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

В данном случае продолжительность снеготаяния считалась ано­ мальной, когда ее приведенная величина (Гдр) отличалась более чем на 2 суток от величины, получаемой по эмпирически установ­ ленной для данного района зависимости 7’np= 0,064s, где s — запас воды в снежном покрове, сложенный с осадками за время снего­ таяния. Для лет с аномальной продолжительностью снеготаяния были получены зависимости вида:

где р ' и ро — максимально возможные потери талых вод при ано­ мальной и нормальной продолжительности снеготаяния и данных значениях ш п L, а А7’Пр = 7’Пр — Тщ,.

у м м

Рис. 82. Зависимость стока р. Б. Узень у г. Новоузенска за половодье (у) от запаса воды в снеж­ ном покрове и ледяной корке (s), сложенного с осадками за период таяния, и показателя за­ паса влаги в почве (т) перед началом зимы для

лет с глубоким промерзанием почвы.

Заметим, что поскольку параметр ро рассматривается как вели­ чина потерь талых вод при данной влажности и глубине промер­ зания почвы и при таянии снежного покрова с большим, теорети­ чески с бесконечно большим, запасом воды s, то, казалось бы, его числовое значение не должно зависеть от продолжительности снеготаяния. Однако расчетные значения ро определялись нами из формулы (35.VII) по наблюденным s и у. Естественно, что эти значения уже зависят от продолжительности снеготаяния. Еще заметим, что рассмотренная выше изменчивость L (см. рис. 70)

иw приближенно связана с их средними значениями и,

следовательно, косвенно учитывается рассмотренными зависимо­ стями.

222

На рас. 82 представлена зависимость стока р. Большой Узень у г. Новоузенска (Заволжье, площадь бассейна 7480 км2) за период половодья от запаса воды в снежном покрове, сложенного с осад­

ниям (26.ѴІІ) — (27.ѴІІ). В этом бассейне почва промерзает обычно глубоко. График относится к годам, когда глубина промерзания была 60 см и больше.

Сближение в верхней части графика кривых y — f (s), отвечаю­ щих ряду возрастающих значений т, отличающихся на одну и ту же величину Аот (рис. 82), выражает следующую закономерность.

жение кривых в нижней части графика может быть объяснено так. При уменьшении льдистости достаточно сухой почвы рост интенсивности инфильтрации замедляется, так как при большом дефиците влаги в почве на значительной части площади бассейна поступление талой воды на поверхность не достигает такой интен­ сивности, с которой сухая почва может поглощать воду.

Верхняя кривая на рис. 82 отвечает той величине показателя запаса влаги в почве, при которой глубоко промерзшая почва ста­ новится, по существу, водонепроницаемой. В данном случае эта кривая проведена не только по точкам с т = 60 мм, но и по всем точкам с /п>60 мм.

При увеличении s угол наклона рассматриваемых кривых на рис. 82 к оси 05 возрастает и при некотором достаточно большом

изложенному в § 6 этой главы. Однако для бассейнов степной и лесостепной зон даже при самых больших наблюдающихся запа­ сах воды в снежном покрове угол наклона рассматриваемой кривой практически достигает 45° лишь при высоких значениях т, т. е. при условии весьма слабой водопроницаемости почвы.

На рис. 83 приведена аналогичная зависимость для р. Медве­

ственно отличаются от условий стока в этих же зонах на Европей­ ской территории СССР.

Северный Казахстан — область весьма недостаточного увлаж­ нения. Здесь особенно отчетливо выражено влияние запаса влаги

впочве перед началом зимы на весенний и даже на годовой сток рек, поскольку последний приблизительно на 90 % определяется сто­ ком за период половодья. Запас влаги изменяется от года к году

вшироких пределах. Например, перед началом зимы продуктивной

223

влаги в слое почвы 0—50 см бывает от 5—10 до 70—80 мм. Заметим, что последняя величина уже близка к полевой влагоем­ кости почв Северного Казахстана, но наблюдается она очень редко.

В Северном Казахстане распространены обычные и малогумусные черноземы, а также каштановые почвы. По механическому

Очень большую роль в формировании весеннего стока в Се­ верном Казахстане играет рельеф. Он разнообразен и меняется

у мм

Рис. 83. Зависимость стока р. Медведицы у ст-цы Арчадинской за половодье (у) от запаса воды в снежном покрове и ледяной корке (s), сложенного с осадками за время таяния, и по­ казателя запаса влаги в почве (т) перед на­

чалом зимы.

от плоского с большим количеством различных замкнутых пониже­ ний, включая озера, до мелкосопочника. На довольно большой части территории емкость углублений и озер настолько значи­ тельна, что даже при наиболее благоприятных условиях стока, т. е. больших запасах снега и очень низкой водопроницаемости мерзлой почвы, они наполняются талой водой лишь частично. Вес­ ной площади бассейнов таких углублений всегда являются по отно­ шению к рекам бессточными. На части площади, тоже весьма су- ществеш-шой, величина бессточной площади меняется от года к году в зависимости от степени водопроницаемости почвы и коли­ чества воды, поступающей на поверхность за время снеготаяния. Водопроницаемость почвы здесь в основном определяется ее льди-

224

стостью, так как практически ежегодно глубина промерзания почвы бывает значительная, больше 60 см.

На рис. 84 приведена для одной из рек Северного Казахстана зависимость весеннего стока от максимального запаса воды в снеж­ ном покрове, сложенного с осадками за период таяния, и показа­ теля запаса влаги в слое почвы 0—50 см перед началом зимы. Про­ верочные прогнозы, составленные для ряда рек этой территории по зависимостям, аналогичным приведенной на рис. 84, определенно говорят о том, что такие зависимости позволяют успешно давать прогнозы весеннего стока. Вместе с тем это свидетельствует в об­ щем о небольшом изменении потерь талых вод под влиянием ко-

Рис. 84. Зависимость стока за половодье (у) одной из рек Северного Казахстана от максимального запаса воды в снежном покрове (s), сложенного с весенними осадками, и показателя запаса продуктивной влаги (ш) в слое почвы 0—50 см накануне установления снеж­

ного покрова.

лебаний глубины промерзания почвы и интенсивности снеготаяния. Первое легко объяснимо, потому что глубина промерзания почвы в Северном Казахстане, как уже отмечалось, почти всегда больше 60 см. На вероятные причины второго факта указывалось выше.

Как мы уже говорили, на территории Северного Казахстана весной большое количество талой воды задерживается в бессточ­ ных углублениях. Это количество зависит прежде всего от харак­ тера рельефа и при прочих равных условиях сильно меняется от бассейна к бассейну. Поэтому каждая зависимость, аналогичная приведенной на рис. 84, справедлива в общем случае только для того бассейна, к которому относятся исходные данные. Но если общую величину потерь талых вод, равную p = s — y, разделим на потери на инфильтрацию и поверхностное задержание, то, как по­ казали исследования В. Н. Паршина, появятся возможности для

разработки метода прогноза, применимого в общем к любому не слишком малому бассейну. Рассмотрим этот вопрос.

вая). Как отмечалось, в такие годы потери талых вод в основном являются потерями на поверхностное задержание. Далее, считаем, что когда т а п і , потери воды, равные p = s — y, состоят из ин­ фильтрации / и поверхностного задержания и. Можно принять, что значение и равно потерям воды, которые отвечают данному значе­

ве интегральной характеристики рельефа средний уклон поверхности бассейна, Паршин получил за­

В таких случаях значительная часть площади бассейна всегда бы­ вает бессточной. Так, например, в бассейне р. Тобола до г. Кустапая (его площадь 45 000 км2) опа составляет даже 40%- Из гра­ фика также следует, что при достаточно расчлененном эрозионном рельефе, т. е. при уклонах поверхности около 15%о и больше, и 0 составляет приблизительно 20 мм. Это вполне согласуется с тем, что ранее говорилось о величинах поверхностного задержания при эрозионном рельефе и инфильтрации при появлении проталин в ус­ ловиях мерзлой практически водонепроницаемой почвы, а также о величинах испарения во время таяния снега. Заметим, что некоторые данные о зависимости потерь на заполнение бессточ­

226

ных углублений от уклона поверхности были приведены также в гл. V.

Далее для ряда бассейнов Северного Казахстана с суглини­ стыми и глинистыми почвами Паршиным были установлены зави­ симости относительной инфильтрации J/s от показателя запаса влаги т в слое почвы 0—50 см; значение / определялась описан­ ным путем. Зависимости оказались настолько близкими, что их можно было заменить одной. Она показана на рис. 86 и относится ко всей территории Северного Казахстана, исключая районы с пес­ чаными почвами. Заметим, что при довольно сухой почве отноше­ ния I/s для суглинистых почв оказались несколько выше, чем для глинистых.

Располагая зависимостями, представ­ ленными на рис. 85 и 86, картой уклонов поверхности территории Северного Ка­ захстана и расчетными для данного года значениями s и т тоже по всей террито­ рии, можно составить прогноз весеннего стока по любому бассейну, исключая районы с песчаными почвами. Сначала по величине т для данного бассейна на­ ходим на рис. 86 отношение I/s. Затем вычисляем потери на инфильтрацию / н величину s — /. По определенному по карте среднему уклону находим с по­ мощью рис. 85 значение и 0. После этого остается воспользоваться формулой (31.VII), чтобы получить ожидаемую ве­ личину стока. Напомним, что при этом максимальный запас воды в снежном по­ крове определяется по карте, составляе­ мой по данным снегомерных съемок, а осадки за время снеготаяния берутся рав­

ными их среднему количеству. В Северном Казахстане эти осадки небольшие, что, естественно, повышает точность долгосрочного про­ гноза весеннего стока.

Описанный метод составления прогноза позволяет давать ожи­ даемый весенний сток на территории Северного Казахстана в виде карты его изолиний; с практической точки зрения это очень важно, так как расширяет возможности обслуживания народного хозяй­ ства прогнозами речного стока. В основе определения размера еди­ ничной площади, по которой ведется расчет стока, а также общего числа и размещения этих площадей должно лежать изучение ста­ тистической структуры поля весеннего стока на территории Север­ ного Казахстана. Все вычисления, связанные с составлением рас­ смотренного территориального прогноза вплоть до расчерчивания карты изолиний ожидаемого стока, могут и должны выполняться с помощью ЭВМ.