Сток воды

Сток воды, стекание воды из более повышенных мест в более пониженные места. Вода, попадающая на землю в виде атмосферных осадков, частью испаряется и просачивается, а частью стекает по поверхности. Поверхностный С. зависит от свойств и состояния почвы и от уклона поверхности. Он тем больше, чем менее проницаема почва, чем меньше растительности на ней и чем сильнее уклон ее поверхности. Чем меньше С., тем больше испарение (смотрите) и просачивание (смотрите). Поверхностный

C. имеет место обыкновенно только При ливнях и внезапном таянии снега, в особенности на еще неоттаявшей почве, и преобладает в гористой местности. Вследствие быстроты движения воды поверхностного стока последний часто бывает причиной высокого уровня вод в водоприемнике.

Многочисленные факторы влияют на С.: а) Климатические и метеорологические факторы: количество атмосфер ных осадков, их интенсивность и частота, их I продолжительность и распределение по вре-мени и пространству, вид осадков и характер | таяния твердых осадков; испарение; просачивание; влажность воздуха; температура; ветер; атмосферное давление, б) Топографии. и гидрографии, факторы: величина площади бассейна, его форма и рельеф; наличие озер и болот, в) Почвенногеологические и растительные факторы: проницаемость и влагоемкость почв, почвенно-геологическсе строение, физическое состояние почвы (сухость, влажность, мерзлота и т. д.); характер и распространение растительного покрова, г) Культурно-хозяйственные факторы: гидротехнические сооружения, способ ведения сельского и лесного хозяйства, потребление воды для разных целей. Все эти факторы различны для каждого бассейна и некоторые из них изменчивы даже за сравнительно короткий промежуток времени. Так например, для бассейна р. Волги выше г. Ярославля за 36 лет (1877— 1912) сток за март—май месяцы равнялся 57,5% от среднего годового С., равного 38 000 мтн. ж³; для бассейна реки Волги выше села Вязовых за 10 л. (1903—1912) весенний С. составлял 62%, летний—16%, осенний—10% и зимний—12% от среднего годового С., равного 116 000 млн. ж³. Чем меньше бассейн, тем более колеблются факторы С., а следовательно и С. для всего бассейна. Ливни и интенсивные дожди на малых бассейнах могут играть большую роль, увеличивая сток до размеров наводнения (смотрите); для больших же бассейнов на образование па (смотрите) могут влиять лишь продолжительные обложные дожди, захватывающие значительную часть площади бассейна. Наибольшая опасность от наводнений и более значительные паводки бывают в бассейнах с веерообразным расположением притоков; при удлиненной же форме бассейна с соответствующим расположением притоков паводки менее значительны. Как величина и форма бассейна, так и рельеф его оказывает заметное влияние на продолжительность и замедление С. Чем круче склоны бассейна и чем расчлененнее рельеф, тем быстрее С. Существенное значение для С. имеют болота, поглощающие большое количество воды, к-рое остается в них без движения и испаряется в атмосферу, уменьшая С. воды в реки. Поэтому осушение болот обыкновенно увеличивает С. По Толкмитту скорость передвижения воды в болотах не превышает 40—60 миллиметров,/ч, то есть перемещение на 1 км может осуществиться в течение 2—3 лет. Этим объясняется незначительность меженнего расхода рек с заболоченными районами. Озера в отношении абсолютйой величины С. большей частью играют менее значительную роль, чем болота. Притекающая в озеро вода задерживается и частью поглощается им, уменьшая С. ее из озера, причем разница между количеством притекающей в озеро и вытекающей из него воды тем больше, чем больше озеро. Моховые болота задерживают влагу только до своего насыщения и играют поэтому небольшую регулирующую роль в отношении паводков и весенних половодий. Низинные же болота и в особенности озера оказывают значительно большее влияние на регулирование С. и притом тем большее, чем больше площадь болота или озера. Так, р. Нева с бассейном в 282 тыс. км², имеющая в своем бассейне озера: Ладож ское, Онежское и Ильмень, имела за период времени 1881—1910 гг. амплитуду колебаний горизонтов у Ивановских порогов 3,46 м, в то время как река Ока с бассейном в 246 тыс. км² и без озер показала за тот же промежуток времени амплитуду колебаний горизонтов у г. Горького 12,95 метров Поверхностный сток больше в грунтах влагоемких, но мало проницаемых (суглинок, торф, чернозем), чем в грунтах мало влагоемких и проницаемых (песок). На равномерность речного С. оказывают существенное влияние песчаные и другие водопроницаемые на большую глубину отложения, которые играют роль подземных водоемов, мало доступных испарению и служащих для медленного и равномерного питания рек и для поддержания их меженнего дебита в годы, бедные атмосферными осадками. Ход стока играет существенную роль в водном строительстве, т. к. он редко совпадает с расходом воды, так что в нек-рое время года имеется избыток воды, подлежащий отводу, в другое же время года обнаруживается недостаток воды, требующий мероприятий для его покрытия.

Сток м. б. охарактеризован четырьмя способами: а) количеством стекающей воды в м“/ск; б) удельным С., или модулем стока, выраженным в м³/ек или в л/ек на 1 км² площади бассейна, причем средний многолетний модуль называется нормой стока; в) высотой А стока для определенного промежутка времени, представляющей собою высоту слоя воды, равномерно распределенного по всему бассейну и равного С. воды с последнего за этот промежуток времени; г) коэф-том С. μ, равным отношению высоты А С. к высоте N атмосферных осадков в рассматриваемый промежуток времени. Все характеристики С. определяют, смотря по обстоятельствам, как средние величины С. за день, за месяц, за год или даже за несколько лет. В особых случаях руководствуются даже продолжительностью одного ливня. Для расчетов необходимо знать: величину бассейна F в км², среднюю высоту атмосферных осадков N в миллиметров и расход стока Q в м“/ск. Взамен определения расхода стока воды обыкновенно измеряют высоту горизонтов воды в реке, питаемой данным бассейном, и уже по этим данным эмпирически устанавливают зависимость между положением уровней воды в водоеме и расходом С. Чрезвычайно важно знать наинизший уровень воды водоема и наивысший уровень его.

Минимальный расход С. данного бассейна можно определить по формуле Ишковского:

Qmin- 0,0063 νμΝπ, (1)

где V — коэф., учитывающий характер бассейна и варьирующий в пределах от 0 до 1.5, μ·—средний годовой коэф. С., N — средняя высота атмосферных осадков данной местности в миллиметров, F — величина бассейна в км². Коэф. μ сильно колеблется в зависимости от местности и по времени. По Келлеру коэф. μ имеет след, значения:

= (l,000-f-0,884) — <³⁵⁰ ^⁴⁶⁰>,

в среднем

μ=0,942— (2)

где N означает среднюю годовую высоту атмосферных осадков, выраженную в миллиметров. В формуле учтены не все обстоятельства, влияющие так или инйче на величину μ, но она дает помимо сред-I ней величины μ также ее крайние пределы.

Для расчета максимального расхода стока Кресник дал следующую эмпирич! ф-лу:

0,5+Г F

(3)

где F — величина бассейна в км², а — коэф., учитывающий характер бассейна. Для бассейнов не более 60 км² наибольший расход С. ливневых вод по Кестлину-Николаи:

Qmax=I^{6 α}βΡ ^MV<(4)

где F — площадь бассейна в км², а — коэф., учитывающий длину L лога (тальвега) бассейна, β— коэф., учитывающий уклон г₀ лога бассейна. При длине бассейна L (в км) от 0,5 до 18,5 коэф. а равен соответственно от 1,000 до 0,067. При уклоне /₀, равном от 0,001 до 0,05, коэф. β равен соответственно от 0,188 до 1,5. При длине бассейна менее 0,5 км коэф. β должен быть не менее 0,5. Если площадь поперечных скатов с уклоном менее 0,003 составляет не менее 7з общей площади бассейна, то приток уменьшается для площади в 5 км² на 20%, а для площади в 32 км² на 30% с промежуточными значениямй, определяемыми интерполяцией. Если в состав площади входит несколько второстепенных поперечных тальвегов, то сток определяется как сумма притоков к главному и поперечному тальвегам. Для местностей, подверженных исключительным ливневым водай, коэф. 16 должен быть во столько же раз увеличен, во сколько принимаемая для данной местности интенсивность ливня более интенсивности 1 миллиметров в 1 мин. Соответственно может быть допущено и уменьшение козф-та 16. По Котену

Qmax /^lβqF, (о)

где коэф. стока

(⁶)

β — коэф. величины q для определения средней интенсивности дождя для всего бассейна; q— наибольшая интенсивность дождя в рассматриваемом бассейне, выраженная в м²/ск на 1 км²площади бассейна F, выраженной в км²,

V=sjr [ⁿVт - ^п + ή^; со

N—наибольшая высота атмосферных осадков в миллиметров; Т — полная продолжительность выпадения атмосферных осадков, выраженная в часах; t — число часов выпадения атмосферных осадков, при котором величина q достигает максимума. Если в исключительных случаях t=Τ,.το

2=sir- <⁸>

Котен ведет расчет на величину t,_m, под которой он разумеет время, необходимое дождевым осадкам, выпавшим в наблюдаемом бассейне, чтобы достигнуть определенной точки речного потока. Величина п в формуле (7) характеризует степень интенсивности дождя; для ливней п=3. Величина β < 1 и зависит от характера дождя; она различна для разных местностей. Коэф. С. по формуле (6) варьирует в пределах для ливней от 0,7 до 0,9 и для дождей нормальной интенсивности от 0,5 до 0,7. Ф-лы америк. авторов дают разнообразные результаты, отражая как соответствующее разнообразие физико-географич. условий в разных районах США, так и оценку паводков разной повторяемости. Если годовой модуль С. рассматривать как расход, обеспеченный в те-, чение большей или меньшей части многолет него периода, то расход, соответствующий наименьшему модулю, будет обеспечен на р % многолетнего периода. Отношение, величины модуля С. к норме С. называется коэфициентом среднегодовых модулей или просто модульным коэф-том. Такая же методология применяется к исследованию месячных модулей С., имеющих первостепенное значение при выборе мощностей гидростанций, емкости водосберегательных бассейнов и решений других задач гидротехники, тесно связанных с питанием рек. При бассейнах площадью не свыше 5 000 км² наибольший модуль стока q_m определится из выражения:

Я.7П ~ ^а ’ β Qmax > - (3‘)

где а и β суть коэф-ты, учитывающие рельеф и покров местности; при равнинном рельефе α==0,70; при слабоволнистом рельефе α=0.85; в остальных случаях рельефа α=1,00. Для оценки влияния лесного покрова коэфициент можно принять

β=1 — 0,4 γ, (10)

где γ означает относительную лесистость данного бассейна; при лесистости данного бассейна в 50% коэф. у=0,5; при γ= 1 (100% лесистости) β=0,6. Для бассейнов площадью свыше

5,000 км² коэф-ты а и β в формуле (9) приравниваются единице. Для ливневого С. в Крыму (по В. Глушкову):

57,5 /V ₁ s

(F+1,35)0,76» t¹¹!

где q (в м³/ск)—наибольшая величина атмосферных осадков. По Уистону Фуллеру наибольший расход Qmax ^за Т лет в зависимости от среднего из наибольших годовых расходов Q_maxвыражается равенством:

Qmax-Qmax0+0,$lgT). (12)

Чтобы иметь представление об ожидаемой прибыли воды в рассматриваемый водоем, пользуются сведениями метеорологии, станций, а также статистич., гидрографии, и другими данными за б. или м. продолжительный промежуток времени. Пользуясь кореляционным методом исчисления, можно составить ф-лы, определяющие высоту стока в каждом месяце по высоте атмосферных осадков за определенный, предшествующий этому месяцу промежуток времени, причем высота атмосферных осадков определяется в свою очередь тем же кореляционным методом исчисления в зависимости от Ь° и давления воздуха в предшествующие месяцы. Для определения возможного понижения расхода воды в водотоке в период б. или м. продолжительной Sac-ухи, когда водоток питается исключительно грунтовыми, и в частности ключевыми, водами, можно воспользоваться ф-лой Буссинека, выведенной для случая иссякания ключей. Если обозначить через Q₀ расход воды в водотоке несколько времени спустя после последнего выпадения‘атмосферных осадков и через t продолжительность засушливого времени, то расход по истечении t дней выразится величиной

Q=Qoe-^at, (13)

где а — коэф., учитывающцй характер бассейна. Для горных водотоков лучшие результаты дает формула Рейтца, по к-рой

Q=Qoe~^aV1. (14)

При проектировании открытых водотоков (канав и каналов) существенную роль играет зна-

ние интенсивности С. воды, при которой ложе водотока размывается, чтобы наметить мероприятия по устранению такого размыва. Во избе.кание образования илистых и песчаных наносов в каналах < редняя скорость потока должен быть не менее 0,25 и соответственно 0,50 м/(К. Наибольшая допускаемая средняя скорость принимается для: а) чернозема (предельное падение откосов 1:1 1:2) 0,40 м/ск; б) глины (предельное падение откосов 1:1 1:3) 0,60 м/ск;

в) песка (предельное падение откосов 1 :2) 0.50 м/ск: г), очень плотного грунта (предельное _β падение откосов 1 :1,5) 0,60 м/ск; д) круглых камешков (предельное падение откосов 1 :1,75) 1,00 м/ск; е) каменистого и глинистого грунтов и хряща (предельное падение откосов 1 :1,5 у- 1 : 2) 1,50 м/ск.

Лит.: Кочерин Д., Средний, многолетний, годовой и месячный сток в Европейской части Союза, «Труды моек, ин-та инж. транспорта». М., 1 927, вып. 6; его ж е, Нормы наибольших расходов снеговых паводков в Европ. части Союза, «Гидротехнич. сборник», М., 1927, 1; Ii икитин С., Бассейн Оки, «Исслед. гидрогеологии. отвела 1 8 94—18 98 гг.», СПБ, 1 905, вып. 2; Кол ерин Д., Модули максимального стока в разных районах Европ. части Союза, «Труты научно-техн. комитета НКПС», М., 1 9 26, вып. 26; Глушков В., К вопросу о построении кривых расходов воды, «Гидрологии. естник», П. 1915; Акулов Н., Брилинг Е. и М а о ц е л л и. Курс водных сообщений, т. ι, М.—Л.,

1 927; Спарро Р., Мелиоративные изыскания, 2 изд., М.—Л. !928; его же. Пособие для сельского водоснабжения, М.—Л., 1927; К ар ачев ский-В олк А., Определение отверстий искусственных сооружений, М., 1899; Тарловский Г. Нормы стока для расчета прудовых водосливов, «Труды 2-го съезда инженеров-гидротехников ОЗУ», СПБ, 19 13; Ш т у к е н б е р г А., Краткое руководство для гидротехьич. изысканий, СПБ, 1910; Кочерин Д. Материалы по максимальному стоку, «Строит, промышленность», М., 1 924, 6—7; Fischer К., Die cliirchsohnittlichen Beziehungen zwischen Niederschlag, Abfluss u. Verdunstung in Mitteleuropa, «Ztschr. d. Deutschen Wasserwirtschafts- u. Wasserkraft-verbandes», B. 1921, H. 6, 8. 9; Fischer K., Abfluss-verhaltniss, Abflussvermogen u. Verdunstung von Flussge-bieten Mitteleuropas, «Zentralblatt d. Bauverwaltung», B.,

1 925. B., 45; Keller H., Niederschlag, Abfluss u. Verdunstung in Mitteleuropa, Jahrbuch d. Gewasserkunde Norddeutschlands, B., 1906, В. 1, I; Forchheimer Ph., Ueber den Hochstwasserabfluss im siidlichen Teil Eu-ropas, «Oester. Wochenschr. f. den off.Baudienst», W., 1916,

B. 22; Η о f m a η n A. Zur Erraittlung d. grossten Hoch-w^ssermenge kleiner Wasserlaufe, «Deutsche Bauzeitung», E., 4 899, B. 33; Iszkovski R., Beitrag zur Ermitt-lung d. Niedrigst-, Normal- u. Hdchstwassermenge auf | Grund, charakt. Merkmale d. Flugsgebiete, «Ztschr. des oster. Ingenieur- u. Architekten Vereins», W., 1 886, B. 38; Kresnik P., Allgemeine Berechnung d. Wasser-, Profils- u. Gefallsverhaltnisse fiir Fliisse u. Kanale, W.,

1 8⁴6; Schoklitsch A., Hoclistdurchfluss deutscher Fliisse, «Die Wasserkraft», W., 1924; Schoklitsch A., Zur Berechnung des Hochstdurchflusses, «Die Bautechnik», B., 1923; Weyrauch R., Hydraulisches Rechnen,

5 Aufl., Stg., 1921; Schoklitsch A., Der Wasserbau,

В. 1, W., 1 930; Brauer R. Praktische Hydrographie, Lpz., 1907; HeubachE., Zur Wasserstandsvorhersage, «Deutsche Bauzeitung», B., 189 8; Iszkovski R., Wasserstandsvorhersage, «Ztschr. d. osterreich. Ingenieur- u. Architekten Vereins», W., 1 894, B. 46; Kleiber W., Studien liber Wasserstandsvorhersage, «Ztschr. f. Gewas-^erkunde», B., 1898. В. 1; Kessl itz W., Ueber ver-schiedene Methoden zur Vorausberechnung von Monatsmit-telwerten d. Wasserfiihrung osterr. Alpenfltisse, «Die Was-serwirtschaft», W., 1 928; Forchheimer Ph., Hy-draulik,3 Aufl.,Lpz. 1930; К о z e n у J., Ueber den Hoch-wasserverlauf in Fliissen 4i. das Retentionsproblem, «Ztschr. des osterreich. Ingenieur- u. Architekten Vereins», W., 1914, B. 61; Fanning J., Practical Treatise on Hydraulic a. Watersunplv Engineering, N. Y., 1913; Sargent E., Maximum Flow of Streams in the State of N. Y., «Engineering News-Record», N. Y., 1920;

Whistler J., Spillway Capacities Required for Reservoirs in Western U. S., ibid. 1919;E 1 1 is G., Flood Flows or Maximum Runoffs of Montana Streams, ibid., j 923; Lefebore O., The tVork of the Quebec Streams Comission. «Proceedings of the American Societv of Civil Engineers», N. Y., 1926. C( Брилинг.