Что такое сток. Факторы стока, нормы стока

Стоком называется движение воды по поверхности земли, а также в толще почв и горных пород в процессе круговорота ее в природе. Сток подразделяется на поверхностный, проходящий по земной поверхности; склоновый, проходящий по склонам; почвенный — в почвенной толще; русловой и речной — по русловой и речной сети. К русловому можно отнести и сток по каналам осушительной сети.

Факторы стока. Сток воды зависит от множества природных и антропогенных факторов.

Гидрогеология и геоморфология. Значительное влияние на сток оказывают сложение и состав слоев горных пород, глубина залегания водоносных и водоупорных горизонтов, направление и величина их уклона. В районах с выраженным рельефом, наличием холмов со значительными уклонами атмосферные осадки быстрее стекают, чем на ровных участках с малыми уклонами, где вода больше расходуется на испарение.

Величина и форма водосборной площади. При больших водосборных площадях, когда вода движется по длинным склонам, потеря воды на испарение и глубинную внутрипочвенную фильтрацию увеличивается. Это приводит к уменьшению стока. На сток влияет и форма водосборной площади. Если она вытянута вдоль водотока, сток происходит в более короткий срок, чем на вытянутом водосборе, примыкающем к водотоку короткой стороной.

Климатические факторы. К основным из них относятся атмосферные осадки, температура и влажность воздуха, а также температура испаряющей поверхности. Влияние осадков проявляется через интенсивность их выпадения. Осадки, выпадающие в виде ливней, в большей степени расходуются на сток, чем осадки слабой интенсивности. Осадки, выпадающие на сухую поверхность почвы в малых количествах, особенно в лесу, вообще не образуют стока. Осадки в виде снега накапливают воду к весне и при интенсивном снеготаянии с наступлением высоких температур воздуха образуют интенсивный сток. При низких температурах воздуха весной снеготаяние растягивается, сток происходит медленно, вследствие чего значительное количество воды расходуется на испарение и фильтрацию. Температуры воздуха и почвы оказывают постоянное влияние на испарение, способствуют уменьшению стока. Особенно усиливается испарение при высокой температуре воздуха и малой его относительной влажности в ветреную погоду.

Озерность и заболоченность водосборов. Озера воздействуют на сток по двум направлениям: накапливая воды половодий и паводков и отдавая ее в межень, они выполняют роль регуляторов стока; имея значительную открытую водную поверхность с повышенным расходом влаги на испарение, озера несколько снижают сток. Болота аккумулируют сток, поскольку моховая растительность является мощным накопителем влаги. Известно, что в единице объема сфагнового мха может аккумулироваться до 20 объемов воды. Постоянно нарастая в высоту и в стороны, болота увеличивают объем аккумулированной воды. Сток воды из болот происходит слабо, поэтому по мере роста за болоченности территории сток с нее, особенно летом, уменьшается. При насыщении болот влагой в сырые годы болота увеличивают речной сток, в сухие — уменьшают.

Растительность. Растительность, особенно лесная, регулирует сток. В лесных сообществах образуется лесная подстилка, обладающая большой аккумуляционной емкостью и высокой фильтрационной способностью. Поэтому лес поверхностный сток переводит в сток почвенный. Регулирование стока происходит путем аккумуляции воды в период половодий, паводков и ливневых дождей и постепенной отдачи ее почвенным стоком в период с пониженным количеством осадков. Поскольку часть выпадающих над лесом осадков задерживается кронами, то средний коэффициент стока на облесенных территориях несколько снижается, однако аккумулированная в почве вода постепенно стекает, растягивая половодье и паводки, что увеличивает питание рек в межень.

Водохранилища. Водохранилища, аккумулируя воду периода половодий и паводков, позволяют обеспечивать подачу воды в реки по мере необходимости в маловодные периоды. Следовательно, водохранилища, как и озера, регулируют сток.

Характеристика стока. Количественно сток характеризуется объемом, модулем, коэффициентом и слоем стока.

Объем стока, м3 — объем воды, стекающей с водосбора за определенный интервал времени. Определяется по расходу воды в водотоке (реке, ручье, канале и т. д.) за определенный период времени (сутки, месяц, год, период года и т. д.).

Модуль стока, q — количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени.

Слой стока, мм — количество воды, стекающее с водосбора за определенный интервал времени, равное толщине слоя воды, равномерно распределенной по площади этого водосбора.

Коэффициент стока, а — отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших сток.

Средняя многолетняя величина стока называется нормой стока.

Сток с осушенных лесных земель. Особенности такого стока исследовали на стационарах кафедры почвоведения и гидромелиорации Лесотехнической академии, выполненных в Ленинградской области. Работы проводили на верховых и переходных болотах с сосновыми древостоями II и V классов бонитета, а также на землях с минеральными грунтами. Осушение выполняли открытыми каналами глубиной 0,9—1,1 м, проведенными через разные расстояния. Исследования вели круглогодично. При анализе 15-летних данных (табл. 1) за начало гидрологического года принято 1 октября.

Табл. 1. Внутригодовое распределение стока на осушаемом верховом болоте, мм

(1968—1981 гг.)

Исследования показывают увеличение стока по мере уменьшения расстояний между осушителями. Снижение расстояний с 205 до 65 м, т. е. в 3 раза, увеличило сток более чем на 50 %.

На интенсивно осушенных болотах летний сток более устойчив. Влияние на сток степени облесенности осушаемых болот видно из табл. 2.

Табл. 2. Сток с болот различной облесенности, мм

На безлесных или слабооблесенных болотах весной происходит интенсивное снеготаяние, сопровождающееся быстрым сбросом талых вод. К маю грунтовые воды понижаются, и сток в мае-июне оказывается ниже, чем на болотах, занятых древостоями, где медленнее происходит таяние снега. Исследованиями А. Д. Дубаха было установлено замедление снеготаяния и стока в лесах на 1—2 недели по сравнению с безлесными площадями.

Летом уровень грунтовых вод понижается. Порозность торфяного грунта высокая, с крупными размерами пор. Капиллярный подъем влаги к поверхности почвы затруднен. В связи с этим физическое испарение снижается.

На участках, занятых древостоем, кроме испарения происходит значительный расход влаги на транспирацию, увеличивающий суммарный расход влаги, поэтому сток на покрытых лесом землях оказывается ниже, чем на необлесенных болотах. Влияние древостоя на сток с осушаемых земель с течение^ времени по мере улучшения состояния древостоя усиливается (табл. 3).

Табл. 3. Сток с осушаемых болот в зависимости от состояния соснового древостоя, мм

В высокобонитетных древостоях годовая величина стока уменьшается в основном за счет уменьшения стока весеннего половодья. На торфяных почвах сток обычно наблюдается и в зимний период. На землях с минеральными грунтами сток зимой по каналам часто прекращается.

Сток при осушении болот увеличивается по мере уменьшения расстояний между каналами. Соответственно увеличиваются и модули стока. Среднегодовой модуль на верховых болотах изменяется от 0,047 до 0,075 л/(с • га) при расстояниях между каналами 205 и 65 м. Наибольшие модули 0,248 и 0,310л/(с• га) отмечены в апреле в период стока талых вод. Максимальный! среднесуточный модуль, равный 2,1 л/(с • га), отмечен при расстоянии между каналами 65 м в первый год осушения. Последующие 15-летние наблюдения показали уменьшение максимальных модулей стока. Послепаводковые модули стока в мае оказываются в 2—4 раза ниже паводковых (апрельских). Наименьшие летние модули отмечаются в июле-августе, зимние — в феврале.

Уменьшение расстояний между каналами при осушении болот обеспечивает равномерность стока, особенно летом. С неосушенных болот сток летом может прекратиться на длительный срок. На осушенных болотах, где каналы проведены через 205 м, сток в них за 15 лет наблюдений не наблюдается в среднем за год в течение 31 дня. При расстояниях между каналами 65 м сток d болота не наблюдался только 20 дней. В течение 8—10 лет сток летом не прерывался вообще.

По мере улучшения состояния древостоя и повышения класса бонитета увеличивается расход влаги на транспирацию, что должно снизить расход влаги на сток. За 15 лет после осушения на верховом болоте класс бонитета увеличился с IV—Vа до III—IV. Уменьшение стока за этот период не отмечено. На переходном болоте, где класс бонитета увеличился с IV до I—II, древостой снижает сток.