излишков воды временно задерживается в водохранилище. При этом происходит некоторое повышение уровня воды сверх НПУ, за счет чего образуется форсированный объем и гидрограф половодья (паводка) трансформируется (распластывается) в гидрограф сбросных расходов. Образование форсированного объема, равного аккумулирующейся части стока высоких вод, позволяет снизить максимальные расходы воды, поступающие в нижний бьеф, и тем самым предотвратить наводнения на нижерасположенных участках реки, а также уменьшить размеры водосбросных гидротехнических сооружений.

2. Исходные данные……………………………………………………………………………….…4

3. Определение среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений…………………………………………………………………………..…….8

4. Определение коэффициент изменчивости (вариации) Сv годового стока………………………………………………………………………………….10

5. Определение норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии………………………………………………………………………………12

6. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока…………………………………………………………………….……………14

7. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчетной вероятностью превышения Р=80%....................................................................................................................21

8. Определение расчетного максимального расхода, талых вод Р=1% при отсутствии данных гидрометрических наблюденийпо формуле……………….23

9. Построение батиграфических кривых водохранилища…………………………………………………………………………………24

10. Определение минимального уровня воды УМО……………………………………………………………………….……..26

11. Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока…………………………………………………………………………………28

12. Определение режима работы водохранилища балансовым таблично-цифровым расчетом………………………………………………………………..……………...30

13. Интегральные (календарные) кривые стока и отдачи………………………………………………………………………………….34

14. Расчет водохранилища многолетнего регулирования………………………………………………………………………………...36

15. Библиографический список………………………………………………………………………………

Водные ресурсы - одно из самых главных богатств Земли. Но они очень ограничены. Ведь хотя ¾ поверхности планеты заняты водой, большая ее часть - это соленый Мировой океан. Человеку же нужна пресная вода.

Ее ресурсы также большей частью недоступны людям, так как сосредоточены в ледниках полярных и горных областей, в болотах, под землей. Лишь незначительная часть воды удобна для использования человеком. Это пресные озера и реки. И если в первых вода задерживается на десятки лет, то во вторых она обновляется примерно раз в две недели.

Речной сток: что означает это понятие?

Этот термин имеет два главных значения. Во-первых, под ним подразумевается весь объем воды, стекающий в море или океан в течение года. В этом состоит его различие с другим термином «расход реки», когда расчет ведется на сутки, часы или секунды.

Второе значение - количество воды, растворенных и взвешенных частиц, выносимого всеми реками, протекающими в данном регионе: материке, стране, районе.

Выделяется поверхностный и подземный речной сток. В первом случае имеются в виду воды, стекающие в реку по А подземный - это родники и ключи, бьющие под руслом. Они также пополняют запасы воды в реке, а иногда (во время летней межени или когда поверхность скована льдом) являются ее единственным источником питания. Вместе эти два вида составляют полный речной сток. Когда говорят о водных ресурсах, имеют в виду именно его.

Факторы, влияющие на речной сток

Этот вопрос достаточно уже изучен. Можно назвать два основных фактора: рельеф местности и ее климатические условия. Кроме них, выделяется еще несколько дополнительных, в том числе деятельность человека.

Главная причина формирования речного стока - это климат. Именно от соотношения температур воздуха и осадков зависит, какова испаряемость в данной местности. Образование рек возможно только при избыточном увлажнении. Если же испаряемость превышает количество выпавших осадков, поверхностного стока не будет.

От климата зависит питание рек, их водный и ледовый режим. обеспечивают пополнение запасов влаги. Низкие температуры снижают испарение, а при промерзании грунтов сокращается поступление воды из подземных источников.

Рельеф оказывает влияние на величину водосборного бассейна реки. От формы земной поверхности зависит, в какую сторону и с какой скоростью будет стекать влага. Если же в рельефе будут замкнутые впадины, образуются не реки, а озера. Наклон местности и водопроницаемость пород влияют на соотношение между стекающей в водоемы и просачивающейся под землю частями выпавших осадков.

Значение рек для человека

Нил, Инд с Гангом, Тигр и Евфрат, Хуанхэ и Янцзы, Тибр, Днепр… Эти реки стали колыбелью для разных цивилизаций. С момента зарождения человечества они служили для него не только источником воды, но и каналами проникновения в новые неизведанные земли.

Благодаря речному стоку возможно орошаемое земледелие, которое кормит почти половину населения Земли. Большой расход воды означает и богатый гидроэнергетический потенциал. Ресурсы рек используются в промышленном производстве. Особенно водоемкими являются производство синтетических волокон и изготовление целлюлозы и бумаги.

Речной транспорт - не самый быстрый, но зато дешевый. Он лучше всего подходит для перевозки массовых грузов: леса, руды, нефтепродуктов и др.

Много воды забирается на коммунально-бытовые нужды. Наконец, реки имеют большое рекреационное значение. Это места отдыха, восстановления здоровья, источник вдохновения.

Самые полноводные реки мира

Самый большой объем речного стока - у Амазонки. Он составляет почти 7000 км 3 в год. И это неудивительно, ведь Амазонка полноводна весь год из-за того, что ее левые и правые притоки разливаются в разное время. К тому же, она собирает воды с территории размером почти с целый материк Австралия (более 7000 км 2)!

На втором месте африканская река Конго со стоком в 1445 км 3 . Расположенная в экваториальном поясе с каждодневными ливнями, она никогда не мелеет.

Следующие по ресурсам полного речного стока: Янцзы - самая длинная в Азии (1080 км 3), Ориноко (Южная Америка, 914 км 3), Миссисипи (Северная Америка, 599 км 3). Все три сильно разливаются во время дождей и представляют немалую угрозу для населения.

На 6 и 8 местах в этом списке великие сибирские реки - Енисей и Лена (624 и 536 км 3 соответственно), а между ними - южноамериканская Парана (551 км 3). Замыкают десятку еще одна южноамериканская река Токантинс (513 км 3) и африканская Замбези (504 км 3).

Водные ресурсы стран мира

Вода - источник жизни. Поэтому очень важно обладать ее запасами. Но они распределены по планете крайне неравномерно.

Обеспеченность стран ресурсами речного стока такова. В первой десятке наиболее богатых водой стран находятся Бразилия (8 233 км 3), Россия (4,5 тыс. км 3), США (более 3 тыс. км 3), Канада, Индонезия, Китай, Колумбия, Перу, Индия, Конго.

Слабо обеспечены территории, расположенные в тропическом сухом климате: Северная и Южная Африка, страны Аравийского полуострова, Австралия. Мало рек во внутриконтинентальных районах Евразии, поэтому среди малообеспеченных стран Монголия, Казахстан, среднеазиатские государства.

Если учитывается численность населения, пользующегося этой водой, показатели несколько меняются.

Густонаселенные страны Европы при полноводных реках оказываются уже не столь богаты пресной водой: Германия - 1326, Франция - 3106, Италия - 3052 м 3 на душу населения при среднем значении для всего мира - 25 тыс. м 3 .

Трансграничный сток и проблемы, связанные с ним

Многие реки пересекают территорию нескольких стран. В связи с этим возникают трудности в совместном использовании водных ресурсов. Особенно остра эта проблема в районах В них почти вся вода забирается на поля. А соседу ниже по течению может ничего и не достаться.

Например, принадлежащая в своем верхнем течении Таджикистану и Афганистану, а в среднем и нижнем - Узбекистану и Туркменистану, в последние десятилетия не доносит свои воды до Аральского моря. Только при добрососедских отношениях между соседними государствами ее ресурсы можно использовать с выгодой для всех.

Египет 100% речной воды получает из-за границы, и сокращение стока Нила из-за забора воды выше по течению может крайне отрицательно сказаться на состоянии сельского хозяйства страны.

К тому же, вместе с водой через границы стран «путешествуют» и различные загрязнители: мусор, стоки заводов, удобрения и пестициды, смытые с полей. Эти проблемы актуальны для стран, лежащих в бассейне Дуная.

Реки России

Наша страна богата крупными реками. Особенно много их в Сибири и на Дальнем Востоке: Обь, Енисей, Лена, Амур, Индигирка, Колыма и др. И речной сток самый большой именно в восточной части страны. К сожалению, пока используется лишь незначительная их доля. Часть идет для бытовых нужд, для работы промышленных предприятий.

Эти реки обладают огромным энергетическим потенциалом. Поэтому самые крупные гидроэлектростанции построены на сибирских реках. И незаменимы они как транспортные пути и для сплава леса.

Европейская часть России также богата реками. Крупнейшая из них - Волга, ее сток - 243 км 3 . Но здесь сосредоточено 80% населения и экономического потенциала страны. Поэтому нехватка водных ресурсов чувствительна, особенно в южной части. Сток Волги и некоторых ее притоков зарегулирован водохранилищами, на ней построен каскад ГЭС. Река со своими притоками является главной частью Единой глубоководной системы России.

В условиях нарастающего во всем мире водного кризиса Россия находится в выгодных условиях. Главное - не допускать загрязнения наших рек. Ведь, по мнению экономистов, чистая вода может стать более ценным товаром, чем нефть и другие полезные ископаемые.

Среднегодовые слои осадков в теплый и холодный периоды года /гд и Их принимаются для данного пункта по рекомендациям метеостанций или по климатическим справочникам.[ ...]

Среднегодовая величина речного стока составляет в настоящее время 4 740 км3. Общий объем воды в озерах 106,4 тыс. км3, в том числе в Арале и Каспии - 79,2 тыс. км3. Запас воды в пресных озерах составляет 25,2 тыс. км3, из них 91% приходится на Байкал.[ ...]

Примечание, р - среднегодовая величина осадков в мм: Р - коэффициент, равный единице минус коэффициент стока; е - годовой расход влаги (суммарный) в мм.[ ...]

Расчет годового стока Cs в реку Тобол при допущении, что его замеренная концентрация в устье Туры близка к среднегодовой, дает величину 3,4-1010 Бк/год (0,93 Ки/год).[ ...]

Яна является четвертой по величине рекой в Якутии, имеющей выход на шельф Ледовитого океана. Имеет самый большой уклон по сравнению с другими реками Якутии (15 см на 1 км), среднегодовой сток ее равен 32 км3. Образуется при слиянии Дулгалаха и Сартанга, длина реки 906 км. Русло расположено в гористой местности Восточного Верхоянья. Яна имеет 89 притоков, крупнейшие: Адыча, Бытантай, Ольде. Впадает в мелководный Янский залив, являющийся юго-восточной частью моря Лаптевых.[ ...]

Вторая причина, по которой подземный сток остается плохо изученным компонентом водного и солевого баланса морей и океанов носит субъективный характер. Многие годы и даже десятилетия гидрологи, занимающиеся изучением водного баланса исходили из того, что подземный сток является небольшим по величине элементом водного баланса (по сравнению с другими его компонентами) и поэтому его можно определить, используя уравнение среднемноголетнего водного баланса. Иными словами, по их мнению, подземный сток может быть определен как разность между среднегодовыми величинами атмосферных осадков, испарением и речным стоком. Рассчитанная таким образом величина подземного стока полностью зависит от точности оценки средних величин осадков, испарения и речного стока и включает в себя все погрешности их определения, которые в сумме часто превышают значение подземного стока непосредственно в моря.[ ...]

Универсальными гидрохимическими параметрами являются среднегодовые и многолетние величины содержания отдельных элементов и их соединений и среднегодовой сток химических веществ. Они относительно постоянны для определенных промежутков времени и позволяют сравнивать гидрохимические показатели разных лет с учетом короткопериодических природных изменений химических веществ. Они относительно постоянны для определенных промежутков времени и позволяют сравнивать гидрохимические показатели разных лет с учетом короткопериодических природных изменений химического состава воды.[ ...]

Приращения УКМ определяются в основном разностью двух больших величин: речного стока и видимого испарения (разность осадки-испарение) с поверхности моря. Об определяющей роли речного стока для межгодовых вариаций УКМ свидетельствует высокий коэффициент корреляции между этими величинами, составляющий 0,82 за период 1900-1992 гг. Корреляция между видимым испарением и УКМ за тот же период также статистически значима и равна -0,46. Необходимо отметить антропогенное влияние на речной сток, как на его среднегодовое значение, так и на годовой ход. В частности, с конца 40-х по середину 60-х годов происходило наполнение водохранилищ в бассейне Волги общим объемом около 200 км?. В данной работе используются многолетние данные для стока Волги и осадков над водосбором Волги со среднемесячным разрешением, полученные по данным наблюдений. Сток Волги составляет 82% от общего речного стока, и коэффициент корреляции между среднегодовыми рядами этих величин составляет 0,96 (1900-1992 гг.).[ ...]

Изменения уровенного режима в водоемах, вызванные реконструкцией стока на всех участках речной системы, низкие и поздние паводки, колебания уровня воды во время размножения рыб с весеннелетними сроками размножения приводит к приостановке нереста, резорбции половых клеток, выметыванию меньшего количества икры, а иногда и массовой гибели развивающейся икры, личинок, молоди рыб и производителей на нерестилищах. Это иногда подрывает запасы рыб в водоеме и отрицательно сказывается на величине и ценности промысловых уловов. Совершенно естественно, что в водоемах наряду с выработкой видоспецифичной температурной зоны адаптации, при которой начинается нерест, происходило приспособление рыб к определенному (среднегодовому, среднемноголетнему) уровенному режиму водоема, - такому, когда внешними водами быстро заливались обширные ильменно-полойные участки рек и озер с прошлогодней луговой растительностью, служившей хорошим субстратом для развития выметанной икры. Паводок, как правило, должен быть длительным с медленным снижением уровня, что дает возможность выклюнувшейся молоди полностью использовать кормовые ресурсы мелководной, заливаемой полыми водами зоны, обеспечивая ее быстрый рост и своевременный скат молоди с нерестилищ.[ ...]

Отрицательные значения балансов соответствуют превышению выходного стока радионуклидов над входным в результате естественного дренажа из обширной пойменной системы. Соответствующая величина, равная разнице между входным и выходным годовыми стоками будет вынесена в течение года из рассматриваемых участков пойм рек, в частности, 847 ГБк 908г и 94 ГБк 137С8 из поймы Оби между границей с Томской областью и Ханты-Мансийском, и 1145 ГБк 908г из поймы Иртыша между н.п. Демьянским и Ханты-Мансийском. Положительные значения балансов на исследованных участках рек связаны с превышением входного стока данного радионуклида над выходным стоком. Величина, равная разности стоков, будет депонирована на соответствующем участке поймы, в частности, 92 ГБк 137Сз на иртышском участке. Естественно, что все приведенные выше оценки остаются справедливыми при условии сохранения рассматриваемой среднегодовой динамики стоков. Более точные и объективные оценки могут быть получены на основании более детальных радиоэкологических исследований.[ ...]

Сравнивая гидрологические характеристики р. Томи в створе Крапивине кого гидроузла и р. Оби в створе Новосибирского можно видеть, что сток р. Томи (29,6 км3) почти вдвое меньше, чем р. Обь (50,2 км3). Полезный объем Кра-пивинского в 2, а полный в 1,3 раза больше Новосибирского. Приращения площадей водосборов водохранилищ 16 тыс. км2 и 13 тыс. км2 близки между собой. В различные по водности годы соотношение полезного объема Новосибирского водохранилища и годового стока р. Оби изменяется от 12 до 6 % при колебаниях стока от 36,7 до 73,2 км3. Для Крапивинского водохранилища соотношения этих величин значительно выше. Полный объем составляет 39,5 %, а полезный - 32,8 % от среднегодового стока реки в створе гидроузла и 55,1 и 45,8 % от объема стока в год 95%-ной обеспеченности по водности.[ ...]

Естественные ресурсы пресных подземных вод основных водоносных горизонтов каменноугольных отложений, характеризующие среднемноголетнюю величину их восполнения, составляют около 100 м3/с при среднегодовом модуле подземного стока примерно 2 л/с км2. Учтенный водоотбор подземных вод в среднем составляет примерно 50 м3/с.[ ...]

Многолетние наблюдения велись лишь на одном из водосборов, поэтому проверку построенной регрессионной модели на других водосборах автору не удалось провести. Зато очень интересны результаты моделирования сезонных изменений стока нитратов, данные по которым имелись для всех трех водосборов и были подвергнуты регрессионному анализу. На величину среднемесячной концентрации в стоке нитрат-ионов в построенных эмпирических моделях влияли параметры, связанные с «предысторией» водосбора: суммарное количество осадков, выпавших на его территории за изучаемый период и за три предыдущих месяца, суммарный объем стока нитратов за восемь месяцев (текущий плюс семь предшествующих), среднемесячная температура за три месяца (причем не в самой простой комбинации, а от 5-го до 3-го, считая исследуемый месяц за нулевой), суммарный месячный слой стока, коэффициент стока. Но для каждого из исследованных водосборов, которые значительно различались не только размерами, но и среднегодовой нормой осадков, приходилось строить свои регрессионные уравнения. И самое главное: в полученных уравнениях зависимость от одних и тех же параметров оказывалась то логарифмической, то гиперболической, то квадратичной, то линейной.[ ...]

Под естественными ресурсами подземных вод понимается обеспеченный питанием расход подземных вод, т.е. та их часть, которая непрерывно возобновляется в процессе общего круговорота воды на Земле. Естественные ресурсы характеризуют величину питания подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков, поглощения речного стока и перетекания из других водоносных горизонтов, суммарно в раженную величиной расхода потока. Естественные ресурсы подземных вод являются, таким образом, показателем восполнения подземных вод, отражающим их основную особенность как возобновляемого полезного ископаемого, и характеризуют верхний предел возможного отбора подземных вод за многолетний период без их истощения. В среднемноголетнем значении величина питания подземных вод за вычетом испарения равна величине подземного стока. Поэтому в практике гидрогеологических исследований естественные ресурсы подземных вод обычно выражаются среднегодовыми или минимальными значениями модулей подземного стока (л/с км2) или величиной слоя воды (мм/год), поступающей в водоносный горизонт в области его питания.

В данной статье мы подробно рассмотрим вопрос, что такое годовой сток реки. Также узнаем, что влияет на этот показатель, который определяет полноводность реки. Перечислим самые значительные реки планеты, лидирующие по годовому стоку.

Речной сток

Важнейшей частью всепланетного круговорота воды - этого залога жизни на Земле - являются реки. Движение воды в их сетях происходит под воздействием гравитационного градиента, то есть вследствие перепада высот двух точек земной поверхности. Вода движется из более возвышенной области на более низко расположенную территорию.

Питаемые тающими ледниками, выпадающими осадками, а также подземными водами, вышедшими на поверхность, реки несут свои воды в устье - обычно в одно из морей.

Они различаются между собой как протяженностью, густотой и разветвленностью речной сети, так и расходом воды за определенный промежуток времени - тем ее количеством, которое проходит через сечение или створ реки за единицу времени. При этом ключевым параметром будет являться расход воды в створе реки при впадении в устье, так как насыщенность или полноводность меняется в сторону увеличения от истока к устью.

Годовой сток реки в географии - это показатель, для определения которого необходимо учитывать количество воды, стекающей за секунду с квадратного метра рассматриваемой территории, а также отношение расхода воды к объему выпавших осадков.

Годовой сток

Итак, годовой сток реки - это, прежде всего, тот объем вод, который река выбрасывает при падении в свое устье. Можно сказать и немного по-другому. Количество воды, которое проходит за названный период времени через сечение реки в месте ее впадения, - это годовой сток реки.

Определение данного параметра помогает охарактеризовать полноводность той или иной реки. Соответственно, самыми полноводными будут реки с наибольшим показателем годового стока. Единицей же измерения последнего является объем, выраженный в кубических метрах либо кубических километрах, за год.

Твердый сток

При учете величины годового стока необходимо учитывать, что река несет не чистую, дистиллированную воду. В речной воде как в растворенном, так и во взвешенном виде содержится огромное количество твердых веществ. Часть из них - в виде нерастворимых частиц - сильно влияет на показатель ее прозрачности (мутности).

Сток твердых веществ подразделяется на два вида:

• взвешенный - взвесь относительно легких частиц;
• донный - относительно тяжелые частицы, которые влекутся течением по дну к месту впадения.

Кроме того, твердый сток состоит из продуктов выветривания, вымывания, эрозии и т. д. почв, грунтов, горных пород. Показатель твердого стока может достигать, в зависимости от полноводности и мутности реки, десятков, а порой и сотен миллионов тонн (к примеру, Хуанхэ - 1500, Инд - 450 миллионов тонн).

Климатические факторы, определяющие параметр годового речного стока

Климатические факторы, определяющие годовой сток реки, - это, прежде всего, годовое количество выпадающих осадков, площадь водосбора речной системы и испаряемость воды с поверхности (зеркала) реки. Последний фактор напрямую зависит от количества солнечных дней, среднегодовой температуры, прозрачности речной воды, а также от иных многочисленных факторов. Важную роль играет также и то, в какой период времени выпадает наибольшее количество осадков. Если в более жаркое, то это уменьшит годовой сток, и наоборот. Огромную роль играет также влажность климата.

Характер рельефа

Реки, текущие большей частью по равнинной местности, при прочих равных условиях, менее водообильные, чем преимущественно горные реки. Последние по годовому стоку могут превышать равнинные в несколько раз.

Причин тому много:

• горные реки, имеющие гораздо больший уклон, текут быстрее, а значит, у речной воды меньше времени на испарение;
• в горах температура всегда намного ниже, и, стало быть, испарение слабее;
• в горной местности больше осадков и больше наполняемость рек, значит, и выше годовой сток реки.

Это, забегая немного вперед, усиливается тем, что характер грунтов в горной местности обладает меньшим впитыванием, соответственно, больший объем воды приходит к устью.

Характер грунтов, почвенного покрова, растительности

Речной сток в большой степени определяется характером поверхности, по которой река несет свои воды. Годовой сток реки - это показатель, на который в первую очередь влияет характер грунта.

Скальные породы, глина, каменистая почва, песок сильно отличаются пропускной способностью по отношению к воде. Сильно впитывающие поверхности (например, песок, сухая почва) будут радикально уменьшать объем годового стока протекающей по ним реки, в то время как почти непроницаемые для воды типы поверхности (выступающие скальные породы, плотные глины) практически никакого влияния на параметры речного стока оказывать не будут, пропуская речные воды через свою территорию безо всяких потерь.

Крайне важным фактором также является водонасыщенность почв. Так, обильно увлажненные почвы не только не будут «забирать» талую воду во время весеннего снеготаяния, но и способны «делиться» избыточной.

Немаловажным является характер растительного покрова берегов исследуемой реки. Например, те из них, что протекают по лесистой местности, более водообильны, при прочих равных условиях, по сравнению с реками в степной либо лесостепной зоне. В частности, это обусловлено способностью растительности уменьшать общее испарение влаги с земной поверхности.

Крупнейшие реки мира

Рассмотрим реки с наиболее обильным стоком. Для этого предлагаем вашему вниманию таблицу.

Проанализировав эту данные, можно понять, что годовой сток рек России, таких как Лена или Енисей, достаточно велик, но он все равно не сравнится с годовым стоком таких мощных полноводных рек как Амазонка или Конго, расположенных в южном полушарии.

28.07.2015

Колебания речного стока и критерии его оценки. Речным стоком называют перемещение воды в процессе ее кругооборота в природе, когда она стекает по речному руслу. Речной сток определяется количеством воды, протекающим по речному руслу за определенный промежуток времени.
На режим стока оказывают влияние многочисленные факторы: климатические - осадки, испарение, влажность и температура воздуха; топографические - рельеф местности, форма и размеры речных бассейнов и почвенно-геологические, включая растительный покров.
Для любых бассейнов, чем больше осадков и меньше испарение, тем больше сток реки.
Установлено, что с возрастанием площади водосбора продолжительность весеннего половодья также увеличивается, гидрограф же имеет более вытянутую и «спокойную» форму. В легко проницаемых грунтах больше фильтрация и меньше сток.
При выполнении различных гидрологических расчетов, связанных с проектированием гидротехнических сооружений, мелиоративных систем, систем водоснабжения, мероприятий по борьбе с наводнениями, дорог и т. д., определяют следующие основные характеристики речного стока.
1. Расход воды - это объем воды, протекающий через рассматриваемый створ в единицу времени. Средний расход воды Qcp рассчитывают как среднее арифметическое из расходов за данный промежуток времени Т:

2. Объем стока V - это объем воды, который протекает через заданный створ за рассматриваемый промежуток времени T

3. Модуль стока M - это расход воды, приходящийся на 1 км2 площади водосбора F (или стекающей с единицы площади водосбора):

В отличие от расхода воды модуль стока не связан с конкретным створом реки и характеризует сток в целом с бассейна. Средний многолетний модуль стока M0 не зависит от водности отдельных лет, а определяется только географическим положением бассейна реки. Это позволило районировать нашу страну в гидрологическом отношении и построить карту изолиний среднемноголетних модулей стока. Эти карты приводятся в соответствующей нормативной литературе. Зная площадь водосбора какой-либо реки и определив для нее по карте изолиний величину M0, можно установить средний многолетний расход воды Q0 этой реки по формуле

Для близко расположенных створов реки модули стока можно принять постоянными, то есть

Отсюда по известному расходу воды в одном створе Q1 и известным площадям водосборов в этих створах F1 и F2, расход воды в другом створе Q2 может быть установлен по соотношению

4. Слой стока h - это высота слоя воды, которая бы получилась при равномерном распределении по всей площади бассейна F объема стока V за определенный промежуток времени:

Для среднего многолетнего слоя стока h0 весеннего половодья составлены карты изолиний.
5. Модульный коэффициент стока К - это отношение любой из выше приведенных характеристик стока к ее среднеарифметическому значению:

Эти коэффициенты могут быть установлены для любых гидрологических характеристик (расходов, уровней, осадков, испарения и т.д.) и для любых периодов стока.
6. Коэффициент стока η - это отношение слоя стока к слою выпавших на водосборную площадь осадков х:

Этот коэффициент может быть выражен также через отношение объема стока к объему осадков за один и тот же промежуток времени.
7. Норма стока - наиболее вероятная средняя многолетняя величина стока, выраженная любой из вышеприведенных характеристик стока за многолетний период. Для установления нормы стока ряд наблюдений должен быть не менее 40...60 лет.
Норма годового стока Q0 определяется по формуле

Так как на большинстве водомерных постов число лет наблюдений обычно менее 40, то необходимо проверить, достаточно ли этого числа лет для получения достоверных значений нормы стока Q0. Для этого вычисляют среднеквадратическую ошибку нормы стока по зависимости

Продолжительность периода наблюдений достаточна, если величина среднеквадратической ошибки σQ не превышает 5 %.
На изменение годового стока преимущественное влияние оказывают климатические факторы: осадки, испарение, температура воздуха и т. д. Все они взаимосвязаны и, в свою очередь, зависят от ряда причин, которые имеют случайный характер. Поэтому гидрологические параметры, характеризующие сток, определяются совокупностью случайных величин. При проектировании мероприятий по лесосплаву необходимо знать значения этих параметров с необходимой вероятностью их превышения. Например, при гидравлическом расчете лесосплавных плотин необходимо установить максимальный расход весеннего паводка, который может быть превышен пять раз за сто лет. Эту задачу решают, используя методы математической статистики и теории вероятности. Для характеристики величин гидрологических параметров - расходов, уровней и т. д. используют понятия: частота (повторяемость) и обеспеченность (продолжительность).
Частота показывает, во скольких случаях за рассматриваемый период времени величина гидрологического параметра находилась в определенном интервале. Например, если среднегодовой расход воды в заданном створе реки изменялся за ряд лет наблюдений от 150 до 350 м3/с, то можно установить, сколько раз значения этой величины находились в интервалах 150...200, 200...250, 250...300 м3/с и т. д.
Обеспеченность показывает, во скольких случаях величина гидрологического элемента имела значения, равные и большие определенной величины. В широком понимании обеспеченность - это вероятность превышения данной величины. Обеспеченность какого-либо гидрологического элемента равна сумме частот вышерасположенных интервалов.
Частота и обеспеченность могут выражаться числом случаев, но в гидрологических расчетах их чаще всего определяют в процентах от общего числа членов гидрологического ряда. Например, в гидрологическом ряду двадцать значений среднегодовых расходов воды, шесть из них имели величину, равную или большую 200 м3/с, это значит, что этот расход обеспечен на 30 %. Графически изменения частоты и обеспеченности изображаются кривыми частоты (рис. 8а) и обеспеченности (рис. 8б).

В гидрологических расчетах чаще используют кривую обеспеченности. Из этой кривой видно, что чем больше величина гидрологического параметра, тем меньше процент обеспеченности, и наоборот. Поэтому принято считать, что годы, для которых обеспеченность стока, то есть среднегодовой расход воды Qг, меньше 50 % являются многоводными, а годы с обеспеченностью Qг больше 50 % - маловодными. Год с обеспеченностью стока 50 % считают годом средней водности.
Обеспеченность водности года иногда характеризуют ее средней повторяемостью. Для многоводных лет повторяемость показывает, как часто встречаются в среднем годы данной или большей водности, для маловодных - данной или меньшей водности. Например, среднегодовой расход многоводного года 10%-ной обеспеченности имеет среднюю повторяемость 10 раз в 100 лет или 1 раз в 10 лет; средняя повторяемость маловодного года 90%-ной обеспеченности также имеет повторяемость 10 раз в 100 лет, так как в 10 % случаев среднегодовые расходы будут иметь меньшие значения.
Годы определенной водности имеют соответствующее наименование. В табл. 1 для них приведены обеспеченность и повторяемость.

Связь между повторяемостью у и обеспеченностью р может быть записана в таком виде:
для многоводных лет

для маловодных лет

Все гидротехнические сооружения для регулирования русла или стока рек рассчитываются по водности года определенной обеспеченности, гарантирующей надежность и безаварийность работы сооружений.
Расчетный процент обеспеченности гидрологических показателей регламентируется «Инструкцией по проектированию лесосплавных предприятий».
Кривые обеспеченности и способы их расчета. В практике гидрологических расчетов применяются два способа построения кривых обеспеченности: эмпирический и теоретический.
Обоснованный расчет эмпирической кривой обеспеченности можно выполнить только при числе наблюдений за стоком реки более 30...40 лет.
При расчете обеспеченности членов гидрологического ряда для годового, сезонного и минимального стоков можно использовать формулу Н.Н. Чегодаева:

Для определения обеспеченности максимальных расходов воды применяют зависимость С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля:

Порядок построения эмпирической кривой обеспеченности:
1) все члены гидрологического ряда записываются в убывающем по абсолютной величине порядке;
2) каждому члену ряда присваивается порядковый номер, начиная с единицы;
3) определяется обеспеченность каждого члена убывающего ряда по формулам (23) или (24).
По результатам расчета строят кривую обеспеченности, подобную той, которая представлена на рис. 8б.
Ho эмпирические кривые обеспеченности обладают рядом недостатков. Даже при достаточно длительном периоде наблюдений нельзя гарантировать, что этот интервал охватывает все возможные максимальные и минимальные значения стока реки. Расчетные значения обеспеченности стока 1...2 % не надежны, так как достаточно обоснованные результаты можно получить только при числе наблюдений за 50...80 лет. В связи с этим, при ограниченном периоде наблюдений за гидрологическим режимом реки, когда число лет менее тридцати, или при полном их отсутствии, строят теоретические кривые обеспеченности.
Исследования показали, что распределение случайных гидрологических величин наиболее хорошо подчиняется уравнению кривой Пирсона III типа, интегральное выражение которой является кривой обеспеченности. Пирсоном получены таблицы для построения этой кривой. Кривая обеспеченности может быть построена с достаточной для практики точностью по трем параметрам: среднеарифметическому значению членов ряда, коэффициентам вариации и асимметрии.
Среднеарифметическое значение членов ряда вычисляется по формуле (19).
Если число лет наблюдений менее десяти или наблюдения вообще не проводились, то среднегодовой расход воды Qгcp принимают равным среднему многолетнему Q0, то есть Qгcp = Q0. Величина Q0 может быть установлена при помощи модульного коэффициента K0 или модуля стока M0, определенного по картам изолиний, так как Q0 = M0*F.
Коэффициент вариации Cv характеризует изменчивость стока или степень колебания его относительно среднего значения в данном ряду, он численно равен отношению среднеквадратической ошибки к среднеарифметическому значению членов ряда. На величину коэффициента Cv оказывают существенное влияние климатические условия, тип питания реки и гидрографические особенности ее бассейна.
При наличии данных наблюдений не менее чем за десять лет коэффициент вариации годового стока вычисляют по формуле

Величина Cv меняется в широких пределах: от 0,05 до 1,50; для лесосплавных рек Cv = 0,15...0,40.
При коротком периоде наблюдений за стоком реки или при их полном отсутствии коэффициент вариации можно установить по формуле Д.Л. Соколовского:

В гидрологических расчетах для бассейнов с F > 1000 км2 также используют карту изолиний коэффициента Cv, если суммарная площадь озер не более 3 % площади водосбора.
В нормативном документе СНиП 2.01.14-83 для определения коэффициента вариации неизученных рек рекомендуется обобщенная формула К.П. Воскресенского:

Коэффициент асимметрии Cs характеризует несимметричность ряда рассматриваемой случайной величины относительно ее среднего значения. Чем меньшая часть членов ряда превышает величину нормы стока, тем больше величина коэффициента асимметрии.
Коэффициент асимметрии может быть рассчитан по формуле

Однако эта зависимость дает удовлетворительные результаты только при числе лет наблюдений n > 100.
Коэффициент асимметрии неизученных рек устанавливается по соотношению Cs/Cv для рек-аналогов, а при отсутствии достаточно хороших аналогов принимаются средние отношения Cs/Cv по рекам данного района.
Если невозможно установить отношение Cs/Cv по группе рек-аналогов, то значения коэффициента Cs для неизученных рек принимаются по нормативным соображениям: для бассейнов рек с коэффициентом озерности более 40 %

для зон избыточного и переменного увлажнения - арктической, тундровой, лесной, лесостепной, степной

Для построения теоретической кривой обеспеченности по приведенным выше трем ее параметрам - Q0, Cv и Cs - пользуются методом, предложенным Фостером - Рыбкиным.
Из выше приведенного соотношения для модульного коэффициента (17) следует, что средняя многолетняя величина стока заданной обеспеченности - Qp%, Мр%, Vp%, hp% - может быть рассчитана по формуле

Модульный коэффициент стока года заданной обеспеченности определяется по зависимости

Определив ряд любых характеристик стока за многолетний период различной обеспеченности, можно по этим данным построить и кривую обеспеченности. При этом все расчеты целесообразно вести в табличной форме (табл. 3 и 4).

Способы расчета модульных коэффициентов. Для решения многих водохозяйственных задач необходимо знать распределение стока по сезонам или месяцам года. Внутригодовое распределение стока выражают в виде модульных коэффициентов месячного стока, представляющих отношения среднемесячных расходов Qм.ср к среднегодовому Qг.ср:

Внутригодовое распределение стока различно для лет разной водности, поэтому в практических расчетах определяют модульные коэффициенты месячного стока для трех характерных лет: многоводного года 10%-ной обеспеченности, среднего по водности - 50%-ной обеспеченности и маловодного - 90%-ной обеспеченности.
Модульные коэффициенты месячного стока можно установить по фактическим знаниям среднемесячных расходов воды при наличии данных наблюдений не менее чем за 30 лет, по реке-аналогу или по типовым таблицам распределения месячного стока, которые составлены для разных бассейнов рек.
Среднемесячные расходы воды определяют, исходя из формулы

(33): Qм.cp = KмQг.ср