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

естественно, во времени і\ это изменение приближенно описывается выражением

х ( Н , t ) = x ( H 0, t) [1 + £ 2( Я - Я 0) + £ 3( Я - Я 0)2], (12.VIII)

где x (Hq, t) — количество осадков за t-e сутки на некоторой высоте, относящейся к нижней половине бассейна; k2 и k%— эмпирические коэффициенты;

2) аналогично изменение средней суточной температуры воздуха

где у — вертикальный градиент температуры воздуха в град/км; 3) выше высоты расположения нулевой изотермы Я0 осадки вы­

в частности по высотным зонам, а также определить высоту сезон­ ной снеговой линии и величину запаса воды в снеге во всем бас­ сейне.

Интегрирование (15.ѴІП) и (16.VIII) может быть выполнено только численными методами, причем интервал по высоте допуска­

271

ется принимать 100 м и даже несколько больше. Использование ЭВМ в этих расчетах необходимо.

Отметим, что в ряде исследований считается, что числовые зна­ чения коэффициентов kz и kz можно определять на основе величин годовых норм осадков по станциям, расположенным в бассейне на разных высотах, и затем использовать эти коэффициенты в расче­ тах при интервале времени даже в одни сутки. Конечно, такое до­ пущение не может не приводить к некоторым дополнительным по­ грешностям расчета запаса воды в снеге в горах. Что же касается

жения і-й станции; в бас­ сейне всего it станции.

На рис. 108 представ­ лено рассчитанное по из­ ложенной методике изме­ нение запаса воды вснеж-

Рис. 108. Изменение запаса во­ ды в снежном покрове по вы­ соте в бассейне р. Ахангараи до с. Турк в середине января (Л, февраля (2) и марта (3).

ном покрове по высоте в бассейне р. Ахангараи до ст. Турк (Сред­ няя Азия, площадь 1435 км2) на середину января, февраля и марта 1965 г. Взаимное расположение кривых в пределах небольших вы­ сот объясняется таянием снега в нижней части бассейна в феврале и марте.

Когда по характеру распределения осадков по высоте бассейн бывает необходимо разделить на несколько частей, то рассмотрен­ ный расчет вначале выполняется по каждой части. Затем, если тре­ буется, обычным способом вычисляется средневзвешенное значение рассчитываемой характеристики для бассейна в целом.

Рассмотренная модель, конечно, довольно приближенно воспро­ изводит распределение запаса воды в снежном покрове по площади горного бассейна. Ею не учитывается испарение снега, которое, как отмечалось, составляет в целом за зиму заметную величину, а также водоудерживающая способность снега, обусловливающая расхож­ дение величин интенсивности снеготаяния и водоотдачи снежного покрова. Совсем не учитываются факторы, вызывающие неравно­

272

мерное залегание снежного покрова под влиянием прямой солнеч­ ной радиации (ее влияние на таяние и испарение снега зависит от ориентации и крутизны склонов), ветра и других факторов. Но боль­ шим практическим достоинством модели является то, что она по­ строена в расчете на поступление со станций минимальной инфор­ мации, а именно лишь данных о суточных количествах осадков и средней суточной температуре воздуха. Отметим, что описанная модель является и моделью снеготаяния в горном бассейне. На рис. 109 видно, что рассчитанное по этой модели положение се­ зонной снеговой линии в бассейне р. Ахангараи в общем близко к определенному по данным наблюдений. Заметим, что те зафикси­ рованные кратковременные понижения высоты снеговой линии, ко­ торые видны на графике, были обусловлены похолоданиями, сопро­ вождавшимися выпадением снега.

ном бассейне, когда для расчета интенсивности снеготаяния /гт ис­ пользуется какая-либо приближенная формула, в которой величина прямой солнечной радиации вычисляется уже с учетом азимута и угла наклона склона.

Изменение запаса воды в снежном покрове для различных вы­ сот, углов наклона и азимутов склонов запишется в виде:

где 0о — температура воздуха, при которой начинается снеготаяние; считается, что она меняется в зависимости от притока суммарной радиации и альбедо снега.

Для однозначного решения уравнения (19.ѴІІІ) начальный мо­ мент времени берем перед началом накопления снега в бассейне. Тогда

s ( H , а, ß, *)=Jt дз{Н,д]' Р’ 0 dt. (20.VIII)

Для вычисления величины запаса воды в снеге, согласно (20.VIII), введем функцию распределения площадей в бассейне в зависимости от высоты, угла наклона а и азимута ß склона. Обоз­ начим через F (Ff, а, ß) площадь бассейна выше замыкающего створа, расположенную ниже горизонтали Н и характеризующуюся углом наклона, меньшим а, и азимутом, меньшим ß. Тогда

Нахождение функции F (H , а, ß) сводится к построению на карте линий равных углов наклона склонов а и линий равных азимутов

численными методами и, конечно, при наличии соответствующих

Чтобы вычислить по данным о ежедневных расходах воды сток за период половодья, естественно, надо определить по годам сроки его начала и окончания. Начало определяется так же, как и по рав­ нинным рекам. Для установления срока окончания половодья стро­ ятся гидрографы за период половодья по притокам, прежде всего по притокам верхнего течения, и вместе с этими гидрографами рас­ сматриваются по зонам данные о сроках схода снега и о выпадении осадков в период завершения снеготаяния. Когда в бассейне есть снег, то, если река не очень большая, наблюдается четко выражен­ ный суточный ход стока. Исчезновение этого хода говорит о том, что снега в бассейне практически уже нет. Определение по всем этим данным срока окончания половодья в замыкающем створе уже не представляет сложной задачи. Но часто даты начала и оконча­ ния половодья на реках определенной горной области принимаются для всех лет одни и те же, близкие к средним. Это очень удобно для подсчетов стока и не приводит к существенным погрешностям. На­ пример, для многих рек Кавказа период половодья считается с 1 марта по 30 июня, а для многих рек Средней Азии — с 1 марта или с 1 апреля по 30 сентября.

274

§4. ДОЛГОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ СТОКА ЗА ПОЛОВОДЬЕ

ИЗА ВЕГЕТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД

В§ 2 настоящей главы говорилось о том, что разработка мето­ дики долгосрочного прогноза стока за половодье сводится к уста­ новлению корреляционных зависимостей:

y = /l( s + - ^ i), -Аг] и У = /[(5 + л ',), х а, W]

(обозначения прежние). Зависимости находятся для каждой инте­ ресующей практику реки; притом для этого должны иметься дан­ ные многолетних гидрометеорологических наблюдений станций (s,

Х ' і И Д р . ) . I

По поводу потерь талых вод на инфильтрацию надо отметить, что горы, не считая предгорий и низких зон, осенью обычно харак­ теризуются увлажнением, близким к избыточному. К этому надо добавить — на это уже обращалось внимание, что почвенный по­ кров в горах в общем тонкий и что талые и дождевые воды проса­ чиваются вниз обычно по широким промежуткам между частицами, слагающими грунт и осыпи, а также по трещинам. Наконец, в раз­ ных высотных зонах в каждом году снежный покров устанавлива­ ется в разное время; это должно способствовать уменьшению ампли­ туды колебаний от года к году влагонасыщенности почвы осенью в бассейне в целом. Все сказанное объясняет, почему в подавляю­ щем большинстве исследований был получен вывод о том, что коле­ бания от года к году степени увлажнения всего горного бассейна не оказывают существенного влияния на величину стока за поло­ водье. Как отмечалось, в отношении предгорий и низких зон гор этот вывод будет справедлив уже не всегда.

Как мы уже знаем, что для большинства рек Средней Азии, Алтая и Саян, а также для части рек Кавказа основной источник питания рек во время половодья — это талые воды. Поэтому для этих рек достаточно высокую точность часто имеют даже такие про­ стые зависимости, как y = f ( s + x і) или y = f{s) . Обычно они линейны и характеризуются коэффициентами корреляции 0,70—0,80. Отме­ тим, что для многих горных рек США эти коэффициенты далее не­ сколько выше. Согласно некоторым работам, они в 90% случаев больше 0,80, а в 50% — несколько больше 0,90. Возможно, данное возрастание коэффициентов связано с различиями физико-геогра­ фических условий формирования стока в горах СССР и США, а также с несколько более высокой точностью снегомерных наблю­ дений в горных районах США. Заметим, что уже много лет эти на­ блюдения в западных штатах США ведутся по 1600 маршрутам, причем во время снегомерных съемок применяются машины-снего­ ходы и авиация. Вертолеты используются, как и у нас, для произ­ водства отсчетов высоты снега по рейкам, установленным в районах, труднодоступных в зимнее время. Выше говорилось, что в послед­ ние годы в США, Канаде и в некоторых европейских странах посте­ пенно внедряются в практику дистанционные изотопные методы измерения снежного покрова в горах.