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

грешностей. Суть его сводится к разработке методов долгосрочных прогнозов стока за половодье по тем нескольким относительно не­ большим бассейнам, по стоку с которых можно с вполне достаточ­ ной точностью вычислить сток большой реки. Отметим, что эти бас­ сейны не должны быть слишком малыми, так как с уменьшением площади снижается точность определения для них запаса воды в снежном покрове и других необходимых для составления прогноза величин.

Из закономерностей процесса стока в большом бассейне, рас­ смотренных в гл. IV, следовало, что, когда снега в нем практически уже не остается, в речной сети бывает сосредоточено 70—90% объ­ ема стока за весь период половодья. К этому времени через замы­ кающий створ проходит лишь 10—20% этого объема. Для рек с бас­ сейнами, имеющими значительную лесистость, первые величины заметно меньше, а вторые больше. Но и в этом случае в момент схода снега в речной сети находится по меньшей мере 40—50% объема стока за весь период половодья. В связи с такой динамикой запаса воды в русловой сети и стока в замыкающем створе в гл. IV указывалось также на наличие возможностей для выпуска прогно­ зов стока больших рек и притока воды в крупные водохранилища за значительную часть периода половодья по данным о запасе воды

вречной сети при завершении снеготаяния или по этим же данным

сучетом количества оставшегося снега. Там же отмечалось, что та­ кие прогнозы весьма эффективны, т. е. имеют незначительные по­ грешности при достаточно большой заблаговременности [см., на­ пример, формулу (32.IV)]. Понятно, что такие прогнозы тоже яв­

ляются уточнением долгосрочного прогноза стока больших рек за период половодья и второй квартал.

Прогнозы стока рек после наступления максимального расхода

§ 9. ПРОГНОЗ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ И МАКСИМАЛЬНОГО УРОВНЯ РЕК ЗА ПЕРИОД ПОЛОВОДЬЯ

Основой применяемых на практике методов долгосрочных про­ гнозов максимального весеннего расхода воды и уровня рек явля­ ется зависимость их от величины стока за период половодья.

Гидрографы половодья, относящиеся к какому-либо створу на данной реке, всегда больше или меньше различаются по форме.

дами воды за период половодья, а именно

щий форму волны половодья (гидрографа) в данном створе. От­ сюда

QmSKC k f yF. (47.VII)'

где у — высота слоя стока за половодье, отнесенная к площади бас­ сейна К; Т„ — продолжительность половодья; k — коэффициент, за­ висящий от единиц измерения Q, у , F и Тп\ значение б всегда больше единицы.

Для данного створа продолжительность половодья и величина б приближенно зависят от дружности таяния снежного покрова и ве­ личины стока за половодье у. Продолжительность половодья при­ ближенно равна (Г + Тмакс), где тмакс— максимальное время добегания воды с бассейна до створа. Следовательно, при данном зна­ чении у влияние колебаний продолжительности таяния снега Т на максимальный расход воды будет уменьшаться с возрастанием площади бассейна, так как чем больше бассейн, тем больше тмакс-

Существование достаточно тесной связи между QMBKC и у озна­ чает, что величина отношения 8/Т„ приблизительно постоянна или закономерно меняется в зависимости от стока за половодье. Когда 6/ Ді~ const, то это означает, что зависимость QMaKC = f (у) линейна, причем при у = 0 величина <2макс = 0, и что с увеличением стока за половодье в одинаковой мере возрастает как продолжительность половодья, так и неравномерность распределения стока, выражае­ мая коэффициентом б. Слабая связь между QMaKC и у наблюдается в тех случаях, когда форма волны половодья значительно изменя­ ется от года к году и отношение ö / T n не зависит от величины стока" за половодье.

Зависимость Q^<c = f ( y) устанавливается для каждого интере­ сующего практику гидрометрического створа на реке по данным многолетних наблюдений за стоком в этом створе. При составле­ нии с помощью такой зависимости долгосрочного прогноза макси­ мального расхода воды за исходное значение у принимается ожи­ даемый сток за период половодья, т. е. используется долгосрочный прогноз стока за половодье. Опыт разработки способов долгосроч­

ниями дружности снеготаяния при данной величине у и со степенью естественного регулирования стока в бассейне. Как отмечалось, косвенное влияние на точность связи оказывает площадь бассейна. Отметим, что точность рассматриваемой связи для рек с площадью бассейна от нескольких тысяч до 20 000—30 000 км2 выше для степ­ ной зоны, особенно восточной ее половины, чем для лесной, и выше для рек с широкой поймой, чем для рек без поймы или имеющих неширокую пойму. Как известно, в степях Заволжья и Северного Казахстана снеготаяние редко развивается с перебоями и обычно характеризуется непрерывным и довольно быстрым повышением температуры воздуха. Наоборот, в лесной зоне, особенно в запад­ ной ее части, возвраты морозов и заморозки в период таяния — не­ редкое явление. Понижается точность зависимости и для рек, бас-

244

сеймы которых примерно наполовину покрыты лесом. Это связано с тем, что таяние снега на полях и в лесу в некоторые годы разли­ чается по времени не сильно, в другие же его таяние проходит прак­ тически в разное время.

На рис. 95 приведена в качестве примера зависимость макси­ мального расхода воды от стока за период половодья для р. Хопер у X. Бесплемяновского (площадь бассейна 44 860 км2). Как видим, зависимость линейиа.

Остановимся на зависимостях QMah-c от у , относящихся к боль­ шим рекам, с площадью бассейна свыше примерно 80 000— 100 000 км2.

При построении графиков этих зависимостей по данным много­ летних гидрометрических наблюдений нередко встречаемся со слу­ чаями значительного отклонения отдельных точек от линии связи, проведенной по большинству точек. Такие отклонения обычно объ­

участке Днепра высота половодья зависит не только от общего стока за половодье, но и от того, в какой мере совпадают по вре­ мени максимумы половодья рек Верхнего Днепра, Припяти и Десны, что в свою очередь связано со сроками таяния снега в этих частных бассейнах.

Другой причиной снижения в отдельных случаях точности зави­ симости Qiiah-c от у для больших рек является неодинаковое от года к году распределение стока между основными притоками, когда они имеют различные значения коэффициента 6.

Несмотря на отмеченные обстоятельства, точность зависимости <2маис от у для больших рек в целом выше, чем для рек средних и малых по величине площади бассейна. Это объясняется отмеченным выше изменением соотношения величин Т и тМакс-

Для больших рек зависимость фмги;с от у довольно часто нели­

245

нейна. Это объясняется тем, что при большом стоке, а следова­ тельно, мощном снежном покрове дружность процесса снеготаяния (интенсивность н одновременность таяния по площади) почти всегда выше, чем при величинах стока, меньших нормы.

Конечно, в основу методов долгосрочного прогноза максималь­ ного расхода воды можно положить зависимости этого расхода от факторов, определяющих величину стока за период половодья. Однако построение и анализ графиков таких зависимостей по дан­ ным наблюдений станций (снегомерных и др.) иногда становится более сложной задачей, чем построение и анализ графиков зависи­ мостей стока за половодье от определяющих его факторов. Впро­ чем, если зависимость QManc—f ІУ) линейна, то это усложнение ста­ новится в общем небольшим.

Прогноз максимального уровня реки за период половодья (вы­ соты половодья) дается на основании прогноза максимального рас­ хода воды, пользуясь кривой расходов воды.

Долгосрочный прогноз срока наступления максимального рас­ хода воды пли максимального уровня, по существу, сводится к дол­ госрочному прогнозу времени начала весеннего таяния снега. Та­ кая задача может решаться лишь путем изучения п использования

между временем наступления максимального расхода воды и датой перехода температуры воздуха через 0°С весной. Но такие зависи­ мости, когда они достаточно точны, позволяют составлять прогноз времени прохождения пика половодья лишь на достаточно боль­ ших реках, особенно когда волна половодья в основном формиру­ ется в верхней части бассейна. Тем не менее и в этих случаях за­ благовременность прогноза редко превышает 10—15 дней.

Глава V III

ПРОГНОЗЫ ВЕСЕННЕ-ЛЕТНЕГО ПОЛОВОДЬЯ ГОРНЫХ РЕК

Многие из достаточно больших рек Советского Союза берут на­ чало в горах. Одни из них протекают в горах целиком или почти на всем своем протяжении (реки Вахш, Карадарья, Баксам, Катунь, Туба и др.). Другие лишь частично и, выйдя из гор, еще десятки и сотни километров несут свои воды по равнине, не принимая значи­ тельных притоков (реки Амударья, Сырдарья, Кура, Терек и др.). Естественно, что для этих рек основной зоной питания остается гор­ ная область бассейна. Большую часть годового стока горные реки дают весной и летом в период весенне-летнего половодья.

Долгосрочные прогнозы стока горных рек за весенне-летнее по­ ловодье, т. е. стока на протяжении основной части вегетационного

246

периода, имеют очень большое практическое значение, особенно для таких районов развитого поливного земледелия, как Средняя Азия и Закавказье. В настоящее время воды ряда рек Средней Азии практически целиком разбираются на орошение. Чтобы лучше ис­ пользовать сток горных рек, в частности полнее удовлетворить за счет этого стока возросшую потребность поливного земледелия в воде, конечно, необходимо каждый год заблаговременно и воз­ можно точнее знать водность горных рек на протяжении весеннелетнего половодья.

Первые методы долгосрочных прогнозов стока горных рек Сред­ ней Азин за вегетационный период (апрель—сентябрь) были разра­ ботаны Л. К- Давыдовым и М. Э. Ольдекопом. Систематическое составление прогнозов по этим рекам началось в 1917 г. Давно вы­ пускаются и прогнозы вегетационного стока рек Кавказа. С введе­ нием в эксплуатацию больших водохранилищ всемирно известных ГЭС на реках Сибири потребовались и стали систематически соста­ вляться прогнозы стока за половодье (за апрель—июнь) по рекам Оби, Енисею, Ангаре и Иртышу.

В настоящее время основными видами долгосрочных прогнозов стока горных рек являются прогнозы стока за вегетационный период (за апрель—сентябрь), прогнозы стока только за период весенне­ летнего половодья, прогнозы стока за остающуюся часть периода половодья, т. е. прогнозы стока до конца половодья, составляемые тогда, когда часть стока уже прошла, прогнозы месячного стока и прогнозы максимальных уровней п расходов воды во время поло­ водья.

Методы долгосрочных прогнозов стока горных рек за период по­ ловодья существенно отличаются от методов этих же прогнозов для равнинных рек, хотя теоретическая база у них общая — уравнение водного баланса бассейна за период половодья. Главных причин можно считать две. Первая — существенные расхождения для гор­ ных и равнинных бассейнов абсолютных и относительных величин некоторых членов упомянутого уравнения, а также неодинаковая изменчивость этих величин во времени, от года к году. Так, напри­ мер, во многих горных бассейнах количество талой воды, погло­ щаемой почво-грунтами, колеблется от года к году меньше, чем на равнинных бассейнах. И вторая причина — пользование при разра­ ботке методов существенно разными характеристиками запаса воды в снежном покрове. Для равнинных бассейнов, как мы уже знаем, имеется полная возможность вычислять более или менее точно аб­ солютные величины этого запаса. Для горных же бассейнов, за от­ дельными исключениями, такой возможности пока нет; поэтому для них вычисляются лишь различные показатели запаса воды в снеге. Если говорить о самой разработке способов прогнозов, то надо от­ метить следующее. Вследствие очень редкой сети станций в высо­ когорных областях при разработке способов приходится применять специальные приемы обработки данных с целью несколько повы­ сить точность вычисления количества осадков и запаса воды в снеж­ ном покрове в бассейне в целом и по его высотным зонам.

247