Кіріспе

Ағын сулар мен басқа арналардағы су ағысы – ағын сулар немесе арна ағысы, су айналымының маңызды бөлігі. Бұл – жерден су денелеріне судың қозғалысы, су ағынының бір құрауы, ал екіншісі – жер бетінен ағып кету. Арналарда ағатын су жерге жақын төбелерден ағатын беттік судан, жер асты суларының жер бетіне шығуынан және құбырлардан шығарылған судан түседі. Арнада ағып жатқан судың көлемі ағын өлшегіштер арқылы өлшеніп немесе Маннинг теңдеуімен есептелуі мүмкін. Уақыт бойынша ағынның тіркелген жазбасы гидрограф деп аталады. Арнаның сыйымдылығынан су көлемі артық болғанда су тасқыны болады.

Су айналымындағы рөлі

Ағын сулар Жердегі барлық тіршілік үшін өте қажетті гидрологиялық циклде маңызды рөл атқарады. Бір жасушалы организмдерден бастап омыртқалы жануарларға дейінгі биологиялық түрлердің әртүрлілігі өмір сүру ортасы және тамақ көзі үшін ағын су жүйелеріне тәуелді. Өзендер – барлық түрдегі өсімдіктер мен жануарлар үшін маңызды сулы кеңістіктер. Өзендер өз арналары арқылы суды төмен қарай сіңіріп, жер асты суларын толықтыруға көмектеседі. Сонымен қатар, мұхиттар өзендер мен беттік ағын суларының үнемі толықтырып тұруының арқасында суға толы болып қалады. Ағынның жылдамдығы – судың құрлықтан мұхиттарға немесе ішкі ағын алаптарына өтуінің басты механизмі.

Өлшем

Ағын – белгілі бір уақыт ішінде белгілі бір нүктеден өтетін су мөлшері ретінде өлшенеді. АҚШ-та секундына текше фут, ал көптеген басқа елдерде секундына текше метр өлшем бірлігі қолданылады. Өзеннің немесе каналдың ағынын өлшеудің түрлі тәсілдері бар. Ағын өлшегіш су ресурстарын және қоршаған ортаны басқару, сондай-ақ басқа да мақсаттар үшін белгілі бір жердегі ағынды үздіксіз бақылайды. Өзен бойындағы жағдайды бағалау үшін ағын мөлшері, өлшегіш биіктігінен гөрі жақсы көрсеткіш болып табылады. АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) қызметкерлері ағын мөлшерін шамамен алты апта сайын өлшейді. Олар өлшеу үшін өзенге кіріп, немесе қайықтан, көпірден, немесе өзен арқылы созылған кабельдік жолдан өлшеу жүргізеді. Әрбір өлшеу станциясы үшін өлшегіш биіктігі мен ағын мөлшері арасындағы байланыс, табиғи ағын диапазонында (өте төмен ағыннан су тасқынына дейін) өлшегіш биіктігі мен ағын мөлшерін бір мезгілде өлшеу арқылы анықталады. Осы байланыс ағын мөлшері туралы деректерді қамтамасыз етеді. Ағынды уақыт бойынша үздіксіз өлшеуді қажет етпейтін жағдайларда ток өлшегіштері немесе акустикалық Доплер жылдамдық профильдерін қолдануға болады. Кішкентай өзендер үшін – бірнеше метр ені немесе одан кішкентай – бөгеттер орнатылуы мүмкін.

Бақылау

АҚШ-та су ағыны өлшегіштері негізінен штаттық және жергілікті үкімет қаражатынан қаржыландырылады. 2008 қаржы жылында USGS өлшегіштердің күнделікті жұмыс істеуі мен күтіп-ұстауына қаржының 35% бөлігін ұсынды. Сонымен қатар, USGS өзендердегі су ағынын зерттеу үшін гидрографтарды пайдаланады. Гидрограф – бұл көбінесе өзеннің деңгейі (кез келген нүктеден жоғары су биіктігі) және су ағыны (әдетте секундына куб футпен өлшенетін су көлемі) көрсетілген кесте. Жауын-шашын және су сапасы сияқты басқа да көрсеткіштерді де кестеге енгізуге болады.

Болжамдау

Көптеген өзендер, әсіресе кішкентай су жиналатын алабы бар өзендер үшін, су шығынының тіркелген деректері жоқ. Мұндай жағдайда, рационалды әдіс немесе оның өзге түрі арқылы су шығынын бағалау мүмкін. Дегенмен, егер өзеннің су шығынының хронологиялық тіркелген деректері болса, онда гидрографты пайдаланып, белгілі бір жаңбырлы дауыл үшін су шығынының қысқа мерзімді болжамын жасауға болады. Бірлік гидрографы әдісі. Бұл әдіс белгілі бір көлемдегі жаңбырдан туындаған су ағынының уақыт бойынша, әдетте сағаттар немесе күндер бойы көрсетілген графигін құруды қамтиды. Ол бірлік гидрографы әдісі деп аталады, себебі ол белгілі бір жаңбырлы дауылдан туындаған су ағынын ғана қарастырады, ол белгілі бір уақыт аралығында – дауылға жауап ретінде өзеннің көтерілуі, ең жоғары деңгейге жетуі және төмендеуі үшін қажетті уақытта жүзеге асады. Жаңбыр мен су ағыны арасындағы байланыс орнатылғаннан кейін, кейіннен жаңбыр туралы деректерді пайдаланып, таңдалған дауылдар үшін, стандартты дауылдар деп аталатын, су ағынын болжауға болады. Стандартты жаңбырлы дауыл – белгілі бір шамадағы және жиілігі бар күшті жаңбыр. Бірлік гидрографының талдау әдістерінің бірі – су ағынының сағат сайын немесе күн сайын өсуін жалпы су ағынының пайызы ретінде көрсету. Бұл деректер осы дауыл үшін бірлік гидрографынан алынған, ол дауылға дейінгі негізгі су ағынына қосылған су ағынын көрсетеді. Бірлік гидрографы әдісін қолдана отырып, үлкен су жиналатын алаптардағы су ағынын болжау қиын, себебі үлкен алаптарда географиялық жағдайлар бір бөлігінен екінші бөлігіне айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін. Бұл жауын-шашынның таралуымен байланысты, өйткені жеке жаңбырлы дауыл сирек жағдайда алапты біркелкі жабады. Нәтижесінде, алап белгілі бір дауылға біртұтас реакция жасай алмайды, бұл сенімді гидрограф құруды қиындатады. Шама және жиілік әдісі. Бірлік гидрографы тиімді және сенімді болмайтын үлкен алаптар үшін, шама және жиілік әдісі өткен жылдардағы су ағынының тіркелген деректеріне негізделген үлкен су ағынының қайталану ықтималдығын есептеу үшін қолданылады. АҚШ-та бұл деректерді USGS гидрологиялық бөлімі үлкен өзендер үшін жүргізеді. 5000 шаршы миль немесе одан да көп ауданы бар алап үшін, өзен жүйесі әдетте бес-он орында өлшенеді. Әрбір өлшеу станциясынан алынған деректер, сол жерге дейінгі алаптың бөлігіне қатысты. Өзеннің бірнеше онжылдыққа созылған жылдық ең жоғары су шығыны деректеріне сүйене отырып, жазба кезеңінде болмаған үлкен су ағынының мөлшерін бағалау үшін шектеулі болжамдар жасауға болады. Бұл әдіс жылдық ең жоғары су шығынының олардың қайталану аралықтарына сәйкес сызылғанда пайда болатын қисықты (график сызығын) жобалауды қамтиды. Алайда, көп жағдайда қисық күшті иіледі, бұл проекцияны дәл сызуды қиындатады. Бұл мәселені логарифмдік графикалық қағазға су шығыны және/немесе қайталану аралығы деректерін сызу арқылы шешуге болады. График түзетілгеннен кейін, нүктелер арқылы сызық жүргізуге болады. Содан кейін сызықты нүктелерден тысқары созу арқылы проекция жасауға болады, содан кейін сұраныс бойынша қайталану аралығы үшін тиісті су шығынын оқуға болады.

Қоршаған ортамен қарым-қатынасы

Судың арналарда ағып кетуі шөгінділерді, қоректік заттарды және ластануды төменге тасымалдауға жауапты. Ағын болмаса, белгілі бір су жиналатын алаптың суы көлге немесе мұхитқа табиғи түрде жете алмайды. Бұл экожүйеге зиян келтіреді. Ағын – құрлықтан көлдерге және мұхиттарға судың маңызды жолы. Басқа негізгі жолдар – жер бетінен ағып кету (жауын-шашын кезінде және суару салдарынан судың жер бетінен жақын су айдындарына ағылуы), жер асты суларының жер беті суларына қосылуы, сондай-ақ құбырлар мен арналар арқылы судың ағыны.

Қоғаммен қарым-қатынасы

Ағынды сулар қоғамға пайда да, зиян да келтіреді. Жылма су – бөгеттерде сақтау үшін суды жинаудың бір жолы. Су ағыны төмен жаққа тасымалдауға көмектеседі. Әрбір су арнасының арнасы қабылдай алатын ең жоғары ағын мөлшері бар, оны есептеуге болады. Егер ағын осы ең жоғары мөлшерден асып кетсе, яғни су арнасында тым көп су болса, арна барлық суды қабылдай алмайды және су тасқыны болады. 1993 жылғы Миссисипи өзеніндегі су тасқыны, өзен тарихындағы ең ірі су тасқыны, көктемгі және жазғы судың мол және ұзақ жаууына байланысты болды. Алдын ала жауған жаңбырлар өзеннің жоғарғы бөлігіндегі 300 000 шаршы миль жердің топырағын қанықтырып, судың сіңуін азайтып, топырақты суды сақтау мүмкіндігінен айырды. Жаңбырлар жалғасқанда, жер бетіндегі ойыстар, батпақтар, көлдер, арналар мен егістіктер суға толды. Суды ұстауға қабілеті қалмағандықтан, қосымша жаңбырлар құрлықтан салалы арналарға, содан кейін Миссисипи өзеніне ағып кірді. Бір айдан астам уақыт бойы жүздеген салалы өзендерден келген судың жалпы көлемі Миссисипи арнасының сыйымдылығын асып, оның жағалауларына жақын жатқан су тасқынына ұрынды. Су тасқыны судың кең аумаққа таралуына мүмкіндік бермейтін, инженерлік арнамен және жасанды бөгеттермен шектелген жерлерде су деңгейі одан да жоғары көтерілді.