Основные фазы формирования поверхностного стока при выпадении дождя и таяния снега

Явление поверхностного стока состоит из 4-х фаз (рисунок 12).

I. Выпадение дождя

1. Первая (начальная) фаза при выпадении дождя характеризуется отсутствием поверхностного стока; все выпавшие осадки идут на:

• заполнение углублений и неровностей почвы – поверхностная аккумуляция;

• просачивание в почву – инфильтрация;

• задержание части осадков на ветвях, листьях, стеблях растений.

Эта фаза – фаза полного бассейнового задержания (продолжительность, τ₁).

2. Вторая фаза – продолжается от начала появления первых струек поверхностного стока до подхода струй к рассматриваемому створу. Эта фаза является началом поверхностного стока и называется фазой подъема (продолжительность, τ₂). В этот период вода поглощается почвой.

3. Третья фаза – фаза полного стока при стекании дождевой воды со всей площади бассейна (продолжительность, τ₃). Поглощение воды почвой постепенно уменьшается. Эта фаза заканчивается в момент прекращения дождей.

4. Четвертая фаза – фаза спада стока после прекращения дождя до окончания стока (продолжительность, τ₄).

Так можно представить схему формирования стока при условии одинаковой за время дождя его интенсивности i и равномерного распределения по площади.

Рис. 12. Схема формирования речного стока

II. Таяние снега

Процесс формирования поверхностного стока при таянии снега – аналогичен процессу формирования поверхностного стока при выпадении дождя.

В первые моменты таяния снега вся вода задерживается в самом снеге или в неровностях и углублениях бассейна. т. е. наблюдается первоначальная бессточная фаза.

Наличие промерзшего слоя грунта или ледяной корки в значительной мере уменьшает просачивание. Набольшее просачивание наблюдается в конце снеготаяния.

Неравномерное залегание снега обуславливает площади снеготаяния во времени. Сначала снег тает на открытых местах или южных склонах возвышенностей, затем в глубоких понижениях рельефа и, наконец, в зарослях кустарника и леса.

Таким образом, при выпадении дождей или таянии снега в формировании поверхностного стока принимает участие только некоторая часть атмосферных осадков. Эти осадки (дождевые или снеговые) называются эффективными, или стокообразующими.

Суммарная величина потерь атмосферных осадков при их стекании по поверхности бассейна выражаются коэффициентом стока

, (13)

где h – высота слоя стока, мм;

х – высота слоя выпавших осадков, мм.

Водомерные графики и гидрографы паводков

Изменение водности рек в ходе годового цикла наглядно характеризуется водомерными графиками и гидрографами паводков.

Водомерным графиком паводка называют график хода уровня воды во времени для данного створа реки (рисунок 13, а). Однако такие графики, являющиеся одними из важнейших характеристик реки в данном сечении, не всегда в полной мере отражают ее водность. Высокие уровни в реках могут формироваться в результате ледяных заторов, зажоров шуги, подпорами от материнской реки, ветровыми нагонами и т.д. В таких случаях при проектировании обязательно используют и гидрографы паводков.

Гидрографом паводка называют график хода расхода воды во времени для данного створа реки (рисунок 13, б). Площадь фигуры, образованной линией гидрографа и осью абсцисс, представляет собой годовой объем стока (W), а площадь части этой фигуры, ограниченной двумя любыми абсциссами, определяет часть объема стока (ΔW) за соответствующий промежуток времени.

Рис. 13. Графики, характеризующие водность реки

а – водомерный график паводка; б – гидрограф паводка

Реки по типу питания принято подразделять на четыре группы:

• реки с дождевыми паводками, питающимися в течение теплого периода года преимущественно за счет ливневого стока (например, р. Амур). На реках с дождевым питанием в течение теплого периода обычно наблюдается несколько пиков (рисунок 14, а).

• реки с паводками от талых вод (р. Ока). Снеготаяние обычно приурочено к весеннему периоду года (рисунок 14, б).

• реки с паводками от таяния ледников (р. Аму-Дарья) имеют растянутый в течение теплого периода времени года пилообразный водомерный график (рисунок 14, в).

• реки с комбинированным питанием (р. Кубань). На ход преимущественного питания (например, от таяния ледников или снеготаяния) накладываются отдельные ливневые пики (рисунок 14, г).

Характерные очертания водомерных графиков и гидрографов паводков для каждого конкретного створа той или иной реки обычно сохраняются год от года, отображая закономерную смену времен года и особенности ее питания.

Рис. 14. Характерные водомерные графики рек с различными типами преимущественного питания

а – дождевой сток; б – сток талых вод; в – сток от таяния ледников; г – сток при комбинированном питании