Файл: Аполлов, Б. А. Курс гидрологических прогнозов учебник.pdf

где г/т — поверхностный сток талых вод и от дождей (л'і), выпав­ ших на тающий смежный покров; і/д— поверхностный сток от до­

с поверхности снежного покрова за время снеготаяния; Е п— испа­ рение с поверхности почвы и транспирация (суммарное испаре­ ние); Д1РП— изменение запаса воды во всей зоне аэрации, включая почву, знак минус перед Е\Ѵа означает увеличение этого запаса,

Уравнение (2.ѴІІ) относится и к периоду половодья, когда его начало совпадает с началом снеготаяния. Но то же самое в общем можем сказать и в отношении лет, когда эти сроки заметно расхо­ дятся, потому что сток за время начало снеготаяния — начало по­ ловодья совсем мал по сравнению с другими составляющими вод­ ного баланса в уравнении (2.ѴІІ).

Уравнение (2.ѴІІ) выражает водный баланс приближенно. Однако неучтенные в нем составляющие баланса, к которым отно­ сятся испарение с водной поверхности, изменение запаса воды в руслах рек и озерах и некоторые другие, обычно незначительны относительно учтенных. Следовательно, эта неполнота уравнения не имеет существенного значения. Отметим также, что уравнение справедливо для бассейнов, в которых наземный и подземный во­ доразделы практически совпадают; это, как известно, бывает почти всегда, исключая бассейны малых рек.

В записанном виде рассматриваемое уравнение ие вполне удобно для выяснения того, какие из факторов, влияющих на сток талых вод, следует считать основными. Поэтому запишем уравне­ ние в другом виде. Но перед этим обратим внимание па следующее обстоятельство.

Испарение с поверхности почвы и тем более транспирация, ко­ торая нередко начинается раньше окончания половодья в замы­ кающем створе, происходят в основном за счет воды, находящейся ниже поверхности почвы. Теперь допустим, что вся эта вода если и могла бы попасть в реку, то лишь после принимаемого времени

окончания половодья. Тогда сумма (£n±AWn±AW'n3+f/пз) может рассматриваться как величина инфильтрации талых и дождевых вод, обозначенных в уравнении (2.VII) через s, хі и хг (здесь знак плюс перед E W уже означает увеличение запаса воды). Рассуждая таким образом, мы, очевидно, считаем, что вода, находящаяся ко времени завершения снеготаяния в различного рода бессточных углублениях и, в основной своей массе очень быстро впитывается почвой и поэтому как бы входит в величину инфильтрации. Как увидим несколько ниже, такое рассуждение справедливо в отно­ шении многих, но не всех бассейнов.

178

где / — инфильтрация талых и дождевых вод.

Если же вместо периода половодья будем рассматривать период снеготаяния, то придем к уравнению

где у ' — поверхностный сток в замыкающем створе с начала поло­

поверхности бассейна и в русловой сети при завершении снеготая­

чительной территории СССР, относящейся к сухостепной, степной зонам и почти всей лесостепной зоне. В этих зонах для бассейнов, где преобладает в общем расчлененный рельеф и более или менее развита сеть оврагов, балок и логов, величина и не превышает нескольких миллиметров. Ясно, что для таких бассейнов действи­ тельно можно считать, что в бессточных углублениях вода цели­ ком впитывается почвой практически уже во время завершения снеготаяния. Тогда

(6.ѴІІ)

где / ' = І т+ и.

Хотя таких бассейнов большинство, все же надо отметить, что в этих зонах имеются районы, где величина и значительна. К ним прежде всего относятся крайний юг Заволжья и Северный Казах­ стан. Здесь преобладает слаборасчлененный рельеф и имеется много бессточных углублений. Среди последних немало значитель­ ных, в которых талая вода сохраняется после исчезновения снега длительное время.

Наполнение водой бессточных углублений, выражаемое величи­ ной и, как мы уже знаем, называется поверхностным задер­ жанием.

В отношении величины испарения с поверхности снежного по­ крова, входящей в уравнения (2.ѴІІ) — (6.VII), отметим лишь, что она весьма невелика, обычно не превышает 7—10 мм. Сразу ска­ жем, что эта оценка величины испарения относится и к лесной зоне.

Итак, основываясь на изложенном и уравнении водного ба­ ланса (5.VII), приходим к выводу, что в сухостепной, степной и

на большей части лесостепной зоны главными факторами поглоще­ ния талых вод бассейном являются факторы, влияющие на инфиль­ трацию, на впитывание воды в почву. В Южном Заволжье и Север­ ном Казахстане существенную роль в поглощении воды имеет также задержание талых вод в различных бессточных углублениях на по­ верхности бассейна.

Теперь отметим, что если бы мы исходили из уравнения (2.VII), то пришли бы к неправильному выводу, что на величину весеннего стока в рассматриваемых трех зонах существенно влияют п фак­ торы, от которых зависит суммарное испарение ВТТакой вывод следовал бы из того, что величина Е п достаточно значительна, особенно для больших бассейнов, в которых снег сходит намного раньше окончания половодья в замыкающем створе.

Для лесной зоны уже не всегда можно считать, что на испаре­ ние с поверхности бассейна в основном расходуется только вода, проникшая в почву, и что эта проникшая вода если п достигает замыкающего створа, то только после окончания половодья. Это объясняется рядом обстоятельств, из которых отметим главные.

В лесной зоне преобладают подзолистые почвы, которые харак­ теризуются быстрым уменьшением водопроницаемости с глубиной и существованием на глубине 40—60 см уплотненного иллювиаль­ ного слоя В 1. Весной над этим слоем образуется временный водо­ носный горизонт — верховодка, которая при благоприятных усло­ виях принимает участие в питании рек еще в период половодья. Далее, в этой зоне в общем неглубоко залегают грунтовые воды, причем их уровень часто довольно быстро повышается как только начинается инфильтрация талых и дождевых вод и понижается по прекращении ее. В разных понижениях и просто в низких местах бассейна весной уровень грунтовых вод и тем более капиллярная кайма, всегда имеющаяся над ним, обычно па какое-то время вы­ ходит па поверхность. Ясно, что такой характер колебаний уровня грунтовых вод говорит о том, что их запас пополняется за счет инфильтрации талых вод и это пополнение частично расходуется на питание реки еще в период половодья. По расчетам, произве­ денным для бассейнов Валдайской возвышенности, такое питание может дать до 10—40% стока за период половодья. Значит, рас­ сматриваемое питание реки является снеговым. В главе V по отно­ шению к этой разновидности стока употреблялись термины подпо­ верхностный, подпочвенный и внутрипочвенный сток. Как увидим

интенсивности инфильтрации і. Естественно, в этом случае ника­ кого стока не может быть. Но как только общее количество впи­

180

тавшейся воды / превысит величину W НПв — W в некотором слое над относительным водоупором, например над слоем В\ или над уровнем достаточно высоко стоящих грунтовых вод, начнется су­ щественное поступление в реку внутрипочвенного (подпочвенного) стока или существенно усилится грунтовый сток; №ІШв — наимень­ шая полевая влагоемкость в слое дренирования, содержащем та­ лые воды, только что проникшие в почву, \ Ѵ — начальный запас влаги в этом слое. Напомним, что под наименьшей полевой влагоемкостыо понимается наибольшее количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях над зоной капиллярного поднятия,,

сразу, несмотря на этот дефицит, а подземное питание продолжает осуществляться за счет запасов грунтовых вод, имевшихся до на­ чала таяния. Но спустя некоторое время, когда дефицит исчезнет вследствие инфильтрации, т. е. влажность почвы превысит ^ 1Шв, появится внутрипочвенный сток или усилится подземное питание.

В лесной зоне существенную часть бассейна нередко занимают болота. Весной они обычно переполняются водой, которая частично расходуется на сток тоже еще в период половодья.

Бессточных углублений в лесной зоне, исключая ее простран­ ства, занятые полями, больше и они крупнее, чем в степной, не считая уже упоминавшихся юга Заволжья п Северного Казахстана. Поэтому, а также вследствие только что отмеченных особенностей механизма стока нельзя считать, что по окончании таяния вода этих углублений сразу впитывается почвой. Отметим, что с запол­ нением бессточных углублений тесно связано возникновение по­ верхностного стока (подробнее об этом говорится в § 6 этой главы).

Из всего сказанного следует, что в лесной зоне колебания от года к году величины испарения с поверхности бассейна за время от схода снега до окончания половодья могут заметно повлиять на величину весеннего стока. Значит, метеорологические факторы, от которых зависит испарение, могут быть существенными факто­ рами этого стока. Однако расчеты питания рек лесной зоны за пе­ риод половодья и весь опыт разработки методов долгосрочных прогнозов весеннего стока этих рек говорят о том, что колебания величины Е п от года к году обычно все же мало сказываются на общей величине стока за период половодья.

Итак, в лесной зоне на поглощение талых вод речным бассейном влияют факторы инфильтрации и факторы, определяющие свобод­ ную к началу снеготаяния емкость бессточных углублений на по­ верхности бассейна. К этой емкости вполне можно прибавить вла­ гоемкость лесной подстилки, а также мохового покрова, в сумме составляющую до 20—30 мм. В бассейнах, где существенная часть талых вод достигает реки подземными путями еще во время поло­

181