Материал: Практикум Составители Л. И. Шевелева, В. И. Максименко, А. Г. Голикова

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТОКА И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сток – это перемещение воды в процессе ее круговорота в природе в форме стекания по земной поверхности (поверхностный сток) и в толще почвогрунта (подземный сток). В более узком смысле под стоком понимают количество воды, стекающей с данного участка суши (водосбора) за некоторое время (сутки, месяц, год или любой иной промежуток времени).

В соответствии с СП [5] к основным гидрологическим характеристикам относятся: расход воды ????, м³/с;

объем стока воды ????, м³; модуль стока воды ????, м³/(с·км²); слой стока воды ℎ, мм;

уровень воды ????, см.

Кроме этих основных применяют и ряд безразмерных гидрологических характеристик. Ниже приведены характеристики стока рек, выраженные разными параметрами.

1. Расход воды

Расход воды – это секундное значение стока. Обозначение – Q. Единица измерения – м³/с, небольшие расходы (менее 1 м³/с) измеряются в л/с.

1 м³/с = 1000 л/с.

Обычно расход воды в реке определяют по кривой связи расходов и уровней: по среднесуточным значениям уровней воды устанавливаются среднесуточные расходы воды. По значениям установленных таким образом среднесуточных расходов рассчитывают средние расходы воды за декаду, месяц, год, несколько лет или многолетний период.

2. Объем стока

Буквенные обозначения для объема стока: Vи W. Единица измерения объема стока – м³. В практических расчетах чаще выражают объем стока в миллионах кубических метров (10⁶ м³) или же

в кубических километрах (км³): 1 км³ = 10⁹ м³.

Объем стока определяют всегда за интервал времени. Он получается умножением расхода Qна число секунд t в расчетном отрезке времени:

W=ТQt. (1)

При гидрологических расчетах встречаются суточные, месячные, годовые, средние многолетние объемы стока. В некоторых случаях приходится определять и другие объемы стока, например, объем стока за период межени, объем дождевого паводка, объемы половодья и др.

3. Слой стока

По ГОСТ [9] слой стока – количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора. Слой стока выражается в мм.

Обозначается слой стока через h (иногда – у). Измеряется эта характеристика чаще всего в миллиметрах (мм), иногда в метрах (м).

Слой стока – это расчетная величина, представляющая отношение объема стока Wк площади водосбора A:

h= W/A. (2)

Значение слоя стока можно определить за различные периоды: за один месяц, за какой-либо характерный период (межень, паводок, половодье), за год, за многолетний период. Величина h используется для сравнения величины стока с количеством осадков, выпавших в бассейне за тот или иной период времени. Поэтому для удобства сравнения слой стока выражают в тех же единицах, что и количество осадков, т.е. в мм.

По определению ГОСТ [9] водосбор – это часть земной поверхности и толща почв и

горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Площадь водосбора – ограниченная водораздельной линией территория, сток с которой поступает в данный водоток или водоем. Для определения площади водосбора на карте устанавливают водораздел и измеряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора по картам производится планиметром.

Каждая река имеет поверхностный и подземный водосборы. Поверхностный водосбор представляет собой участок земной поверхности, с которого поступают воды в данную речную систему или определенную реку. Подземный водосбор образуют толщи рыхлых отложений, из которых вода поступает в речную сеть. В общем случае поверхностный и подземный водосборы не совпадают. Но практически из-за сложности определения границ подземного водосбора в расчетах принимается, что они совпадают.

4. Модуль стока

Модуль стока – количество воды, стекающей с единицы площади водосборного бассейна в единицу времени, ГОСТ [9], измеряется в л/с с 1 км².

Обозначается модуль стока буквами qили М. Размерность для них разная:

• 
  при обозначении модуля стока Мон измеряется в л/(скм²) – литр в секунду с километра квадратного;
  
• 
  при обозначении модуля стока qон измеряется в м³/(скм²) – метр кубический в секунду с километра квадратного.
  

Модуль стока – это средний расход Q за какой-либо период, стекающий (формирующийся) с 1 км² площади водосбора F:

М=Q/A. (3)

Модули стока удобны для сравнения водоносности рек и применяются только для периодов одинаковой длительности. В расчетах

используются модули среднегодового стока, максимального стока, минимального стока и модули стока за различные периоды.

5. Модульный коэффициент

Модульный коэффициент – безразмерная характеристика, отношение какой-либо варьирующей (изменяющейся) во времени величины к ее среднему значению. Например, отношение величин годового стока к его среднемноголетнему значению или для условий внутригодового распределения стока – это отношение среднесуточного расхода к среднегодовому. При этом сток может быть выражен в любых единицах: расходах Q, модулях М, объемах W, слое стока h.

????_???? =Q_i/Q_o=М_i/М_о= W_i/W_o=h_i/h_o, (4)

где Q_o, M_o, W_o, h_o– средние значения стока, Q_iM_iW_ih_i– текущие значения членов ряда.

Модульный коэффициент ????_???? рассматриваемой гидрологической характеристики в соответствии с СП 33-101-2003 [5] определяется как отношение погодичного расхода ????_???? к среднеарифметическому значению расходов воды ????₀, определяемому в зависимости от числа лет гидрометрических наблюдений по формуле:


????
???? = ^????????,

????₀

где Q_o– среднеарифметическое значение ряда расходов воды, определяемое по формуле (5).

6. Норма стока

Норма стока – среднее значение стока за многолетний

период такой продолжительности, при увеличении которого среднее значение существенно не меняется [9]. Норма может быть представлена в виде любой характеристики стока: расхода, модуля, слоя стока, объема.

При обозначении нормы стока добавляется индекс – нуль Q_o, M_o, W_o, h_o:

in_M