Файл: Аполлов, Б. А. Курс гидрологических прогнозов учебник.pdf

Б. А. АПОЛЛОВ

Г. П. КАЛИНИН

В.Д. КОМАРОВ

Курс

гидрологических

прогнозов

Д о п у щ е н о Министерством высшего и среднего специального

образования СССР в качестве учебника для студентов гидром етеорологических институтов и географ ических ф акультетов университетов

Г И Д Р О М Е Т Е О И З Д А Т . ЛЕНИНГРАД .1974

УДК 556.06(075.8)

Гоо, публичная Научно-технячислап виблиотека i- ССР

© K SU f.-П'-.ЛР

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

В книге излагаются методы прогнозоц реч­ ного стока и ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах. Приводятся сведения о формах обеспечения народного хозяйства гидрологиче­ скими прогнозами и данными о текущем состоя­ нии водных объектов.

Книга является учебником для университетов и гидрометеорологических институтов. Она может служить также пособием для инженеров и науч­ ных сотрудников, работающих в области гидроло­ гических прогнозов и водного хозяйства.

are considered in the book. The information con­ cerning the methods of providing the national eco­ nomy by hydrological forecasting and the data of the water units present-day state is also mentioned.

The book is a manuel for universities and hyd­ rometeorological institutes. May be used by engi­ neers and specialists working in the field of hyd­ rological forecasting and water economy as well.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1935 г. лекциями проф. Б. А. Аполлова в Московском гидро­ метеорологическом институте было положено начало чтению курса гидрологических прогнозов в гидрометеорологических инсти­ тутах, а затем на географических факультетах университетов по специальности гидрология суши. В 1945 г. вышло в свет пер­ вое в мире учебное пособие по основным видам гидрологических прогнозов Б. А. Аполлова «Гидрологические прогнозы и инфор­ мации». В то время гидрологические прогнозы представляли еще сравнительно небольшой раздел гидрологии.

В последующие годы под влиянием запросов народного хо­ зяйства и благодаря успехам советской гидрологической науки происходило быстрое развитие методов прогнозов речного стока и ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах. Курс гидрологических прогнозов занял видное место в учебных планах институтов и университетов, готовящих гидрологов.

В1960 г. был издан учебник Б. А. Аполлова, Г. П. Калинина

иВ. Д. Комарова «Гидрологические прогнозы» для университе­ тов и гидрометеорологических институтов. В нем в систематизи­

рованном виде излагались основы краткосрочных и долгосрочных прогнозов расходов воды и уровней рек, весеннего половодья рав­ нинных и весенне-летнего половодья горных рек, дождевых па­

В книге нашли отражение вопросы организации службы гидро­ логических прогнозов в Советском Союзе и опыт ее работы по обеспечению различных отраслей народного хозяйства прогно­ зами водного и ледового режима рек, озер и водохранилищ. Этот учебник был переведен на английский и немецкий языки.

Впоследующий период были достигнуты значительные успехи

визучении закономерностей формирования водного и ледового режима рек, озер и водохранилищ. Продолжалось интенсивное развитие и методов гидрологических прогнозов. При этом в связи

ссозданием ГЭС на Волге, Каме, Днепре, Дону, Оби, Енисее, Сырдарье и других реках были разработаны методы прогнозов притока воды в водохранилища крупных ГЭС, а также методы про­ гноза сроков замерзания и очищения ото льда этих водохранилищ.

ВВЕДЕНИЕ

Реки и озера оказывают существенное влияние на жизнь на­ шей страны. Они широко используются как источники водоснаб­ жения городов, промышленных предприятий, совхозов и колхозов, для орошения и получения энергии, а также являются водными путями. В реках и озерах сосредоточены значительные рыбные богатства.

Реки и озера — ресурсы поверхностных вод — одно из наших основных природных богатств. Ресурсы эти в целом по стране до­ статочно велики, однако велико и их использование, так как раз­ витие многих отраслей народного хозяйства ведет к увеличению потребления природных вод. Уже в настоящее время недостаток воды существенно лимитирует развитие промышленности и сель­ ского хозяйства в Заволжье и Казахстане. Недостаток воды, осо­ бенно в маловодные годы, испытывает промышленность Донбасса, Белгородской, Харьковской и некоторых других областей.

Водным ресурсам свойственно непрерывное возобновление, обусловленное круговоротом воды на земном шаре. Но возобно­ вляясь, величина и различные характеристики ресурсов сильно колеблются во времени для каждой реки, бассейна, озера, района и т. д. На достаточно большой территории, например на Европей­ ской территории СССР, они возобновляются тоже неравномерно.

Изучение ресурсов поверхностных вод — главная задача гид­ рологии. Их свойство возобновляться и влияние на них физикогеографических условий территории в значительной мере опре­ делили методы изучения речного стока. В этой связи отметим лишь широкое использование математической статистики в мето­ дах расчетов вероятных величин стока за год, сезон, максималь­ ных расходов воды и т. п. Важной задачей гидрологии является также научная оценка изменений режима рек и озер в резуль­ тате хозяйственной деятельности человека. С решением этой за­ дачи тесно связаны и вопросы охраны природы.

В изучении водных ресурсов в Советском Союзе достигнуты значительные успехи, что способствует их рациональному исполь­ зованию, включая вопросы охраны рек и озер от истощения и за­ грязнения, в интересах всех отраслей народного хозяйства. 20 сен­ тября 1972 г. Верховным Советом СССР было принято поста­ новление об усилении охраны природы и улучшении использования

5

природных ресурсов в целях создания наиболее благоприят­ ных условий для жизни и здоровья, для работы и отдыха трудя­ щихся. Охрана природы и рациональное использование природ­ ных ресурсов являются одной из важнейших государственных задач.

Г и д р о л о г и ч е с к и е п р о г н о з ы в в о д н о м х о з я й ­

Рис. 1. Схема расположения крупных действующих п строящихся ГЭС на Волге и ее притоках.

Союза очень большое и многостороннее. В настоящее время на­

ность гидроэлектростанций достигает почти 30 млн. кВт при го­ довой выработке свыше 100 млрд. кВт-ч, что составляет около

6

правляющих воду к местам ее использования и т. д. Для водного хозяйства СССР характерна все возрастающая роль водохрани­ лищ, с помощью которых перераспределяется речной сток во вре­ мени, и каналов, служащих целям перераспределения водных ресурсов по территории. В нашей стране ресурсы речного стока ре­ гулируются свыше чем 300 крупными водохранилищами и боль­ шим количеством менее значительных. Общая емкость только крупных водохранилищ превышает 400 км3, из которых 169 км3 приходится на Братское водохранилище на Ангаре. Суммарная емкость Волжско-Камского каскада водохранилищ в настоящее время около 165 км3, а после введения в эксплуатацию Чебоксар­ ского и Нижнекамского достигнет 190 км3 при полезной емкости почти 90 км3 (рис. 1 и 2). Одно из крупнейших в мире сооруже­ ний по дальнему транспорту воды — Каракумский канал. Эксплуа-

Иваньковское

Рис. 2. Схема каскада водохранилищ волжских ГЭС.

тируются каналы Северский Донец — Донбасс, Днепр — Кривой Рог, им. Москвы и др.

В условиях планового социалистического хозяйства имеются все возможности для комплексного решения водохозяйственных задач и оптимального управления водными ресурсами.

Совершенно ясно, что водное хозяйство предъявляет большие запросы к гидрологической науке, включая гидрологические про­ гнозы. Определение гидрологических параметров при проектиро­ вании водохозяйственных сооружений (гидроузлов, каскадов водохранилищ и т. п.), а также расчет их режима и хозяйствен­ ного эффекта представляют собой, по существу, разовые задачи. Потребность же в гидрологических прогнозах при эксплуатации этих сооружений и систем и в целом водных ресурсов страны является постоянной. И это понятно. Водные ресурсы меняются с течением времени, и для принятия различных оперативных ре­ шений, имеющих целью наиболее эффективное использование водохозяйственных систем и прежде всего емкости регулирую­ щих сток водохранилищ, почти всегда необходимы прогнозы стока рек на ближайшие дни, месяц и сезон.

7

Возможности научного предвидения стока рек на ближайшее

необыкновенно велика в Сухоне вода была, что в Устюге льдом город стерло, берег срыло, дворов множество снесло и людей мно­ гих утопило» (летопись Великоустюжская). Или: «Весна 1877 г. ознаменовалась большими наводнениями рек, особенно в южной половине России. Зима с 1876 на 1877 г. была очень снежная. Весеннее таяние в 1877 г. совершилось вообще довольно быстро, а так как снега накопилось довольно много, то весенние воды в ре­ ках достигли весьма значительных размеров» (Ю. Морозов «Гидро­ графические явления 1877 г. Труды Харьковского общества испы­ тателей природы при Харьковском университете», т. 12, 1878 г.). «В Калужской губернии в 1849 г. быстрое вскрытие рек еще более увеличило весенний разлив. В Калуге Ока поднялась до 21 Ѵг арш. (15 м 30 см) выше летнего горизонта и затопила нижние улицы города в такой степени, что по ним ездили несколько дней па лод­ ках. Столь высокая вода не было здесь с 1788 г. («Журнал Мини­ стерства внутренних дел», т. XXVI, 1849 г.). 1859 г.: «Из Тоболь­ ского округа сведения неутешительны; все деревни и селения волостей Куларовской, Багишевской, Дубовной, и Карагайской, рас­ положенных вверх по Иртышу, затопило совершенно, кроме только тех деревень, которые находятся на самых высоких местах» («То­ больские губернские ведомости», 1859 г., № 20).

В нашем столетии тоже было немало больших наводнений, при­ чинивших стране огромные убытки. Например, катастрофическое наводнение в верхнем течении Дона, Днепра и Оки и на Москвереке в 1908 г. и наводнение на Среднем и Нижнем Днепре в 1931 г.

в 1969 г. на р. Араксе, в 1970 г. на Дону и Десне и в 1971 г. на ре­ ках Иркутской и Читинской областей и Бурятской АССР. Во время этих наводнений уровни воды превышали самые высокие за весь период водомерных наблюдении иа этих реках, т. е. за последние 80—90 лет.

Разработка методов, позволяющих предсказывать каждое на­ воднение, тоже относится к ваяемым задачам гидрологических про­

8

гнозов как прикладной научной дисциплины. Своевременное пре­ дупреждение о наводнении позволяет принять меры, существенно снижающие убытки, причиняемые разливами рек. Заметим, что на отдельных реках угроза наводнений теперь почти исчезла, так как значительная часть весенних и дождевых вод задерживается водохра нилища ми.

Г и д р о л о г и ч е с к и е п р о г н о з ы к а к р а з д е л г и д р о ­ логии. Гидрологический прогноз — научно обоснованное предска­ зание будущего состояния водных объектов: водности и уровней рек, времени замерзания озер и водохранилищ и т. д. Гидрологи-

Рис. 3. Наводнения 5—6 августа 1967 г. в г. Дальнереченске на р. Большой Уссурке.

ческие прогнозы как научная дисциплина— это учение о предска­ зании возникновения и развития гидрологических явлений на основе изучения их закономерностей. Ее главный предмет — разработка методов прогнозов стока, расходов воды и уровней рек и ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах. Однако само изуче­ ние этих явлений в общем относится, конечно, уже к другой дис­ циплине— гидрологии суши. Тем не менее ученые, работающие в области гидрологических прогнозов, много занимаются исследо­ ванием закономерностей развития предсказываемых явлений, включая их теоретический анализ и даже постановку и проведение целенаправленных наблюдений и экспериментов на опытных бас­ сейнах воднобалаисовых станций. В процессе разработки методов прогнозов была создана, например, приближенная теория движе­ ния паводка, исследована динамика запасов воды в русловой сети,

9