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

льда. Количество тепла в столбе воды площадью 1 см2 и высотой /г см равно іV*- На рис. 135 приведен пример зависимости

= f ('б'Оі /г), полученной по данным многолетних гидрометеорологи­ ческих наблюдений для р. Камы на участке Березняки—Оханск (до создания на Каме водохранилищ). За начальную температуру воды была принята температура вблизи створа у г. Охаиска нака­ нуне перехода средней суточной температуры воздуха к отрица­ тельным значениям, а температура воздуха бралась по ст. Оханск. Конечно, было бы правильнее принимать в расчетах начальную температуру воды по данным в створе, удаленном от г. Охаиска на расстояние, равное длине пути пробега воды за время сумми-

ze°c

ІѲ-°С

■рования отрицательных температур воздуха Ѳ-, а эту температуру воздуха, а также среднюю глубину /г вычислять для упомянутого пути пробега. Однако такое уточнение исходных данных обычно незначительно уменьшает ошибку проверочных прогнозов сроков начала ледообразования, составляемых с помощью рассматривае­ мой зависимости.

Если в период ледообразования средняя глубина на расчетном -участке реки меняется от года к году незначительно, то устанав­ ливаются зависимости:

-где (2]Ѳ-) и (ЕѲ-)мип — сумма отрицательных температур воздуха,

.соответственно необходимая и минимально необходимая для появ­ ления плавучего льда.

;348

Теоретический анализ показывает, что обе зависимости графи­ чески выражаются кривыми, обращенными вогнутостью к осп ФоНо они весьма пологи и мало отличаются от прямых. Поэтому на практике обе зависимости устанавливаются как линейные. Оста­ новимся на наиболее распространенном способе получения графика второй зависимости.

Из данных многолетних наблюдений выбираются ежегодные даты появления плавучего льда. Затем по средним суточным тем­ пературам воздуха на ближайшей метеостанции для каждого из этих случаев определяется дата перехода температуры воздуха к отрицательным значениям, непосредственно предшествующая по­ явлению плавучего льда. Подсчитываются суммы (Е*М> включа­ ющие температуру в день появления льда. Из данных наблюдений выбираются величины Ф'о накануне перехода температуры воздуха через 0°С. И, наконец, на график наносятся точки (тЭ*о, Е ^ -) 11 по нижнему краю поля точек проводится прямая. Она и дает (ЦѲ-)міш в зависимости от ф0 (рис. 136).

Рассеивание точек на графике рассматриваемой зависимости (рис. 136) вызывается, во-первых, излишком — нередко значитель­ ным— температуры воздуха в день появления плавучего льда, так как во многих случаях плавучий лед появился бы в тот же день при отрицательной температуре воздуха, более высокой, чем на­ блюдавшаяся, и, во-вторых, ежегодным различием теплоотдачи реки, приходящейся на один градус отрицательной температуры воздуха. Ясно, что (ЕѲ-)млн соответствует минимуму этого излишка п наибольшим величинам этой теплоотдачи. Параметры зависимо­ сти (Е0-)м,ш=(ф(Ѳо) несколько различны для рек разных геогра­ фических районов. Объясняется это главным образом неодинако­ вой величиной упомянутой теплоотдачи. Для одного района зави­ симости различаются незначительно.

При составлении прогноза с помощью зависимости (ЕѲ-)>ши = = ф(Фо) за ожидаемую дату появления плавучего льда принима­ ется дата накопления (ЕѲ-)міш, определенная по начальной темпе­ ратуре воды Фо, плюс среднее число суток, проходящее от этой даты до появления льда. Как показали многочисленные расчеты, оно составляет в среднем одни сутки. Температура воздуха при определении даты накопления (ЕѲ-)мнн берется, конечно, по прог­ нозу погоды. Точность рассматриваемой зависимости при пользо­ вании фактически наблюдавшимися температурами воздуха вы­ сокая.

Сумма отрицательных температур воздуха, минимально необ­ ходимая для появления шути, тоже тесно связана с температурой воды накануне перехода температуры воздуха через 0° С. Поэтому методика краткосрочного прогноза срока появления шуги не от­ личается от только что рассмотренной.

При продолжении процесса ледообразования происходит накоп­ ление плавучего льда, образование льдин и усиление ледохода. Когда плывущий лед занимает У4, от ’/4 до Ѵг и больше Ѵ2

349

поверхности реки, то ледоход считается соответственно редким,, средним и густым.

На основе данных наблюдении можно получить зависимость- (Zj 0-)mhh со дня появления плавучего льда до начала ледохода интересующей нас интенсивности (редкого, среднего, густого) от средней скорости течения в расчетном створе в день появления пла­ вучего льда. Чем значительнее эта скорость, тем больше (2]Ѳ_)ЫлиНапример, для рек Волги (до устья Камы), Оки, Камы эта сумма увеличивается в несколько раз при возрастании средней скорости, течения с 0,4 до 0,8 м/с. Способ получения (,І]Ѳ-)міт анало­ гичен таковому при построении рассмотренных выше зависимостей.

( 2 0-)міш = Ср (О'о) ■

Практический интерес представляет получение зависимостей,, с помощью которых можно ответить на вопрос: прекратится ли на данном участке реки ледоход или шугоход и когда это произойдет,, если начинается потепление? Заметим, что в течение зимы шуго­ ход на горных реках, в частности на реках Средней Азии, повто­ ряется по нескольку раз. Такие прогнозы можно давать с помощью' зависимости суммы положительных температур воздуха, нужной для прекращения ледохода данной густоты или шугохода, от суммы средних суточных отрицательных температур воздуха, на­ копившейся со дня появления плавучего льда. Эти зависимости устанавливаются также на основе материалов многолетних наблю­ дений станций за ледовыми явлениями на данном участке реки и температурой воздуха на ближайшей станции. Составление с по­ мощью такой зависимости рассматриваемых прогнозов опять пред­ полагает использование прогноза температуры воздуха за несколько дней вперед.

§ 2. ПРОГНОЗ НАЧАЛА ЛЕДОСТАВА НА РЕКАХ

Установление ледостава на достаточно большой реке представ­ ляет собой довольно сложный процесс. Продолжение морозов по­ сле начала ледохода приводит, как отмечалось, к увеличению его густоты. Одновременно возрастают размеры и толщина льдин, а также ширина и толщина заберегов. Все это создает условия для образования ледяных (ледоставных) перемычек вследствие оста­ новки и смерзания льдин. Скорее и чаще перемычки появляются в местах уменьшения скорости течения, на крутых поворотах русла, на участках расположения островов и в других благоприятных для остановки льдин местах. Так, например, по данным авиаразведки 19 ноября 1943 г. на Волге от Рыбинска до Кинешмы на прямых участках русла был редкий ледоход, а на крутых поворотах и в ме­ стах расположения островов — сплошной. Согласно данным авиа­ разведок, на Волге, Дону и Белой в начальный период образования ледяных перемычек расстояние между ними равняется 10—40 км. Некоторые перемычки, не достаточно прочные, вскоре прорываются водным потоком. Это приводит к усилению различий густоты ледо­

350

ходов по длине реки и, естественно, благоприятствует возникнове­ нию новых перемычек на нпжерасположенных участках.

Образование первых ледяных перемычек означает, что на реке начался процесс установления ледостава.

Чтобы забереги стали достаточно широкими, а ледоход доста­ точно густым для образования ледяных перемычек, необходима от­ дача с поверхности реки некоторого определенного количества тепла. Таково первое условие возникновения перемычек. На данном ѵчастке реки это количество тепла зависит от морфометрических характеристик русла и гидравлических условий.

Как отмечалось, возникшая ледяная перемычка сохраняется не всегда. Она не разрушается при условии, что остановившиеся льдины начинают смерзаться с необходимой интенсивностью. Сле­ довательно, чтобы перемычка осталась, теплоотдача с поверхности реки в это время должна быть не ниже некоторого предельного зна­ чения. А это означает, что и отрицательная температура воздуха в эти дни не должна быть выше некоторого более или менее опреде­ ленного значения. Это второе условие образования ледяных (ледоставных) перемычек.

Температура воздуха, выше которой устойчивые ледяные пере­ мычки не образуются, получила название критической Ѳкр. Ее число­ вое значение также зависит от морфометрических характеристик русла и гидравлических условий на данном участке реки.

Подплывающие к образовавшейся перемычке льдины накапли­ ваются выше нее и более или менее быстро смерзаются как с пере­ мычкой, так и между собой. Обычно какая-то часть подплывающих льдин и шуги, если она есть, подбивается под лед.

В течение некоторого времени после образования перемычки на­ блюдается движение ее края — кромки ледяного покрова — вверх по течению. Оно происходит в основном за счет льдин, имевшихся в момент образования этой перемычки на участке, расположенном выше по течению и ограниченном ближайшей перемычкой. Скорость движения кромки ледяного покрова зависит от густоты ледохода, скорости течения, толщины льдин и количества плывущей шуги. Общее расстояние, на которое продвинется кромка только за счет имевшихся на указанном участке льдин, определяется, кроме пере­ численных факторов, еще длиной участка с ледоходом выше рас­ сматриваемой перемычки ко времени ее образования. Чем больше эта длина, тем при прочих равных условиях продолжительнее дви­ жение кромки, а следовательно, тем большее количество нового льда образуются во время этого движения. После того как рассмат­ риваемое движение кромки закончится, начинается ее движение только за счет ледообразования между перемычками в местах, откуда уплыли все льдины, бывшие на реке в момент возникновения рассматриваемой перемычки.

В некоторых случаях кромка льда продвигается вверх по те­ чению иа большое расстояние. К ним относится прежде всего за­ мерзание верхних участков больших рек, вытекающих из крупных озер, и участков рек ниже ГЭС. Скорость движения кромки зависит

351