Определяне на основните фактори, които формират оттока на реките и неговата променливост
В съответствие с класификацията на физико-географските фактори, основните при формирането на водните зауствания са оттокообразуващите, които обаче са под прякото влияние на косвени фактори. Годишният отток се формира от течни и твърди валежи и подземни води. Последните също се образуват от валежите, но периодът от време, през който валежите формират повърхностен и подземен отток, може да бъде различен. Това се определя преди всичко от дълбочината на дренажната зона и скоростта на оттичане на подземните води.
Валежите са климатичен фактор и разпределението им върху територията се подчинява на законите на географското зониране. Но за равнинни райони на същата географска ширина в посока от запад на изток количеството на валежите се променя по-рязко от температурата. Следователно на една и съща географска ширина има зони с различно количество валежи, но с подобни температури. В резултат на това изпарението може да бъде приблизително еднакво по географска ширина, а оттокът ще се различава много повече, тъй като се определя от разликата между валежите и изпарението. Следователно едно и също количество валежи може да даде различни стойности на оттока и изпарението в зависимост от промените в температурните условия.
В по-голямата част от ОНД основното количество валежи пада през топлия сезон. Повечето от тях обаче, особено в зони с променлива и недостатъчна влага, преминават към изпарение и инфилтрация, така че увеличаването на годишните валежи (поради лятото) не трябва непременно да води до същото увеличение на годишния отток през разглежданата календарна година.
Трябва да се отбележи, че използването на календарна година (или други календарни периоди) при анализа на хидрологичните явления по никакъв начин не е оправдано, тъй като е необходимо да се сравняват еднофазни,едносезонни или генетично еднородни процеси и явления. Последното е особено важно. По този начин годишният отток на реките в зона с достатъчно влага се формира до голяма степен поради наводнения, които от своя страна се формират от валежи през студения период, т.е. от предходната година. Естествено връзката между годишния отток трябва да се търси и с валежите за годишния период, определени с изместване назад. В същото време, като се има предвид участието на подпочвените води във формирането на годишния отток, това изместване може да се увеличи още повече за времето, необходимо на подпочвените води да достигнат коритото.
Последните проучвания (K.P. Voskresensky et al., 1986) показват, че при сложен релеф на водосбори (наличие на равнини и хълмове или планини), годишните валежи трябва да се разглеждат като комплексна характеристика, разделяйки ги на фонови, височинни и бариерни компоненти. Фоновите валежи са функция на географската ширина и дължина на разглежданата територия, надморските валежи зависят от височината на района (според връзката на фоновите валежи с височината), а бариерният компонент се определя от неговата орография и се задава като остатък от разликата между общото количество валежи и сумата от фоновите и височинните валежи. Такава разбивка на общото количество валежи в генетични компоненти позволява по-доброто отчитане на общите териториални и местни условия. Така годишните валежи могат да бъдат записани по следния начин:
(3.6)
където и са географската ширина и дължина на мястото за измерване на валежите;Hе неговата височина.
Валежите, които падат върху водосборния басейн, се губят частично за изпарение, а тази част от тях, която образува речния отток, се трансформира значително във времето и върху територията, което се определя от факторите на подстилащата повърхност. Най-голямата трансформация на валежите във времето обикновено се получава в резултат на влиянието на фактори, които акумулират някоичаст от течните (или разтопени) утайки. Тези фактори включват езера, блата, ледници.
Езерата преразпределят оттока с течение на времето, натрупвайки валежи, паднали на повърхността им и част от оттока от водосборния басейн, а също така увеличават загубите от изпарение. Следователно, по отношение на годишния отток, влиянието на езерата ще се усети, ако те са в състояние да регулират оттока в продължение на много години, както и ако загубите от изпарение от повърхността на езерото са сравними с обема вода, натрупан от езерото в дренажната призма. В резултат на регулиране на оттока по години средният годишен отток ще намалява през пълноводните години и ще се увеличава в маловодните години в сравнение с околните неезерни реки.
В зоните с прекомерна и достатъчна влага изпарението от земята и водата се различава само 1,5-2,0 пъти, в зоната с недостатъчна влага - 4-7 пъти. Следователно в зоната на тундрата и тайгата допълнителните загуби на вода за изпаряване от повърхността на езерото могат да бъдат само няколко процента от годишния зонален отток (колкото по-малка е площта, толкова по-малки са загубите). В степната зона намаляването на годишния отток поради увеличаване на изпарението от повърхността на езерата може да достигне 100% от зоналния отток. Следователно реката под езерото може да пресъхне за дълъг период от време, тъй като самото езеро може да стане безотточно.
По този начин влиянието на езерата върху годишния отток в зоните на прекомерно и достатъчно овлажняване е незначително, с изключение на големите езера, които преразпределят оттока през годините. В зони с променлива и недостатъчна влага ролята на езерата се увеличава и те могат значително да намалят годишния отток в сравнение с безезерните реки в същия регион. Особено силно намаляване на оттока се наблюдава в сухи години поради намаляване на валежите и рязко увеличаване на изпарението, което води до увеличаване на колебаниятаотток във времето, т.е. до увеличаване на коефициента на вариация на годишния отток.
Влиянието на езерата върху годишния отток става значително, когато водосборът съдържа повече от 2–5% езера. Големите езера и езерата, разположени в долното течение на речния басейн, т.е. близо до проектната цел, оказват най-голямо влияние върху речния поток, тъй като събират оттока от по-голяма (или от цялата) част от водосборния басейн.
Влиянието на блатата върху годишния отток е двусмислено. Зависи от климатичните и хидрогеоложките условия, в които се намира блатото, от вида на блатата (планински, низински) и етапа на развитие на блатните масиви, от характера на повърхността на блатата и наличието на открити водни пространства (езера, котловини) върху тях, както и от степента на заблатеност на водосборите на дадена територия.
Определящият фактор при оценката на влиянието на блатата върху годишния отток е, както и в предишния случай, съотношението на изпарение от сушата и от водната повърхност. В зоната на прекомерна влага се наблюдава кондензация на вода на повърхността на блатата в резултат на специален микроклимат над тях, следователно в тази зона може да има известно увеличение (понякога значително - до 30%) на годишния отток поради кондензация на влага. В зоната на достатъчно (умерено) овлажняване годишният отток от блатисти водосбори е приблизително равен на зоналния отток. В зоната на недостатъчно овлажняване се наблюдава леко намаляване на годишния отток от блатисти водосбори поради увеличаване на загубите от изпарение.
Въздействието на горите върху годишния отток обикновено се разглежда в сравнение с незалесените водосбори. Проучванията от 70-те и 80-те години на миналия век показват, че въпреки че има голяма сигурност в разглеждания проблем, все още няма окончателно решение за него.
По този начин влиянието на гората върху годишния речен отток трябва да се разглежда в два аспекта:влияние върху общия отток за дадена година и върху средния многогодишен (нормален) отток. В първия случай вариациите на това влияние ще бъдат най-големи. Във втория влиянието може да е незначително или практически да липсва, особено за големите и средните реки.
Площта на речния басейн отразява зависимостта на водното му съдържание от дълбочината на ерозионния разрез на канала. Колкото по-голям е последният, толкова по-интензивно реката се захранва от подпочвените води и колкото по-бързо реката започва да дренира основните водоносни хоризонти, толкова по-малка е площта на басейна, при която специфичното речно захранване (модул на дебита) престава да се променя [1].
В пустините и полупустинните зони, както и в някои южни райони и в степната зона подпочвените води са много дълбоки и като правило не се дренират от каналите дори на относително големи водосбори. В тези райони реките имат намален отток в сравнение с малките водни течения поради увеличените загуби от изпарение от водосборите и участъците, оттичането на вода от каналите към периферията и захранването на подпочвените води с тях, както и поради факта, че речният поток се забавя в несвързани участъци и в множество резервоари, създадени в речни системи за стопанска употреба.
На издигнатите водосборни участъци падат малко повече валежи, а с по-голямото им разчленяване се увеличават снежните запаси поради миграцията на снега, пренасяйки го от равнинните райони към деревно-гредовата мрежа. Ако вземем предвид, че годишният отток на тези територии е много малък и се определя от стопената вода, тогава дори леко увеличаване на снежните запаси в малки водосбори значително увеличава техния отток спрямо речния отток [2].
В планинските райони годишният отток зависи повече от височината на водосбора, отколкото от неговата площ. Височинната зоналност в планинските райони определя разпространението на специфичниводност на планинските реки. В тази връзка годишният отток в изходния участък на планинска река често отразява само средната стойност на оттока по целия водосбор, без да показва промените му във височинните зони. Това трябва да се има предвид при изследване на оттока на реките в планинските райони.
Въздействието на стопанската дейност върху годишния отток е резултат от това въздействие върху елементите на водния баланс на речния водосбор. Изключение правят валежите. Основните видове стопански дейности, които могат да повлияят на годишния отток и неговата скорост, са: изграждането на резервоари и езера, развитието на напояването, преразпределението (прехвърлянето) на оттока, потреблението на вода за промишлени, комунални и селскостопански нужди, отводняването на блата и влажни зони, агролесовъдните мерки в речните водосбори, както и обезлесяването и възстановяването на горите.
Промяна в годишния отток може да се наблюдава при изграждането на водохранилища в речните корита, когато големи площи земя са наводнени. Когато се създават резервоари от езера в резултат на обратната им вода, промените във водните ресурси обикновено са незначителни и могат да бъдат пренебрегнати.
Промяната в общото изпарение е постоянен фактор в годишния отток, а изчерпването на вековните запаси от подземни води става по време на мелиоративните работи и в рамките на 3-5 години след тяхното приключване.
Намаляването на годишния отток в лесостепните и степните зони на водосбори, съставени от леки почви, е 4-6%, в останалите до 10-20%, но засаждането на горски пояси намалява тази стойност до 6-10% [1].
Релефът на речните басейни се определя от комбинацията от форми на земната повърхност, тяхното надморско разположение, степента на разчлененост и вдлъбнатина, стръмността и изложението на склоновете и склоновете на водните течения.
Директният ефект на облекчение на среднатадългосрочният отток се извършва само в малки басейни, които се захранват от повърхностни води, а подземните води не участват в дългосрочния им отток или съставляват незначителен дял [2].
По този начин са построени графики на промените в нормата на годишния отток от средната височина на водосборите (фиг.3.1), от географската ширина на центровете на тежестта на водосборите (фиг.3.2), от гористостта (фиг.3.3) и заблатеността на водосборите (фиг.3.4). След анализ на графиките може да се каже, че стойността на оттока зависи както от височината, така и от географската ширина на центровете на тежестта на водосборите, което дава основание за построяване на дебитна карта на оттока.
Ориз. 3.1. Изменение на модула на средния многогодишен отток от средната височина на водосборните басейни за реките на левите притоци на р. Припят
Що се отнася до графиките на зависимостта на скоростта на оттока от лесистостта и заблатеността (фиг. 3.3 и 3.4), се вижда, че в първия случай характеристиката не влияе върху годишния отток, но има връзка със заблатеността.
Ориз. 3.2. Изменение на средния многогодишен модул на оттока от географската ширина на центровете на тежестта на водосборите за реките на левите притоци на р. Припят
Ориз. 3.3. Изменение на средния многогодишен модул на оттока от гористостта на водосборите за реките на левите притоци на р. Припят
Ориз. 3.4. Промяна в модула на средния многогодишен отток, дължаща се на вододелни водосбори за реките на левите притоци на р. Припят