поток потока

Речной сток , или сток по каналам , представляет собой поток воды в ручьях и других каналах и является основным элементом круговорота воды . Это один компонент стока – движение воды с суши к водоемам , а другой компонент – поверхностный сток . Вода, текущая в каналах, поступает из поверхностного стока с прилегающих склонов холмов, . из-под земли, а также из вод, сбрасываемых из труб Расход воды , текущей в канале, измеряется с помощью водомеров или может быть оценен по уравнению Мэннинга . Запись стока во времени называется гидрографом . Наводнение происходит, когда объем воды превышает пропускную способность канала.

Роль в круговороте воды

Потоки играют решающую роль в гидрологическом цикле , который необходим для всей жизни на Земле. Разнообразие биологических видов, от одноклеточных организмов до позвоночных, зависит от систем проточной воды как их среды обитания и пищевых ресурсов. Реки являются основными водными ландшафтами для самых разных растений и животных. Реки даже помогают поддерживать подземные водоносные горизонты полными воды, сбрасывая воду вниз через свои русла. Кроме того, океаны остаются полными воды, поскольку реки и стоки постоянно их освежают. Речной сток является основным механизмом перемещения воды с суши в океаны или в бассейны внутреннего дренажа .

Источники

Расход ручья происходит из четырех источников: русловых осадков, сухопутного стока, перетока и подземных вод.

• Русловые осадки — это влага, выпадающая непосредственно на поверхность воды, и в большинстве ручьев они очень мало прибавляют к расходу.

• Грунтовые воды попадают в русло реки там, где канал пересекает уровень грунтовых вод, обеспечивая стабильную подачу воды, называемую базовым потоком , как в засушливые, так и в дождливые периоды. Из-за большого количества подземных вод, доступных для ручьев, и медленной реакции подземных вод на осадки, основной сток изменяется лишь постепенно с течением времени и редко является основной причиной наводнений. Тем не менее, он действительно способствует наводнениям, создавая сцену, на которую накладывается сток из других источников.

• Переток — это вода, которая проникает в почву, а затем перемещается в сторону русла ручья в зоне над уровнем грунтовых вод . Большая часть этой воды передается внутри почвы, а часть перемещается в горизонты. Наряду с основным стоком, это наиболее важный источник стока ручьев на лесных землях. Сухопутный сток в густо засаженных деревьями районах вносит незначительный вклад в речной сток.

• В засушливых регионах, возделываемых и урбанизированных территориях поверхностный сток или поверхностный сток основным источником речного стока обычно является . Сухопутный поток — это ливневой сток, который начинается с тонкого слоя воды, который движется очень медленно (обычно менее 0,25 фута в секунду) по земле. При интенсивных дождях и при отсутствии таких препятствий, как неровная почва, растительность и поглощающая почва, он может подниматься вверх, быстро достигая русла ручьев за считанные минуты и вызывая внезапное увеличение расхода воды. Самое быстрое время реакции между дождем и речным стоком наблюдается в урбанизированных районах, где дворовые водостоки, уличные желоба и ливневая канализация собирают наземный сток и сразу направляют его в ручьи. Скорость стока в трубах ливневой канализации может достигать 10–15 футов в секунду.

Механизмы, вызывающие изменения в речного стока

Реки постоянно текут, что хорошо для окружающей среды, поскольку стоячая вода не остается свежей и привлекательной очень долго. Существует множество факторов, как природных, так и антропогенных, которые заставляют реки постоянно меняться:

Естественные механизмы

• Сток от осадков и таяния снегов
• Испарение из почвы и поверхностных водоемов
• Транспирация растительностью
• Сброс подземных вод из водоносных горизонтов
• Пополнение подземных вод из поверхностных водоемов
• Седиментация озер водно - и болотных угодий
• Образование или исчезновение ледников , снежников и вечной мерзлоты.

Человеко-индуцированные механизмы

• Забор поверхностных вод и трансбассейновые водозаборы
• Регулирование речного стока для гидроэнергетики и судоходства
• Строительство, снос и отстойник резервуаров и прудов-отстойников ливневых вод
• Организация каналов и дамб строительство
• Осушение или восстановление водно-болотных угодий
• Изменения в землепользовании, такие как урбанизация , которые изменяют скорость эрозии, инфильтрации, поверхностного стока или суммарного испарения.
• сточных вод Сбросы
• Орошение

Измерение

См. Также: Расходомер § Измерение расхода речного стока.

Расход реки Миссисипи в log10 кубических метрах в секунду измеряется ежедневно в Виксбурге, штат Массачусетс, США.

Геологической службы США Гидрометрическая станция на реке Миннесота у плотины Лак-ки-Парл.

Речной сток измеряется как количество воды, проходящей через определенную точку с течением времени. В США единицами измерения являются кубические футы в секунду , тогда как в большинстве других стран кубические метры в секунду используются . Существует множество способов измерения расхода ручья или канала. Датчик потока обеспечивает непрерывный поток во времени в одном месте для управления водными ресурсами и окружающей средой или для других целей. Значения речного стока являются лучшими индикаторами чем высота колеи условий вдоль всей реки, . Измерения стока проводятся примерно каждые шесть недель персоналом Геологической службы США (USGS). Они заходят в ручей, чтобы провести измерения, или делают это с лодки, моста или канатной дороги через ручей. Для каждой гидрометрической станции соотношение между высотой водомера и расходом реки определяется путем одновременных измерений высоты водомера и расхода реки в естественном диапазоне расходов (от очень низких расходов до паводков). Это отношение предоставляет данные о стоке с этой станции. Для целей, которые не требуют непрерывного измерения расхода потока с течением времени, вертушки или акустические доплеровские можно использовать измерители скорости. Для небольших ручьев (шириной несколько метров или меньше) плотины можно установить .

Приближение

Один неофициальный метод, который обеспечивает аппроксимацию потока потока, называемый оранжевым методом или методом плавания :

1. Измерьте длину ручья и отметьте начальную и конечную точки. Для получения наиболее точных измерений желательна наибольшая длина без изменения условий потока.
2. Поместите апельсин в стартовую точку и с помощью секундомера замерьте время, за которое он достигнет финишной точки. Повторите это не менее трех раз и усредните время измерения.
3. Выразите скорость в метрах в секунду. Если измерения проводились в середине течения (максимальная скорость), средняя скорость течения составляет примерно 0,8 измеренной скорости для условий неровного (каменистого) дна и 0,9 измеренной скорости для условий гладкого (ил, песок, гладкая коренная порода) дна.

Мониторинг

В Соединенных Штатах расходомеры финансируются в основном из фондов государственных и местных органов власти. В 2008 финансовом году Геологическая служба США предоставила 35% финансирования повседневной эксплуатации и технического обслуживания датчиков. Кроме того, Геологическая служба США использует гидрографы для изучения стока рек. Гидрограф — это диаграмма, показывающая, чаще всего, уровень реки (высота воды над произвольной высотой) и расход реки (количество воды, обычно в кубических футах в секунду). Другие свойства, такие как количество осадков и параметры качества воды , также могут быть отображены на графике.

Прогнозирование

Для большинства рек, особенно с небольшим водоразделом, данные о расходе не имеются. В этом случае можно произвести оценку расходов, используя рациональный метод или его модифицированную версию. Однако, если для потока доступны хронологические записи о расходе воды, можно сделать краткосрочный прогноз расхода для данного ливня с помощью гидрографа.

Метод единичного гидрографа. Этот метод включает в себя построение графика, на котором расход, вызванный ливнем заданного размера, отображается в зависимости от времени, обычно часов или дней. Он называется методом единичного гидрографа, потому что он учитывает только сток, вызванный конкретным ливнем за определенный период времени - время, необходимое реке для подъема, достижения пика и падения в ответ на шторм.

После установления зависимости между количеством осадков и стоком последующие данные об осадках можно использовать для прогнозирования стока рек для выбранных штормов, называемых стандартными штормами. Стандартный ливень — это шторм высокой интенсивности известной силы и частоты. Один из методов анализа единичного гидрографа включает выражение почасового или ежедневного увеличения стока реки в процентах от общего стока. Эти данные единичного гидрографа для этого шторма нанесены на график, который представляет собой сток, добавленный к базовому стоку перед штормом.

Прогнозировать стоки в большом водосборном бассейне с использованием метода единичного гидрографа было бы затруднительно, поскольку в большом бассейне географические условия могут существенно различаться от одной части бассейна к другой. Это особенно верно в отношении распределения осадков, поскольку отдельный ливень редко покрывает бассейн равномерно. В результате бассейн не реагирует как единое целое на данный шторм, что затрудняет построение надежного гидрографа.

Амплитудно-частотный метод. Для крупных бассейнов, где единичный гидрограф может оказаться бесполезным и надежным, метод величины и частоты используется для расчета вероятности повторения крупных потоков на основе данных о стоках прошлых лет. В Соединенных Штатах эти записи для крупных рек ведутся Гидрологическим отделом Геологической службы США. Для бассейна площадью 5000 квадратных миль и более речная система обычно измеряется в пяти-десяти точках.

Данные каждой гидрометрической станции относятся к части бассейна выше по течению от этого места. Учитывая пиковые годовые расходы реки в течение нескольких десятилетий, можно сделать ограниченные прогнозы для оценки размера какого-либо крупного стока, который не наблюдался в течение периода учета. Этот метод включает в себя проецирование кривой (линии графика), образующейся при построении пиковых годовых расходов в зависимости от их соответствующих интервалов повторяемости. Однако в большинстве случаев кривая сильно изгибается, что затрудняет точное построение проекции. Эту проблему можно решить, нанеся на график данные о разряде и/или интервале повторения на логарифмической миллиметровой бумаге. После того, как участок выпрямлен, через точки можно провести линию. Затем можно сделать проекцию, продлив линию за пределы точек и затем прочитав соответствующий разряд для рассматриваемого интервала повторения.

Отношение к окружающей среде

Сток воды в каналах ответственен за перенос наносов , питательных веществ и загрязнений вниз по течению. Без речного стока вода в данном водоразделе не сможет естественным образом достичь конечного пункта назначения в озере или океане. Это нарушит экосистему. Речной сток — один из важных маршрутов воды с суши к озерам и океанам. Другими основными путями являются поверхностный сток (сток воды с земли в близлежащие водотоки, происходящий во время осадков и в результате орошения), поступление грунтовых вод в поверхностные воды, а также сток воды из построенных труб и каналов.

Отношение к обществу

Речной поток приносит обществу как пользу, так и опасность. Сток вниз по течению является средством сбора воды для хранения в плотинах для выработки электроэнергии при заборе воды. Поток воды способствует транспорту вниз по течению. У данного водотока есть максимальная скорость потока, которую может обеспечить канал, который можно рассчитать. Если расход реки превышает эту максимальную скорость, как это происходит при наличии в водотоке чрезмерного количества воды, канал не может справиться со всей водой, и происходит затопление.

Наводнение на реке Миссисипи 1993 года , крупнейшее из когда-либо зарегистрированных на реке, было ответом на обильные и продолжительные весенние и летние дожди. Ранние дожди насытили почву на площади более 300 000 квадратных миль верхнего водораздела, значительно сократив инфильтрацию и оставив почву практически без емкости для хранения. Поскольку дожди продолжались, поверхностные впадины, водно-болотные угодья, пруды, канавы и сельскохозяйственные поля заполнялись наземным стоком и дождевой водой. Из-за отсутствия оставшейся способности удерживать воду дополнительные осадки выбрасывались с земли в притоки, а оттуда в реку Миссисипи . Более месяца суммарная нагрузка воды сотен притоков превышала пропускную способность русла Миссисипи, в результате чего она выливалась из берегов на прилегающие поймы. Там, где паводковые воды были искусственно ограничены спроектированным каналом, ограниченным построенными дамбами и неспособными разлиться на большую часть поймы, уровень паводка стал еще выше.

См. также

• Гидрологическое моделирование
• Список рек по расходу
• Потеря потока
• Многолетний ручей
• Модель стока (водохранилище)
• Русло ручья
• Водные ресурсы
• Открытый поток

Ссылки

• Геологическая служба США, Атланта, Джорджия. «Круговорот воды: речной поток». 2 августа 2010 г.