Файл: Ковалевский В.С. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод.pdf

устойчивости перехода температур воздуха через 0° С, что может служить гарантией начала независимого спада уровней;

в) зимние уровни на любую выбранную дату (например, на 1 / 1 каждого года) пли среднемесячный уровень какого-либо зим­ него месяца (например, января).

Последний вариант удобен тем, что в этом случае исключа­ ется необходимость определения дат устойчивого перехода тем­ ператур через ноль (а это за многолетие не всегда легко сде­ лать), так как для корреляции используются наиболее поздние сведения об уровнях грунтовых вод, в которыхуже нашли от­ ражения возможные нарушения независимости спада за счет оттепелей.

2. Наличие оттепелей в течение зимнего периода. Данный фактор, осложняющий зимний спад уровней, также может быть учтен по-разному (прямо или косвенно):

а) количеством дней с оттепелями за зимний период; б) суммой суточных положительных зимних температур воз­

духа; в) суммой среднемесячных зимних температур воздуха.

На рис. 20 приведен пример составления графика тройствен­ ной корреляции.

Из графика, приведенного на рис. 20, а, видно, что чем боль­ ше число оттепелей, тем выше залегает предвесенний минималь­ ный уровень при одном и том же значении зимнего уровня. Гра­ фик на рис. 2 0 , б свидетельствует о том, что вышеуказанная за­ висимость может оказаться и нелинейной. При этом разброс то­ чек или дисперсия при больших мощностях зоны аэрации гораз­ до меньше, чем при малых, что позволяет выделить для каждой скважины область, в которой оттепели можно не учитывать, или, наоборот, определить те минимальные значения мощностей зоны аэрации, при которых такой учет необходим. Ряд точек на этом графике располагается «незакономерно» относительно числа от­ тепелей и сумм температур. Это свидетельствует о том, что ие каждая оттепель и появление положительных температур зимой приводит к питанию грунтовых вод, поскольку питание в перио­ ды оттепелей возможно лишь при небольшом промерзании зоны аэрации, которое зависит от ряда факторов: высоты снежного покрова, увлажненности почвы с осени, суммы отрицательных температур осенью при отсутствии снежного покрова. Эти фак­ торы могут быть также учтены при составлении прогнозов пред­ весенних минимумов грунтовых вод.

При прогнозах летне-осенних минимальных уровней или дебптов подземных вод в качестве основных факторов, учитывае­ мых при множественной корреляции, принимают следующие.

1.Максимальные весенние уровни или дебиты грунтовых вод,

смомента фиксации которых начинается относительно незави­ симый их спад.

2.Суммарные жидкие атмосферные осадки, главным образом

весеннего периода п начала лета, осложняющие характер спада, уровнен. Выбор периода учитываемых осадков определяется дву-

' мя соображениями:

а) инфильтрация жидких атмосферных осадков наиболее ин­ тенсивна в весенний период и в начале лета (апрель — июнь), когда зона аэрации промочена и когда уровни грунтовых вод располагаются наиболее близко к поверхности земли;

б) минимальные летне-осенние уровни фиксируются обычно

вавгусте-сентябре, поэтому для обеспечения необходимой забла­ говременности прогнозов при их составлении могут быть учтены фактические наблюдения за метеорологическими факторами мак­ симально по июнь включительно.

3.Суммарные температуры воздуха за период учитываемых

впрогнозе осадков, так как эти температуры определяют косвен­ но процент расходования осадков на испарение непосредственно с поверхности земли п из зоны аэрации.

4.Суммарный дефицит влажности воздуха за тот же период, дополнительно учитывающий размеры испарения.

Примеры прогноза летне-осеннего минимума с учетом двух независимых переменных графическим путем приведены на рис. 24.

Наиболее сложными являются прогнозы летне-осенних мини­ мумов при неглубоком залегании грунтовых вод в районах с обильными летними осадками, активно участвующими в летнем питании грунтовых вод.

В таких случаях для учета возможного влияния осадков, ко­ торые выпадут в последующие месяцы, при той же заблаговре­ менности прогноза можно к фактически наблюдавшимся весен­ ним осадкам прибавить среднемноголетние значения месячных осадков последующего (по отношению к моменту выдачи прог­ нозов) периода. Кроме того, прогнозные осадки можно брать как за весь прогнозируемый период, так и за те только месяцы, в ко­ торые осадки, судя по предыдущим наблюдениям, как-то влияли на режим грунтовых вод. Эти прогнозные осадки можно выби­ рать не только как среднемноглетнпе, но п с различной степенью обеспеченности (5; 50 или 95%), а также в соответствии со сте­ пенью водности года, которая к 'моменту составления прогноза (май—июнь) для многих районов уже может быть определена.

Прогнозы максимальных весенних уровней грунтовых вод со­ ставляют, как правило, на основе множественной корреляции с учетом серии факторов, в качестве которых в условиях ежегод­ ного промерзания зоны аэрации используют следующие данные.

1. Уровни на момент устойчивого осеннего перехода темпера­ тур воздуха через 0 °С либо среднемесячные уровни грунтовых вод на момент выдачи прогноза (январь—февраль).

2. Суммарные твердые зимние осадки представляющие собой сумму среднемесячных осадков за период от устойчивого осен­ него перехода температур воздуха через 0° С и до момента выда­ чи прогнозов (обычно декабрь—февраль) и определяющие раз­

меры весеннего подъема уровней грунтовых вод. Учитывая невы­ сокую точность определения зимних осадков (вследствие их вы­ дувания из осадкомеров), в качестве зимних осадков лучше использовать запасы воды в снежном покрове к соответствующе­ му периоду.

3.Суммарные жидкие осенние осадки (обычно на октябрь— ноябрь), определяющие степень увлажнения зоны аэрации на момент ее замерзания.

4.Дефицит влажности воздуха или его температуры за осен­ ний период, определяющие расход осенних осадков на испаре­

ние.

5. Суммарные зимние температуры воздуха, определяющие косвенно наличие или отсутствие оттепелей, а также глубину промерзания зоны аэрации, регулирующей соотношение расхода накопившихся за зиму осадков на инфильтрацию, с одной сторо­ ны, и на испарение и поверхностный сток — с другой.

Помимо перечисленных выше факторов, известных на момент составления прогноза, для ряда районов с небольшими зимни­ ми и более значительными весенними осадками необходимо до­ полнительно учитывать прогнозные (по данным гидрометео­ службы) значения весенних осадков, температур и дефицита влажности воздуха.

Выбор оптимального числа факторов, учитываемых в прогно­ зах, производится по коэффициентам корреляции каждого из анализируемых факторов с прогнозируемым уровнем. При этом роль отдельных факторов в различных климатических зонах раз­ лична. Так, осенние осадки и температура воздуха, определяю­ щие увлажненность или нссушенность зоны аэрации на период перед весенним питанием подземных вод, имеют большее значе­ ние в степной и лесостепной зонах. В районах с избыточным ув­ лажнением, где зона аэрации с осени почти всегда достаточно сильно увлажнена, п в районах со скудным увлажнением, где зона аэрации почти всегда к осени пересушена, роль осенних осадков и температур значительно снижается. Во всех случаях, наиболее высокое весовое значение в прогнозах максимальных весенних уровней имеют данные об осенне-зимних уровнях грун­ товых вод и суммарных зимних осадках. В районах с муссонным климатом на формирование весеннего максимума большое влия­ ние оказывают также жидкие осадки весеннего и летнего перио­ дов, которые могут сдвинуть весенний максимум вплоть до ав­ густа.

Заблаговременность достаточно точных прогнозов весенних максимальных уровней грунтовых вод в зависимости от геогра­ фической широты района (с юга на север) изменяется от 1,5 до 3 месяцев.

Прогнозы среднегодовых уровней грунтовых вод, залегающих на сравнительно больших глубинах, строятся на их зависимостях либо от максимальных весенних или зимне-весенних уровней,

Расчет этих уравнений производят с помощью таблиц. Так, точки, наносимые в квадранте І(у'), рассчитывают по первому уравнению, задаваясь рядом округленных значении факторов Л'і н хо (табл. 8 ).

Ряс. 54. Многофакторныя график прогноза максимального весеннего уровня по скв. 15 (район Ленинграда)

Т а б л и ц а 8

Аналогичным образом рассчитывают по второму уравнению значения у", наносимые в квадранте II, и по третьему уравне­

(пересоставлять), что повысит точность прогнозов. Добавление данных за один-два года к длинным рядам наблюдений (свыше 30 лет), естественно, не может существенно повлиять на вели­ чины параметров уравнений или характер графиков связи, по­ этому подобные корректуры следует делать через больший про­ межуток времени (через пять-шесть лет).

Основным достоинством многофакторных графиков является возможность проведения по ним анализа особенностей влияния отдельных факторов на прогнозируемый элемент режима под­