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

Зависимости, подобные рассмотренным, получены для многих горных рек Советского Союза и успешно используются для состав­ ления долгосрочных прогнозов стока. Практически удовлетворитель­ ная точность зависимостей подтверждает ранее отмеченное положе­ ние, что в горных бассейнах при близких величинах запаса воды в снежном покрове в конце зимы потери талых вод в общем мало меняются от года к году и закономерно растут с увеличением этого запаса.

Приведем пример зависимости, когда на величину стока за поло­ водье влияет также степень увлажнения почвы перед началом зимы.

В бассейне р. Куры до г. Тбилиси (площадь бассейна 21 200 км2, средняя высота 1557 м) горы в целом невысокие и только около одной четверти площади находится на высотах, превышающих 2000 м. Поэтому можно предполагать, что на сток Куры за полово­

, 2 х'ѵ ш -т — количество осадков в бассейне за август—март. Зависимость стока за половодье от количества осадков только

за зимний период оказалась менее точной. Хотя примененный в дан­ ном случае способ учета влияния на сток степени влагонасыщенно­ сти бассейна осенью, конечно, нельзя считать достаточно хорошим, но и он, как видим, позволил повысить точность зависимости для прогноза стока р. Куры за половодье. Основной недостаток способа в том, что применяя его, мы не учитываем соотношения слагаемых

У 'І-Гупі-ш , а именно 2 ^ѵпі-х и 2 * х і- і іі- За рубежом разработке методов прогнозов стока горных рек

за период половодья уделяется значительное внимание. В основе методов лежат в общем такие же физико-статистические зависи­ мости, которые рассмотрены по рекам Средней Азии, Кавказа и Сибири.

Первый прогноз водности рек Средней Азии и Кавказа на буду­ щий вегетационный период или на период половодья нужен уже в самом начале марта и второй, уточняющий первый, в самом на­ чале апреля. При составлении прогнозов в это время надо знать, какое количество осадков выпадет в будущем до некоторого срока. Этот срок всегда бывает известен из самих зависимостей, с помощью которых составляется прогноз. На практике количество будущих осадков берется по средним многолетним данным о количестве осадков за интересующее нас будущее время, например при состав­ лении прогноза в самом начале марта это может быть количество осадков за оставшиеся дни этого месяца и т. п. Так же поступают и при составлении прогноза по данным о запасе воды в снежном покрове в конце зимы. Среднее приращение запасов воды с мо­ мента выпуска прогноза до конца зимы определяется как среднее арифметическое из величин этого приращения за все годы наблю­ дений.

280

Для бассейнов горных рек, в которых количество осадков во время снеготаяния хі весьма значительно и сильно колеблется по годам, вместо зависимостей y = f{s), лучше устанавливать зависи­ мости y = f (s + x і). При составлении прогнозов, если эта зависимость будет удовлетворять принятым критериям точности, величину хд

приходится принимать равной х\ или брать по долгосрочному прог­ нозу осадков. Заметим, что в этом прогнозе осадки обычно даются

осадков, участвующих в формировании половодья. Для нижней зоны бассейна весьма характерны сильные оттепели, вызывающие таяние и даже частичный сход снега. Ввиду этого к величине стока, определяемого по приведенному графику, должна вводиться по­ правка на оттепели. График для вычисления поправок не приводится.

Зависимости стока за половодье обычно имеют удовлетвори­ тельную точность также для тех горных рек, которые характеризу­ ются одновременно значительным поступлением талых вод из зоны вечных снегов и ледников и существенным стоком от весенних до­ ждей. Как уже отмечалось, чем жарче лето и сильнее таяние веч­ ных снегов, тем обычно меньше дождей, и наоборот. Именно эта закономерность объясняет получение достаточно точных зависимо­ стей величин стока за половодье от зимних осадков для рек, сте­ кающих с Киргизского хребта, на которых 30—50% этого стока обусловливается таянием вечных снегов и дождями. Например, для

281

р. Сукулук (площадь бассейна 375 км2, из которых около 40 км2 покрыты вечными снегами и ледниками), ледниковое питание со­ ставляет в среднем 23% (по годам от 10 до 35%) и дождевое 25% (по годам от 17 до 31%), т. е. в сумме 48%. Несмотря на это, зави­ симость стока за ноябрь—апрель имеет коэффициент корреляции около 0,90.

Когда данных для вычисления сумм твердых осадков' по высот­ ным зонам явно недостаточно, то делаются попытки отыскать эмпи­ рическую связь между стоком за половодье у и количествами твер­ дых осадков по отдельно взятым станциям ац, х 2, ... В случае достаточной надежности и точности связь используется для состав­ ления прогнозов стока за половодье. Обычно эти зависимости имеют вид

Электронно-вычислительные машины значительно облегчили ра­ боту по определению числовых значений коэффициентов аі, а2, Чтобы избежать завышения точности такого рода зависимостей, надо брать немного станций, например при числе членов ряда, не превышающем 20—25, не более двух-трех Станций, т. е. чтобы было лишь два-три искомых коэффициента.

В США применяется следующий прием нахождения линейных зависимостей стока от количества месячных осадков по отдельным станциям.

Пусть имеем в бассейне три репрезентативные станции и надо найти коэффициенты уравнения (27.III).

Вначале сток у, вызываемый осадками, скажем, за март—ок­ тябрь, коррелируется с количеством этих осадков по каждой стан­ ции и находятся коэффициенты регрессии Ьі, b2, Ьз перед суммами

Далее для вычисления индекса осадков за каждый месяц каж­ дого года на эти коэффициенты умножается количество осадков по каждой станции. Например, для /-го года будем иметь:

(Ь\ Х\ х - \ - Ь 2х 2 х ~ г ^ з х з х)у,

{Ь\Х\ х і + М г хі + ^з-^з х і ) ; ,

282

После этого величины стока у коррелируются последовательно с этим индексом осадков за каждый месяц. Получаем:

У = С \ (Ь\Хх \ - \ - Ь 2Хо х~т-Ьзх зх) — с іХх,

Окончательное выражение для вычисления индекса осадков за октябрь—март будет

Числовое значение индекса определяется для каждого года. По­ сле этого сток у коррелируется с этими числовыми значениями и находится окончательное расчетное уравнение.

Усовершенствование методики долгосрочных прогнозов стока горных рек за половодье теснейшим образом связано с развитием наблюдений за снежным покровом в горах, особенно с помощью искусственных спутников Земли, авиации, радиоактивных изотопов и других современных средств. Развитие наземных наблюдений, ко­ нечно, также необходимо. Большое значение имеет установка сети суммарных осадкомеров с устройством для передачи по радио пока­ заний в центр сбора информации. Подчеркнем, что основное требо­ вание к снегомерным наблюдениям состоит в том, чтобы они доста­ точно подробно освещали залегание снежного покрова во всем гор­ ном районе. Такое требование вытекает из фактов значительного изменения по площади относительной величины стока рек (в долях среднего многолетнего стока) за данный конкретный год.

Большое практическое значение имеют также долгосрочные прогнозы распределения стока во времени, по крайней мере по ме­ сяцам, на протяжении вегетационного периода или периода поло­ водья. Составление таких прогнозов на основе данных, характери­ зующих распределение стока реки по месяцам в средние по водно­ сти годы, многоводные и маловодные, как обнаруживалось, не дает достаточно удовлетворительных результатов. Определенные воз­ можности решения этой задачи обещают исследования связи ме­ жду распределением стока по месяцам и распределением запасов снега по высотным зонам. Хотя эти исследования еще не завершены, ясно, что даже при успешности их для более точного прогноза рас­ пределения стока по месяцам потребуется также разработка спо­ собов предсказания общего хода снеготаяния в горах в течение весны и лета.

§ 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОГНОЗАХ СТОКА ИНДЕКСА НАКОПЛЕНИЯ СНЕГА В ГОРАХ ЗА ЗИМУ, ВЫЧИСЛЕННОГО ПО ДАННЫМ АЭРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

В связи с недостатком данных снегомерных наблюдений и труд­ ностями развития этих наблюдений в условиях гор важно ис­ следовать возможности определения количества зимних осадков

283

в горных бассейнах на основе анализа атмосферных процессов и данных аэрологических наблюдений. Одно такое исследование было произведено для горных районов Средней Азии. Были пред­ ложены два индекса количества осадков, выпавших в горах в тече­

ние зимы:

П

изобарическими поверхностями 600 и 900 мб, т. е. в столбе высотой около 3 км, в период выпадения осадков в бассейне в миллиметрах; ti — продолжительность этого периода в сутках; /і — число перио­ дов за всю зиму; и,- — средняя скорость воздушных потоков па уровне 700 мб поверхности во время выпадения осадков в км/ч.

Выше поверхности 600 мб влажность воздуха очень мала. Со­ держание влаги в воздухе вычисляется по данным наблюдений с помощью радиозондов, а скорость воздушных потоков — на основе данных шаропилотных наблюдений; продолжительность выпадения осадков устанавливается по синоптическим картам. Заметим, что величины второго индекса относятся к наиболее часто повторяюще­ муся направлению, откуда приходят воздушные массы, несущие осадки.

Зависимость стока за половодье от рассмотренных индексов количества зимних осадков была исследована для р. Чирчик у ГЭС (площадь бассейна 10 830 км2, средняя высота 2550 м) по данным за 19 лет. Расчетный зимний период был взят постоянным — с ок­ тября по март включительно. Коэффициент корреляции между сто­ ком р. Чирчик и первым индексом получен равным 0,70, а между этим же стоком и вторым индексом 0,74. Конечно, коэффициенты корреляции в общем невысокие. Тем не менее они определенно гово­ рят о том, что приближенная оценка запасов снега в горах на основе данных аэрологических наблюдений возможна.

§ 6. ПРОГНОЗЫ СТОКА ЗА МЕСЯЦ И ЗА ОСТАЮЩУЮСЯ ЧАСТЬ ПЕРИОДА ПОЛОВОДЬЯ

Прогнозы стока на данный месяц периода половодья выпуска­ ются 21—25 числа предшествующего месяца. Составляются они, как правило, с помощью эмпирических зависимостей величины стока за данный месяц от факторов, косвенно определяющих количество снега, которое растает в горах в течение этого месяца. Зависимости устанавливаются для каждой реки и каждого месяца на основе ма­ териалов многолетних гидрометеорологических наблюдений. Для данной реки для разных месяцев аргументы зависимостей, естест­ венно, различаются, так как с развитием половодья меняется высота

284