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

до 2500—3000 м. К Саянам примыкают две большие котловины — Минусинская п Тувинская.

Горы Забайкалья невысокие, преимущественно не выше 1350 м, с куполообразными вершинами.

Представление о распределении по высотным зонам территории

большую часть Алтая, Саян и Прибайкалья. Как видим на графике, выше 2000—2500 м здесь расположено только 10—20% площади.

Алтайско-Саянская горная страна и Забайкалье расположены в центральной части азиатского материка, где климат континен­ тальный, с продолжительной холодной зимой. Поэтому, в отличие от гор Средней Азии и Кавказа, снежный покров здесь везде устойчив: в предгорьях он лежит около пяти месяцев, а на высотах

2000—2500 м-—семь-восемь месяцев. Наибольшим нако­ плением снега характеризу­ ются высоты 1000—2000 м, где проходит верхняя гра­ ница лесной зоны. Отметим, что леса — в основном хвой­ ные— покрывают большую часть гор, причем преобла­ дание их начинается уже с высоты 300—400 м. Ниже этой высоты в основном рас­ пространена степь, а выше 1800—2200 м — альпийские луга и горная тундра. Почвы

в лесной зоне и выше нее в общем маломощные, часто щебнистые, подстилаются рыхлым слоем обломочного материала. Однако по сравнению с горами Средней Азии и Кавказа слой почвы здесь больше, а условия стока по относительному водоупору заметно ме­ нее благоприятны.

256

По классификации Б. Д. Зайкова, реки Алтая и Западного Саяна относятся к алтайскому типу. За период половодья, продол­ жающегося с апреля по июнь—июль, на них проходит 50—70% го­ дового стока. Питание за время половодья: снеговое 70%, дожде­ вое 25% и подземное 5%.

Реки Восточного Саяна и Забайкалья уже принадлежат к даль­ невосточному типу и, хотя половодье продолжается на них тоже не меньше трех месяцев, сток за время его прохождения составляет только 30—40% годового. Питание этих рек в период половодья: снеговое 50—60%, дождевое 35—40% и подземное 5—10%.

На реках предгорий и котловин, в частности Минусинской, поло­ водье короче, около двух месяцев, но дает оно около 70% годового стока. И это несмотря на то, что мощность снежного покрова здесь, особенно в котловинах, значительно меньше, чем в горах.

Ледниковое питание рек Алтая и Саян незначительное, если не считать некоторых небольших рек. Даже для р. Катунь оно не пре­ вышает нескольких процентов.

Из только что приведенных данных о питании рек Сибири сле­ дует, что наилучшие возможности для долгосрочного прогноза стока за половодье имеются по рекам Алтая и Западного Саяна и рекам, собирающим воду с территории котловин.

Половодье на реках Сибири продолжается в основном три ме­ сяца. Понятно, что прогноз распределения стока по месяцам тоже представляет значительный интерес для практики. Рис. 103 иллю­ стрирует ход расходов воды на протяжении половодья на Оби у г. Барнаула, которая дает основную часть притока воды в водо­ хранилище Новосибирской ГЭС, и на Енисее у г. Красноярска.

§ 2. УРАВНЕНИЕ ВОДНОГО БАЛАНСА БАССЕЙНА ЗА ПЕРИОД ПОЛОВОДЬЯ. О ЗАВИСИМОСТИ СТОКА ОТ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Как мы теперь знаем, в горах весьма существенная часть талых и дождевых вод уходит под поверхность на некоторую глубину и там движется с довольно значительными скоростями. Уже во время половодья, которое продолжается обычно несколько месяцев, эти воды интенсивно питают горные ручьи и реки, выходя на поверх­ ность в виде различных источников или достигая подземными пу­ тями валунно-галечных отложений речных долин. В силу этой осо­ бенности механизма стока в горах в уравнении водного баланса бассейна за период половодья слагаемое, обозначающее инфильтра­ цию, приобретает иное значение, чем для равнинных рек. Надо от­ метить также, что в горах по сути дела встречаемся не с инфильт­ рацией, а с движением воды в виде небольших струй вниз по широ­ ким промежуткам в обломочном материале и щебнистой почве.

Уже отмечалось, что в разных частях бассейна горной реки как сроки начала снеготаяния, так и сроки схода снега сильно разли­ чаются — на один-два месяца и больше, если не брать малых рек.

Поэтому водный баланс бассейна горной реки правильно было бы рассматривать по таким высотным зонам, для каждой из которых можно допустить, что снеготаяние начинается и заканчивается по площади одновременно. На практике можно исходить из высоты зоны даже 500 м. При этом за дату схода снега на данной высоте лучше принимать первый день, когда снег остается в основном лишь в ущельях и циркообразных формах рельефа.

После этих предварительных пояснений запишем уравнение водного баланса бассейна за период половодья в следующем виде:

где у — сток за половодье, за исключением устойчивого подземного (базисного); упз— устойчивый подземный (базисный) сток; s — за­ пас воды в снежном покрове перед началом снеготаяния; индекс і обозначает высотную зону, всего п зон; хц — количество осадков за

определяется при наличии гипсографической кривой бассейна),

тающего снега (за вычетом конденсации); Е п — испарение с по­ верхности почвы и различных скоплений обломочного материала за время от схода снега, до окончания половодья; Агр— изменение за­ пасов воды, находящейся выше слоев сосредоточения подземных вод, обусловливающих базисный сток; Дпз— изменение запасов этих подземных вод; все величины выражены в виде высоты слоя на всю площадь бассейна в миллиметрах.

Величины Si относятся к разным срокам, так как время начала снеготаяния сильно запаздывает с высотой, а величины хц, Хг,-, Е сі и Е -а і берутся за неодинаковые отрезки времени в связи с неодно­ временным по высоте и началом и завершением снеготаяния.

Уравнение (1.ѴІІІ), конечно, приближенно, так как в него не вошли члены, обозначающие подземный водообмен с соседними бассейнами, изменение запасов воды в руслах, удержание талой воды снегом на части бассейна, покрытой вечными снегами, и не­ которые другие члены; но с количественной стороны все они, не счи­ тая особых случаев,второстепенны.

Сток у слагается из стока талых вод ут и стока дождевых вод Уд. Приближенные способы определения у т и уд обычно основыва­

258

ются на расчленении гидрографа. Зная г/т и г/д, можем найти потери и коэффициенты стока талых н дождевых вод рт и р я, Цт и г]д:

Величины обоих коэффициентов стока существенно возрастают с высотой. По имеющимся, правда немногочисленным, данным при­ ближенные средние значения коэффициента стока талых вод состав­

1500 м — 0,30—0,50 и ца высоте 3500—4000 м — около 0,90. На боль­ шей части Алтайско-Саянской горной страны этот коэффициент ра­ вен 0,70—0,80. Коэффициент дождевого стока, формирующегося во время половодья на склонах гор, освободившихся от снега, в сред­ нем в 2—2,5 раза меньше коэффициента стока талых вод.

Уравнение (1.VIII) является общей теоретической основой ме­ тодов долгосрочных прогнозов стока горных рек на период поло­ водья. Однако получить путем расчета такие составляющие ба­ ланса, как Дгр, Лпз и отчасти Е с и Е п пока невозможно, поэтому при разработке практических методов прогнозов стока за половодье уравнение (1.VIII) заменяется приближенными корреляционными связями этого стока с основными факторами. Связи эти тоже мо­ жно называть физико-статистическими. Устанавливаются они для каждой реки с помощью материалов многолетних гидрометеороло­ гических наблюдений в ее бассейне. Таким образом, здесь, как и при разработке ряда других способов гидрологических прогнозов, мы становимся на путь статистического изучения связей между предсказываемым явлением и влияющими на него факторами, на путь решения задачи прогноза методами математической статис­ тики.

К выяснению вопроса о том, какие из гидрометеорологических факторов весенне-летнего стока горных рек являются основными и, следовательно, прежде всего должны учитываться при разработке методики прогнозов, подойдем путем общей оценки величин каж­ дой составляющей уравнения (1.ѴІІІ).

Согласно данным наблюдений и приближенных расчетов, испа­ рение с поверхности снежного покрова в горах за время снеготая­ ния составляет в среднем 10—20 мм и мало меняется от года к году сравнительно с другими составляющими уравнения (1.ѴІІІ). По: следнее можно целиком отнести и к величинам подземного (базис­ ного стока). Заметим, что его интенсивность обычно принимается равной минимальному среднемесячному расходу воды за зиму или предвесеннему расходу воды. Таким образом, факторы, влияющие