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

от расстояния между ней и озером пли водохранилищем, интен­ сивности теплоотдачи и скорости течения на этом участке и от тем­ пературы воды, поступающей из озера или водохранилища.

На реках, на которых во время установления ледостава в ниж­ нем течении в верховьях держится относительно теплая погода, тоже наблюдается движение кромки льда на большое расстояние. Ярким примером является Амударья в годы, когда в ее низовьях стоят довольно сильные морозы, а выше по течению устойчиво дер­ жатся слабые морозы. В таких случаях приплывающий сверху лед

ледяных перемычек нужны для речного флота потому, что с появ­ лением перемычек резко изменяются условия навигации. В настоя­ щее время методика этих прогнозов разработана достаточно хо­ рошо. Заметим, что менее разработана методика расчета и прог­ ноза образования ледяного покрова на реке у конкретного пункта.

Мы уже знакомы с двумя условиями начала ледостава на уча­ стке реки, т. е. образования первых ледяных перемычек. В каче­ стве показателя теплоотдачи реки обычно принимается сумма сред­ них суточных отрицательных температур воздуха со дня появления плавучего льда 2] 9—Морфометрические и гидравлические условия

средних суточных отрицательных температур воздуха, необходимая для появления возможности остановки льдин, образования ледяных перемычек.

На практике обе зависимости получают в виде графиков связи на основании данных многолетних наблюдений станций и постов на интересующем нас участке реки.

Коротко остановимся на методике построения этих графиков, что позволит глубже понять физическую сущность выражаемых ими зависимостей.

Участок реки, для которого устанавливаются обе зависимости, должен быть морфологически и гидравлически в, общем однород­ ным, в частности, на нем не должно быть крупных притоков. На участке должно быть не меньше двух постов, чтобы можно было точнее определять по данным их наблюдений время образования первых ледяных перемычек. В то же время длина участка должна быть такой, чтобы метеорологические условия на нем характери­ зовались данными одной станции.

Для каждого случая (года) ледостава на участке (т. е. обра­ зования первых ледяных перемычек) подсчитывается 2]Ѳ_ от дня появления плавучего льда до дня начала ледостава (включи-

352

тельно). За # прл принимается минимальный предледоставный уро­ вень по одному из постов на участке. После этого на график связи

наносятся точки (Е®-. #прл). 0 |Ш всегДа Дают довольно широкое поле, так как, во-первых, искомая зависимость не является функ­

в каждом случае суммы отрицательных температур из-за неточ­ ности определения срока образования первых ледяных перемычек на участке по данным небольшого числа постов, включения цели­ ком в 2]®- температуры воздуха за тот день, когда образовались первые ледяные перемычки, п из-за некоторых других причин. Для получения приближенной величины Е®-> необходимой для

мой зависимости приведен на рис. 138. Кстати, заметим, что если критическая температура наступает не сразу после накопления (ЕѲ-Ь-и.., то это тоже приводит к некоторому излишку накопленной до ледостава У,Ѳ_ и, следовательно, к рассеиванию точек на преды­ дущем графике (см. рис. 137).

При прогнозе начала ледостава на участке реки, так же как и при прогнозах появления плавучего льда и изменения густоты ле­ дохода, используется прогноз температуры воздуха на 4—5 суток.

Прогноз составляется следующим образом.

1. Простейшими способами (см. гл. Ill) определяется ожидае­ мый уровень воды на дату, для которой производится расчет воз­ можности образования первых ледяных перемычек. Этот уровень принимается за Япрл.

2. По зависимости (Е ®-)міш = f (Япрл) находится (Е®-)міш. Затем по фактическим данным о температуре воздуха за время от появления плавучего льда до дня составления прогноза и по прог­ нозу температуры воздуха на последующие дни (обычно не больше

чем на 5 дней) определяется У)Ѳ_ на дату, для которой произво­ дится расчет возможности образования ледяных перемычек. Если эта величина будет меньше (по абсолютной величине) найденной раньше У]0-> то ледостава быть не может и составление прогноза должно быть отложено до следующего дня, когда весь этот расчет повторяется с учетом нового прогноза температуры воздуха и Япрл. Так продолжают считать до того дня, для которого величина ока­ жется больше или равной (по абсолютному значению) величине (Е0-)ми„, определенной по Япрл. В этот день образование первых ледяных перемычек, т. е. начало ледостава, уже возможно.

Начиная со дня накопления (2]Ѳ_)МШІ температура воздуха каж­ дого дня сопоставляется с величиной ѲІ<Р, определенной по уровню

II Ң пРл .

Для рек с небольшими колебаниями уровня воды и соответст­ венно несущественными изменениями скорости течения за период заблаговременности прогноза срока начала ледостава можно ус­ танавливать и пользоваться на практике зависимостями:

где Япл — уровень воды в день появления плавучего льда. Методика построения графиков таких зависимостей по данным

наблюдений за прошлые годы принципиально ничем не отличается от методики построения графиков зависимостей (.Z]0-).4iiH= f (Япрл)

и Ѳіф = Ф ( Я ррл) .

Для небольших рек, на которых течение не быстрое, (У)0-). нужная для начала ледостава после появления плавучего льда, невелика. Если к тому же несущественны колебания уровня воды в период ледообразования, то можно устанавливать рассмотрен­ ным способом и пользоваться на практике зависимостями

354

(220-).'wn= f (fto). За начальную температуру воды ö0 принимается, так же как и при расчете появления льда, температура воды нака­ нуне перехода температуры воздуха к отрицательным значениям. Критическая температура воздуха в таких случаях принимается постоянной и равной наивысшей, при которой на данном участке на­ блюдалось начало ледостава.

Рассмотренные зависимости, как мы видели, устанавливаются для конкретных участков рек на основе данных наблюдений за ряд лет на этих же участках. Поэтому в числовых значениях парамет­ ров таких зависимостей находят отражение особенности каждого участка в смысле его морфометрии п гидравлических условий.

Расчет (прогноз) времени установления ледостава в данном створе сводится уже к расчету продвижения кромки ледяного по­ крова вверх по течению от ближайшей ледяной перемычки, образо­ вавшейся ниже этого створа. Если прогноз надо дать раньше обра­ зования этой перемычки, то, естественно, возникает необходимость в прогнозе времени и места ее образования. Иногда места ледяных перемычек бывают постоянными, что, конечно, облегчает решение рассматриваемой задачи.

Анализ процесса образования ледяных перемычек, действующих при этом сил и напряжений, их зависимостей от метеорологических условий, морфометрических и гидравлических характеристик русла и потока, а также использование в этом анализе многочис­ ленных данных измерений и наблюдений на равнинных реках при­ вели к получению следующих формул:

где (2Ѳ-)ииіі) — сумма средних суточных температур воздуха, счи­ тая со дня появления плавучего льда, нужная для начала ледо­ става (для возможности образования ледяных перемычек); Ѳкр — критическая температура воздуха (средняя суточная), нужная для начала ледостава после накопления (2]Ѳ-)мші, определяемой фор­

При наличии на участке нескольких удачно расположенных гид­ рометрических створов величины ѵ н b можно вычислять по дан­ ным, относящимся к створу, где скорость течения наименьшая. Вы­ числение производится с помощью графиков v — f ( H) п b = f ( H) для периода открытого русла. Если данные по створам недоста­ точно показательны или очень ограничены, то значения ѵ опреде­ ляются по данным о расходах воды и площади живого сечения,

всем рассматриваемом протяжении реки с помощью планов и карт реки крупного масштаба. Интересующая нас скорость течения

вычисляется путем деления расхода воды на площадь живого се­ чения. Температура воздуха в формулах (22.XII—23.X1I) берется по станции, расположенной в пределах рассматриваемого уча­ стка— участка образования перемычек. Таким образом, она харак­ теризует местную теплоотдачу поверхности реки.

Формулы (22.XII) — (23.XII) применимы к рекам в естествен­ ных условиях и к рекам, находящимся в подпоре.

Поскольку в процессе образования ледяных перемычек сущест­ венна роль ледохода, то на этот процесс должна влиять не только

ловиях соответствуют наибольшим значениям отношений путевой теплоотдачи к местной. Значения Ѳкр по формуле (23.ХІІ) также соответствуют каким-то определенным соотношениям путевой и ме­ стной теплоотдачи, связанным со способом определения (2]Ѳ_)МШІ. В этой связи отметим, что формулами (22.XII) и (23.XII) нельзя пользоваться для расчета образования ледяных перемычек на уча­ стках рек ниже гидроэлектростанции, так как здесь искусственно уменьшена длина участка ледообразования и путь движения льдин до места образования перемычки и существенно изменяется (в об­ щем уменьшается) отношение путевой теплоотдачи к местной.

Величины критической интенсивности теплоотдачи или крити­

взаимосвязаны. Формула, устанавливающая связь этих величии, полученная на основе достаточно большого материала наблюдений, имеет вид

дЗ,56к1,93й0’8

кр— (!о _ м)М6(2<и)0,30 ’ (24.XII)

где V — средняя скорость течения в рассматриваемом сечении в м/с, соответствующая данному расходу воды при свободном ото льда русле; b — ширина реки в метрах в том же сечении при тех же ус­ ловиях; (Х]Ѳ-м) — сумма средних суточных отрицательных темпе­ ратур воздуха по ближайшей метеостанции от появления плавучего льда в данном створе до дня, для которого определяется величина

дня появления плавучего льда и сопоставления их с фактической средней суточной температурой воздуха Ѳ иа данный день. Пере­ мычка образуется тогда, когда рассчитанная Ѳкр окажется выше или равной Ѳ.

Формула (24.XII), применимая, кстати, и к участкам рек ниже ГЭС, дает возможность оценить относительное влияние изменения

356