Введение
Посмотрите, как вода движется в замкнутой системе. Закон водного баланса гласит, что приток в любую водную систему или область равен оттоку из нее плюс изменение запасов за определенный промежуток времени. В гидрологии уравнение водного баланса может быть использовано для описания потока воды в систему и из нее. Система может представлять собой одну из различных гидрологических областей или водных объектов, таких как почвенный столбец, водосборный бассейн, орошаемая территория или город. Водный баланс также называют водным бюджетом. Разработка водных бюджетов – фундаментальная задача в науке гидрологии. По данным Геологической службы США:
The law of water balance states that the inflows to any water system or area is equal to its outflows plus change in storage during a time interval. In hydrology, a water balance equation can be used to describe the flow of water in and out of a system. A system can be one of several hydrological or water domains, such as a column of soil, a drainage basin, an irrigation area or a city. The water balance is also referred to as a water budget. Developing water budgets is a fundamental activity in the science of hydrology. According to the US Geological Survey:
text=An understanding of water budgets and underlying hydrologic processes provides a foundation for effective water resource and environmental planning and management. Observed changes in water budgets of an area over time can be used to assess the effects of climate variability and human activities on water resources. Comparison of water budgets from different areas allows the effects of factors such as geology, soils, vegetation, and land use on the hydrologic cycle to be quantified.
text=Понимание водных бюджетов и лежащих в их основе гидрологических процессов обеспечивает основу для эффективного планирования и управления водными ресурсами и охраной окружающей среды. Наблюдаемые изменения в водном балансе территории с течением времени могут быть использованы для оценки влияния изменчивости климата и антропогенной деятельности на водные ресурсы. Сравнение водных бюджетов различных территорий позволяет количественно оценить влияние таких факторов, как геология, почвы, растительность и землепользование, на гидрологический цикл.
The law of water balance states that the inflows to any water system or area is equal to its outflows plus change in storage during a time interval. In hydrology, a water balance equation can be used to describe the flow of water in and out of a system. A system can be one of several hydrological or water domains, such as a column of soil, a drainage basin, an irrigation area or a city. The water balance is also referred to as a water budget. Developing water budgets is a fundamental activity in the science of hydrology. According to the US Geological Survey:
text=An understanding of water budgets and underlying hydrologic processes provides a foundation for effective water resource and environmental planning and management. Observed changes in water budgets of an area over time can be used to assess the effects of climate variability and human activities on water resources. Comparison of water budgets from different areas allows the effects of factors such as geology, soils, vegetation, and land use on the hydrologic cycle to be quantified.
Водный баланс системы
Для того чтобы вода была доступна для множества целей и пользователей, необходимы инструменты и институты, которые преобразуют ее из природного ресурса в источник предоставляемых услуг. Это означает, что существует два типа водных систем: система водных ресурсов (СВР) и система водопользования (СВП). СВР, например, река, водоносный горизонт или озеро, должна подчиняться закону водного баланса. Например, объем воды, поступающей в водоносный горизонт, должен быть равен объему выходящей воды плюс изменение его запасов. Под воздействием различных факторов, таких как изменение климата, рост населения и неэффективное управление, запасы воды во многих СВР сокращаются, например, в течение десятилетия. Это означает, что объем воды в СВР уменьшился по истечении десятилетия, то есть приток был меньше оттока за этот период времени. В общем случае, СВП – это водная система, созданная пользователем, такая как город, промышленное предприятие, орошаемая зона или регион, а не географическая территория. Схема СВП отображает притоки и оттоки. Для СВП изменение запасов незначительно (по сравнению с притоком) за соответствующий промежуток времени, следовательно, водный баланс сводится к равенству притока и оттока, с девятью типами водных путей (WPT):
Разумеется, вместо реки источником воды для СВП может быть водоносный горизонт. Рассмотрим в качестве упрощенного примера городское водоснабжение в масштабе года. Оно характеризуется незначительными потерями на испарение и транспирацию (СВП – это трубопроводная сеть), имеет ограниченный приток грунтовых вод (OS), возвратный поток к основному источнику (RF) после прохождения через очистные сооружения сточных вод, а тип RP включает различные экземпляры водных путей (WPI), такие как утечки и вода, используемая для орошения зеленых зон. Учитывая, что годовое изменение запасов воды в городской местности пренебрежимо мало, уравнение водного баланса принимает вид:
Модели
Для выбора и оценки производительности моделей водного баланса можно использовать ряд диагностических методов в гидрологии.