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

§ 1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОВОДЬЯ НА ГОРНЫХ РЕКАХ

Водный режим любой горной реки сильно отличается от режима соседней равнинной. Основная причина — существенное различие в горах II на равнине физико-географических условий формирова­ ния стока, прежде всего климата н уклонов земной поверхности. Горные хребты вызывают поднятие переваливающих через них масс воздуха, что приводит к большему или меньшему увеличению с высотой осадков, а следовательно, и стока. Бывает, что с некото­ рой достаточно большой высоты количество осадков начинает не­ много убывать. Увеличению стока очень благоприятствует значи­ тельное понижение с высотой температуры воздуха и связанное с этим возрастание периода, когда осадки выпадают в твердом виде.

И вообще молено сказать, что с поднятием в горы происходит весьма сущест­ венное изменение всех со­ ставляющих теплового и водного баланса земной по­ верхности. Именно это в ос­ новном и обусловливает в горах вертикальную зональ­ ность физико-географичес­ ких условий и водного ре­ жима (рис.96).

Для рек, бассейны кото­ рых простираются от ннзкодо высокорасположеиных поясов гор, до 3000—5000 м, характерно длительное тая­ ние снега и как следствие продолжительное половодье, до шести-семи месяцев.

Оно начинается одновременно с таянием снега в предгорьях и за­ канчивается со сходом сезонных снегов высоко в горах или с пре­ кращением таяния вечных снегов и ледников с наступлением холо­ дов в сентябре—октябре. Но на каждой определенной высоте сезонный снег тает значительно меньшее время — в предгорьях несколько дней, а высоко в горах — до двух-трех месяцев.

Далее, для бассейнов горных рек характерна своя, весьма от­ личная от равнинных бассейнов динамика площади одновременного снеготаяния. С наступлением весны эта площадь находится на не­ большой высоте, а в первой или во второй половине лета в зависи­ мости от высоты гор на наиболее высокорасположенных частях бас­ сейна. Существенно меняется эта площадь и в результате колеба­ ний температуры воздуха при изменении погоды, которая в горах нередко бывает неустойчивой. Отметим, что это является одной из основных причин резких колебаний водности горных рек на про­ тяжении довольно коротких промежутков времени. Именно поэтому

248

для гидрографов многих горных рек характерен пилообразный вид (рис. 97). Подчеркнем, что площадь одновременного снеготаяния — важнейший фактор поступления талых вод в реки.

Нижняя граница сезонного снежного покрова в горах получила название сезонной снеговой линии. Естественно, что по мере таяния эта линия более пли менее быстро поднимается. Но было бы непра­ вильно думать, что она действительно представляет собой некото­

ного покрова в горах и телевизионные фотографии горных районов, сделанные с искусственных спутников Земли. В действительности имеем полосу несплошного залегания снежного покрова, выше кото­ рой горы практически сплошь покрыты снегом, а ниже снега в об-

Qk m /3 c

Рис. 97. Гидрографы р. Вахша у с. Туткаул (7) и р. Карадарыі у с. Кампыррават (2) за 1962 г. и гипсографические кривые их бассейнов.

щем нет. Если рассматривать отдельно взятый склон, то ширина полосы в плане достигает примерно 1,0—1,5 км, а разность высот ее верхней и иижпей границ — нескольких сотен метров. Чем круче склон, тем при прочих равных условиях эта полоса будет уже. Если рассматривать весь речной бассейн, то несплошное залегание снега наблюдается, конечно, в более широком диапазоне высот и на отно­ сительно большой площади. Так, по данным аэрофотосъемок снеж­ ного покрова в опытном бассейне р. Варзоб (рис. 98), систематиче­ ски производившихся в течение ряда лет, этот диапазон высот со­ ставляет 800—1200 м, иногда до 2000 м, а площадь с несплошным снежным покровом равняется 20—60% всей площади этого бас­ сейна. Верхняя часть бассейна расположена на высотах 4000— 4800 м.

Следовательно, чтобы исследовать динамику высоты сезонной снеговой линии, необходимо условиться, что будем понимать под этой линией. Обычно под ней подразумевается линия, проходящая по высотам, где снег занимает совсем небольшую площадь. Конечно,

249

это будет довольно условная снеговая линия, так как она будет отвечать лишь средней высоте, на которой находится снег в дан­ ном небольшом районе бассейна, имеющем склоны разной экспо­ зиции.

Коротко остановимся на влиянии горного рельефа на водный ре­ жим рек.

Большая расчлененность этого рельефа и преобладание в горах значительных уклонов (10—25°) вызывают быстрое стекаине та­ лых и дождевых вод в реки; это относится и к стоку по относи­ тельному водоупору под слоем очень распространенных в горах рыхлых осыпей н валунно-галечных отложений, а также к стоку под почвой (подповерхностный, подпочвенный сток — см. гл. V), слой

Рис. 98. Спеголавшшая станция на южном склоне Гнссарского хребта на вы­ соте 2000 м при слиянии рек Маііхуры н Зидды (ниже слияния река назы­ вается Варзоб).

которой здесь в общем незначителен. Если при этом учтем, что реч­ ная сеть в горах густая н скорости течения большие, то станет понятно, почему паводки на горных реках формируются очень бы­ стро, нередко за несколько часов. Естественно, что с этой законо­ мерностью тоже связан пилообразный вид гидрографа, о котором говорилось выше в связи с динамикой площади одновременного снеготаяния.

Теперь остановимся на наиболее важных особенностях условий формирования и прохождения половодья на горных реках Средней Азии, Кавказа и Сибири. Эти особенности находят большее или меньшее отражение в методах прогнозов половодья.

характеризующейся очень жарким сухим летом и небольшим годо­ вым количеством осадков. Но в горах климат, естественно, совсем

250

другой, главное, осадков выпадает уже довольно много и зима зна­ чительно холоднее и продолжительнее. Так, на высотах около 3000 м в виде снега выпадает около 60—75% годового количества осадков, а на высоте 4000 м — свыше 90—95%. Укажем, что в бассейнах Амударьи и Сырдарьи площадь, расположенная выше 2000 и 3000 м, составляет соответственно 75 и 35% всей площади бассейна (до выхода реки на равнину). Характерно, что лесов в горах Средней Азии мало.

На значительных высотах снега выпадает за год больше, чем мо­ жет растаять и испариться. Эта часть гор покрыта вечными (высо­ когорными) снегами и ледниками. Их нижняя граница получила название снеговой линии (языки ледников спускаются несколько ниже этой линии). На разных хребтах и склонах высота этой ли­ нии в общем неодинакова и определяется всеми темп факторами, которые влияют на поступление и расходование снега и от которых в конечном счете зависит знак — положительный или отрицатель­ ный— баланса снега,за год. Так, в бассейне Сырдарьи высота сне­ говой линии 3800—4000 м, а в бассейне Амударьи — 4300—4500 м. Интересно, что наибольшая мощность сезонного снежного покрова наблюдается здесь несколько ниже этих высот, но обычно не ниже

3000 м.

На высотах до 1000—1200 м снежный покров в горах обычно не­ устойчив и часто сходит до начала половодья, почти не давая стока.

Очень важен вопрос об источниках питания горных рек во время весенне-летнего половодья. С ним связаны не только некоторые осо­ бенности методов долгосрочных прогнозов стока за период полово­ дья, но и сами возможности научного предвидения размеров этого стока.

Под снеговым питанием горных рек будем понимать те воды от таяния сезонного снежного покрова, которые достигают ручьев и рек еще в период половодья. Очень существенно, что в горах Сред­ ней Азии, как и в большинстве достаточно высоких горных массивов, это будут не столько воды, стекающие по поверхности, сколько воды, довольно быстро движущиеся по относительному водоупору, над которым, как упоминалось, лежат сильно водопроницаемые слои обломочного материала (осыпи, валунно-галечные отложения и т. п.) или небольшой слой почвы, часто щебнистой, или сильно трещиноватый слой горной породы.

Под подземным питанием будем подразумевать лишь выход на поверхность и непосредственно в русла медленно движущихся и обычно достаточно глубоко залегающих подземных вод. Это пита­ ние достаточно устойчиво во времени и поэтому, как отмечалось, его нередко называют базисным стоком.

На горных реках Средней Азии в период весенне-летнего поло­ водья, который длится с марта—апреля по сентябрь—октябрь, т. е. практически совпадает с вегетационным периодом, проходит в сред­ нем 70—90% годового стока. В это время питание рек характеризу­ ется такими величинами: снеговое 60—65%, ледниковое 10—15%,

251

примерно до 2000 м, половодье захватывает преимущественно лишь март—май, тогда как на упоминавшейся р. Исфаре сток за м ар т - июнь меньше стока за июль—сентябрь почти в 2,5—3,0 раза, а мак­ симум стока приходится на июль—август. Распределение стока в течение половодья и его связь с высотной характеристикой бас­ сейна отчасти иллюстрируется рис. 97.

Имеются основания полагать, что в бассейнах рек Средней Азии потери талых вод, а также подземное питание в общем не сильно меняется от года к году. А поскольку половодье здесь формиру­ ется в основном за счет таяния сезонного снега, количество которого может быть заблаговременно определено путем измерений пли рас­ считано, то ясно, что возможности для долгосрочного прогноза ве-

гетационного стока рек Средней Азии имеются большие. Заметим, что для практики очень нужны также прогнозы распределения этого стока по месяцам. Но для составления таких прогнозов уже тре­ буется знать, как выпавший снег распределился в данном году по высотным зонам бассейна и как будет идти его таяние.

Р е к и К а в к а з а . Горы Кавказа в целом значительно ниже гор Средней Азии. Так, в бассейнах многих рек, в том числе самой большой реки Кавказа — Куры, выше 2000 м находится только 20— 30% площади (рис. 100), тогда как в Средней Азии =75%.

Географическое положение Кавказа и близость его к морю (рис. 101) обусловили на прилегающих небольших равнинах, осо­ бенно на побережьях Черного и Каспийского морей и на обращен­ ных к ним предгорьях, мягкий влажный климат. Как и во всех гор­ ных областях, с поднятием в горы климат и другие физико-геогра­

253

виде уже в течение трех-четырех месяцев, а на 3000—3500 м — ше­ сти—восьми месяцев.

Осадков на Кавказе выпадает, не считая отдельных районов, довольно много — от 600 до 2500 мм в год. В целом осадков здесьбольше, чем в горах Средней Азии. Хотя по территории распреде­ ление осадков на протяжении года меняется довольно сильно, их максимум иа большей части Кавказа приходится на весну н лето.

Снеговая линия на Кавказе находится на высотах 3200—3600 м, но площади, занятые вечными снегами и ледниками, исключая от­ дельные районы Большого Кавказа, незначительны. Как и в горах

Средней Азин, наибольшее количество снега накапливается ниже снеговой линии, обычно на высотах 1500—2500 м. В отдельных ча­ стях Большого Кавказа запасы воды в снеге в конце зимы дости­ гают 700—900 мм, а их вертикальные градиенты составляют около 35 мм на 100 м высоты.

На большей части Кавказа сезонный снежный покров сходит уже в нюне—июле. До высот 800—1000 м снежный покров неус­ тойчив.

Отметим, что на высотах от 800 до 2200 м на Кавказе весьма распространены леса, в основном широколиственные. Выше, до сне­ говой линии, располагаются преимущественно альпийские луга.

По водному режиму реки Кавказа Б. Д. Зайков разделил на три типа.

254

1. Реки с половодьем, захватывающим почти всю теплую часть года, с апреля по сентябрь—октябрь. Это преимущественно реки, стекающие с наиболее высоких частей северного склона Большого Кавказа (см. рис. 101), где чаще встречаются ледники, а именно Те­ рек (см. рис. 100), Кубань и др. Таяние вечных снегов и ледников прекращается здесь в сентябре—октябре.

2.Реки с весенним половодьем в течение марта—июня или марта—июля (см. рис. 100). Таких рек большинство. Половодье на них вызывается таянием сезонного снежного покрова и дождями. Снежный покров сходит к июлю—августу.

3.Реки с паводочным режимом. В основном это реки Черномор­ ского побережья и Ленкорани. Половодье на них почти не выра­

жено, но прохождение паводков в любой месяц года — обычное явление.

На реках первого и второго типа за период половодья проходит 50—75% годового стока. Питание рек в это время характеризуется такими величинами: снеговое 40—50%, дождевое 30—40% и устой­ чивое подземное (базисный сток) около 20—25%. Отклонения от этих величин по отдельным рекам и районам здесь также бывают значительные. Причины этого уже упоминались при характеристике питания рек Средней Азии.

Ледниковое питание рек Кавказа в период половодья невелико, не считая некоторых небольших рек.

Значительное дождевое питание, естественно, несколько снижает возможности долгосрочного прогноза стока рек Кавказа за период половодья, так как предвидеть величины дождевого стока на два— четыре месяца вперед затруднительно. Из-за значительного дожде­ вого питания распределение стока рек Кавказа по месяцам меньше зависит по сравнению с реками Средней Азии от высотных ха­ рактеристик бассейна и распределения снега по высотным зонам. Но эта зависимость все же достаточно выражена.

стока за половодье рек Оби, Енисея, Ангары и Иртыша. Как отме­ чалось, это связано с постройкой на них крупных гидроэлектростан­ ций. Основной приток воды в водохранилища Новосибирской, Крас­ ноярской и других крупных ГЭС идет с территории Алтая, Саян и горных районов Прибайкалья и Забайкалья. Поэтому остановимся на характеристике условий формирования половодья только в этих горных областях Сибири.

Для Алтая характерна значительная сглаженность горных хреб­ тов и распространение довольно пологих склонов, куполообразных вершин и больших межгорных котловин. Однако самая высокая центральная часть Алтая, местами поднимающаяся до 3500—4000 м, расчленена в общем сильно. Отметим, что здесь находится большая часть ледников, а снеговая линия расположена на высоте 2400— 3200 м.

Западный Саян и Восточный Саян — это довольно расчленен­ ное высокое нагорье с наибольшими отметками хребтов в основном

255