Методы оценки водных ресурсов Метод балансов Позволяет

Методы оценки водных ресурсов

Метод балансов Позволяет количественно оценивать движение, изменение, перенос и превращение вещества и энергии в природе, т. е. динамику природной среды. Позволяет рассматривать потоки вещества и энергии «на входе» в геосистемы и на «выходе» из них. Порядок физико-географических исследований, основанных на методе балансов: 1. Составление предварительного списка статей прихода и расхода 2. Выяснение ареалов и сроков действия факторов 3. Количественное измерение каждого фактора и проставление соответствующих величин в каждой статье баланса 4. Подсчет приходной и расходной части баланса и выяснение тенденции изменения системы

Балансом называют сопоставляемые перечни всех видов вещества или энергии за период наблюдений: 1) вошедших разными способами в природный комплекс и 2) вышедших из него. Инвентарные списки сходны с балансами. Баланс имеет статьи прихода и расхода. Сальдо – разность между приходной и расходной частью баланса (другие названия – балансовая разность, излишек, недостаток). Пример – баланс имеет положительное сальдо. Положительное и отрицательное сальдо объединяются под названием значимое сальдо. В случае равенства приходной и расходной частей баланса сальдо нейтральное, или равно нулю.

Тепловой баланс ландшафта |R|+|A|+|F|+|L (e-r)| = 0 R – разность поглощенной радиации и эффективного излучения A – адвективный перенос тепла с ветром F – перенос тепла с водой L – скрытая теплота испарения или конденсации e-r – испарение минус осадки (могут быть направлены как во внутрь ландшафта, так и вне его) Сальдо баланса, или балансовая разность, равны 0

Принципиально нейтральный баланс Тепловой баланс, составленный по средним многолетним данным - принципиально нейтральный. Остаются без внимания малые изменения климата. Сальдо будет значимое, если R+A+F+L (e-r) = ∆T • баланс составляется за сезон • баланс составляется за какой-либо конкретный год, когда учитываются погодные изменения • Когда необходимо уловить вековые изменения климата • Сальдо баланса значимое ∆T – величина накопленной или потерянной теплоты. • ∆T означает вековой тренд (тенденцию) изменения тепла.

Баланс может быть • полным • или частным В полный баланс включаются все статьи расхода и прихода, наблюдающиеся в природе В частный баланс включаются все, за исключением одной статьи, или фактора. Поучаемая вычислением статья называется остаточным членом баланса.

Водный баланс почвы P = S +U +E + W P=s+u+e+f P – осадки U – поверхностный сток E – испарение W – запас почвенной влаги. Наиболее трудно определить грунтовый сток Запас почвенной влаги – замеряется в поле. P-S-E-W-х=0 Грунтовый сток определяется как разность положительных и отрицательных статей (запас влаги в почве может иметь и отрицательное значение).

Границы балансируемой системы Пространственные границы • Балансы, составляемые для ландшафта (типа ландшафта) рекомендуется ограничивать пределами, описываемыми качественно. Пример Тепловой баланс дубрав лесостепной зоны от вершин крон до подошвы корнеобитаемого слоя. Временные границы За какой период составляется баланс

«Шапка» баланса 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Какая физическая величина является предметом балансирования В каких единицах составляется баланс Пространственные границы балансируемой системы На какой период составляется баланс Полный баланс или частный Если баланс полный, то входит ли в него изменение запаса балансируемой величины Является ли баланс принципиально нейтральным Если баланс частный, то какой фактор вычисляется в качестве остаточного члена и т. д.

Транзитный баланс • Составляется в случае, когда оценивается не объем, а сечение потока – сколько вещества или энергии проходит через данное сечение и в какую сторону больше. • Применяется при измерении течений в проливах, проникновения тепла в почву, поглощение или выделение листом растения кислорода, миграции перелетных птиц и т. д.

• • • Водный баланс Тепловой баланс Баланс древесной части леса Баланс травянистой растительности Балансы отдельных элементов или химических веществ, вовлекаемых человеком в производство и вновь возвращенных в окружающую среду • Биогеохимические циклы химических элементов, включающие антропогенное звено

Баланс постоянной растительной массы Приход Расход Органическое 100% вещество (продукт роста) Потери на дыхание 50% Идет в отпад 30% Идет в пищу следующему трофическому уровню 20% 100%

Оформление расчетов Формы отражения балансов 1. Табличная 2. Графическая • Диаграммы стрелок – а) простые, указывающие направления перемещения вещества б) пропорциональные • Гистограммы – строятся в две стороны от оси абсцисс • Графики – диаграммы струй и потоков

Диаграммы стрелок

Гистограмма

Каскадные системы водосборного бассейна

Река Миссисипи Площадь бассейна – 1/6 площади САМ. главные притоки: Миссури, Огайо, Арканзас. Бассейн делится на бассейн верхней Миссисипи и бассейн нижней Миссисипи

Дельта Миссисипи

Система уравнений водного баланса Львовича М. И. P = S + U + E, S + U = R, W = P – S = U + E, U E KU = ---- , KE = 1 – KU = -----W W

P – атмосферные осадки R – полный речной сток S – поверхностный (паводочный сток) U – подземный сток реки (устойчивая часть стока) E - испарение W – валовое увлажнение территории (почвенная влага) KU – коэффициент питания рек подземными водами KE - коэффициент испарения Коэффициенты показывают какие части годовой инфильтрации формируют подземный сток и расходуются на испарение.

Характеристики речного стока • Расход воды – количество воды, проносимой в единицу времени через поперечное сечение реки

• 10 мм Сток Измерение объемов V 1 =p H 1, V 2 =p H 2, n V = p Σ Hi i=1

Палетка Соболевского

V = p (h 1+h 2+…+hn) где hi – величина слоя стока в точках пересечения линий масштабной сетки p – площадь квадрата масштабной сетки 1 куб. м = 1 000 000 куб. мм

Водохозяйственный баланс • Элементы водохозяйственного баланса – водозабор, водопотребление, безвозвратные потери, стоки, объем загрязненных вод Потребители водозабор Безвозвратные потери стоки объем загрязненных вод Коммунально-бытовое хозяйство 920 180 740 6000 Промышлен -ность 6250 970 5350 31000 4250 2500 3850 Сельское хозяйство орошение богарное

Оценка состояния поверхностных водоемов осуществляется по различным химическим, физико-химическим, физическим и биологическим показателям. Суммарный показатель химического загрязнения для оценки опасных уровней загрязнения водоемов С 1 ПХЗ = ( C 2 + ПДК 1 C 10 +…+ ПДК 2 ) ПДК 10 С 1, C 2…, C 10 – концентрация веществ, превышающая ПДК 1, ПДК 2…, ПДК 10 – предельно допустимая концентрация этих веществ, установленная для рыбного хозяйства

Индекс загрязненности вод (ИЗВ)используется в системе Росгидромета Рассчитывается как среднее из превышений ПДК по шести ингредиентам кислороду (О 2), органическим веществам, определяемым по биохимическому потреблению кислорода за 5 суток (БПК 5), и четырем ингредиентам с наибольшим превышением ПДК. 1 ИЗВ = 6 6 Σ i=1 Ci ПДК i Ci – концентрация одного из 6 ингредиентов Для О 2 указывается величина Ci ПДК i

Классы природных вод суши по индексу загрязнения (ИЗВ) Класс качества Степень загрязненности воды I Очень чистая II Величина ИЗВ Изменение величины ИЗВ в % для определения тенденций качества воды 0, 3 100 Чистая 0, 3 – 1 50 III Умеренно загрязненная 1 – 2, 5 30 IV Загрязненная 2, 5 – 4 25 V Грязная 4– 6 20 VI Очень грязная 6 – 10 15 VII Чрезвычайно грязная 10 10

Гидробиологические показатели Индекс сапробности по Пантле-Букку (в модификации Сладечека) (по фитопланктону, зоопланктону, перифитону) Отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов, % Биотический индекс по Вудивиссу (баллы) Микробиологические показатели Общее количество бактерий 106 кл/см 3 (кл/мл) Количество сапрофитных бактерий, 103 кл/см 3 (кл/мл) Отношение общего количества бактерий к количеству сапрофитных бактерий