Сток — это поток воды по земле, который является основным компонентом гидрологического цикла . Сток, который течет по земле до достижения водотока, называется поверхностным стоком или наземным потоком . Попав в водоток , сток называется речным стоком , стоком русла или речным стоком . Городской сток — это поверхностный сток, созданный урбанизацией .
Водный цикл (или гидрологический цикл или гидрологический цикл) — это биогеохимический цикл , который включает в себя непрерывное движение воды на поверхности Земли, над ней и под ней . Масса воды на Земле остается довольно постоянной с течением времени. Однако распределение воды по основным резервуарам льда , пресной воды , соленой воды и атмосферной воды является изменчивым и зависит от климатических переменных . Вода перемещается из одного резервуара в другой, например, из реки в океан или из океана в атмосферу. Процессами, которые управляют этими перемещениями, являются испарение , транспирация , конденсация , осаждение , сублимация , инфильтрация , поверхностный сток и подземный поток. При этом вода проходит через различные формы: жидкую, твердую ( лед ) и паровую . Океан играет ключевую роль в водном цикле, поскольку он является источником 86% мирового испарения. [2]
Водный цикл включает обмен энергией, что приводит к изменению температуры . Когда вода испаряется, она забирает энергию из окружающей среды и охлаждает ее. Когда она конденсируется, она высвобождает энергию и нагревает окружающую среду. Эти теплообмены влияют на климатическую систему .
Фаза испарения цикла очищает воду, поскольку она оставляет соли и другие твердые частицы, собранные во время цикла. Фаза конденсации в атмосфере пополняет землю пресной водой. Поток жидкой воды и льда переносит минералы по всему земному шару. Он также изменяет геологические особенности Земли посредством таких процессов, как эрозия и седиментация . Водный цикл также необходим для поддержания большинства форм жизни и экосистем на планете.
Действия человека оказывают значительное влияние на водный цикл. Такие виды деятельности, как вырубка лесов , урбанизация и добыча грунтовых вод , изменяют природные ландшафты ( изменения в землепользовании ), и все это влияет на водный цикл. [3] : 1153 Вдобавок к этому, изменение климата приводит к интенсификации водного цикла . Исследования показали, что глобальное потепление вызывает сдвиги в характере осадков, увеличение частоты экстремальных погодных явлений и изменения в сроках и интенсивности осадков. [4] : 85 Эти изменения водного цикла влияют на экосистемы , доступность воды , сельское хозяйство и человеческие общества.
Поверхностный сток (также известный как сток по суше или наземный сток) представляет собой неограниченный поток воды по поверхности земли, в отличие от стока по руслу (или ручейкового стока ). Он происходит, когда избыток дождевой воды , ливневой воды , талой воды или других источников больше не может достаточно быстро просачиваться в почву . Это может произойти, когда почва полностью пропитана водой, и дождь идет быстрее, чем почва может его впитать. Поверхностный сток часто происходит из-за того, что непроницаемые области (такие как крыши и тротуары ) не позволяют воде впитываться в землю. Кроме того, сток может происходить как в результате естественных, так и в результате антропогенных процессов. [5]
Поверхностный сток является основным компонентом круговорота воды . Он является основным агентом эрозии почвы водой . [6] [7] Площадь суши, производящая сток, который стекает в общую точку, называется водосборным бассейном .
Сток, который происходит на поверхности земли до достижения канала , может быть неточечным источником загрязнения , поскольку он может переносить загрязняющие вещества, созданные человеком, или естественные формы загрязнения (например, гниющие листья). Антропогенные загрязняющие вещества в стоке включают нефть , пестициды , удобрения и другие. [8] Значительная часть сельскохозяйственного загрязнения усугубляется поверхностным стоком, что приводит к ряду последствий ниже по течению, включая загрязнение питательными веществами , которое вызывает эвтрофикацию .
Помимо водной эрозии и загрязнения, поверхностный сток в городских районах является основной причиной городских наводнений , которые могут привести к повреждению имущества, появлению сырости и плесени в подвалах , а также затоплению улиц.
Городской сток — это поверхностный сток дождевой воды, орошения ландшафта и мойки автомобилей [9] , созданный урбанизацией . Непроницаемые поверхности ( дороги , парковки и тротуары ) сооружаются во время освоения земель . Во время дождя , штормов и других осадков эти поверхности (построенные из таких материалов, как асфальт и бетон ), а также крыши , переносят загрязненную ливневую воду в ливневые стоки , вместо того, чтобы позволить воде просачиваться через почву . [10] Это вызывает понижение уровня грунтовых вод (потому что пополнение грунтовых вод уменьшается) и наводнения, поскольку количество воды, которая остается на поверхности, больше. [11] [12] Большинство муниципальных систем ливневой канализации сбрасывают неочищенную ливневую воду в ручьи , реки и заливы . Эта избыточная вода также может проникать в дома людей через подвалы и просачиваться через стены и полы зданий.
Городские стоки могут стать основным источником наводнений и загрязнения воды в городских сообществах по всему миру.Модели стока или модель осадков-стока описывают, как осадки преобразуются в сток в водосборном бассейне (водосборной площади или водоразделе). Точнее, она создает гидрограф поверхностного стока в ответ на выпадение осадков, представленный и вводимый как hyetograph . Модели осадков-стока необходимо калибровать перед использованием.
Хорошо известной моделью стока является линейный резервуар , но на практике она имеет ограниченную применимость.
Модель стока с нелинейным водохранилищем более универсальна, но все же она применима только для водосборов, площадь поверхности которых ограничена условием, что осадки можно считать более или менее равномерно распределенными по площади. Максимальный размер водосбора тогда зависит от характеристик осадков в регионе. Когда исследуемая область слишком велика, ее можно разделить на подбассейны, а различные гидрографы стока можно объединить с помощью методов маршрутизации паводков .