Круговорот воды в природе и атмосферные осадки

В результате действия солнечной энергии происходит постоянное испарение воды с земной поверхности. Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88%) и значительно меньше (12%) - с поверхности суши. Испарившаяся влага перемещается воздушными потоками. При встрече с холодными потоками воздуха она конденсируется и выпадает на поверхность океана или суши в виде дождя и снега. Осадки, выпавшие на поверхность суши, частично испаряются, частично просачиваются в грунт, а остальная часть выпавших осадков стекает по склонам в наиболее низкие места поверхности, питая ручьи, речки и большие реки, которые несут этот сток снова в моря и океаны. При неполном замкнутом цикле перемещения влаги (океан - атмосфера - океан) происходит малый круговорот воды в природе. При полном замкнутом цикле (океан - атмосфера - суша - океан) происходит полный круговорот воды в природе (рис.1). Районы, в которых все количество выпавших осадков испаряется (сток отсутствует), называют бессточными районами (пустыни, полупустыни).

При постоянном круговом обращении воды между сушей и океаном общее количество осадков X, выпавших на поверхность суши, равняется количеству потерь на испарение Z, подземному стоку Y и поверхностному стоку Y Уравнение водного баланса может быть выражено формулой

X = Z+ Y + Y

Или, принимая общий сток Y = Y + Y ,

X=Z + Y.

Рис.1. Схема кругового обращения воды в природе:

1-испарение с поверхности океана; 2 - осадки, выпадающие в океан; 3 - осадки, выпадающие на сушу; 4 - испарение с поверхности суши; 5 - инфильтрация; 6 - подземный сток; 7 - речной сток в океан

В нашей стране существует положительный водный баланс: т.е. среднее годовое количество осадков превышает среднее годовое количество испарений влаги. Это подтверждается наличием в стране развитой сети больших и малых рек и их притоков, т.е. существует постоянный речной сток с поверхности суши. Исключение составляют отдельные засушливые районы, где среднегодовое количество выпадающих осадков меньше среднегодового количества испарений влаги с поверхности суши.

Ускорению образования водяных капель в атмосфере способствует ряд условий, из которых следует отметить засорение воздушного бассейна продуктами горения, выбрасываемыми в воздух трубами промышленных предприятий, а также городской пылью. Наблюдениями установлено, что над промышленными районами и центрами больших городов часто проходят короткие интенсивные ливни, тогда как в пригородных и близко расположенных сельских местностях выпадения осадков в это время не наблюдается.

Количество выпавших на поверхность почвы осадков измеряют в линейных и объемных единицах. В линейных единицах измеряют среднегодовое и среднемесячное количество осадков Н, мм, характерное для данного климатического района, а также интенсивность отдельных дождей i, мм/мин. В технических расчетах принимают объемную единицу измерения количества выпавших осадков g выраженную в л/с на 1 га. Для перехода от одной единицы измерения к другой используют зависимость

где:

к = 166,7 - переводной объемный коэффициент, т.е. объем осадков, л/с, выпавших на площадь 1 га при дожде интенсивностью 1 мм/мин; к =0,001·10000·1000/60= 166,7 л/с на 1 га, здесь 0,001 - высота слоя осадков, м; 10 000 - площадь 1 га, выраженная в м ; 1000 - объем 1м , выраженный в л; 60 - число секунд в 1 мин.

Характеристику выпавшего дождя записывают самопишущими приборами - дождемерами, которые отмечают высоту слоя осадков h, мм, выпавших за промежуток времени t, мин. Количество осадков, выпавших в единицу времени, определяет интенсивность дождя. Средняя интенсивность дождя, мм/мин,

Каждый дождь характеризуется интенсивностью (i или g), количеством осадков, выпавших за единицу времени, периодом продолжительности дождя и вероятностью его выпадения, т.е. вероятностью повторения такого дождя за тот или иной период наблюдений с, лет. Практически при расчетах сети ливневой канализации вероятность повторения интенсивности дождей данной продолжительсти принимают с = 1 год, с = 3 года, с = 5 лет, с = 10 лет еще более редкую повторяемость.

Между интенсивностью дождя и его продолжительностью существует определенная зависимость, которая выражается формулой

где:

g - интенсивность дождя, л/с на 1 га;

t - период продолжительности дождя, мин;

A и n - параметры, зависящие от климатического района расположения населенного пункта и принятого периода с.

Из приведенной зависимости следует, что более продолжительные дожди имеют меньшую интенсивность, и наоборот.

Атмосферные осадки влияют на условия эксплуатации и благоустройство городской территории. Общее количество осадков, выпадающих на земную поверхность в течение года, изменяется в широких пределах. Наибольшее количество выпавших на земном шаре осадков отмечено в Черрапунджи (Индия, штат Ассам): среднее многолетнее количество за год здесь составило 11 013 мм, максимальное за год - 16 305 мм (1899 г.) и 24 326 мм (1947 г.). В центральной части европейской территории России среднегодовое количество осадков постепенно убывает при движении с запада на восток. У западных границ России среднегодовая норма осадков достигает 650-700 мм в год, постепенно уменьшаясь в восточном направлении до 500-400 мм в год. У западных склонов Уральского хребта среднегодовая норма осадков снова увеличивается до 600-700 мм в год.

На Дальнем Востоке уменьшение количества осадков идет от побережья Тихого океана до восточных склонов Уральских гор. Наибольшее количество осадков в год на территории России выпадает на восточном берегу Черного моря, а также в горах Алтая, на склонах, обращенных к Тихому океану. В горах Алтая сказывается влияние возникшей преграды - высоких гор на пути движения ветров несущих большие запасы влаги со стороны океана.