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

могут дать наибольшую заблаговременность самих прогнозов. Од­ нако учет всех звеньев процесса формирования речного стока имеет как положительные, так и некоторые отрицательные стороны. Дей­ ствительно, чем длиннее ряд учитываемых явлений, тем, естест­ венно, больше II погрешности конечных результатов — прогнозов, так как при расчете каждого явления неизбежно будут появляться ошибки. Именно поэтому возникла мысль о решении некоторых за­ дач прогнозов стока с сокращением ряда перечисленных выше и последовательно развивающихся явлений. Эта мысль нашла полноеотражение в разработке способов прогнозов, отнесенных ко второй и третьей группе; в этих способах рассматривается формирование стока, начиная только с момента поступления воды в речную сеть пли даже с момента, когда уже образовались значительные запасы воды в русловой сети.

Под влиянием прежде всего метеорологических условий количе­ ство воды в бассейне все время меняется. В общем случае оно' включает в себя запас воды в виде снега и ледников, воду, стекаю­ щую в данный момент по поверхности, а также находящуюся в бес­ сточных углублениях, воду в почве, в том числе в твердом состоя­ нии, когда почва мерзлая, воду в речных руслах и озерах и, наконец,, грунтовые воды.

В теплый период года будущий сток реки, величину которого надо предсказывать, в основном формируется за счет имеющихся запасов воды в бассейне и притока воды, вызываемого выпадением осадков после составления прогноза. Например, если прогноз стока на июнь составляется 25 мая, то на величине этого стока отразятся осадки, выпадающие с 26 мая до последних чисел июня. По мереувеличения заблаговременности прогноза роль будущих осадков,, естественно, увеличивается и, следовательно, точность прогноза по­ нижается. Чем точнее определяются запасы воды в бассейне и чем полнее познаются закономерности их стекания, тем меньше погреш­ ности прогнозов стока при прочих равных условиях.

Запасы воды в бассейне, кроме непосредственного влияния на последующий сток, оказывают существенное воздействие на усло­ вия стока выпадающих осадков. Например, при прочих равных ус­ ловиях коэффициент стока осадков будет тем выше, чем большенасыщенность почв бассейна влагой и чем больше воды находится на поверхности бассейна.

Условия движения воды по поверхности бассейна в почве, рус­ лах рек и водоносных горизонтах существенно различны. Поэтому при решении задач прогнозов стока требуется отдельно учитывать запасы воды в почве, в руслах и озерах и в водоносных горизонтах. Разработанные в настоящее время способы позволяют лишь при­ ближенно оценивать величину этих запасов. Вследствие малой осве­ щенности режима подземных вод наблюдениями гидрогеологиче­ ских станций наиболее сложным является определение запасов воды в водоносных горизонтах. Поэтому часто приходится пользоваться косвенными характеристиками этих запасов. Сложной задачей

8 ?

■является также определение количества воды, стекающей в данный момент по поверхности (не считая русел рек).

Прогнозы стока на период, превышающий продолжительность ■стекания основной части запасов воды, имеющихся на поверхности ■бассейна и в речной сети, основываются на следующем уравнении водного баланса:

в той части русловой сети, откуда вода за рассматриваемый проме­ жуток времени успевает стечь через замыкающий створ. Уравнение (4.IV) является общей теоретической основой для прогнозов стока по данным о запасах воды в руслах рек и о притоке воды в реки.

§2. РАСЧЕТ ЗАПАСОВ ВОДЫ НА УЧАСТКАХ РЕК

ИВ РЕЧНОЙ СЕТИ БАССЕЙНА

Под запасом воды в речной сети бассейна понимается количе­ ство (объем) воды, которое находится в этой сети в данный момент времени. Естественно, что величина и частично даже физическая

90

сущность понятия об этом запасе зависит от того, с какой степенью' детализации мы рассматриваем речную сеть, систему. В связи, с этим приведем таблицу, дающую общее представление о распре­ делении числа рек по длине в бассейне площадью около 100 000 км2.

ложбинам, балкам и оврагам, далее по рекам различного размера и, наконец, по главной реке. Следуя Р. Хортону и Н. А. Ржаницыну, будем считать, что два речных потока, сходных по своим морфомет­ рическим и динамическим характеристикам (длине, площади жи­ вого сечения и т. п.), сливаясь, образуют третий, качественно от­ личный от них поток более высокого порядка. Так, два малых по­ тока, не имеющие притоков, т. е. два потока первого порядка, сливаясь, дают начало речному потоку 2-го порядка, потоки второго порядка при слиянии образуют поток 3-го порядка и так далее, до замыкающего створа всей речной системы, расположенного на потоке высшего для этой системы порядка. В речной поток данного порядка (на его протяжении) могут впадать потоки других, более низких порядков. Реку, заканчивающуюся потоком п-го порядка будем называть рекой п -го порядка и ее речную сеть в целом — тоже

в этом отношении следующими числами. Сама Ока является рекой 13-го порядка, рек 12-го порядка в ее бассейне две, 11-го — восемь, 10-го— 17, 9-го — 50, 8-го— НО, 7-го — 269 и 6-го— 1160 (полные данные о реках более низких порядков отсутствуют).

Чем ниже порядок реки, тем меньше времени находятся в ней паводковые воды. Динамика запаса воды в речных потоках различ­ ных порядков на протяжении периода половодья иллюстрируется данными табл. 8, относящимися к половодью 1963 г. на Оке. В том году половодье началось около 10 апреля, запасы воды в речной сети достигли максимума 25 апреля, а их истощение продолжалось потом немного больше месяца. Заметим, что по своему развитию и величине суммарного стока половодье 1963 г. является достаточно типичным.

Как следует из таблицы, в начале половодья относительная ве­ личина запаса воды в речных потоках первого—восьмого порядков

воды в потоках первого—восьмого порядков всегда небольшие; за­ метим, что длины этих рек не превышают 50—80 км. Основных при­ чин того, что в любое время, даже в период подъема половодья, если

91

Т а б л и ц а 8

Динамика запасов воды в речной сети бассейна Оки на протяжении периода половодья 1963 г. (км3/%)

•расчетная единица времени не меньше 1—2 суток, в небольших ре­ ках находится малая часть запаса воды, сосредоточенного во всей крупной речной системе, две. Первая — уклоны речных потоков первого—восьмого порядков во много раз больше уклонов потоков высокого порядка, например 12—13. Вследствие этого в руслах не­ больших рек даже значительным расходам воды отвечают относи­ тельно малые запасы воды. Вторая причина в том, что в разных частях большого бассейна обычно наблюдается довольно сущест­ венная разница сроков снеготаяния, а значит, и сроков прохожде­ ния половодья на малых реках. Конечно, при одновременном по площади снеготаянии рассматриваемая относительная величина за­ паса воды в небольших реках возрастет. То же самое будет для дождевых паводков, вызываемых сильными, а значит, кратковре­ менными дождями, когда будет принят достаточно малый расчет­ ный интервал времени.

Из приведенных данных по динамике запасов воды в различных звеньях речной системы следует, насколько большое значение для прогнозов стока имеет разработка способов расчета запасов воды в крупных и достаточно крупных реках. Интересно отметить, что общий запас воды в речной сети бассейна Оки 25 апреля 1963 г. до­ стиг очень большой величины — 25,6 км3 (табл. 8), пли 105 мм, что составляет 90% стока за весь период половодья 1963 г. А через за­ мыкающий створ к этому времени прошло лишь 6% стока. Отсюда видны те большие возможности прогнозов стока за половодье по данным о запасах воды в речной сети и важность разработки наи­ более точных способов расчета этих запасов. Уже отмечалось, что по своему развитию половодье 1963 г. на Оке было достаточно ти­ пичным.

Р а с ч е т з а п а с а в оды на у ч а с т к е , о г р а н и ч е н н о м г и д р о м е т р и ч е с к и м и с т в о р а м и . Согласно приближенной

92