2.1.4. Сток воды и его характеристики Основные понятия о стоке воды

Сток в гидрологии определяется как стекание 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.

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.

Образующая сток 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.

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 (некоторая часть подземного стока поступает непосредственно в океан). 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 РФ около 4270,6 км³, значительны также сток рек Бразилии (3200 км³), Китая (2600 км³), США (2100 км³).

Гидрологические характеристики стока

Одной из основных задач инженерной гидрологии является разработкой методов расчета величин стока. В основе гидрологических расчетов лежит определение  гидрологических характеристик стока.

Основными гидрологическими характеристиками стока являются:

расход воды - Q, м³/с;

объем стока - V (W), м^3;

модуль стока воды - q (M), м³/с км²;

слой стока - h (у), мм;

коэффициент стока - a.

Главной характеристикой речного стока являются расходы воды - объем воды, проходящий через данное поперечное сечение потока в 1 секунду.

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 V или W (м³, км³) - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.), определяется по формуле

V = Q ^. t.

где Q средний расход за расчетный период времени, м³/с, t - число секунд в том же периоде времени.

Модуль стока М, л/(с ^. км²) или q, м³/(c ^. км²) - количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени, определяется по формуле

M = Q 10³ / F,

где F - площадь водосбора, км², 10³ - переводной коэффициент из метров кубических в литры.

Слой стока h или y (мм) - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора, определяется по формуле

h = 10^-6 M ^. t,

где 10^-6 - коэффициент размерности, t - число секунд в расчетном периоде.

Для года h_г = 31,5 10^{6 .} M_г; для месяца h_м = 2,6310^{6 .} М_м,

где 31,5 - число миллионов секунд в среднем за год; 2,63 - число миллионов секунд в среднем за месяц.

Коэффициент стока отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока, - определяется по формуле:

a = h / x,

где h - слой поверхностного стока (мм), х - атмосферные осадки (мм), вызвавшие этот сток. Коэффициент стока - величина, показывающая, какая часть осадков идет на сток.

Указанные характеристики нередко определяют понятие сток воды. Они являются временно связанными и могут быть пересчитаны одна в другую. Соотношения между основными характеристиками стока представлены в таблице 1.2.2.1.

Таблица 1.2.2.1

Соотношения между основными характеристиками стока

Характеристики стока	Q, м3/с	q (м), л/с км2	У(h), мм	W, м3
Q	­–	10-3qF	10-3уFt-1	Wt-1
L (м)	103 QF-1	–	106уt-1	103WF-1t-1
У (h)	10-3QF-1t	10-6qt	–	10-3WF-1
W	Qt	10-3qFt	10-3уF	–

Примечание: F – площадь водосбора, км²; t – время, с.

В гидрологических расчетах используют также понятие модульный коэффициент К, являющийся отношением какой-либо величины стока, например, расхода к ее среднему значению.

Для их определения используют формулы:

К_гi = Q_гi/Q_o; К_ni = Q_мi/Q_i.

Здесь К_гi – модульный коэффициент года наблюдения i;

К_мi – модульный коэффициент месяца года наблюдения (или декады месяца К_д);

Q_гi – среднее значение расхода за год наблюдения i;

Q_о – среднемноголетнее значение расхода;

Q_мi – среднемесячный (или среднедекадный Q_мi расход воды года наблюдения i).

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.