Структура уравнений водного баланса для различных элементов речного бассейна и разных временных интервалов

Отрицательное значение Ъ указывает, на наш взгляд, на существование процесса впитывания на стадиях формирования водообразования и задержания в формах рельефа после окончания стока. Положительное значение Ь, кроме указанных видов впитывания в почву, характеризует аккумуляцию стока на водосборе в емкостях водохранилищ, перетекание стока из бассейна в бассейн и других аккумулирующих процессах.

Необходимо отметить вклад Б.Д. Зайкова [59] в теорию водного баланса. Он разработал методические основы составления водного баланса для Каспийского и Аральского морей. Им создана также методика расчета испарения с малых водоемов.

Однако внешне благоприятное впечатление о большом внимании к проблемам водного баланса оказывается обманчивым. Кроме теоретического обоснования состава уравнения водного баланса, гидрологической науке недоставало теоретических и экспериментальных водно-балансовых исследований. Первые предложения по организации специальных наблюдений по комплексной водно-балансовой программе на малых водосборах прозвучали уже в 1924 г. Автором этой программы был К.К. Киселев. К основоположникам этого подхода необходимо отнести М.А. Великанова и Д.Л. Соколовского.

Как уже указывалось, предложения Э.М. Ольдекопа, Е.В. Оппокова и М.А. Великанова рассматривали уравнение, связывающее речной сток с атмосферными осадками Y = кР±Ь, которое первоначально использовалось применительно к определению коэффициента стока. Позже Е.В.Оппоков предложил по уравнению прямой линии определять суммарное испарение. Близок к принятию уравнения прямой в качестве уравнения водного баланса был М.А. Великанов. Рассмотренное им предложение в монографии 1948 г. уже в 1964 г. не упоминается. Именно М.А. Великанов предложил следующий состав уравнения водного баланса: p = E + Y + U±d, мм , (1.10) где под U М.А. Великанов понимал уже изменение запасов влаги в целом по бассейну, включая и изменение уровня грунтовых вод. Под параметром d в уравнении выражен приток в искомый бассейн или отток из него объемов воды как поверхностным, так и подземным путем.

Уравнение вида (1.10) на практике не применяется из-за сложностей оценки параметров U и d. Что же касается уравнения (1.1), то к нему имеются серьезные претензии по части точности определения параметров. Ошибка вычисления, например, суммарного испарения по этому уравнению может по нашим данным достигать 160%. Исходя из величины ошибки, точность вычислений по существующему трехчленному уравнению водного баланса (осадки, испарение, сток), далека от оптимальной.

В представлении В.И.Бабкина и В.С.Вуглинского [5] уравнение водного баланса имеет следующий вид: P + Yn+YГ-E-Y -Y Г-AS = rj , (1.11) где YГ,Y Г- приток и отток грунтовых вод, мм; Yn,Y n- приток и отток воды поверхностным путем, мм; AS - изменение общих запасов воды в рассматриваемом объеме за определенный промежуток времени, мм; ц- невязка расчета, возникающая за счет погрешностей измерений и расчетов отдельных элементов, входящих в уравнение (1.11).

В приведенном уравнении логично представлены и участвуют все параметры, отражающие природу водного баланса. Несколько непонятен в этом уравнении метод определения притока и оттока грунтовых вод YГ ,Y Г, а также изменение общих запасов воды AS. В монографии [5] не дается пояснений по определению этих параметров. Более того, неизвестный метод определения указанных параметров обнаруживает применение обычного трехчленного уравнения водного баланса. Использованная в уравнении (1.11) с давних времен величина невязки водного баланса ц оказывается не очень понятной с физической точки зрения. Являясь фактически одним из параметров уравнения (1.11), так называемая невязка есть не что иное как оценка точности этого уравнения. Поэтому, чем больше отсутствующих членов в таком уравнении, тем больше ошибка вычисления баланса. В добавление ко всему сказанному мы не встречали в математике уравнений, в которых точность вычисления по нему включалась бы в это уравнение. Поэтому введение невязки ц в уравнение (1.11) нам представляется излишним и неоправданным с точки зрения физического смысла.

В продолжение мысли о невязке ц необходимо сказать, что коль скоро в уравнениях водного баланса по представлению их авторов описаны все элементы водного баланса, то, действительно, не замкнутость уравнения может возникнуть за счет неточности определения каждого из элементов. Но такая неточность не должна являться полноправным членом уравнения. Если использовать данные наблюдений, то такая неточность не может иметь порядок цифр, соизмеримый по величине с каким-либо параметром уравнения водного баланса. Представляется, что эта погрешность тем больше, чем больше величин неучтенных параметров уравнения участвует в вычислении. Если это имеет место, то нужно найти причину большой ошибки. На наш взгляд, чтобы не была реализована описанная картина, в практику введена невязка.

Вариант использования уравнения водного баланса, когда известны все значения членов уравнения, встречается достаточно редко. Чаще водный баланс применяется для определения неизвестного члена уравнения. Поэтому в случае, если используется трехчленное уравнение водного баланса, как правило, один из параметров определяется обратным путем по имеющимся двум. В этом случае сумма всех элементов, включая и найденный параметр, не даст невязки и будет равна нулю, несмотря на то, что в таком уравнении отсутствуют некоторые параметры. Если же такая же процедура будет проделана с данными наблюдений, то баланса в этом случае не будет и рассматриваемое уравнение нельзя назвать балансовым. Очевидно, что трехчленные уравнения водного баланса ( атмосферные осадки, речной сток и суммарное испарение) являются отражением увлажнения речного бассейна, а не водного баланса.