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

возможность предвидеть эти сроки, прибегают к отысканию при­ ближенных количественных зависимостей между датами начала таяния п некоторыми индексами атмосферных процессов за пред­ шествующее время. Важно отметить, что подобные зависимости со­ ставляют основу методов долгосрочных прогнозов вскрытия и за­ мерзания рек. Им будет посвящена вся гл. XIV, поэтому здесь огра­ ничимся примером, показывающим принятый в настоящее время путь решения задачи прогноза распределения квартального стока по месяцам. Пример относится к Куйбышевскому водохранилищу, основной приток воды в которое дают реки Ока, Сура, Ветлуга, Вятка и Белая.

Установлено, что величина стока за апрель каждой из этих рек, выраженная в процентах от стока за второй квартал, зависит от срока начала половодья. Этот же срок (по каждой реке), как тоже было установлено, связан с одной из количественных харак­ теристик атмосферных процессов в марте над центром Европейской территории СССР. Значит, зная эту характеристику для текущего года, можем найти по стоку рек Оки, Суры, Ветлугп, Вятки и Бе­ лой величину притока воды в Куйбышевское водохранилище за апрель. По этому притоку (выраженному в процентах от ожидае­ мого притока за квартал) и по ожидаемому притоку за квартал, можно найти приток за май, так как между этими тремя величи­ нами притока есть достаточно тесная связь. Приток за июнь вы­ числяется как разность между ожидаемыми величинами притока за квартал и за апрель—май.

§ 8. ВОЗМОЖНОСТИ И СПОСОБЫ УТОЧНЕНИЯ ПРОГНОЗА СТОКА ЗА ПЕРИОД ПОЛОВОДЬЯ

Для планирования использования водных ресурсов, в особенно­ сти для наиболее эффективной эксплуатации водохранилищ на больших реках, часто нужны прогнозы стока за период половодья

крове. Например, по требованиям практики первый прогноз весен­ него стока р. Камы в настоящее время выпускается в конце февраля или в первых числах марта. Максимум накопления снега в этом бассейне наступает значительно позднее, в самом конце марта —■ начале апреля. Ясно, что точность прогноза с увеличением его за­ благовременности понижается.

Прогнозы такой большой заблаговременности составляются с помощью тех же методов, что были рассмотрены выше. При этом расчетное количество воды, поступающей на поверхность бассейна

за время снеготаяния, вычисляется как сумма (s + As + x,), где s — запас воды в снежном покрове на дату составления прогноза, опре­

деляемый по данным снегомерных съемок, As — средняя многолет­ няя величина приращения запаса за время от этой даты до срока

наступления максимального запаса, хі — средние многолетние ко-

238

личества осадков за период снеготаяния. Количество осадков х 2 после схода снега или величина дождевого стока у д на спаде поло­ водья, смотря по тому, что требуется зиать соответственно методу (см. предыдущий параграф этой главы), также берутся равными средним их величинам. Что касается водопоглотительной способно­ сти бассейна, то в конце зимы она мало меняется во времени.

Очень часто бывает необходимо произвести уточнение прогноза большой заблаговременности. В большинстве случаев поступающая со станций информация будет указывать на то, что в данном году

величина As существенно отличается от As. Тогда эта же инфор­ мация используется для вычисления более точной величины As. Само составление уточненного прогноза стока осуществляется опять с помощью рассмотренных выше методов. В таком же порядке уточ­ няются выпущенные прогнозы, когда появляется информация, го­ ворящая о неожиданном изменении водопоглотительной способно­ сти бассейна, или обнаруживаются достаточные основания считать, что осадки в период снеготаяния будут значительно выше или ниже нормы.

Имеются также возможности для уточнения прогноза стока за период половодья, составленного по данным о запасе воды в снеге перед началом таяния. В этом случае уточненный прогноз имеет наибольшую заблаговременность тогда, когда, как еще в 1947 г. указывал А. В. Огиевский, исходными данными для его составле­ ния служат величины стока малых рек к моменту завершения сне­ готаяния. Рассмотрим этот вопрос.

Прежде всего надо сказать, что прогноз стока большой реки по данным о стоке малых рек может быть успешным только тогда, когда имеется достаточно точная связь между величинами весен­ него стока большой и малых рек. В гл. IV, по-существу, уже гово­ рилось о существовании такой связи. Был изложен способ опреде­ ления запаса воды в речной сети бассейна по данным о стоке малых рек [см. формулу (24.IV)]. Если по этой формуле произвести рас­ чет на день завершения снеготаяния в бассейне большой реки, то, как мы уже знаем, получим величину запаса воды в речной сети, составляющую больше половины всего стока за половодье в замы­ кающем створе. Ясно, что это указывает на то, что связь между стоком большой реки н малых, безусловно, имеется и притом доста­ точно тесная. Наличие связи было неоднократно доказано прямым сопоставлением величин весеннего стока большой реки с осредненными по площади величинами стока малых рек, находящихся в раз­ ных частях ее бассейна. Например, для бассейна Дона до х. Беля-

жна быть площадь самих малых бассейнов и их число для вычисле­ ния стока большой реки с достаточно малой заданной погрешно­ стью. Было лишь обращено внимание на целесообразность приблизительно равномерного расположения малых бассейнов.

239

Если вспомним, что говорилось в § 2 настоящей главы о чис­ ленном анализе карт запаса воды в снежном покрове, то станет ясным следующее. Вопрос о количестве малых бассейнов, необхо­ димых для вычисления по их данным весеннего стока большой реки с практически приемлемой точностью, должен решаться на ос­ нове изучения статистической структуры поля этого стока. Первое

Рис. 93. Схема расположения небольших водосборов в бассейне Дона, данные по которым использовались при изучении поля весен­ него стока.

I — водосборы , данные по которым использовались для уточнения долгосроч­ ного прогноза весеннего стока.

Когда говорим о поле стока, то, очевидно, надо условиться, поле каких уже осредненных по площади величин стока имеется в виду. При рассмотрении поля величин запаса воды в снеге, было сказано, что речь идет о поле величин, осредненных по маршруту снегомерной съемки. За исходные данные при рассмотрении поля стока в бассейне Дона были приняты в основном данные по бассей­ нам площадью от 500 до 3000 км2. Данные о стоке очень малых рек,

240

ручьев и тем более логов, сток которых часто существенно зависит от местных условий, понятно, являются в данном случае непоказа­ тельными.

нормированной корреляционной функции высоты слоя стока за пе­ риод половодья /';/(/), вычисленной по выражению (12.VII). Функ­ ция была получена по данным за вёсны, когда водность рек в бас­ сейне Дона была средней и выше средней. Районы, к которым от­ носятся этот график и график нормированной корреляционной функции запаса воды в снежном покрове, представленный на рис. 67, несколько различаются. Как мы могли видеть, различаются и величины единичной площади, по которым было получено каждое исходное значение запаса воды в снеге и стока за половодье. Тем

дится), т. е. взаимосвязь поля стока в различных его частях сильнее. Это объясняется тем, что в такие

годы в бассейне Дона отчетливо проявляется закономерное умень­ шение стока с северо-запада на юго-восток (см. рис. 93), что в об­ щем не наблюдается в годы многоводные и средние по весенней вод­ ности рек.

Исследовав распределение весеннего стока по площади, Паршин установил, что для вычисления величины стока Дона у х. Беляевского за период половодья со средней квадратической ошибкой 3—• 5 мм достаточно иметь данные по шести—восьми водосборам пло­ щадью 1000—3000 км2, расположенным приблизительно равно­ мерно. Отсюда следует, что на основе данных о ходе стока с этих бассейнов вполне можно строить и методику уточнения того долго­ срочного прогноза стока Дона у х. Беляевского, который составля­ ется еще до начала' таяния по данным о снежном покрове и водопоглотительной способности почво-грунтов (см. предыдущий пара­ граф) .

Разработанная с учетом изложенного методика уточнения ука­ занного долгосрочного прогноза притока воды в Цимлянское

водохранилище через входной створ у х. Беляевского кратко сво­ дится к следующему.

По данным о расходах воды шести отобранных небольших рек (см. рис. 93) подсчитывается слой их стока (в миллиметрах) с на­ чала половодья до дня, когда наступает максимум половодья на той реке, где это происходит в данном году позже всего. Затем вычис­ ляется средняя арифметическая величина этого стока по шести ре­ кам. Далее, к ней прибавляется сток, который ожидается до конца половодья. Он определяется с помощью кривой спада осредненного стока тех же шести рек. Кривая строится по данным за прошлые годы. Рассчитанная таким путем величина стока принимается за ожидаемую величину стока Дона у х. Беляевского за весь период половодья. В тот день, когда выпускается такой уточненный про­ гноз, сток Дона у X. Беляевского составляет в среднем только около 20% всего стока за половодье, причем максимальный расход воды наступает в среднем через 15 дней, а окончание половодья — через 65 дней. Средняя квадратическая ошибка прогноза около 3 мм, или около 5% стока за половодье.

Столь высокая точность и надежность таких методов прогнозов стока за половодье дает возможность уверенно использовать их не только в оперативной практике регулирования стока водохранили­ щами при ГЭС, но и при проектировании водосливного фронта пло­ тин ГЭС. Зная, что имеется полная возможность предвидеть вели­ чину стока с высокой точностью проектирование ведется исходя из того, что всегда будет заранее известно, как надо срабатывать водохранилище к моменту максимума притока. Именно это и по­ зволяет сокращать количество водопропускаемых отверстий, а сле­ довательно, достичь значительной экономии при постройке всей плотины.

В настоящее время способы прогнозов, в общем аналогичные рассмотренному, разработаны для ряда бассейнов больших рек и водохранилищ, в частности для Куйбышевского (площадь бассейна 791 000 км2) и Камского (площадь бассейна 168 000 км2). Отметим, что уточненные прогнозы весеннего притока в оба водохранилища выпускаются в день наступления максимального суточного притока и при их составлении учитывается количество оставшегося снега (по данным снегомерных съемок на станциях). Для Куйбышевского водохранилища прогноз выпускается в среднем в начале мая. Точ­ ность прогноза достаточно высокая, о чем говорит величина его средней квадратической ошибки (Д), равная 3,7 км3, а среднее квадратическое отклонение стока от даты максимального суточного притока до конца второго квартала сг = 21,6 км3, т. е. точность ме­ тода характеризуется величиной Д/а = 0,17.

В предыдущем параграфе говорилось о существенном пониже­ нии в ряде случаев точности методов прогнозов, когда бассейн боль­ шой реки рассматривается в целом. Там же говорилось, как можно этого избежать. Теперь, после рассмотрения поля весеннего стока и связей стока большой реки со стоком малых рек, можно указать еще один путь, позволяющий избежать этих дополнительных по­

242