Vanduo Žemės Paviršiuje HP_VMA_2024 PDF

7. VANDUO ŽEMĖS PAVIRŠIUJE Baseino paviršių pasiekusių kritulių dalis, kuri neišgaruoja ir neįsifiltruoja į gilius požemio klodus, suformuoja paviršinį nuotėkį. Paviršinio nuotėkio organizacijos formos gali būti labai įvairios: dalis nuotėkio vandens nuolat teka vagomis – upėmis, dalis visą la...

7. VANDUO ŽEMĖS PAVIRŠIUJE Baseino paviršių pasiekusių kritulių dalis, kuri neišgaruoja ir neįsifiltruoja į gilius požemio klodus, suformuoja paviršinį nuotėkį. Paviršinio nuotėkio organizacijos formos gali būti labai įvairios: dalis nuotėkio vandens nuolat teka vagomis – upėmis, dalis visą laiką telkšo didesniuose paviršiaus įdubimuose – ežeruose, dalis telkiasi specifinių, drėgmės prisotintų paviršiaus gruntų karkase – pelkėse. Tačiau visais atvejais šis vanduo teka iš aukštesnės vietos į žemesnę ir dalyvauja bendroje paviršinio nuotėkio sistemoje (skiriasi tik jo judėjimo greitis). Jei kitos aplinkos sąlygos yra tokios pat, įvairių nuotėkio organizacijos formų susidarymo vienoje ar kitoje vietoje galimybės priklauso nuo gaunamo drėgmės kiekio. Analogiško dydžio santykiniuose baseinuose tai labiausiai priklauso nuo klimato. Todėl teritoriniam nuotėkio organizacijos formų pasiskirstymui žemynuose būdingas zoniškumas. Skirtingų kraštovaizdžio kompleksų formavimosi priklausomybės nuo vandens pertekliaus žemės paviršiuje schema. Sistemos virsmo lygiai rodo vandens apytakos intensyvumo skirtumus tarp kompleksų: I – nelabai ryškūs skirtumai, II – vidutinio ryškumo skirtumai, III – ryškūs skirtumai Žemynų dalyse, kurios pasižymi nuolatiniu drėgmės pertekliumi, paviršiuje esančio vandens objekto nuotakumas dažnai priklauso nuo jo dydžio (nes jis tiesiogiai susijęs su baseino plotu). Skirtingo nuotakumo Lietuvos ežerų skaičiaus pasiskirstymas (%) įvairiuose ploto intervaluose Paviršinį nuotėkį įprasta skirstyti į: Šlaitinį; Vaginį.  Formaliai atskirti šlaitinį ir vaginį nuotėkį nėra sunku. Šlaitiniu nuotėkiu laikytina tokia paviršinio nuotėkio forma, kai iškritę krituliai kaskart nuteka nauja kryptimi (artima vyraujančiai nuolydžio krypčiai) ir bando suformuoti naują vagą. Vaginiu nuotėkiu laikytina tokia paviršinio nuotėkio forma, kai iškritę krituliai teka nekintančiomis arba mažai kintančiomis vagomis. Aiškiai nustatyti, kokia dalis paviršinio nuotėkio turėtų būti vadinama šlaitiniu, o kokia vaginiu, – gana sudėtinga. Tai įrodo pačios vagos ribų kaita, esant skirtingos tikimybės vandens lygiui. 5, 10 ir 50 % tikimybės maksimalūs vandens lygiai Nemune ties Sudargu (Taminskas ir kt., 2007) Griežtos ribos tarp šlaitinio ir vaginio nuotėkio išnyksta ir dėl infiltracijos procesų. Tai ypač juntama prievaginiame vandens sluoksnyje prie upių. Daug painiavos mėginant atskirti šlaitinį ir vaginį nuotėkį kyla todėl, kad didelė dalis šlaitinio nuotėkio teka ne pačiu paviršiumi, o paviršiniu dirvožemio sluoksniu. Todėl dažnai šlaitinis nuotėkis sutapatinamas su dirvožemio nuotėkiu. Sudėtinga atskirti paviršinį ir dirvožemio nuotėkį regionuose, kuriuose gausu nenuotakių daubų bei nedideliais šlaitų nuolydžiais pasižyminčių lomų. Geriausios galimybės paviršiaus šlaitiniam nuotėkiui formuotis susidaro baseinuose, kuriems būdingas: Menkas paviršinio grunto hidraulinis laidumas; Maži paviršiaus nuolydžiai; Kietų ir erozijai atsparių uolienų vyravimas paviršiuje. http://www.youtu be.com/watch?v= Fcdoewcv98k Vienas iš požymių, leidžiančių pakankamai lengvai atskirti šlaitinį ir vaginį paviršinį nuotėkį – aktyvi dirvožemio arba grunto paviršiaus erozija. Aktyviai vykstantys erozijos procesai liudija, kad stebime pakankamai ilgai toje pačioje vietoje vykstantį turbulencinį tekėjimą, kuris susiformuoja tik esant vaginiam nuotėkiui.  Erozijos aktyvumas, esant analogiškoms klimato sąlygoms ir panašiam paklotiniam paviršiui, labiausiai priklauso nuo paviršiaus nuolydžio: kuo jis didesnis, tuo didesnės erozinių procesų vystymosi galimybės. Su erozijos procesais susiję ir nuošliaužos (uolienų ar grunto masės atitrūkimai nuo šlaito arba skardžio ir pasislinkimai žemyn). Nuošliaužos būdingos ypač statiems šlaitams, todėl Lietuvoje dažnai stebimos piliakalniuose, kur šlaitų nuolydis neretai yra dirbtinai padidintas.  1 3 2 4 Ne kartą nuo erozijos nukentėjęs Merkinės piliakalnis: 1; 2 – piliakalnio vaizdas XX a. pradžioje; 3 – akacijų sodinimo akcija ant nušliaužusio piliakalnio šlaito 1934 m.; 4 – dabartinis piliakalnio vaizdas. Paviršinio nuotėkio sukeliama erozija formaliai skirstoma į plokščiąją ir vaginę. Plokščioji erozija dažniausiai siejama su šlaitiniu nuotėkiu, tačiau įvairiose stadijose ją formuoja skirtingi veiksniai. Pradiniame etape plokščioji erozija dažnai vyksta dėl lietaus lašelių sukeliamo dirvos paviršiaus ištaškymo. Plokščiosios erozijos atvejai skirtingomis savybėmis pasižyminčio grunto paviršiuje. Stambiu mastu plokščioji erozija (nors ir sukeliama šlaitinio nuotėkio) pradeda vykti tik tuomet, kai vanduo paviršiuje ima tekėti laikinais grioveliais. Plokščiosios erozijos požymis – tolygus grunto paviršiaus išlyginimas visame eroduojamame plote. Vykstant vaginei erozijai, paviršius išlyginamas tik erozijos linijoje (vagoje). Įvairias erozijos formas kartais nelengva atskirti. Didžiausia paviršiaus erozijos rizika būdinga baseinams su dideliais nuolydžiais ir lengvai išplaunamomis uolienomis (smulkių frakcijų gruntais nepadengtais augalija). Dirvožemio erozijos rizika Europoje. Erozijos procesų metu vyksta paviršinė nuoplova – vandens srautui rėžiantis gilyn (vėliau – ir vingiuojant į šonus), su juo susiduriančios grunto dalelės atskyla nuo uolienos masės ir yra nuplaunamos. Vandens srautui sulėtėjus, nuoplovos metu pakeltos grunto dalelės nusėda ant dugno, ir sudaro grunto nešmenų sąnašynus (aliuvines-deliuvines nuogulas). Nešmenų pernašos procesų padariniai lengvai pastebimi kalnų ledynų pakraščiuose. Jų poveikį galima įžvelgti ir kadaise apledėjimo paveiktuose regionuose. Didžiausi nešmenų kiekiai nuplaunami nuo paviršiaus tose vietose, kur susidaro palankios sąlygos formuotis gausiam paviršiniam nuotėkiui. Tai regionai, kuriuose: a) vyrauja drėgmės perteklius; b) reljefui būdingos dideliu nuolydžiu išsiskiriančios formos; c) nėra veiksnių, sulaikančių eroziją (stambiagrūdžių, iš sunkiai eroduojamų uolienų sudarytų gruntų, miškų ir pan.) Identifikuoti įvairias paviršinio nuotėkio formas (kartais – ir atskirti jas nuo požemio nuotėkio) sunku ir dėl nevienodų skirtingoms formoms tenkančio vandens kiekio įvertinimo galimybių. Šlaitinį nuotėkį pakankamai tiksliai galima įvertinti tik naudojant laboratorinę įrangą. Matavimai reikiamu tikslumu šiuo metu gali būti atlikti tik upėse, todėl jų rezultatai atspindi vaginį (kartu ir bendrą paviršinį) nuotėkį.  Pamėginkime prisiminti: Kas yra nuotėkis? Kokiais rodikliais (išraiškos formatais) jis yra apibūdinamas? Kokie matavimo vienetai naudojami vertinant nuotėkį?  Dažniausiai Rodiklis Apibrėžtis naudojamos dimensijos Vandens kiekis, pratekantis per žinomą vagos skerspjūvio m³/s; Debitas plotą per trumpą laiko vienetą (dažniausiai per 1 l/s sekundę) Vandens kiekis, pratekėjęs per žinomą vagos skerspjūvio tūkst. m³; Nuotėkio plotą per gana ilgą laikotarpį (paprastai per mėnesį arba mln. m³; tūris metus) km³ Vandens kiekis, nutekantis per tam tikrą laiko vienetą Nuotėkio l/(s∙km²); (dažniausiai per 1 sekundę) iš baseino ploto vieneto modulis l/(s∙ha) (dažniausiai iš 1 km²) Vandens sluoksnis, kuriuo būtų padengtas baseino Nuotėkio paviršius per tam tikrą laikotarpį (dažniausiai metus arba mm sluoksnis mėnesį), jei susikaupęs nuotėkio tūris negalėtų nutekėti Drėgmės pertekliaus sąlygomis paviršinis nuotėkis formuojasi kaskart pradėjus drėkti dirvos paviršiui. Egzistuoja dvi pagrindinės paviršinio nuotėkio formavimąsi baseine aprašančios teorijos: 1) Horton’o; 2) Hewlett’o ir Hibbert’o. Labiausiai ginčijamasi dėl esminio nuotėkį formuojančio faktoriaus.  ĮVAIRIŲ VEIKSNIŲ IR PROCESŲ POVEIKIS PAVIRŠINIO NUOTĖKIO PROCESAI FORMAVIMUISI PAGAL SKIRTINGAS TEORIJAS IR VEIKSNIAI HORTON‘O TEORIJA HEWLETT’O – HIBBERT’O TEORIJA Infiltracijos intensyvumas – Infiltracija neturi poveikio paviršinio nuotėkio Infiltracija pagrindinis veiksnys, lemiantis susidarymui, nes visi krituliai, pasiekę paviršinio nuotėkio susidarymą. baseino paviršių, infiltruojasi. Paviršinio Paviršinis nuotėkis susidaro kai Paviršinis nuotėkis formuojasi iš vandeniu nuotėkio drėkinimo intensyvumas viršija prisotinto dirvožemio ir grunto paviršiaus susidarymas filtracijos koeficientą. sluoksnio. Visame baseine formuojasi Dalyvaujantis Baseino ploto, kuriame formuojasi paviršinis vienodas paviršinio nuotėkio plotas nuotėkis, dalis kinta laike ir erdvėje. sluoksnis. Horton‘o teorija labiau tinka apibūdinant paviršinio nuotėkio formavimosi procesus aridinėse, o Hewlett‘o – Hibbert‘o – drėgmės pertekliaus srityse. Pastebėta, kad pagal Horton‘o teorijos principus paviršinis nuotėkis dažniau formuojasi mažuose baseinuose. Galima teigti, kad Hewlett‘o modelis pratęsia Horton‘o teoriją tais atvejais, kai drėkinimas užtrunka itin ilgai. Horton‘o modelis Hewlett‘o – Hibbert‘o modelis Paviršinio ir popaviršinio nuotėkio formavimosi zonų pasiskirstymo pagal Hewlett‘o – Hibbert‘o teoriją pavyzdys Nant Gerig upės slėnyje Velse. 1975 m. tiriant šio slėnio nuotėkio ypatumus buvo pirmą kartą aptikta banguojanti popaviršinio nuotėkio pulsacija. Upės vagos ir intakų vystymosi schema pagal Horton‘ą (1948 m.). Viršuje – baseino ribos: a-b-c-d; nuolydis link taško d. Erozija galima plote, kuris nutolęs nuo vandenskyros linijos nuolydžio kryptimi ne mažesniu nei Xc kritiniu atstumu. Intakų vystymasis prasideda tik tuomet, kai centrinės vagos įsirėžimo gylis pasiekia tokią reikšmę, prie kurios vyrauja nuolydis ašies f-h kryptimi. Apačioje – vagų formavimosi pagal šią schemą atvejai, kai viršutinė vandenskyros dalis yra tiesios linijos formos: besivystančios upės turėtų tekėti iki pagrindinės upės lygiagrečiai viena kitai ir neišvystyti intakų tinklo.  Lygiagrečiai vienas kitam į Šiaurę tekantys Lielupės mažieji intakai (prasidedantys Lietuvoje ir įtekantys į Lielupę Latvijoje) – intakų tinklo neišvystančių upių, besiformuojančių šiauriau Linkuvos kalvagūbrio ribojamos beveik tiesios linijos formos vandenskyros, pavyzdys.  Vienas geriausių Horton‘o teorijos atspindžių gamtoje – nuoseklus tiesioginių intakų skaičiaus didėjimas, mažėjant atstumui iki drenavimo bazės. Stabilių (nuolatines vagas turinčių) intakų skaičiaus didėjimas rodo, kad artėjant prie drenavimo bazės didesnė dalis šlaitinio nuotėkio jau būna pavirtusi vaginiu (nes tekėdamas žemyn vanduo suformuoja pakankamai galingą srautą, gebantį išgraužti pastovias vagas). Savarankiškus baseinus turinčių raguvų skaičiaus (n) priklausomybė nuo santykinio atstumo (L) iki upės dešiniojo Volgos žemupio kranto atkarpoje (Makaveev, 2003) Pastovus paviršinis nuotėkis formuojasi tik drėgmės pertekliaus zonose. Ten, kur iškritusių kritulių kiekį ilgą laiką gali kompensuoti garavimas, susidaro nenuotakios (vidinio nuotėkio) sritys, kurių vanduo nenuteka į vandenyną. Stambiausios pasaulio nenuotakios sritys (pažymėtos raudonai). Paviršinio nuotėkio kaitą laike ir erdvėje apibūdina nuotėkio koeficientas  – santykinis rodiklis, rodantis kokia dalis kritulių nuteka žemės paviršiumi. Nuotėkio koeficientas – itin kaitus (tiek erdvės, tiek laiko atžvilgiu) rodiklis. Dažnai net nedidelėje teritorijoje per trumpą laiką jo reikšmės gali svyruoti beveik visoje galimoje amplitudėje (nuo 0 iki 1). Vidutinio metinio nuotėkio koeficiento  kaita Chvangchės (Geltonosios upės) vidurupio baseine 1971-2000 m. Pasaulyje paviršiniu nuotėkiu virsta apie trečdalį metinio kritulių kiekio ( ≈ 0,33). Panašios nuotėkio koeficiento  reikšmės (0,32-0,33) daugiamečiu laikotarpiu būdingos ir Lietuvai. Vidutinių daugiamečių nuotėkio koeficiento Ƞ reikšmių pasiskirstymas Lietuvoje. Vidutinio daugiamečio nuotėkio modulio (l/(s ⋅ km²)) pasiskirstymas Lietuvoje (Kovalenkovienė, Jurgelėnaitė, 1996) Nuotėkio koeficiento kaitą labiausiai lemia drėkinimo, garavimo ir infiltracijos intensyvumo pokyčiai. Drėkinimas ir garavimas labiau veikia  kaitą laike bei didelėse teritorijose. Mažuose regionuose ɳ netolygumus labiau veikia grunto savybės. Nuotėkio koeficiento pasiskirstymas įvairiose žemėnaudose vidutinio klimato zonoje. Žemėnauda Nuotėkio Tipas Potipis koeficientas,  Miškai 0,05-0,25 Lengvas dirvožemis, lyguma (< 2%) 0,05-0,10 Lengvas dirvožemis, vid. stat. šlaitas (2-7%) 0,10-0,15 Lengvas dirvožemis, status šlaitas (> 7%) 0,15-0,20 Pievos Sunkus dirvožemis, lyguma (< 2%) 0,13-0,17 Sunkus dirvožemis, vid. stat. šlaitas (2-7%) 0,18-0,22 Sunkus dirvožemis, status šlaitas (> 7%) 0,25-0,35 Neapsėti pūdymai, lygūs 0,30-0,60 Neapsėti pūdymai, suarti (neakėti) 0,20-0,50 Žemės ūkio Dirbama žemė, lengvas dirvožemis 0,10-0,25 naudmenos Dirbama žemė, sunkus dirvožemis 0,20-0,50 Ganyklos, lengvas dirvožemis 0,05-0,25 Ganyklos, sunkus dirvožemis 0,15-0,45 Nuotėkio koeficientą patartina vertinti už pakankamai ilgą laikotarpį. Vertinant atskirų sezonų, mėnesių ar konkrečių parų nuotėkio koeficientą regionuose, kuriems būdingi įvairios formos ir intensyvumo krituliai, galima smarkiai apsirikti, nes iškritę krituliai ne visada iš karto sukelia nuotėkį. Kaunas, Meskupo (dabar Jonavos) gatvė, 1958 m. Kaunas, Laisvės Jurbarkas, 1931 m. alėja 1946 m.  Vidutinės nuotėkio koeficiento reikšmės, apskaičiuotos už ilgalaikį laikotarpį įvairiose gamtinėse zonose beveik nepriklauso nuo vietinių faktorių (pavyzdžiui, baseino infiltracinių savybių). Taip yra todėl, kad vidutinį tam tikros gamtinės zonos nuotėkio koeficientą visų pirma lemia garavimo ir kritulių Ryšys tarp vidutinių nuotėkio koeficiento Q/P reikšmių ir vidutinių garavimo santykis. koeficiento E/P reikšmių įvairiose gamtinėse zonose (koeficientų vidurkiai išvesti pagal analogiškose zonose išsidėsčiusių baseinų duomenis) Prie klimato veiksnių, nuo kurių priklauso paviršinio nuotėkio pasiskirstymas erdvėje, priskirtinas visas klimato sąlygų kompleksas, lemiantis kritulių ir garavimo santykį baseine. Svarbiausios baseino savybės, kurios lemia paviršinio nuotėkio pasiskirstymą erdvėje, yra tos, nuo kurių priklauso paviršiaus hidraulinis laidumas. Paviršinio nuotėkio kaitą laike labiausiai veikia: Kalbant apie paviršinio nuotėkio kaitą Meteorologiniai veiksniai; laike daugiausiai dėmesio skiriama Baseino savybės; trumpalaikių (paros, sezono ir pan.) nuotėkio svyravimų analizei. Todėl Žmogaus poveikis. šiuo atveju dažniausiai nagrinėjami konkrečių metų ar sezonų duomenys. Meteorologiniai veiksniai turi didžiausią poveikį paviršinio nuotėkio kaitai laike. Tarp jų ypač svarbūs: Kritulių forma; Lietaus intensyvumas; Lietaus trukmė; Kritulių pasiskirstymas; Kritulių-garavimo santykis. Baseino savybės, lemiančios paviršiaus nuotėkio kaitą laike: Hidrografinio tinklo tankis; Nenuotakių teritorijų plotas ir išsidėstymas baseine; Dirvožemių ir gruntų hidraulinis laidumas; Ežeringumas; Pelkėtumas; Miškingumas. Žmogaus poveikis paviršinio nuotėkio kaitai laike pasireiškia dėl: Nuotėkio reguliavimo; Baseino sausinimo bei drėkinimo; Dirbtinio nuotėkio perskirstymo (baseino viduje ir tarp baseinų); Intensyvios žemės ūkio veiklos; Pramonės sueikvojamo vandens bei išleidžiamų nuotėkų. Paviršinio nuotėkio vandeniui būdinga specifinė cheminė sudėtis. Paviršiniame nuotėkyje dalyvaujančio vandens druskingumas didesnis už kritulių druskingumą, bet mažesnis už stovinčių vandens telkinių druskingumą. Paprastai paviršinio nuotėkio vanduo santykinai mažai druskingas, nes: 1. Paviršinį nuotėkį formuoja krituliai, kurių druskingumas yra mažas; 2. Tekėdamas paviršiumi vanduo jau yra išplovęs didžiąją dalį tirpių medžiagų iš dirvožemio ir grunto su kuriuo aktyviai kontaktuoja; 3. Paviršinio nuotėkio procese dalyvaujantis vanduo nuolat keičiasi, todėl jo druskingumas beveik nedidėja dėl garavimo. Konkrečiuose regionuose paviršinio nuotėkio vandens cheminė sudėtis gali gana smarkiai skirtis. Tai priklauso nuo: Regiono sausringumo (kritulių ir garavimo santykio); Regiono paviršiuje vyraujančių dirvodarinių uolienų cheminės sudėties. Vyraujančius jonus formuojantys junginiai: hidrokarbonatas (HCO3); sulfatas (SO4); chloridas (Cl); karbonatas (CO3); kalcis (Ca); magnis (Mg); natris (Na); kalis (K). Dėl regiono sausringumo paviršiniame nuotėkyje dalyvaujančio vandens cheminė sudėtis keičiasi dvejopai: a) Sausringesnėmis sąlygomis pasižyminčiuose regionuose didėja bendras vandens druskingumas; b) Drėgmės pertekliaus zonoje vyrauja hidrokarbonatinis, o drėgmės trūkumo srityse – sulfatinis ir chloridinis vanduo.