Факторы формирования стока и водного режима

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факторы формирования речного стока и водного режима

(Курсовая работа)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………….	3
1. Формирование стока  рек………………………………………………..	4
2. Почвенно – геологические  условия…………………………………....	8
3. Влияние растительности на сток……………………………………….	14
4. Влияние рельефа  на речной сток. Озерность и  заболоченность бассейнов……………………………………………………………………	18
5. Влияние хозяйственной  деятельности на водный режим…………….	23
Заключение…………………………………………………………………	30
Литература…………………………………………………………………	32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Закономерно повторяющиеся  изменения во времени взаимосвязанных характеристик водного потока — расхода и уровня воды, уклона водной поверхности, скоростей течения — определяют водный режим реки. В водном режиме выделяются годовые циклы, отражающие внутригодовое изменение климатических элементов и неравномерность поступления воды в течение года, а также изменения от года к году, обусловленные многолетними колебаниями стока.

Физико-географические характеристики бассейна (географическое положение, климат, геологическое строение, почва, растительность и рельеф) оказывают существенное влияние на процессы стока. Поэтому при исследовании реки и режима ее стока необходимо детальное их изучение. Этим объясняется актуальность темы.

Целью работы является раскрытие роли подстилающей поверхности в формировании водного режима.

Для достижения указанной  цели необходимо было решить следующие задачи: выявление роли почвенно-геологических условий стока, изучение влияния растительности, рельефа, озерности, заболоченности и хозяйственной деятельности на водный режим водотоков.

В ходе работы были использованы учебники и учебные пособия, научные  монографии, сборники статей, картографические материалы а также интернет-ресурсы.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Формирование стока рек.

Сток образуется в  результате выпадения дождей или  таяния снега и льда в горах. В  обоих случаях часть воды, поступившей  на поверхность земли, затрачивается прежде всего на заполнение отрицательных форм микрорельефа (углублений) и на впитывание в почву. Только после заполнения отдельных углублений и притом после того момента, как интенсивность дождя или таяния снега и льда станет превосходить интенсивность инфильтрации, возникает сток (Давыдов Л.К. и др., 1973).

Вода стекает по поверхности  земли обычно не сплошным слоем, а  в виде отдельных тонких струй  или ручейков, которые сливаются  вместе, доходят до русел сначала временных водотоков, а потом образуют постоянные потоки, несущие свои воды в сформировавшемся русле. Сток, происходящий по поверхности земли, называется поверхностным или склоновым стоком. Сток, происходящий по русловой сети водосбора, называется русловым или речным стоком.

Во многих местах, как, например, в лесной зоне, поверхностный  сток, как правило, невелик, а иногда и отсутствует вовсе. Большая часть дождевых и снеговых вод стекает иными путями. Просачиваясь через почву, эти воды пополняют запасы почвенных и грунтовых вод и попадают в речную сеть подземными путями в виде почвенно-грунтового стока из зоны аэрации и собственно грунтового из более глубоких водоносных горизонтов. В связи с этим выделяется почвенный (подповерхностный) сток и подземный (грунтовой) сток. Речной сток является суммарным поверхностным и подземным стоком.

Суммарный речной сток путем расчленения гидрографа делят на две составляющие: на поверхностный (паводочный) и подземный сток. Последний является наиболее устойчивым (Давыдов Л.К. и др., 1973).

В различных ландшафтных  зонах и внутри зон соотношения  между поверхностным и подземным стоком неодинаковы, что создает специфические особенности режима речного стока и его распределения по территории.

Сток представляет собой  сложный природный процесс, обусловленный влиянием комплекса физико-географических факторов и хозяйственной деятельности.

Основными факторами  стока, определяющими его развитие, являются климатические. На общем фоне воздействия климата на формирование стока и его величину проявляется влияние других, неклиматических факторов. Влияние их тем заметнее, чем меньше размеры бассейна и чем короче период, за который рассматривается это влияние.

Климат воздействует на сток не только непосредственно, но и через другие природные факторы: почву, растительность, рельеф.

 

 

Рис.1. Схема взаимосвязи речного  стока с основными физико-географическими факторами (по М. И. Львовичу).

1 — важные   воздействия,    2 — второстепенные воздействия.

 

Все эти факторы находятся  в постоянном взаимодействии.

Действие различных  природных факторов проявляется по-разному. Одни из них способствуют стеканию атмосферных осадков по земной поверхности, другие замедляют сток или вовсе исключают возможность его образования. Одним факторам, а также их взаимодействию между собой принадлежит главная роль в процессе формирования речного стока, другим — второстепенная (рис. 1).

Влияние физико-географических факторов сказывается и на величине годового стока и на его режиме.

Взаимосвязь между стоком и физико-географическими факторами  раскрывается при изучении стока как элемента водного баланса. Для любого речного бассейна можно составить уравнение водного баланса. Для отдельного конкретнего года это уравнение имеет вид

(1)

где X — сумма атмосферных осадков; Y = Y_П+Y_Г— полный речной сток (Y_П — поверхностный сток, Y_Г — грунтовой сток); Z — испарение; U — накопление или расходование влаги в бассейне.

Если в данном году сумма атмосферных осадков больше суммы величин стока и испарения, то происходит накопление влаги в бассейне и величина U входит в уравнение (1) со знаком плюс ( + ), в противном случае — со знаком минус (—). Предполагая, что за длительный период времени накопление и расходование влаги взаимно компенсируется, нетрудно получить уравнение водного баланса для среднего года за многолетний период

(2)

где X, Y, Z — средние многолетние величины осадков, стока и испарения. Это уравнение справедливо для случая, когда поверхностный и подземный водоразделы совпадают. При несовпадении водоразделов происходит или постоянное поступление вод из соседнего бассейна, или отдача их W. В этом случае уравнение водного баланса будет иметь вид

(3)

В пределах каждой зоны или  гидрологического района реки имеют  общие черты водного режима, обусловленные  общностью условий формирования стока. Эта общность проявляется в закономерном чередовании периодов повышенной и пониженной водности внутри года, называемых фазами водного режима. Вместе с тем отдельные реки, протекающие в пределах зоны, могут существенно отличаться по режиму, что обусловлено особенностями речного бассейна, являющимися азональными (Важнов А.Н., 1976).

К числу азональных факторов относятся: рельеф бассейна, геологическое строение, степень облесенности, озерность и заболоченность. Известное влияние оказывает также размер бассейна, его форма, а в горах — ориентация склонов по отношению к сторонам горизонта и влагоносным воздушным потокам. Влияние всех этих факторов сказывается на режиме двояко: они изменяют климатические условия — осадки, температуру воздуха, испарение, а с другой стороны, влияют на добегание воды со склонов в русла и потери на инфильтрацию. В последующих главах будет показано влияние факторов подстилающей поверхности на речной сток и водный режим.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Почвенно-геологические условия стока.

Влияние почвенного покрова на сток и его подземную и поверхностную составляющие осуществляется через процессы инфильтрации и испарения. В зависимости от сочетания тех или иных водно-физических свойств почв при данных особенностях климата увеличивается или уменьшается то количество влаги, которое задерживается в верхнем слое почв и почво-грунтов зоны аэрации и, следовательно, может быть израсходовано в дальнейшем на испарение и транспирацию растениями. С другой стороны, этими же условиями определяется и то количество влаги, которое выходит за пределы активного слоя почв и расходуется на пополнение запасов грунтовых вод, участвуя в дальнейшем в питании рек этими водами.

Воздействие почвенного покрова на сток и другие элементы водного баланса раскрыто в предложенных М. И. Львовичем теоретических схемах. Представленные на рис. 2 теоретические кривые характеризуют изменчивость элементов водного баланса в зависимости от инфильтрационной и водоудерживающей способности почв. Рассматриваются два случая совокупного воздействия этих свойств.

В первом случае инфильтрационная и водоудерживающая способности усиливаются параллельно. По мере усиления этих свойств непрерывно увеличивается расход на испарение и транспирацию. Поверхностный сток уменьшается, а расход на пополнение запасов грунтовых вод увеличивается, хотя и незначительно. Это происходит до некоторых оптимальных величин впитывания влаги в почву и удержания ею воды. При этих сочетаниях поверхностный сток достигает минимума, а подземный — максимума. По мере дальнейшего усиления инфильтрационной и водоудерживающей способности создаются условия, при которых атмосферная влага, интенсивно впитываясь в почву, удерживается в ней и в основном расходуется на испарение. Полный речной сток уменьшается (рис. 2 а).

Во втором случае при  слабой инфильтрационной и относительно высокой водоудерживающей способности вся атмосферная вода стекает по поверхности почвы. При малом содержании воды в почве испарение мало (нечему испаряться) и нет пополнения запасов подземных вод. При относительно высокой инфильтрационной и слабой водоудерживающей способности в пределе вся вода, поступающая на поверхность, просачивается вглубь и расходуется на питание подземных вод. В этих условиях отсутствует поверхностный сток и испарение мало. При некоторых средних значениях рассматриваемых свойств почв и удержания воды в почве в пределах распространения корневой системы растений суммарное испарение велико. Изменения полного речного стока обратны изменению испарения (рис. 2 б). При слабом впитывании воды в почву речной сток формируется за счет поверхностного стока, при малой аккумуляции воды в почве и высокой инфильтрации — за счет питания подземными водами.

 

Рис. 2. Принципиальные схемы  зависимости поверхностного стока (1), испарения (2), питания рек подземными водами (3) и полного речного стока (4) от инфильтрационной и водоудерживающей способности почвенного покрова при совместном их действии и осадков (5) (по М. И. Львовичу).

а — прямое соотношение инфильтрационной и водоудерживающей способности, б — обратное соотношение.

 

Рассмотренные схемы  характеризуют  влияние   почвенного  покрова на сток и другие элементы водного баланса в чистом виде, вне воздействия других факторов,  при  постоянстве  атмосферных осадков.

Как известно, водно-физические свойства почвы меняются с изменением ее влажности, а так как влажность почвы испытывает сезонные колебания, то и соотношения элементов водного баланса не остаются постоянными, меняется и структура речного стока. Изложенные общие закономерности имеют принципиальное значение и характеризуют тенденцию изменения речного стока под влиянием основных свойств почвенного покрова. Примеры количественного воздействия почвенного покрова на режим речного стока не единичны (Давыдов Л.К. и др., 1973).

Геологическое строение речного бассейна определяет условия накопления и расходования подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров являются существенными факторами формирования стока, влияющими на его величину и распределение во времени. Наиболее отчетливо это влияние проявляется при наличии мощных горизонтов хорошо водопроницаемых рыхлых или трещиноватых пород, воды которых дренируются речными долинами. Влияние это усиливается при хорошей инфильтрационной способности почв и грунтов зоны аэрации. В этих условиях горные породы являются аккумуляторами влаги, обусловливающими равномерное питание рек. Речной сток оказывается зарегулированным, и его величина может быть больше по сравнению с величиной стока бассейна реки, сложенного слабо водопроницаемыми породами.

Велико влияние на сток закарстованных горных пород, слагающих речные бассейны. Интенсивность этого влияния зависит также от типа и возраста карста. В карстовых районах, особенно там, где закарстованные породы не покрыты четвертичными отложениями, поверхностный сток обычно отсутствует, атмосферные осадки поглощаются воронками, польями, просачиваются по трещинам и пополняют запасы подземных вод. Пути подземного стока весьма разнообразны, и не всегда область питания и распространения подземных вод совпадает с областью дренирования их реками. Это характерно для областей распространения карста (рис. 3).