Оценка поверхностного стока и дренированности

Элементы водного баланса. Уравнение водного баланса для бассейна за определенный промежуток времени можно записать в виде:

y = x + a + b, (2.9)

где y – объем выпавших осадков; x – объем поверхностного стока; a – объем воды, пошедшей на транспирацию и испарение; b – объем воды, пошедший на изменение запаса воды в бассейне (изменение уровня грунтовых вод, объема водоемов, влажности почвы).

Для многолетнего периода b стремится к нулю, поэтому:

y ≈ x + a, 1 = х/y + a/y. (2.10)

Коэффициент стока σ– доля стока от объема осадков:

σ = х/y, σ ≈ 1 – а/y, (2.11)

т. е. с увеличением объема осадков увеличивается и коэффициент стока.

При постоянном количестве осадков коэффициент стока зависит, в основном, от водопроницаемости почв и грунтов. Обычно тяжелые почвы менее проницаемы, чем легкие. Низкую водопроницаемость имеют почвы с уплотненными горизонтами. Большое значение для водопроницаемости почв имеет водопрочность их структуры, зависящая от содержания и состава гумуса, состава обменных оснований и др. Многообразно влияние на водопроницаемость растительности. Надземная ее часть предохраняет поверхность почвы от разрушения прямыми ударами дождевых капель, подземная повышает водопрочность структуры и после отмирания оставляет дренирующие поры. Поэтому почвы под лесом обладают повышенной водопроницаемостью. Для пахотных почв большое значение имеют глубина, направление и вид обработки.

На величину σ влияет длина склона. Ее увеличение при прочих равных условиях приводит к редукции стока прежде всего из-за увеличения поверхности, занятой водой и участвующей во впитывании. Это происходит на склонах с естественной растительностью. На распаханных склонах картина может быть иной в связи со слиянием струй по мере удаления от водораздела.

Коэффициент стока зависит и от крутизны склона. Чем круче склон, тем выше скорость стекания и меньше время взаимодействия данного объема воды с почвой, что приводит к увеличению коэффициента стока.

Водопроницаемость почв при весеннем стоке зависит, главным образом, от количества свободных, не занятых льдом крупных пор. В первую очередь это определяется исходной пористостью почвы, ее влажностью в предзимний период и погодными условиями зимы. Высокая влажность почвы перед промерзанием и глубокие зимние оттепели способствуют снижению водопроницаемости и повышению коэффициента стока (100).

Суммарный объем стока М – объем воды, стекшей с определенной водосборной площади за какой-либо отрезок времени (м³). Слой стока h – слой воды, которая накопилась бы на поверхности почвы при отсутствии стока и неизменных остальных элементах водного баланса (мм):

h = М /1000×F, (2.12)

где F – площадь водосбора (км²).

Противоэрозионные мероприятия не проектируются исходя только из средних показателей стока, т. к. в этом случае они не обеспечивают задержания или безопасного сброса воды в годы максимального стока. Их рассчитывают с учетом вероятностных характеристик. Обеспеченность стока р – частота проявления стока не ниже расчетной величины (%). Гидротехнические мероприятия проектируются в расчете на 5…10 % обеспеченности, лесомелиоративные и агротехнические – 10…25 %.