Тема 15. Методы исследования гидросферы

Схема гидрология водного бассейна

Гидрология водного бассейна

Тема 14. Большой и малый круговороты воды

Различают два глобальных круговорота воды: большой и малый.

Малый круговорот – над океаном. Включает основные составляющие: испарение и осадки, а также подземные стоки по шельфу океана, циркуляцию воды в биологических организмах океана и т.д.

Большой круговорот – круговорот воды над сушей.

Рассмотрим круговорот в масштабе бассейна реки. Система имеет один источник поступления воды: осадки и два пути потерь: испарение и сток.

Процессы, отраженные в этой схеме гидрологии водного бассейна:

1. Растительность. Процесс: перехват осадков растительностью, включающий три стадии:

- поглощение корневой системой почвенной влаги;

- подъем воды по стеблям;

- испарение с поверхности листьев.

2. Поверхность. Процесс: поглощение воды поверхностью, характеризуется стеканием воды с растений, поглощением атмосферных осадков.

Инфильтрация – процесс, при котором вода просачивается в почву и впитывается в нее. Интенсивность инфильтрации зависит от текстуры почвы, растительного покрова, наличия почвенной влаги и от времени.

3. Почвенная влага. С грунтовым стоком влага поступает в русло рек. В этом процессе учитывается зона аэрации – зона транзита, в которой влага впитывается, удерживается и перемещается вверх и вниз. Баланс почвенной влаги связан с инфильтрацией. Различные почвы обладают разной удерживающей силой и отличаются размером пор. Почвенная влага в процессе инфлюациипоступает в подземные воды.

4. Подземные воды. Характеризуются наличием зоны насыщения – горизонт грунтовых вод – пространство, в котором все поры заполнены водой. Породы, удерживающие воду, составляют водоносные горизонты. Они обеспечивают большим запасы воды, регулируют гидрологический цикл и поддерживают речные потоки.

Испарение.Обусловлено, в основном, только атмосферными условиями, зависит от водяного барического градиента (влажность воздуха, меньше влажности поверхности почвы).

Транспирация– испарение воды с поверхности растений.

Характеристика процесса испарения – испаряемость, потенциально-возможное испарение в данном месте, если запасы воды неограниченны. Испаряемость зависит от количества солнечной энергии, ветра и водяного барического градиента.

1. Мониторинг водных систем.

Включает наблюдение, оценку и прогноз состояния водных объектов. Существуют дистанционные и контактные методы исследования гидросферы.

2. Изучение гидрологического цикла.

Исследуется системный вид гидрологического цикла.

Приход: осадки, стоки.

Регулятор учитывает параметры русла (глубина, ширина, уклон), инфильтрацию и водонепроницаемость пород русла.

Запасы происходят за счет перехвата влаги растительностью, аккумуляции в депрессиях (водные системы типа болот), запасов почвенной влаги.

Расход – стекание с листьев, инфильтрация, поверхностный склоновый сток, и просачивание, подземный сток.

3. Паводковый гидрограф реки.

Он характеризует скорость, с которой осадки, выпавшие на площадь водосборного бассейна, достигают русла реки. Он представляет собой график изменение расхода воды во времени за период паводка.

Важнейшая характеристика гидрологического режима – это расход воды Q – объём воды, проходящий через поперечное сечение русла за данный период времени, измеряется в м³/с.

Максимальный расход воды тем больше, чем больше площадь бассейна. Максимальный расход воды характеризуется малой инфильтрационной способностью, характерен для бассейна с большим уклоном.

Низкие максимальные расходы воды характерны для бассейнов с малым уклоном, они имеют высокую инфильтрационную способность.

ВД – время добегания – интервал времени между максимумом осадков и максимумом стока, зависит от формы бассейна, уклона и порядка притока. Чем больше ВД, тем лучше. Зависит от соотношения между соком и почвенными водами;

А – максимум стока (максимальный расход);

1 – кривая спада;

2 – кривая подъёма;

3 – руслонапоняющий расход;

4 – повышенный поверхностный сток или паводок;

5 – пик осадков;

ВУ – время увеличения расхода;

НС – начальный сегмент.

Максимальный расход воды тем больше, чем больше площадь водосбора. Бассейны с большим уклоном и малой инфильтрационной способностью имеют высокие максимальные расходы воды.

Распределение гидрографа (графическое изображение):

Размер гидрографа (площадь под графиком) характеризует зависимость количества осадков, площадь бассейна от расхода воды (прямопропорциональная зависимость).

Подземный сток (сток в русло реки) имеет небольшую скорость и длительное время обеспечивает расход воды в реке.

Кривая спада (1) показывает, что истощение грунтовых вод определяется общим стоком. Зависит от геологического строения и положения водоносного горизонта

Факторы, оказывающие влияние на расход воды:

1) Климат:

1 – подземный сток,

2 – поверхностный сток.

Вид паводкового гидрографа для различного климата:

Семиаридный климат: Умеренный климат:

Для первого графика характерны непродолжительные сильные дожди, низкая инфильтрация и преобладание поверхностного стока.

Для второй кривой характерны развитые почвы, богатый растительный покров, высокая инфильтрация и преобладание поземного стока.

2) Форма бассейна реки:

3) Землепользование