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

Конечно, облачность в общем затрудняет получение необходимых снимков, но поскольку для гидрологических прогнозов не требуется ежедневной информации о залегании снега в горах, то эти затруд­ нения не так уж страшны. Кроме того, в некоторых горных районах, например в Средней Азии, во время таяния снега в горах обычно преобладает ясная погода.

Хотя большое число земных ориентиров не делает сложной гео­ графическую привязку снимков со спутников, известные трудности здесь возникают. Но они будут уменьшаться с повышением разре­ шающей способности телевизионной системы для снимков со спут­ ников. Повышение этой способности облегчит разработку способов обработки рассматриваемой информации с использованием ЭВМ.

Вернемся к вопросу о возрастании запаса воды в снежном по­ крове с высотой и рассмотрим данные снегомерных съемок.

Согласно их данным, зависимость запаса воды в снежном по­ крове от высоты обычно достаточно четко выражена и в общем близка к линейной. На каждые 100 м запас воды в снеге перед на­ чалом таяния возрастает в среднем на 20—60 мм.

Отмеченные недостатки снегомерных съемок и малое количество съемок до середины 50-х годов явились главной причиной широкого использования в методике прогнозов стока данных о количестве твердых осадков, выпавших в горах на разных высотах. Очень ча­ сто в качестве показателя запаса воды в снежном покрове исполь­ зуется сумма осадков с момента устойчивого перехода температуры воздуха через 0°С до интересующей нас даты. Эту сумму осадков нетрудно получить и на начало таяния, т. е. за все время накопления снега. Ясно, что для такого подсчета осадков надо для каждого года по каждой станции определить дату устойчивого перехода темпе­ ратуры воздуха через 0°С, т. е. начало зимы, а также, если требу­ ется, начало снеготаяния. При определении дат перехода часто используют данные о вертикальном градиенте температуры воздуха, так как всегда бывают зоны, где не оказывается ни одной станции. В отличие от осадков, градиент температуры меняется по площади (и по высоте) не сильно. Поэтому его вычисление даже по редкой сети станций не вызывает затруднений. Отметим, что зимой верти­ кальный градиент температуры меньше; весной и летом он состав­ ляет в среднем 0,5—0,6° С на 100 м.

Когда определены суммы осадков по станциям, вычисление ко­ личества осадков по высотным зонам п по бассейну в целом произ­ водится в общем так же, как и запаса воды в снежном покрове. В частности, строятся графические зависимости количества осадков от высоты, которые экстраполируются до наивысших отметок бас­ сейна, с них снимаются суммы осадков по высотным зонам и исполь­ зуется формула (4.VIII). При этом большие по площади бассейны обычно делятся на части, однородные по условиям, влияющим на количество осадков (см. рис. 104). В таких случаях при вычислении

267

средних, естественно, учитываются площади высотных зон в преде­ лах каждой части бассейна и площади этих частей.

Сумма твердых осадков, конечно, тоже не дает действительного запаса воды в снежном покрове. Главных причин две. Во-первых, осадкомеры существенно преуменьшают количество твердых осад­ ков, причем — это важно подчеркнуть — в разной степени в зависи­ мости от места установки самого осадкомера и скорости ветра при снегопаде. Недоучет осадков составляет в среднем 10—20%. Во-вто­ рых, испарение с поверхности снежного покрова. Хотя его интенсив­ ность небольшая, но за всю зиму, а она в горах, не считая низких зон, достаточно продолжительная, оно составляет 30—50 мм, а ино­ гда и больше. Кроме того, даже после устойчивого перехода темпе­ ратуры воздуха через 0°С бывают оттепели, приводящие к убыли запаса воды в снежном покрове.

Итак, оба рассмотренные способа определения запаса воды

вснеге в горном бассейне имеют существенные недостатки. Вопрос

отом, какому способу следует отдать предпочтение при разработке методов долгосрочного прогноза стока за половодье, решается для различных бассейнов по-разному. При этом учитывается, с одной стороны, климат, с другой — длительность (число лет) каждого из этих двух видов наблюдений. Конечно, принимается во внимание и степень освещенности различных частей бассейна данными осадкомеров и съемок.

В горах сеть станций не только редкая, но и неравномерная. К сожалению, большая часть станций находится ниже 1500—2500 м. Далее, как отмечалось, на показаниях осадкомеров нередко сказы­ ваются условия места их установки. Но эти условия почти не иска­ жают относительных величин осадков. В связи с этим при вычисле­ нии количества осадков в бассейне в целом их нередко выражают в виде модульных коэффициентов. Напомним, что модульный коэф­

фициент варьирующей величины х равен ki = Xi/x. Что это дает в смысле уточнения характеристик количества выпавших твердых осадков, поясним хотя бы на таком расчете.

Пусть в данной высотной зоне бассейна имеется несколько стан­ ций (или снегомерных пунктов), причем некоторые из них, будучи по существу нерепрезентативными, дают, особенно в отдельные годы, сильно заниженные или завышенные величины. Очевидно, средняя из всех измеренных величин будет иметь значительную погрешность. Если же перейдем к модульным коэффициентам коли­ чества осадков по каждой станции, то можно полагать, что его среднее значение будет определено в данном случае с относительно меньшей погрешностью.

Пользоваться модульными коэффициентами осадков очень реко­ мендуется в случаях весьма редкой сети станций (или снегопунктов) и при отсутствии данных наблюдений в высокогорной части бассейна. Ежегодно изменение по высоте модульного коэффициента количества осадков за зиму или запаса воды в снежном покрове обычно более закономерно, чем их величин, выраженных в мм.

268

Если в каждом году модульные коэффициенты близки для всех высотных зон, то его среднюю величину

где s — запас воды в снежном покрове (или сумма твердых осадков за зиму). При kij —koj— . ■. ~ k nj

же относительная величина запаса воды в снеге kj вычисляется по формуле

Средние величины стока за половодье по зонам уі можно вычис­ лить по данным о стоке притоков главной реки, расположенных на разных высотах, а расчетные значения г| принять по данным, отно­ сящимся к опытным горным бассейнам, в которых уже в течение ряда лет проводятся детальные снегомерные съемки. Отметим, что такие съемки позволяют вычислять действительные запасы воды в снежном покрове.

ЕСЛИ S i ~ S 2 ~ . . . ~ s „ ~ s , то

269

В любом горном бассейне легко выделить высотные зоны, играю­ щие основную роль в формировании половодья. Слагаемые в вы­ ражении (6.VIII), отвечающие этим зонам, имеют наибольшие чис­ ловые значения множителя перед величиной k. Отметим, что в горах Средней Азии основные зоны формирования стока лежат преиму­ щественно на высотах 2000—4000 м, на Кавказе — на 1500—2500 м и в Алтайско-Саянской горной стране—-на 1000—2000 м.

Иногда вместо модульного коэффициента запаса воды в снеге (или суммы твердых осадков за зиму) используется модульный ко­ эффициент отклонения этих величин от средней As, вычисляемый как

(П-ѴІН)

I М I

где |As| — средняя абсолютная (без учета знака) величина откло­ нения запаса воды в снеге от его среднего значения. При малоснеж­ ной зиме этот коэффициент существенно меньше нуля, при много­ снежной— существенно больше нуля и при средней по снежности зиме — мало отличается от нуля.

Величины запаса воды в снеге s молено приблилеенно определять и как произведение суммы пололеительных температур воздуха за период снеготаяния, вычисленных по данным станций по зонам, на коэффициент стаивания; этот коэффициент равен количеству талой воды, образующейся за сутки при средней суточной температуре воздуха 1°С и выралеается в мм/(сут • 0° С ). Сроки схода снега по высотным зонам наделенее определяются по аэрофотосъемкам снеленого покрова, производимым через достаточно короткие промел-сутки времени. Величина запаса воды в снеге во всем бассейне находится по выражению (6.VIII).

Способы получения расчетных количеств осадков за период сне­ готаяния Хі и за период от схода снега до окончания половодья .ѵ2 в общем те же, что и способы вычисления твердых осадков. При выявлении воднобалансовых зависимостей стока за половодье от определяющих факторов осадки за время снеготаяния вполне мо­ жно суммировать с твердыми осадками за зиму, так как условия стока их практически не отличаются от условий стока талых вод.

Приближенный расчет запаса воды в снежном покрове в горном бассейне возможен также на основе моделей, отобралсающих рост и убыль этого покрова. Как yxte отмечалось, в расчетах гидрологи­ ческих процессов на основе их моделей с большой эффективностью можно использовать ЭВМ. Рассмотрим следующую неслол<ную мо­ дель динамики запаса воды в снелсном покрове в горах. За единицу времени будем принимать одни сутки (Д^= 1 сут).

Основываясь на всем, что в настоящее время известно в отноше­ нии закономерностей распределения осадков по площади в горном районе, можем считать, что:

1) суточное количество осадков х в бассейне или в каждой оро­ графически обособленной его части меняется только с высотой Н и,

270