Поняття про режим вод суші. Одиниці вимірювання стоку

Сукупність характерних особливостей зміни стану водних об'єктів в часі об'єднуються поняттям режиму вод, або гідрологічного режиму. Гідрологічний режим проявляється в багаторічних, сезонних та добових коливаннях рівнів води, водності, льодових явищ, температури води, кількості наносів, в зміні складу та концентрації розчинених речовин та в зміні русел річок. Із характеристик гідрологічного режиму особливо велике практичне значення має річковий стік. Ступінь обводнених територій, гідроенергетичні запаси, розміри водних шляхів сполучення - все це визначається величиною стоку.

У практиці гідрологічних розрахунків для кількісної оцінки стоку річок застосовують ряд його характеристик, які поділяють на розмірні та безрозмірні. До розмірних характеристик відносяться витрата води, об'єм, модуль та шар стоку; до безрозмірних - модульний коефіцієнт та коефіцієнт стоку.

Витратою води називається кількість води, що протікає через поперечний переріз річки за одиницю часу і виражається в м³/с або л/с. Витрата води може бути миттєвою, що характеризує водність річки в якийсь момент часу або середньою за певний період (добу, декаду, місяць, рік).

Об'єм стоку - кількість води, що протікає через поперечний переріз річки за деякий проміжок часу і, в залежності від тривалості періоду та водності річки, виражається в кубічних метрах (м³) або в кубічних кілометрах (км³):

де: Q – середня витрата за даний період; t – кількість секунд в цьому періоді.

Модуль стоку - кількість води, що стікає з одиниці площі водозбору за одиницю часу:

де: A – площа водозбору, км³.

Шар стоку - характеризує висоту шару води в міліметрах, яку можна отримати, якщо об'єм стоку рівномірно розподілити по всій площі водозбору річки:

Модульний коефіцієнт є відношенням величини стоку за будь-який період до середньобагаторічного значення:

Коефіцієнт стоку - характеризує відношення шару стоку за будь-який період до шару опадів за цей же період:

Таблиця 4.

Співвідношення між характеристиками стоку

Одиниці вимірювання стоку	Витрата, Q, м^3/с	Модуль, М, л/с∙км	Об’єм, W, м^3	Шар, y, мм
Витрата, Q, м^3/с		М ∙ A/10^3	W/t	y A ∙10^3/t
Модуль, М, л/с∙км	Q ∙ 10^3/ A		W ∙10^3/ t∙ A	y/31,56
Об’єм, W, м^3	Q ∙t	М ∙ A ∙t∙10^3		y ∙ A ∙10^3
Шар, y, мм	Q ∙t/ A ∙10^3	31,56М	W/ A ∙10^3

Річкові системи

Поняття про гідрографічну мережу

Гідрографі́чна мере́жа – сукупність рік та інших постійних і тимчасових водотоків, а також озер, водосховищ, боліт та інших водойм на якій-небудь території. Синонім: гідрографічна сітка

 

Річкова система

Сукупність річок, що впадають в головну річку разом з головною річкою, називається річковою системою.

Рис. 3. Річка та її частини

Річкова система включає в себе одну головну річку, ряд приток головної річки, притоки цих приток і т.д. Річки, що безпосередньо впадають в головну річку, називаються притоками першого порядку. Притоками другого порядку по відношенню до головної річки, називаються річки, що впадають в притоки першого порядку і т. д. Головна ріка, як правило, має найбільшу довжину і розміри русла і найбільш багатоводна серед рік системи. Однак іноді ці умови не виконуються. Наприклад, р.Ока до злиття з р.Волгою має довжину 1500 км, а Волга – всього 1340 км. Довжина р.Іртиш на 57 км більша довжини р.Обь до місця впадіння Іртиша. Водність р.Ангари більша ніж водність р.Єнісея до місця їх злиття. Це пояснюється історично склавшимися уявленнями про важливість тієї чи іншої ріки.

Недоліком приведеної класифікації є те, що один і той же порядок можуть отримати ріки самих різних розмірів. Наприклад, р.Ока, яка має площу басейна 245 тис.км кв., і р.Керженець з площею басейна 5200 км^: належать до приток першого порядку р.Волга. Зрозуміло, що ці дві ріки значно розрізняються як за гідрологічним режимом, так і за характером русла.

Кожна річка має свій витік і гирло. Витоком називається місце, де починається ріка; течія тут звичайно спостерігається на протязі всього року, а русло набуває характерні для ріки риси.

Ріка може витікати з озера, болота, починатись від льодовика або виходу ґрунтових вод. В карстових районах та районах розповсюдження тріщинуватих вулканічних лав джерела, що дають початок рікам, можуть мати дебіт, який вимірюється сотнями літрів і навіть кубічними метрами в секунду.

Іноді ріки починаються від злиття двох водотоків з іншими назвами. Наприклад, р.Обь починається від злиття р.Бії з р.Катунню; р.Амур – від злиття р.Шилки і р.Аргуні, але при визначенні повної довжини ріки слід рахувати відстані від витоку найбільш довгого притоку.

Ріки, які витікають з озер, мають чітко виражений виток. До них належать р.р. Ангара, Нева, Св.Лаврентія.

В інших витоки виражені неявно. Волга витікає з боліт на Валдайський височині. Влітку болота пересихають і виток Волги відступає.

Витоки рік, які беруть початок в яружній сітці, виявляють тенденцію зміщуватись вгору до вододілу.

Початок льодовикових рік також може зміщуватись в зв’язку з відступанням та наступанням льодовиків. Ріка може витікати з льодовикового гроту або починатись декількома струмками від кінця льодовикового язика.

Місце впадіння річки в річку вищого порядку або в озеро чи море - називається гирлом. При впадінні річки в море чи озеро часто відкладається велика кількість наносів, в результаті чого утворюється багаторукавне гирло, що називається дельтою. Губа – широкий і довгий залив в гирлі ріки.

Дельта р. Дон	Обська губа
Дніпро-Бузький ліман	Анабарський залив (естуарій)

Рис 4. Типи гирл

 

Припливи, відпливи та морські течії утруднюють утворення дельт. В таких випадках річка часто вливається в море широким руслом, утворюючи естуарій. Особливою формою естуаріїв е лимани, що являють собою затоплену морем гирлову частину долини. Утворення лиманів має місце при опусканні берегової смуги.

Основними характеристиками річкової системи є: довжина річок, що її утворюють, густота річкової мережі, звивистість і розгалуженість річок.

Довжину річки можна виміряти циркулем або курвіметром за картами масштабу 1:100000 і крупнішими.

Рис. 5. Гідрографічна схема

 

В залежності від характеру грунтів басейну, рельєфу місцевості, рослинного покриву і кількості опадів, річкова мережа має різну розгалуженість. Густоту річкової мережі визначають як відношення довжини всіх водотоків даної території до величини її площі (км/км²):

Простіше всього його обраховувати таким шляхом: ділити весь басейн ріки на малі рівновеликі квадрати і обраховувати довжину водотоків в кожному квадраті, а потім додавати всі довжини і ділити на площу басейну.

Доцільно цю величину вираховувати окремо для рік і для тимчасових водотоків, тому що при рішенні деяких задач, наприклад при оцінці селенебезпечності в гірських районах або ерозійної діяльності потоків, найбільший інтерес представляють тимчасові водотоки.

Річкова мережа розподілена досить нерівномірно по території. Це зв’язано, головним чином, з різною кількістю опадів, а також з геологічною будовою і грунтово-рослинним покривом.

По території України густота річкової мережі змінюється від нуля в деяких південних районах до 2 км/км² в Карпатах. Зміна густоти річкової мережі простежується в напрямку з північного заходу на південний схід, зменшуючись в кількості. В зоні лісів вона складає 0,40 –0,60 км/км²; в степовій зоні зменшується до 0,30-0,20, а на півдні України та в степовому Криму – до 0,05 км/км².

З підвищенням місцевості в Карпатах та гірському Криму річкова мережа знов густішає до 0,8-1,0 км/км², а в районах, найбільш рясно вкриваємих опадами, в верхів’ях лісового поясу досягає густини 1,5-2,0 км/км².

З коефіцієнтом густини річкової мережі зв’язано поняття про довжину схилового стікання опадів. Чим рідше річкова мережа, тим більшу відстань повинна подолати вода по поверхні схилу до русла. З зростанням шляху поверхневого стікання зростає витрата схилового стоку, а слід і його ерозійна властивість. Тому ця величина представляє цікавість при вивченні процесів ерозії і яроутворення.

Рікам не притаманна прямолінійна течія – вони завжди звивисті. Звивистість визначається рельєфом місцевості, по який протікає ріка, ступенем податливості гірських порід і ґрунтів, які складають долину і схили русла, а також динамічними властивостями самого потоку. Відомо, що при невеликому відхиленні потоку від прямолінійного кривизна буде підсилюватись під впливом поперечних циркуляцій водних мас. Це питання розглядається в розділі про руслові процеси Звивистість річки характеризується коефіцієнтом звивистості, що є відношенням фактичної довжини річки до довжини прямої; котра з‘єднує її початок і кінець (км/км²):

Ріка на своєму протязі може мати різну звивистість. Тому першочергово коефіцієнти звивистості вираховуються для окремих ділянок, які мають більш менш загальний напрямок. Для визначення довжини ділянок ріки використовують карту крупного масштабу, але ще краще користуватись аерофотознімками. Особливо це рекомендується робити при визначенні довжини сухорічій та ярів.

В межах широкої заплави річкові русла інколи розгалужуються на декілька рукавів. Ступінь такої розгалуженості характеризується відношенням суми довжин всіх рукавів до довжини головного русла на відповідній ділянці.

Характер з’єднання приток з головним руслом та їх розташування в річковій системі впливають на тривалість та форму хвилі повені і паводків. В витягнутому басейні з рівномірним розташуванням приток добігання опадів до замикаючого створу більш тривале, і паводок має виположену форму. В округлому басейні з радіально розташованими головними притоками концентрація опадів в головному руслі відбувається скоріше і гідрограф набуває більш гострої форми.

В природі зустрічаються самі різноманітні рисунки річкових систем, але всі їх можна звести до декількох основних типів: а) деревовидна або дендрична форма; б) прямокутна і в) доцентрова.

Деревовидній системі притаманно приєднання приток під гострим кутом до головного русла. Те ж спостерігається і між притоками. Цілий басейн по формі нагадує крону листяного дерева. До цього типу можна віднести ріки Середньо-Руської височини та Полісся. Басейни гірських рік також часто мають древовидну систему.

В прямокутних системах притоки приєднуються до головного русла під прямим кутом, і вся система як би поділяє басейн на прямокутники різних розмірів. В якості прикладу можна навести р.Куру в середній течії та р.Алазані.

Доцентрова система характеризується сходженням приток до центру. Близькими до неї по формі є системи Верхньої Волги, Тереку.

 

Рис. 6. Типи річкових систем

 

В літературі зустрічаються і інші найменування, які відносяться до різновидностей цих трьох основних типів.

 

Річковий басейн

Територія земної поверхні разом з товщею грунтів, звідки дана річкова система або окрема річка отримує водне живлення, називається басейном річкової систем; або річки. Басейн кожної річки включає в себе поверхневий і підземний водозбори. Поверхневий водозбір охоплює площу земної поверхні, з якої води поступають в дану річкову систему або окрему річку. Підземний водозбір утворюється товщею грунтів, із яких води поступають в річкову мережу. Поверхневий і підземний вододіли іноді не співпадають. Частіше це зустрічається в гірській місцевості внаслідок складного нашарування гірських порід. Тому поверхневий і підземний водозбори можуть бути різними по площі (рис.7).

Поверхневий водозбір кожної річки відокремлюється від водозбору сусідньої річки вододілом, що проходить через найвищі точки земної поверхні, розташованої між водозборами сусідніх річок. В загальному випадку поверхневий та підземний вододіли не збігаються. Через великі труднощі в визначенні меж підземного водозбору, при розрахунках та аналізі формування стоку, за величину басейну приймають лише величину поверхневого водозбору.

 

 

Рис.7. Схема організації річкового басейну та водозбору.

Умовні позначення: 1 – межа басейну і поверхневого водозбору ріки (орографічний вододіл), 2 – межа підземного водозбору (підземний вододіл), 3 – безстічні області, 4 – водотривкий шар (водоупор), 5 – опади, 6 – поверхневий стік, 7 – підземний стік, 8 – русла рік.