Біланюк В.І.
Практикум із загальної гідрології

Водні ресурси і водний баланс

Ключові слова:

  • водні ресурси,
  • водний баланс,
  • кругообіг води.

На допомогу студентові

Кругообіг води у природі – це безперервний замкнутий процес циркуляції води.

В науці існує декілька визначень поняття "водні ресурси". У найбільш широкому значенні під водними ресурсами розуміють усі води нашої планети, що перебувають у вільному стані, тобто води поверхневого та підземного стоку, Грунтові води, води гірських і полярних льодовиків, штучних водних об'єктів, океанічні, морські та атмосферні води. Якщо ж виходити з інтересів виробничих потреб, то під водними ресурсами розуміють придатні для використання запаси поверхневих і підземних вод будь-якої території. Це переважно прісні води річок, озер, водосховищ, льодовиків, ґрунтові та підземні води.

Загальний об'єм води у водних об'єктах на земній кулі – 1390 млн км куб, з цієї кількості частка Світового океану становить 96,4%. Із водних об'єктів суші найбільшу кількість води містять льодовики – 25,8 млн. км куб (1,86% усіх вод на Землі). Із цієї кількості води Частка льодовиків Антарктиди, Гренландії та островів Арктики становить, відповідно, 89,8; 9,7; 0,3%. На гірські льодовики залишається всього 0,2%. Уявлення про запаси води на Земній кулі дають дані таблиці 8.1.

Таблиця 8.1. Запаси води на земній кулі (за В. Михайловим, А. Добровольським, 1991)
Види природних водОб'єм (тис км3)Частка від загальнихзапасів. %
Світовий океан 1 338 000 96.4
Льодовики і постійний сніговий покрив 25 800 1.86
Озера 176 0.013
Водосховища 6 0.0004
Вода в ріках 2 0.0002
Вода в болотах 11 0.0008
Підземні води 23 400 1.68
Підземний лід 300 0.022
Вода в атмосфері 13 0.001
Вода в організмах 1 0.0001
Загальні запаси води 1 388 000 100
У тім числі прісні води 36 700 2.64

При вивченні водних ресурсів Земної кулі необхідно знати в яких кількостях і звідки потрапляє волога і як вона витрачається (в яких напрямах). Таке дослідження дає уявлення про водний баланс (табл. 8.2)

Таблиця 8.2. Середній річний водний баланс землі (за М. Львовичем, 1986)
Частина ЗемліПлоща млн. км3Опади, х, тис. км3Випаровування z, тис. км3СтікРівняння водного балансу
Річковий, уrЛьодовиковий, у1Весь поверхневий, у= уr+ у1Підземний WСумарний (у+w)
Земна куля загалом 510 577 577 - - - - - x=z
Світовий океан 361 458 505 41.7 3,0 44.7 2.2 47.0 xok+y+w=zok
Суша 149 119 72 41.7 3,0 44.7 2.2 47.0 xs=y+zs+w
Периферійні області 119 110 63 41.7 3,0 44,7 2.2 47.0 xs'=y+zs'+w
Області внутрішнього стоку 30 9 9 - - - - - xs''= zs''
Схема кругообігу води в природі
Рис. 8.1. Схема кругообігу води в природі (О. Літовченко, В.Сорокін, 1985): 
  1. випаровування з поверхні океану;
  2. опади на поверхню океану;
  3. опади на поверхню суші;
  4. випаровування з поверхні суші;
  5. поверхневий і підземний стоки в річку,
  6. річковий стік в океан, море, безстічну водойму;
  7. підземний стік в океан, море, безстічну водойму,
  8. вологообіг між сушею і океаном через атмосферу.

Співвідношення приходу і витрати води для річкового басейну, озера, болота, ділянки суші дає їхній водний баланс.

Для водного об'єкта або замкнутого контуру суші, для любого інтервалу часу рівняння водного балансу матиме такий вигляд:

x + y1 + ω1 + z1 = y2 + ω2 + z2 ± Δu,

де x – атмосферні опади на поверхню об'єкта; 
y1 – поверхневий притік води ззовні;
ω1 – підземний притік води ззовні;
z1 – конденсація водяної пари;
y2 – поверхневий стік води за межі об'єкта;
ω2 – підземний стік води за межі об'єкта;
z2 – випаровування;
Δu – зміна кількості води в межах об'єкта (контуру).

Завдання 1

Побудувати діаграми річкового стоку адміністра­тивних областей України. Для побудови діаграм використати дані таблиці 8.3 відклавши по вертикалі (у масштабі 1 см – 5 км куб) – середні багаторічні значення витрати води. Зробити короткий письмовий аналіз діаграм.

Таблиця 8.3. Річковий стік адміністративних областей України (за багаторічний період)
Адміністративна областьПлоща території, тис км2Середні багаторічні значення річкового стоку
м3/секкм
АР Крим 27,0 29,0 0,91
Вінницька 26,5 349 11.0
Волинська 20,2 128 4.05
Дніпропетровська 31,9 1681 53.0
Донецька 26,5 140 4,40
Житомирська 29,9 118 3.71
Закарпатська 12,8 421 13.3
Запорізька 27.2 1680 53,0
Івано-Франківська 13,9 298 9,40
Київська 28,9 1473 46.4
Кіровоградська 24,6 1590 50.2
Луганська 26,7 161 5.09
Львівська 21,8 176 5.55
Миколаївська 24,6 127 4.00
Одеська 33,3 409 12,5
Полтавська 28,8 1632 51.5
Рівненська 20,1 222 7,00
Сумська 23,8 184 5,79
Тернопільська 13,8 230 7.26
Харківська 31,4 108 3.41
Херсонська 28,5 1728 54.4
Хмельницька 20,6 312 9.82
Черкаська 20,9 1503 47,4
Чернівецька 8,1 321 10.1
Чернігівська 31,9 938 29.57

Завдання 2

Побудувати діаграми водності основних річок України. Для побудови діаграм використати дані таблиці 8.4 відклавши по вертикалі (у масштабі 1см – 10м куб/с) – середні багаторічні значення витрати води. Зробити короткий письмовий аналіз діаграм.

Таблиця 8.4. Водний стік основних річкових басейнів України (за багаторічний період)
Річка - постПлоща басейну, км2Середні багаторічні величини річкового стоку
витрати води,м3модуль стоку,
л/с/км2
об'єм стоку, км3
Тиса - смт Вілок 9180 213 23,2 6,72
Тересва - с Нересниця 1100 30,7 27,9 0,968
Ріка - м. Хуст 1130 36,8 32,6 1,16
Боржава - с Шаланки 1100 20,9 19,0 0,659
Латориця - м. Мукачево 1360 25,7 18,9 0,811
Прут - м. Чернівці 6890 65,0 9,43 2,05
Дністер - с Заліщики 24600 246 10,0 7,76
Дністер - м. Бендери 66100 339 5,13 10,69
Стрий - смт. Верхнє Синєвидне 2400 41,4 17,3 1,31
Лімниця - с. Перевозець 1490 22,2 14,9 0,700
Бистриця - с. Ямниця 2450 29,0 11,8 0,915
Серет - м. Чортків 3170 13,7 4,32 0,432
Збруч - Завалівська ГЕС 3130 9,44 3,02 0,298
Пд.Буг - с Олександрівка 46200 91,5 1,98 2,89
Десна - с Сосонка 1300 3075 2,89 0,118
Інгул - с Новогорожено 6670 9,18 1,38 0,290
Буг - м. Сокаль 6250 28,4 4,55 0,896
Прип'ять - м. Мозир 97200 383 3,94 12,08
Інгулець - с Могилівка 9280 9,51 1,03 0,300
Сіверський Донець - с Кружилівка 73200 161 2,20 5,08
Кальміус - смт. Приморське 3700 8,77 2,37 0,277
Горинь - с Річиця 2700 96,8 3,59 3,05
Десна - м. Чернігів 81400 320 3,93 10,09
Сейм - с Мутіно 25600 100 3,91 3,15
Дніпро - смт. Лоцманська Кам'янка 463000 1662 3,59 52,42
Рось - м. Корсунь Шевченківський 103000 22,6 2,19 0,713
Сула - с Галицьке 18700 40,9 2,19 1,29
Псьол - с Запсельє 21800 50,6 2,32 1,60
Ворскла - с. Кобиляки 13600 30,6 2,25 0,965

Контрольні запитання

  1. Дайте визначення поняття "водні ресурси".
  2. Що таке водний баланс?
  3. Напишіть рівняння водної о балансу замкнутого контуру суші.
  4. Які рівняння водного балансу земної кулі та її окремих ділянок?
  5. Дайте визначення поняття "кругообіг води" у природі?
  6. Які причини глобального вологообігу?

Список літератури

  1. Государственный водный кадастр. Осн. Гидрологические х-ки (Украина и Молдавия). Л., 1981. Т. 6. Вып. 2.
  2. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А, Конкина К.Г. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 22-30.
  3. Львович М.И. Вода и жизнь: (Водные ресурсы, их предобразование и охрана). - М.: Мысль, 1986. - С. 14.-19.
  4. Михайлов B., Добровольский А.Д. Общая гидрология: Учеб. для геогр. спец. вузов.-М.: Высш. шк., 1991.- С. 64-68.
  5. Чеботарев А И. Общая гидрология (воды суши).- Л.: Гидрометеоиздат, 1975 - С. 32-46.

Додаток 1. Умовні позначення та розмірність основних характеристик, які використовують при гідрологічних розрахунках 

Назва характеристикиПозначенняОдиниці вимірюванняТочність визначення
Абсолютна вологість повітря е мб 0.1
Абсолютна шорохуватість Δ -  
Витрата води Q л/с, м3 До трьох значущих цифр Q < 1 м3/с і до двох значущих цифр при Q > 1 м3/с але не точніше 0,001 м3
Витрата підземних вод Qпідз л/с, м3 Те саме
Витрата завислих наносів Rо кг/с До двох значущих цифр
Запаси вологи ω мм 1
Змочений периметр Р м 0.1
Довгота λ ° ' 1°1'
Гідравлічний радіус R м до 0,01 м при R < 4.99
Глибина річки в точці h м до 0,01 м при h < 4.99
Глибина річки середня hсер м до 0,01 м при h < 4.99
Глибина річки максимальна hmах м до 0,01 м при h > 4.99
Довжина річки L км 0,1; 1
Випаровування із суші Е мм 1
Випаровування із водної поверхні Ев мм 1
Коефіцієнт асиметріїгідрологічноїхарактеристики Сs - 0,01
Коефіцієнт варіаціїгідрологічноїхарактеристики Cv - 0,01
Коефіцієнт кореляції r - ±0.01
Коефіцієнт Шезі потоку С м0,5 0,1
Модуль стоку води М  q л/(схкм23/(схкм2) 0,01; 0,1; 10,1; 1
Модуль підземного стоку Мпідз л/(схкм2) 0,01; 0,1; 1
Мутність £ г/м3 0,1
Об'єм стоку води W м /рік; м3/добу 0,1х106; 1х106
Об'єм стоку наносів Рr т/рік 0,1х106; 1х106
Відносна вологість r % 1
Опади X мм 1
Площа басейну (водозбору) F км2 Дві або три значущі цифри
Площа водного перерізу ω м2 До трьох значущих цифр, але не точніше 0,01
Похил І Дві значущі цифри, але не точніше 0,001
Радіаційний баланс R ккал/см2·рік 1
Рівень води над нулем графіка   см 1
Рівень води в абсолютних відмітках   м абс. 0,001 і 0,01
Температура води tв °С 0,001; 0,01; 0,1
Температура повітря tпов °С 0,1; 0,5
Час t с 1
Число Фруда Fr   0,1
Шар річного стоку γ мм До двох, трьох значущих цифр
Швидкість вітру u м/с 0,1
Швидкість течії ν м/с До трьох значущих цифр, але не точніше 0,01 м/с
Ширина ріки В м До трьох значущих цифр, але не точніше 0,1 м

Додаток 2. Словник гідрологічних термінів

Басейн річки (озера)
частина земної поверхні і товща ґрунтів, звідки вода стікає в окрему річку, річкову систему чи озеро.
Берег
вузька смуга суші у зоні сполучення водної поверхні водойми чи водотоку із прилеглими схилами земної поверхні, яка перебуває під безперервним і безпосереднім впливом води.
Бистрини
ділянки річки, які відзначаються швидкою і бурхливою невпорядкованою течією.
Брід
мілководна частина річки, яку можна подолати пішки або на сухопутному транспорті.
Вертикаль (гідрологічна) 
прямовисна лінія від поверхні до дна водойми з відомими координатами в плані, на якій проведено гідрологічні спостереження. Розрізняють вертикаль промірну, на якій вимірюють глибину річки тощо, швидкісну, на якій вимірюють швидкість течії.
Водний переріз
переріз потоку в гідрометричному створі, призначеному для визначення витрати води.
Вододіл
лінія, яка розмежовує стік атмосферних опадів по схилах, спрямованих у різні сторони. На рівнинах вододіл являє собою простір, у межах якого напрям стоку може мати змінний характер.
Водозбір
частина території суші, з якої вода поверхневим чи підземним шляхом стікає у який-небудь водний об'єкт.
Гідрологічний пост
місце вибране із дотриманням відомих правил і обладнане для систематичних гідрологічних спостережень за визначеною програмою і методикою.
Гідрометричний створ
закріплений на місцевості поперечних через ріку, в якому вимірюється витрата води. Місце гідрометричного створу повинно відповідати відомим вимогам, забезпечуючи точність, зручність і безпеку спостережень.
Заплава
частина дна долини річки, складена наносами п відкладів, яка періодично заливається у повінь та паводки;
частина долини річки, що періодично затоплюється водою при весняному розливі, який залишає алювій (пісок, пилуваті органічні та мінеральні частки тощо).
Живий переріз
частина водного перерізу, в якій швидкість течії більша за межу чутливості приладу для визначення витрат води.
Мертвий простір
частина водного перерізу, в якому швидкість течії менша за межу чутливості приладу для визначення витрати води.
Поперечний переріз потоку
площина, перпендикулярна до напряму течії потоку та обмежена профілем русла, а зверху – рівнем води.
Поперечний профіль долини
контури перерізу долини в площині, перпендикулярно її поздовжньому напряму. Основними елементами поперечного профілю долини є схили, дно або ложе, підошва схилів, бровка тераси.
Схили
ділянки земної поверхні, які обмежовують долину з боків, форма простягання та ухил яких визначають тип долини.
Дно або ложе
найнижча і відносно рівна частина долини, обмежована підошвами схилів.
Підошва схилів
місце (лінія) сполучення схилів з дном долини.
Бровка
місце сполучення схилів долини з поверхнею прилягаючої місцевості.
Тераси
відносно горизонтальні площадки, розташовані уступами на різній висоті над сучасним дном долини.
Постійний початок
знак на місцевості (стовп, позначка на дереві, споруді тощо), від якого завжди проводиться вимірювання віддалей в гідрометричному створі по ширині ріки при промірах вимірюванні витрати води.
Рівень води
висота поверхні води, відрахована щодо певної постійної площини порівняння.
Уріз води
лінія контакту води з берегом водойми.
Схема обрахування площі водного перерізу і довжини змоченого периметру
Додаток 3. Схема обрахування площі водного перерізу і довжини змоченого периметру
Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом