Контрольная работа по курсу «Гидрогеология»
Выполнила студентка 4 курса, группы 959 Ю.И. Тимофеева
Томский государственный университет
Томск 2009
Введение.
Сток в гидрологии, отекание в моря и понижения рельефа дождевых и талых вод, происходящее как по земной поверхности — поверхностный сток, так и в толще почв и горных пород — подземный сток. Процесс стока — составное звено круговорота воды на Земле. Т. о., сток, являясь, прежде всего продуктом климата, влияет на формирование рельефа, геохимические процессы в земной коре, развитие почвенного покрова, распределение растительности и т.п.; в свою очередь величина и режим стока зависят от количества и режима осадков, испарения, температурных условий, характера рельефа и геологического строения, почвенного покрова и растительности территории. Со стоком связаны эрозия, естественный дренаж и орошение, перенос и отложение продуктов денудации.
Формирования стока.
Образующая стока доля атмосферных осадков, не израсходованных на испарение и потребление растениями, находится в обратной зависимости от величины средней температуры воздуха. На равнинах максимум стока наблюдается, как правило, в наиболее увлажнённых лесных зонах на западных и восточных побережьях материков, в горах величина стока возрастает до определённой высоты преимущественно на склонах хребтов, обращенных к влажным воздушным потокам. Характерные периоды формирования стока: половодье, паводок, межень (летняя и зимняя).
Величину стока в течение какого-либо периода времени (года, сезона, месяца и т.п.) выражают: высотой слоя стёкшей воды (в мм или см), суммарным её объёмом, средним её расходом, модулем стока, модульным коэффициентом стока, суммарный объём стока (в м3, км3) — количество воды, протекающей через гидрометрический замыкающий створ бассейна. Суммарный объём стока обычно определяют графически, строя график изменения во времени t расходов Q за год, который называется гидрографом. Кроме стока воды (жидкий сток), определяют сток взвешенных и влекомых по дну наносов (твёрдый сток). Для изучения процесса стока и количественного определения всех влияющих на него факторов ведутся наблюдения на гидрологических постах и станциях и экспериментальные исследования на стоковых площадках и в лабораториях. Определение численных параметров стока, в том числе при его регулировании, осуществляемое с помощью водохранилищ, является задачей гидрологических расчётов, а также гидрологических прогнозов.
Суммарный объём годового стока рек в Мировой океан составляет 35—40 тыс. км3, из этого объёма около 1/3 формируется за счёт подземных вод, дренируемых речными долинами. Объём годового стока рек в замкнутой части суши составляет около 750 км3 (из них около 320 км3 приходится на долю Средней Азии и бассейн Каспийского моря). Суммарная величина годового стока рек СССР около 4700 км3, значительны также стоки рек Бразилии (3200 км3), Китая (2600 км3), США (2100 км3).
Речной сток.
Главной характеристикой речного стока являются расходы воды. Наряду с экстремальными значениями (максимальными и минимальными) часто используются расходы воды, осредненные за различные периоды времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.).
Все остальные характеристики речного стока, по сути, являются производными от соответствующих расходов воды. Рассмотрим наиболее часто употребляемые характеристики речного стока.
Объем стока W (м3, км3) — количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.).
Модуль стока М (л/с • км2) или q[м3/c • км2)] —количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени.
Слой стока h (мм) — количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора.
Коэффициент стока — отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока.
Годовой сток подсчитывается в умеренном климате не за календарный год, а за гидрологический, начинающийся осенью (1 октября или 1 ноября), когда запасы влаги в речных бассейнах, переходящие из одного года в другой, малы. При подсчете за календарный год сток и осадки не могут соответствовать друг другу, так как осадки, выпавшие в конце одного года, стекают весной следующего года.
Из уравнения водного баланса для суши Ec=Xt—У, где Ес — испарение с поверхности суши, Хс — осадки на ее поверхность, У — сток, видно, что важнейший фактор формирования стока - климат; сток является функцией осадков и испарения, т. е. гидрометеорологических компонентов географического ландшафта, отражающих то соотношение тепла и влаги, которое свойственно данной географической зоне. Все остальные элементы ландшафта, или факторы подстилающей поверхности, влияют на сток не непосредственно, а через осадки и испарение. Соотношение влияний различных элементов ландшафта (т. е. климатических и подстилающей поверхности) на сток зависит как от характера водотока и его географического положения, так и от характеристики стока, о которой идет речь (средний, максимальный, минимальный), и периода осреднения (годовой, месячный, суточный” Например, климатические факторы оказывают решающее влияние на средний годовой и максимальный сток, величина минимального стока определяется главным образом величиной и характером грунтового питания рек. Поэтому рассмотрим влияние подстилающей поверхности на основную характеристику стока—его среднее многолетнее значение — норму.
Почвы как элемент географического ландшафта имеют зональное распределение. Различные почвы обладают неодинаковыми воднофизическими свойствами и, в частности, разной водопроницаемостью. Водопроницаемые почвы быстро поглощают атмосферные осадки, которые, просачиваясь в почву, менее подвергаются испарено и увеличивают подземную составляющую стока. На малопроницаемых почвах при прочих равных условиях выпавшая атмосферная влага задерживается на поверхности и более интенсивно испаряется. Таким образом, влияние почв отражается на стоке через испарение.
Рельеф воздействует на сток, главным образом, через осадки испарение. Осадки с повышением местности возрастают до известного предела. Испарение же, наиболее значительное в низких местах, убывает с высотой вследствие понижения температуры и уменьшения радиационного баланса. Поэтому сток с высотой растет, правда, следует заметить, что изменение осадков и испарения с высотой не так однозначно и зависит от форм рельефа, экспозиции склонов относительно направления преобладающих влагоносных ветров и пр. Так, модуль стока на западных (наветренных) склонах Скандинавских гор повышается до 200 л/с км2; во внутренних частях горных областей сток меньше, чем в окраинных.
Влиянию леса посвящено большое количество исследований. Леса имеют важное водорегулирующее значение, однако по вопросу об их водоохраной роли существовали и существуют разные взгляды и исследователи утверждали, что лес увеличивает речной сток, другие отстаивали противоположное мнение.
Влияние леса на норму стока, согласно уравнению водного баланса, может быть вызвано его воздействием на количество осадков и на испарение. В настоящее время большинство исследователей признают увеличение осадков над лесом в среднем на (0 — 12%). Испарение же с лесных водосборов, как показали экспериментальные данные, примерно такое же, как и с полевых. Следовательно, влияние леса на сток рек, полностью дренирующих подземный сток, выразится в его увеличении.
Озepa, испаряя накапливающиеся в них воды, уменьшают сток вместе с тем являются его регуляторами. Особенно велика в этом отношении роль больших проточных озер. Количество воды в реках, вытекающих из таких озер, почти не изменяется в течение года.
Болота в зоне недостаточного увлажнения могут существенно снижать норму годового стока за счет увеличенного испарения с поверхности болотных водосборов по сравнению с незаболоченными; в зоне достаточного и избыточного увлажнения их влияние незаметно. Сильное влияние на сток оказывает хозяйственная деятельность людей, вносящая большие изменения в природные комплексы. В процессе хозяйственной деятельности человек изменяет заселенность, заболоченность, озерность громадных территорий, преобразует рельеф, почвенный покров, создает искусственные ландшафты. Особенно быстро и существенно сказывается влияние антропогенных факторов на сток в зоне недостаточного увлажнения. Зависимость нормы годового стока от зональных характеристик географического ландшафта дает возможность картировать эту характеристику.
Время от времени в течение многолетнего периода могут происходить значительные отклонения средних годовых расходов реки от нормы. Эти отклонения проявляются в форме последовательной смены многоводных и маловодных циклов, различающихся как по своей длительности, так и по отклонению от среднего значения стока за весь рассматриваемый период. Наличие этих циклов (11, 20, 35 лет и более) является результатом циклических колебаний солнечной деятельности, интерференция которых и создает различные колебания типов циркуляции воздушных масс, а, следовательно, и элементов климата. При планировании водохозяйственных мероприятий на перспективу необходим учет цикличности стока.
Ресурсы и качество речных вод.
Среди поверхностных вод наибольшее социально-экономическое значение принадлежит речному стоку, характеризующемуся пространственной и временной изменчивостью.
По территории России протекает свыше 2,5 миллионов рек. Подавляющее большинство из них (94,9%) имеют длину 25 км и менее. Число средних рек, длиной от 101 до 500 км, составляет 2833, или 0,1%, число больших - 214, или всего 0,008%.
Большинство рек (90,4%) несут свои воды в Северный Ледовитый и Тихий океаны. В Азово-Черноморском и Каспийском бассейнах, где проживает свыше 65% населения России, насчитывается всего 193942 реки, или 7,5%.