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

изменения уровня А Н равны нулю, площадь определяется из урав­ нения водного баланса

При расчетах необходимо задать не только ожидаемое измене­

ние стока, но также и расчетные значения стока и разности Е ■—х. В связи с тем что прогноз изменений климата в настоящее время еще не может быть дан с достаточной степенью надежности, про­ гноз уровня озер приходится давать в вероятностной форме, т. е. оценивать обеспеченность в процентах наступления различных

уровней воды.

В настоящее время наметились следующие пути определения расчетных значений уровня:

1)в качестве исходных принимаются средние значения стока заданных обеспеченностей и предполагается, что соответствующие им уровни будут иметь ту же обеспеченность;

2)с помощью некоторых методов, использующихся в гидроло­ гических расчетах, например с помощью метода Монте-Карло, мо­ делируется стоковый ряд большой продолжительности, например 1000 лет. Затем на ЭВМ рассчитывают по этому ряду по приведен­ ным формулам уровни моря или озера. Произведя в дальнейшем статистическую обработку полученных уровней, устанавливают ве­ роятность их наступления.

Второй путь является более правильным, так как при одном и том же среднем значении стока в зависимости от его хода в течение

расчетного периода уровни могут заметно различаться. Так, если в начале периода будет наблюдаться большой сток, а в конце — ма­ лый, то уровень упадет больше, чем при противоположном распре­ делении стока в расчетном периоде. Это связано с тем, что в первом случае поступившая в начале периода в озеро вода вызовет повы­ шение уровня, а следовательно, и повышение испарения в течение более длительного времени, чем во втором случае.

Пока обращалось внимание только на колебания стока. Но во многих случаях существенным является также вариация разно­

320

Величина и имеет разные знаки и при обычно наблюдаемом от­ сутствии систематического накопления (расходования) влаги в бас­ сейне за расчетный многолетний период близка к нулю. Поэтому при осреднении за этот период:

Известно, что коэффициенты корреляции между Лбасс 11 х°з, Дсасс и Е оэ являются положительными и постепенно уменьшающимися по мере увеличения среднего расстояния от акватории озера до гра­ ниц его бассейна. Следовательно, чем меньше бассейн, тем теснее обратная связь между осредненными за некоторый период времени

значениями у и А. Однако даже для больших бассейнов и при большом осреднении она является существенной. Поэтому в расчет­ ном периоде среднее значение разности между осадками и испаре­ нием следует принимать, пользуясь построенной по материалам прежних лет зависимостью

Наиболее точное значение вероятностей наступления уровней можно было бы получить при расчетах по уравнению (13.Х), поль­

зуясь моделированными рядами стока и рядами отклонений А от А. Однако так как отклонения Е 03— х 03 от среднего значения не сильно сказываются на конечных результатах и лежат в пределах погрешности ожидаемого изменения стока, то вполне допустимым является использование испарения, осредненного за расчетный пе­

риод по зависимости А = / {у).

В настоящее время влияние на водный режим озер возрастаю­ щей хозяйственной деятельности человека становится все более зна­ чительным, поэтому актуальность рассмотренных прогнозов возра­ стает. Озера являются интеграторами не только климатических факторов, но и изъятий стока в их бассейнах. Уже в ближайшей перспективе даже на таких крупных водоемах, как Каспий и Арал, забор воды, если не принять компенсационных мер, приведет к сни­ жению их уровня на несколько метров, что вызовет существенные изменения природных условий. Воднобалансовые прогнозы явля­ ются необходимой предпосылкой для рационального проектирова­ ния водного режима водоемов.

§4. ПРОГНОЗЫ ВЫСОТЫ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА ОЗЕРАХ

ИВОДОХРАНИЛИЩАХ

Движение воздуха над поверхностью озера или водохранилища определяет как сложные системы течений, вызывающих сгонно-на­ гонные изменения уровня, так и ветровые волны. Волны на озерах и

водохранилищах влияют на условия судоходства, эксплуатацию гидротехнических сооружений, переформирование берегов и в опре­ деленных условиях на процесс замерзания и очищения ото льда озер и водохранилищ. Поэтому разработке методов прогноза волнения, особенно для вновь создаваемых крупных водохранилищ, на кото­ рых развивается интенсивное судоходство, уделяется много внима­ ния. Особенно большой интерес представляют прогнозы волн значи­ тельной высоты.

Вызываемые движением воздуха ветровые волны имеют весьма малый, измеряемый секундами период колебания. При ветре на по­ верхности отчетливо видны гребни и ложбины, обусловленные коле­ бательными движениями частиц воды. Под гребнем волны пони­ мают наибольшее отклонение вверх уровенной поверхности данной

Обработка данных таких наблюдений показывает весьма большую изменчивость элементов волны. В качестве иллюстрации на рис. 128 приведены кривые обеспеченности высоты волн на море при данной силе волнения. Как видно, в этом случае диапазон изменения высот отдельных волн весьма велик. Исследования показали, что для озер и водохранилищ кривая распределения высоты волн может быть приближенно выражена кривой распределения Пирсона первого типа. Для характеристики волнения могут представить интерес размеры волн различной обеспеченности. Для перехода от высоты волны с обеспеченностью рі к высоте волны с обеспеченностью ро может быть использована табл. 13.

Прогнозы ветровых волн на озерах и водохранилищах состав­ ляются на основе прогноза ветра и методов расчета для установив­ шегося режима волнения. Если метод дает высоту волны определен­ ной обеспеченности при данной скорости и при данном направлении ветра, то для установления высоты волны другой обеспеченности используется табл. 13.

322

Физической основой методов расчета высоты волн является уравнение баланса волновой энергии. Согласно В. М. Маккавееву, это уравнение может быть записано в следующей форме:

где Н — высота волны; р — удельный вес воды; t — время; I — рас­ стояние по направлению движения волны (разгон волны); и — групповая скорость волн (скорость передачи энергии волны вдоль

ее разгона); Э і — осредненное во времени количество энергии, под­ водимое за единицу времени к объему воды heil - 1, где /г— глубина

водоема в данном пункте; Эі — осредненное во времени количество энергии, теряемое в единицу времени в том же объеме воды l i d l - l . Для условий установившегося движения

и отмечая все элементы волны в соответствующих сечениях индек­ сами п и (/г+1), получаем уравнение баланса энергии для устано­ вившегося волнового состояния водоема