Закон водного баланса гласит, что приток в любую водную систему или территорию равен ее оттокам плюс изменение запасов воды за определенный интервал времени. [2] [3] В гидрологии уравнение водного баланса можно использовать для описания потока воды в системе и из нее. Система может быть одной из нескольких гидрологических или водных областей, таких как столб почвы , водосборный бассейн , ирригационная зона или город.
Водный баланс также называют водным балансом . Разработка водных балансов является фундаментальной деятельностью в науке гидрологии. По данным Геологической службы США: [4]
Понимание водного баланса и лежащих в его основе гидрологических процессов обеспечивает основу для эффективного планирования и управления водными ресурсами и окружающей средой. Наблюдаемые изменения водного баланса территории с течением времени можно использовать для оценки воздействия изменчивости климата и деятельности человека на водные ресурсы. Сравнение водных балансов различных территорий позволяет количественно оценить влияние таких факторов, как геология, почвы, растительность и землепользование, на гидрологический цикл.
Общее уравнение водного баланса: [5]
где
В этом уравнении используются принципы сохранения массы в закрытой системе, согласно которой любая вода, попадающая в систему (через осадки), должна передаваться либо в испарение, либо в транспирацию, либо в поверхностный сток (в конечном итоге достигая русла и уходя в виде речного стока). или хранится в земле. Это уравнение требует, чтобы система была замкнутой, а там, где это не так (например, когда поверхностный сток попадает в другой бассейн), это необходимо учитывать.
Обширные водные балансы обсуждаются в сельскохозяйственной гидрологии .
Водный баланс можно использовать для управления водоснабжением и прогнозирования мест, где может возникнуть нехватка воды. Он также используется для орошения , оценки стока (например, с помощью модели RainOff [6] ), борьбы с наводнениями и контроля загрязнения . В дальнейшем его используют при проектировании систем подземного дренажа , которые могут быть горизонтальными (т.е. с использованием труб, черепичных дрен или канав) или вертикальными ( дренаж колодцами ). [7] Для оценки потребности в дренаже может оказаться полезным использование гидрогеологического водного баланса и модели подземных вод (например, SahysMod [8] ).
Водный баланс можно проиллюстрировать с помощью графика водного баланса, на котором показаны уровни осадков и суммарного испарения, часто в месячном масштабе.
Было разработано несколько моделей месячного водного баланса для различных условий и целей. Модели месячного водного баланса изучаются с 1940-х годов. [9]
«Для того, чтобы вода стала доступной для многочисленных целей и пользователей, необходимы инструменты и учреждения, которые превратят ее из природного ресурса в ресурс, предоставляющий услуги». [10] Это означает, что существует два типа водных систем: система водных ресурсов (WRS) и система водопользования (WUS).
Водные ресурсы, такие как река, водоносный горизонт или озеро, должны подчиняться водному балансу. Например, объем воды, поступающей в водоносный горизонт, должен быть равен количеству воды, выходящей из него, плюс ее изменение при хранении. Под воздействием различных факторов, таких как изменение климата , рост населения и плохое управление, запасы воды во многих WRS уменьшаются, скажем, за десятилетие. Это означает, что объем воды в WRS уменьшился через десятилетие, т.е. приток воды за этот промежуток времени был меньше оттока. [11]
В общем, WUS — это водная конструкция пользователя, такого как город, промышленность, ирригационная зона или регион, а не географическая область. Схема WUS показывает притоки и оттоки . Для WUS изменение объема хранения незначительно (по сравнению с его притоком) в течение соответствующего интервала времени, следовательно, водный баланс становится равным притоку и оттоку с девятью типами водного пути (WPT): [12]
Конечно, вместо реки это может быть водоносный горизонт, который подает воду в СВС в качестве основного источника. Давайте кратко рассмотрим городское водоснабжение на ежегодной основе в качестве упрощенного примера. Он имеет незначительные ET и PP (WUS представляет собой трубопроводную сеть), имеет некоторое ограниченное количество воды из подземных вод (OS), имеет обратный поток к основному источнику (RF) после прохождения очистных сооружений , а тип RP имеет различную воду. Экземпляры пути (WPI), такие как утечка и вода, забираемая для орошения зеленых зон. Учитывая, что годовое изменение запасов городской территории незначительно, уравнение водного баланса принимает вид
Для выбора и оценки эффективности моделей водного баланса можно использовать несколько диагностических мер в гидрологии .
