Введение
Водосборный бассейн – это территория, с которой вся поверхностная вода стекает в одну точку, например, в устье реки, или в другой водоём, такой как озеро или океан. Бассейн отделён от смежных бассейнов водораздельным хребтом, состоящим из последовательности возвышенностей, таких как гребни и холмы. Бассейн может состоять из более мелких бассейнов, которые сливаются в местах слияния рек, образуя иерархическую структуру. Другими терминами для водосборного бассейна являются водосборная площадь, область водосбора, дренажная область, речной бассейн, водный бассейн и имплювий. В Северной Америке их обычно называют водоразделом, хотя в других англоязычных странах термин "водораздел" используется только в его первоначальном значении – как обозначение водораздельным хребтом. Границы водосборного бассейна определяются посредством выделения водосбора, что является распространённой задачей в области экологической инженерии и науки. В замкнутом водосборном бассейне, или эндорейном бассейне, вода не стекает в океан, а собирается во внутренней части бассейна, в так называемой впадине, которая может представлять собой постоянное озеро, пересыхающее озеро или место, где поверхностные воды уходят под землю. Водосборные бассейны схожи, но не идентичны гидрологическим единицам, которые представляют собой дренажные области, очерченные таким образом, чтобы встраиваться в многоуровневую иерархическую дренажную систему. Гидрологические единицы определяются с возможностью наличия нескольких входов, выходов или впадин. В строгом смысле все водосборные бассейны являются гидрологическими единицами, но не все гидрологические единицы являются водосборными бассейнами. Немногим более 13% суши мира дренируется в Тихий океан.
A drainage basin is an area of land where all flowing surface water converges to a single point, such as a river mouth, or flows into another body of water, such as a lake or ocean. A basin is separated from adjacent basins by a perimeter, the drainage divide, made up of a succession of elevated features, such as ridges and hills. A basin may consist of smaller basins that merge at river confluences, forming a hierarchical pattern. Other terms for a drainage basin are catchment area, catchment basin, drainage area, river basin, water basin, and impluvium. In North America, they are commonly called a watershed, though in other English speaking places, "watershed" is used only in its original sense, that of a drainage divide. A drainage basin's boundaries are determined by watershed delineation, a common task in environmental engineering and science. In a closed drainage basin, or endorheic basin, rather than flowing to the ocean, water converges toward the interior of the basin, known as a sink, which may be a permanent lake, a dry lake, or a point where surface water is lost underground. Drainage basins are similar but not identical to hydrologic unit code, which are drainage areas delineated so as to nest into a multi level hierarchical drainage system. Hydrologic units are defined to allow multiple inlets, outlets, or sinks. In a strict sense, all drainage basins are hydrologic units but not all hydrologic units are drainage basins. Just over 13% of the land in the world drains to the Pacific Ocean.
Крупнейшие речные бассейны
Пять крупнейших речных бассейнов (по площади), от крупнейшего к самому маленькому, – бассейны рек Амазонки (7 млн км²), Конго (4 млн км²), Нила (3,4 млн км²), Миссисипи (3,22 млн км²) и Рио-де-ла-Плата (3,17 млн км²). Три реки, несущие наибольший объем воды, от большего к меньшему, – Амазонка, Ганг и Конго.
Эндорхеические бассейны
Эндорхейские бассейны – это внутренние бассейны, не имеющие стока в океан. Они занимают около 18% суши Земли. Некоторые эндорхейские бассейны дренируются в эндорхейские озера или внутренние моря. Многие из этих озер непостоянны или значительно меняют свой размер в зависимости от климата и притока воды. Если вода испаряется или просачивается в грунт в конечной точке, такая территория может называться по-разному: плая, солончак, сухое озеро или щелочная впадина. Крупнейшие эндорхейские бассейны расположены в Центральной Азии, включая Каспийское море, Аральское море и множество более мелких озер. Другие эндорхейские регионы включают Большой Бассейн в США, большую часть пустыни Сахара, бассейн реки Окаванго (бассейн Калахари), высокогорья вблизи Великих Африканских озер, внутренние районы Австралии и Аравийского полуострова, а также части Мексики и Анд. Некоторые из них, например, Большой Бассейн, представляют собой не единые бассейны, а совокупность отдельных, примыкающих замкнутых бассейнов. В эндорхейских водоемах, где испарение является основным способом потери воды, вода обычно более соленая, чем в океанах. Ярким примером этого является Мертвое море.
Геополитические границы
Исторически водоразделы имели важное значение для определения территориальных границ, особенно в регионах, где важна водная торговля. Например, английская корона предоставила компании Гудзонова залива монополию на торговлю пушниной во всем бассейне Гудзонова залива, территории, известной как Земля Руперта. Современная биорегиональная политическая организация включает соглашения между государствами (например, международные договоры и, в США, межштатные соглашения) или другими политическими образованиями в пределах конкретного водосборного бассейна для управления водными объектами, в которые он дренируется. Примерами таких межштатных соглашений являются Комиссия Великих озер и Агентство регионального планирования озера Тахо.
Гидрология
В гидрологии водосборный бассейн является логической единицей для изучения движения воды в гидрологическом цикле. Процесс определения границы водосбора называется выделением водосбора. Определение площади и протяженности водосборного бассейна – важный этап во многих областях науки и техники. Большая часть воды, вытекающей из бассейна, образуется в результате осадков, выпадающих на его территории. Часть воды, поступающей в систему подземных вод под водосборным бассейном, может стекать к выходу другого бассейна, поскольку направления подземного потока не всегда совпадают с направлениями поверхностной дренажной сети. Измерение расхода воды из бассейна может осуществляться с помощью гидрологического поста, расположенного в устье бассейна. В зависимости от условий водосборного бассейна, при выпадении осадков часть из них просачивается непосредственно в грунт. Эта вода либо останется под землей, медленно стекая вниз и в конечном итоге достигая бассейна, либо проникнет глубже в почву и сформирует подземные водоносные горизонты. По мере течения воды через бассейн могут образовываться притоки, изменяющие структуру ландшафта. Существует три основных типа, на которые влияют горные породы и грунт под ними. Породы, подверженные быстрой эрозии, формируют дендритные (разветвленные) структуры, которые встречаются наиболее часто. Два других типа структур – это треллисные и прямоугольные. Данные дождемеров используются для измерения общего количества осадков на водосборном бассейне, и существуют различные способы интерпретации этих данных. Если дождемеров много и они равномерно распределены по территории с однородным количеством осадков, использование метода арифметического среднего даст хорошие результаты. В методе полигонов Тиссена водосборный бассейн разделяется на полигоны, при этом показания дождемера в центре каждого полигона считаются репрезентативными для осадков на территории, включенной в этот полигон. Эти полигоны строятся путем проведения линий между дождемерами, а затем построения перпендикулярных биссектрис этих линий для формирования полигонов. Изогиэтальный метод предполагает нанесение на карту контуров равного количества осадков над дождемерами. Расчет площади между этими контурами и суммирование объема воды – трудоемкий процесс. Изохронные карты могут использоваться для отображения времени, необходимого для достижения стоком воды озера, водохранилища или устья водосборного бассейна, при условии постоянного и равномерного эффективного количества осадков.
Геоморфология
Бассейны водосбора являются основными гидрологическими единицами, рассматриваемыми в флювиальной геоморфологии. Бассейн водосбора – это источник воды и осадочного материала, которые перемещаются с более высоких отметок через речную систему к более низким, формируя русловые формы.
Экология
Дренажные бассейны играют важную роль в экологии. По мере того как вода стекает по поверхности земли и по рекам, она может захватывать с собой питательные вещества, осадочные породы и загрязнители. Вместе с водой они транспортируются к устью бассейна и могут влиять на экологические процессы как на этом пути, так и в водоеме, в который впадает река. Современное использование искусственных удобрений, содержащих азот (в виде нитратов), фосфор и калий, оказало влияние на устья дренажных бассейнов. Минеральные вещества переносятся дренажным бассейном к устью и могут там накапливаться, нарушая естественный минеральный баланс. Это может вызывать эвтрофикацию, при которой рост растений ускоряется из-за поступления дополнительных веществ.
Управление ресурсами
Поскольку бассейны водосбора представляют собой целостные образования в гидрологическом отношении, управление водными ресурсами на основе отдельных бассейнов стало распространенной практикой. В штате Миннесота (США) государственные органы, выполняющие эту функцию, называются "районами водосборных бассейнов". В Новой Зеландии они называются советами водосборных бассейнов. Аналогичные общественные организации, действующие в провинции Онтарио (Канада), называются природоохранными органами. В Северной Америке эта функция называется "управление водосборными бассейнами". В Бразилии Национальная политика в области водных ресурсов, регулируемая Законом № 9.433 от 1997 года, определяет бассейн водоотведения как территориальную единицу бразильского управления водными ресурсами. Если речной бассейн пересекает как минимум одну политическую границу – внутреннюю или международную – он классифицируется как трансграничная река. Управление такими бассейнами становится ответственностью стран, разделяющих его. Примерами подобных соглашений об управлении общими речными бассейнами являются Инициатива по бассейну реки Нил, ОМВС для реки Сенегал и Комиссия по реке Меконг. Управление общими бассейнами водосбора также рассматривается как способ укрепления долгосрочных мирных отношений между странами.
Факторы улова
Водосборная площадь является наиболее важным фактором, определяющим количество или вероятность наводнения. Факторами, влияющими на водосборную площадь, являются: топография, форма, размер, тип почвы и землепользование (застроенные или покрытые кровлей территории). Топография и форма водосборной площади определяют время, необходимое дождевой воде для достижения реки, а размер водосборной площади, тип почвы и застройка определяют объем воды, достигающей реки.
Топография
Как правило, топография существенно влияет на скорость достижения стока реки. Дождь, выпадающий в крутых горных районах, достигнет главной реки в водосборном бассейне быстрее, чем в равнинных или слабонаклонных районах (например, при уклоне более 1%).
Форма
Форма влияет на скорость, с которой поверхностный сток достигает реки. Вытянутый узкий водосборный бассейн будет осушаться дольше, чем круглый.
Размер
Размер помогает определить объем воды, достигающей реки, поскольку чем больше площадь водосбора, тем выше потенциальная опасность наводнений. Он также определяется по длине и ширине бассейна стока.
Тип почвы
Тип почвы поможет определить, какое количество воды достигнет реки. Поверхностный сток с водосборной площади зависит от типа почвы. Определенные типы почв, такие как песчаные, обладают высокой водопроницаемостью, и дождевая вода на песчаных почвах, скорее всего, будет поглощена грунтом. Однако почвы, содержащие глину, могут быть практически непроницаемыми, и поэтому дождевая вода на глинистых почвах будет стекать, увеличивая объемы паводков. После продолжительных осадков даже хорошо дренируемые почвы могут насытиться, что означает, что дальнейшие осадки будут достигать реки, а не поглощаться грунтом. Если поверхность непроницаема, осадки создадут поверхностный сток, что повысит риск наводнения; если грунт проницаем, осадки будут просачиваться в почву.
Использование земель
Использование земель может влиять на объем воды, достигающей реки, подобно глинистым почвам. Например, дождевая вода, попадающая на крыши, тротуары и дороги, практически не впитывается в грунтовые воды и сразу собирается реками. Бассейн водосбора – это территория, с которой вся поверхностная вода стекает в одну точку, например, в устье реки, озеро или океан.