Файл: Аполлов, Б. А. Курс гидрологических прогнозов учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 199
Скачиваний: 0
Иногда используются и некоторые другие косвенные характе ристики степени увлажнения бассейна к началу зимы. В частно сти, в отдельных случаях в нее не включают суммарное испарение, т. е. характеристика вычисляется только по данным об осадках. Для бассейнов лесной зоны в качестве показателя степени увлаж нения почвы, лесной подстилки, мохового покрова и степени на полнения водой болот и различных бессточных углублений можно принимать паводочный сток за осень и сток за зимние месяцы. Смысл этих характеристик станет вполне понятным, если вспомним отмеченные выше особенности условий стока в лесной зоне.
Рассмотренные показатели увлажнения вычисляются по данным отдельных станций, а затем осредняются общепринятыми спосо бами для бассейна.
В гл. V тоже рассматривались показатели увлажнения почвы [формула (65.Ѵ)]. Там говорилось об их вычислении только по данным об осадках, причем было видно, что чем более ранние осадки учитываются, тем с меньшим коэффициентом они входят в расчетную формулу. Это уменьшение коэффициента отражает факт большего испарения сравнительно давно выпавших осадков. Значит, при вычислении этого показателя испарение тоже учиты вается, но косвенно.
Взаключение еще раз подчеркнем, что долгосрочный прогноз весеннего стока—это в основном прогноз потерь талых вод во время снеготаяния при сложившихся в бассейне условиях. В связи
сэтим разработка показателей водопоглотительной способности почв и бассейна в целом, а также практических способов вычисле ния этих показателей имеет исключительно большое значение для решения проблемы долгосрочного прогноза половодья.
§6. ОБЩИЙ ВИД ЗАВИСИМОСТИ СТОКА ЗА ПОЛОВОДЬЕ ОТ ЗАПАСА ВОДЫ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ, ЗАДЕРЖАНИЯ ВОДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ, ИНТЕНСИВНОСТИ ИНФИЛЬТРАЦИИ
ИСНЕГОТАЯНИЯ
Вгл. V был частично рассмотрен процесс расходования дожде вой воды на заполнение бессточных углублений на поверхности бассейна. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Влюбом речном бассейне имеется бесчисленное количество бес сточных углублений разных размеров. Будем выражать емкость
каждого углубления в миллиметрах слоя воды на всю площадь водосбора этого углубления и обозначим высоту этого слоя через и. За повторяемость каждой величины и примем долю площади реч ного бассейна с такой емкостью бессточных углублений. Тогда для каждого бассейна будем иметь распределение величин и, ко торое обозначим ср(«). Можно полагать, что его график будет бли
зок к кривой, приведенной на рис. 75, для которой можно при-
U
, . 1
нять уравнение ср(и)=-----е , где и 0 — количество воды, задер
212
живаемое на поверхности бассейна при полном заполнении всех бессточных углублений и выражаемое в миллиметрах слоя на весь речной бассейн.
Если будем рассматривать заполнение емкости болот, некапил лярных пор почвы, открытых сверху, лесной подстилки и мохового покрова, то придем к кривым распределения величии поверхност ного задержания воды в бассейне. Вероятно, они также обычно будут близки к кривой, приведенной на рис. 75.
Если известны уравнение кривой w([l) распределения величин поверхност ного задержания воды и численные значения его параметров, то можно построить кривую, выражающую за висимость слоя воды и, расходуемой на поверхностное задержание, от
слоя воды s, поступившей на по верхность бассейна, за вычетом слоя
воды I, впитавшейся в |
почву. Для |
U |
|
<р(и)=-----е "“имеем |
|
«о |
|
и= я Д і _ «Г |
(28. VII) |
При но= 25 мм эта зависимость представлена на рис. 76. Анализ зависимости талого стока за период половодья от за
паса воды в снежном покрове, интенсивности инфильтрации и тая ния снега, а также количества воды, расходуемой на поверхностное
Рис. 76. Зависимость количест ва воды (и), расходуемой на поверхностное задержание, от количества воды, поступившей на поверхность бассейна, за вы четом количества воды (s—/),
впитавшейся в почву.
задержание, сопряжен с большими трудностями. Они вызываютсяг прежде всего тем, что впитывающая способность почвы, мощность снежного покрова, интенсивность снеготаяния и поверхностное за держание сильно меняются по площади. Кроме того, всегда наблю даются также существенные изменения инфильтрационной способ ности и интенсивности поступления воды на поверхность бассейна во времени (в частности, ночью снег почти не тает).
Теоретический анализ общего вида рассматриваемой зависимо сти для случая, когда интенсивность поступления воды ha на по верхность бассейна и интенсивность инфильтрации і постоянны, был
дан Е. Г. Поповым. Исходя из уравнения водного баланса бас сейна, он вывел общее выражение для зависимости
> ' = / ( * . ~ Ь ‘ а° )’ |
(2 9 . V II) |
где s — запас воды в снежном покрове вместе с осадками за время таяния.
Это выражение было получено с учетом того, что заполнение углублений происходит одновременно и тесно связано с инфиль-
у мм
Рис. 77. График зависимости |
стока за половодье (у) |
|
|||
от запаса |
воды в |
снежном |
покрове (s), |
сложенного |
|
с осадками за время снеготаяния, и величины отноше |
|
||||
|
ния |
при «о= 20 мм. |
|
|
|
|
|
“ п |
|
|
|
l ) j - = 0,6; |
2) -j— = |
0,4; 3) / - = 0 , 2 . |
|
||
|
Пп |
пп |
/іп |
|
|
|
|
|
|
|
s — ! |
трацией. Приняв, |
согласно вышеизложенному, |
ср(и) |
1 |
||
|
|||||
Uo
получаем выражение для этой зависимости в виде
, м
у==11 _ ^ г ) 5_/г° ^ - е |
(ЗО .Ѵ ІІ) |
|
График зависимости при «о= 20 мм представлен на рис. 77. Формулу (ЗО.ѴІІ), очевидно, можно записать также в виде
y = s —/ —и0( і - < Г ~ ) , |
(31 .VII) |
где / — инфильтрация за все время снеготаяния в миллиметрах.
214
Отсюда потери талых вод р |
|
р = І + и Х |
(32.VII) |
Общий вид зависимости можно также вывести, исходя из вы ражения для скорости инфильтрации.
Рассмотрим элементарную площадь. Согласно Г. П. Калинину, общее выражение для величины инфильтрации воды в почву за
время снеготаяния можем получить, исходя из того, |
что vt —vQe~k’s, |
||||||
где |
vt — скорость инфильтрации в момент времени |
t\ ѵо — началь |
|||||
ная |
скорость инфильтрации; |
s — количество воды, |
поступившее на |
||||
поверхность почвы; k \ — параметр. Приняв, что интенсивность по |
|||||||
ступления воды |
постоянна |
во времени и что начальная скорость |
|||||
инфильтрации равна этой интенсивности, |
получаем |
|
|||||
|
|
p = |
I = |
d [ \ |
- е ~ Ч ) , |
(33.VII) |
|
где |
d — разность величин |
полной |
влагоемкости и |
начального за |
|||
паса влаги в расчетном слое почво-грунта. |
инфильтрации |
||||||
|
Приравняв |
максимально |
возможную |
величину |
|||
(обозначим ее ро) к величине d, получим |
|
|
|||||
|
|
Р = Р о \ 1 - е |
|
|
(34.VII) |
||
Несмотря на то что процесс инфильтрации в бассейне значи тельно сложнее, чем на элементарной площадке, и что, кроме ин фильтрации, имеет место потеря воды на поверхностное задержа ние, формула (34.VII) может быть принята за исходную при отыс кании по данным наблюдений эмпирических воднобалансовых зависимостей потерь или самого стока от определяющих факторов. Напомним, что на значительной территории, в частности на боль шей части сухостепной и лесостепной зон, емкость бессточных уг лублений выражается слоем высотой всего лишь несколько милли метров.
О виде зависимости стока за половодье от запаса воды в снеж ном покрове, сложенного с осадками за время снеготаяния, при различной поглотительной способности бассейна можно судить также на основе лишь следующих физических представлений о про цессе потерь талых вод на инфильтрацию и поверхностное задер жание.
При любой водопоглотительной способности бассейна перед началом таяния рост потерь талых вод замедляется с увеличением поступления воды на поверхность бассейна (s'), т. е. величина
растет (у — сток). При достаточно большом значении s этот
рост прекращается и, следовательно, dy/ds достигает своей пре дельной величины, т. е. единицы. Другими словами, при доста точно большом s, теоретически при s-voo, потери талых вод на
215
инфильтрацию в мерзлую |
почву и на поверхностное задержание |
|
в сумме достигает предельного значения ро- |
При s = 0 имеем у = О |
|
и при s - у 0 d y / d x = 0. Всем этим условиям |
удовлетворяют, в ча |
|
стности, уравнения: |
|
|
y = s |
—/?oU[ і - е №), |
(35.VII) |
|
Po th Ро . |
(■36.VII) |
Графики этих уравнений при р о = 30, 70 и 160 мм показаны на |
||
рис. 78 и 79. Параметр ро |
характеризует здесь водопоглотитель- |
|
Рис. 78. График уравнения y = s — р0{ 1 |
— е |
/о) при различ |
ных значениях р0. |
|
|
ную способность бассейна перед началом |
снеготаяния и зависит |
|
от факторов, определяющих водопроницаемость почвы и свобод ную поверхностную емкость в этот момент. О выражении (35.VI1) коротко говорилось в гл. V.
Известно, что почва, имеющая влажность, превышающую 0,8— 0,9 наименьшей полевой влагоемкости (ІГІШв), будучи мерзлой, является практически водонепроницаемой. Значит, отобрав для изучаемого бассейна годы с такой влажностью и вычислив для них величины стока за половодье и запаса воды в снежном покрове, сло женного с осадками за время снеготаяния, можем найти поверхно стное задержание и 0. Это легко сделать с помощью рис. 78 и 79, используя их как номограммы. Получив ряд близких значений и0, можно вычислить среднее значение Но- Оно будет соответствовать условиям поверхностного задержания воды в данном бассейне, т. е.
216