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

внесен значительный вклад в решение проблемы формирования половодья и паводков, в изучение процессов снеготаяния, водоот­ дачи снежного покрова, поглощения воды бассейном, в том числе во время весеннего таяния снега, истощения запасов воды в бас­ сейне, формирования стока в горах, появления и начала ледостава па реках, озерах и водохранилищах, вскрытия рек и очищения ото льда водохранилищ. Важное место в проведении этих иссле­ дований, а также в разработке практических методов прогнозов занимало и занимает математическое моделирование.

Модель как средство научного исследования представляет со­ бой абстрактную (мысленную) или физическую (материальную) систему, которая так отражает или воспроизводит изучаемое явле­ ние или процесс, что обеспечивает получение информации, необхо­ димой для более глубокого познания этого явления пли количе­ ственного описания данного процесса. Модели дают возможность

задачи. С помощью численного эксперимента они позволяют иссле­ довать взаимодействие между различными факторами и получить объективное представление о тех зависимостях или упрощенных схемах, которые могут быть использованы для разработки практи­ ческих приемов прогноза применительно к ограниченным эмпири­ ческим данным. Модели позволяют также определить потребность в дополнительных данных наблюдений и оценить возможную точ­ ность прогнозов в зависимости от точности исходных данных. На­ конец, пользуясь данными наблюдений, мы можем установить, на­ сколько хорошо принятая модель соответствует той объективной реальности, из которой выведена сама модель.'

Нередко под моделированием стали понимать анализ систем и решение с помощью ЭВМ достаточно сложных задач, включаю­ щих оптимизацию параметров. Иногда анализ систем как метод исследования даже противопоставляется обычным методам физи­ ческого анализа и синтеза. Такое противопоставление, конечно, нельзя считать правильным, ибо анализ систем не может разви­ ваться в отрыве от физического анализа, а интерпретация его ре­ зультатов целиком зависит от правильного понимания соответ­ ствующих физических процессов.

При всей важности генетического анализа и моделирования для разработки методов прогнозов практическая успешность таких раз­ работок зависит в конечном счете от наличия эмпирических дан­ ных, их репрезентативности, полноты и точности.

Известно, что на процессы стока влияет очень много факторов,

во времени обусловливает огромные трудности при создании физи­ чески строгих методов предвычисления речного стока. Много труд­ ностей возникает и при разработке способов предвычисления ледо­ вых явлений на реках, озерах и водохранилищах. Все это приводит к тому, что каждый метод прогноза представляет собой в общем

10

В 90-х годах прошлого столетня В. Г. Клейбером, Д. Д. Гнусипым и А. Н. Квицинским были разработаны первые способы краткосрочных прогнозов уровней судоходных рек России. Прогноз уровня предлагалось давать, опираясь на закономерности переме­ щения водных масс в речном русле, используя при этом в качестве исходных данных только измерения уровня воды на водомерных постах, расположенных вверх по течению.

Научная проблема долгосрочного прогноза высоты весеннего половодья, решение которой имело бы большое практическое зна­ чение, была четко и широко поставлена известным русским клима­ тологом, и географом А. И. Воейковым после катастрофически высокого половодья на реках центральной части России в 1908 г. Несмотря на это разработка проблемы тогда не началась.

Из дореволюционных исследований надо отметить интересную работу Э. М. Ольдекопа, в которой рассматривалась зависимость стока горных рек Средней Азин от осадков. Работа имела явно прогностическую направленность.

В 1919 г. был создан Российский (ныне Государственный) гид­ рологический институт и начали проводиться работы по системати­ ческому изучению гидрологического режима рек, озер, болот и вод­ ных ресурсов. Создание института в годы, когда молодое социали­ стическое государство еще вело напряженную борьбу на фронтах гражданской войны, свидетельствует о том большом внимании, ко­ торое уделялось В. И. Лениным и Советским правительством пер­ спективам использования водных ресурсов.

С созданием Государственного гидрологического института на­ чинаются исследования и по гидрологическим прогнозам. С извест­ ной условностью можно наметить следующие периоды в развитии

когда решение некоторых задач гидрологических прогнозов дости­ галось путем установления чисто эмпирических зависимостей. Можно назвать зависимости высоты половодья, времени вскрытия реки или стока от факторов, которые, как тогда считалось, оказы­ вают на предсказываемое явление наибольшее влияние. Эти работы принесли несомненную пользу — привели к получению не­ которых практических приемов прогнозов и способствовали выясне­ нию условий и факторов формирования половодья, паводков, за­ мерзания рек и т. п. Для этого периода характерно широкое при­ менение метода линейной, в том числе множественной, корреляции. Необходимо отметить исследования, выполненные Л. К. Давыдовым,

11

Б. А. Аполловым, А. В. Огиевоким, О. Т. Машкевич, П. М. Машуковым.

В1922 г. В. Н. Лебедевым была предложена формула для дол­ госрочного прогноза высоты половодья, включающая балловые оценки высоты снежного покрова, увлажнения бассейна и циклоничности весны. Конечно, она уже давно устарела, но для своего времени представляла интерес.

В1924 г. Л. К. Давыдовым была опубликована работа, в ко­ торой рассматривались как вопросы прогнозов стока горных рек,

так и вопросы организации службы гидрологических прогнозов

вСредней Азии.

В1924—1927 гг. Е. В. Оппоков и В. А. Назаров выполнили ряд проработок по краткосрочным прогнозам уровней рек бассейна Дне­ пра по методу соответственных уровней.

В1929 г. была создана Гидрометеорологическая служба СССР, одной из задач которой явилось обеспечение народного хозяйства

и населения сведениями о текущем и будущем состоянии рек и озер. С этого времени уже стала складываться служба гидроло­ гических прогнозов в виде секторов гидрологических прогнозов

вместных управлениях Гидрометслужбы. Руководящим научным

иметодическим центром стал отдел гидрологических прогнозов Центрального бюро погоды в Москве.

Уже первые исследования по гидрологическим прогнозам носили ясно выраженный прикладной характер. В связи с этим рано по­

явилась возможность для составления оперативных прогнозов, в том числе прогнозов высоты половодья для ряда рек и прогнозов стока некоторых рек Средней Азии за вегетационный период. Характерно, что на время строительства Волховской п Днепров­ ской ГЭС-—первенцев плана ГОЭЛРО— были созданы первые в нашей стране Бюро гидрологических оповещений, возглавлявшиеся Н. В. Лебедевым и А. В. Огиевским. В бюро были выполнены исследования по долгосрочным прогнозам высоты половодья, сро­ ков вскрытия и замерзания рек и др. В работах А. В. Огиевского, относящихся к этому периоду, получили дальнейшее развитие также прогнозы по методу соответственных уровней.

Наиболее характерным для второго периода, т. е. со второй половины 30-х до середины 40-х годов, является применение в ис­

поглощения талых вод речным бассейном, развитие метода изохрон и выполнение первых расчетов дождевых паводков по методу еди­

основы генетического анализа процесса формирования половодья равнинных рек (М. А. Великанов) и производятся первые исследо­ вания теплового баланса снежного покрова весной с целью расчета интенсивности снеготаяния (В. И. Рутковский). Разрабатываются первые методы прогнозов летнего стока рек (работы С. Ю. Белин-

12

кова, К. П. Воскресенского, М. И. Гуревича) и методы долгосроч­ ных прогнозов вскрытия и замерзания рек Европейской террито­ рии СССР (Г. Р. Брегман, Г. Я. Вангенгейм).

С 1938 г. руководящим научным и методическим центром по гидрологическим прогнозам становится Государственный гидроло­ гический институт. Им проводится большая работа по дальнейшей организации службы гидрологических прогнозов в государствен­ ном масштабе. В 1941 г. выходит из печати первое практическое руководство по основным приемам гидрологических прогнозов и первая инструкция по выпуску, учету и оценке прогнозов.

Развитие и разработка новых методов прогнозов на основе успехов в изучении прежде всего процессов формирования поло­ водья и паводков, закономерностей перемещения водных масс в руслах рек и питания рек в летний период, подготовка квали­ фицированных кадров и организационное укрепление службы гид­ рологических прогнозов позволили резко расширить в эти годы оперативную деятельность секторов гидрологических прогнозов местных управлений Гидрометслужбы. Увеличилась оперативная работа отделов гидрологических прогнозов Государственного гидро­ логического института и Центрального бюро погоды в Москве. К 1940 г. число выпускаемых ежегодно различных гидрологических прогнозов и предупреждений превысило по стране 40 тысяч.

Необходимо сказать, что с 1936 г. начинается значительное рас­ ширение снегомерных наблюдении в бассейнах равнинных и гор­ ных рек. С этого же времени организуются наблюдения на агро­ метеорологических станциях за промерзанием и влажностью почвы.

В годы Великой Отечественной войны вся деятельность службы гидрологических прогнозов была перестроена и велась соответ­ ственно требованиям военного времени. В 1943 г. на базе гидро­ логических отделов Центрального института погоды и Государ­ ственного гидрологического института были созданы два гидроло­ гических отдела Центрального института прогнозов, ныне ордена Ленина Гидрометеорологического научно-исследовательского центра (Гидрометцентра СССР), ставшего главным научно-методическим центром страны по всем видам гидрометеорологических прогнозов.

Быстрое расширение водного хозяйства в послевоенные годы по­ ставило ряд новых задач перед службой гидрологических прогно­ зов. Создание крупнейших водохранилищ на Волге, Каме, Днепре, Оби и ряде других рек потребовало прогнозов сезонного, кварталь­ ного, месячного притока к каждому водохранилищу, а также уве­ личения выпуска краткосрочных прогнозов речного стока. Для луч­ шего гидрологического обеспечения водного транспорта стали нужны краткосрочные прогнозы ледовых явлений на реках и водо­ хранилищах.

К числу наиболее значительных научных достижений третьего периода относятся:

— разработка приближенной теории движения паводка, изу­ чение механизма регулирования стока русловой системой, дина­ мики запасов воды в речной сети и добегания воды по руслам

13

(работы Г. П. Калинина и П. И. Милюкова, В. И. Сапожникова, A. Г. Левина, А. П. Жидикова, Д. Л. Соколовского и И. А. Шнкломанова, А. В. Огиевского, II. А. Железняка, Ю. В. Горбунова,

Е. С. Змиевой, В. М. Лыло, Т. Т. Макаровой, Т. И. Великановой, B. В. Романова, О. И. Крестовского, В. А. Романенко и др.);

Б. М. Гинзбурга, Е. И. Савченковой, Т. Н. Макаревич, И. В. Ба­ лашовой и др.);

— исследования таяния и разрушения ледяного покрова на реках, озерах и водохранилищах (работы Л. Г. Шуляковского, C. Н. Булатова, Н. Д. Ефремовой и др.).

Эти достижения и разработка па их основе более совершен­

СССР, гидрологов-прогнозистов Государственного гидрологиче­ ского института и зональных научно-исследовательских гидро­ метеорологических институтов (Украинского, Среднеазиатского и др.). Особо должна быть отмечена научно-методическая работа

И. Я. Лисера, П. Л. Медреса, А. А. Пасторса, Г. Ф. Пастуховой, B. Н. Рухадзе, В. В. Салазанова, И. М. Черноиваненко и др.). Ими выполняется, кроме оперативной работы, разработка спосо­ бов прогнозов по конкретным водным объектам на всей терри­ тории СССР, отличающейся большим разнообразием физико-гео­ графических условий, а следовательно, и разнообразием водного и ледового режима рек и озер.

О б е с п е ч е н и е н а р о д н о г о х о з я й с т в а о п е р а т и в ­

ный транспорт широко используют гидрологические прогнозы при планировании выработки электроэнергии, работы речного флота, размеров посевных площадей, распределения воды между ороси­ тельными системами и ряда других важных хозяйственных меро­ приятий. Прогнозы позволяют определять оптимальные, наиболее

14