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

местной и путевой теплоотдачи на значение Ѳкр. Например, по дан­ ным, относящимся к р. Каме ниже Камской ГЭС (до создания Боткинского водохранилища), значения (2 Ѳ -П) на день начала ле­

Но составление с ее помощью прогнозов требует меньших исход­ ных данных и меньшей затраты времени.

§ 3. ПРОГНОЗЫ НАЧАЛА ЛЕДООБРАЗОВАНИЯ И ЛЕДОСТАВА НА ВОДОХРАНИЛИЩАХ И ОЗЕРАХ

Условие начала ледообразования на поверхности водохрани­ лища или озера то же самое, что и для реки, т. е. 0 ^ —В а/ап. Если водохранилище (или озеро) глубокое, то теоретически под значением 0Пнадо понимать среднюю температуру воды в слое пе­ ремешивания. Но практически даже на достаточно глубоких водо­ хранилищах перед началом ледообразования почти всегда имеем распределение температуры по глубине, близкое к гомотермии, т. е. такое же, как и на реке. Перед самым ледоставом температура воды мало отличается от нуля, часто не превышает 0,1—0,3° С.

В прибрежной полосе глубины обычно меньше, чем в основной части акватории водохранилища (или озера). Хотя горизонтальное перемешивание водных масс, конечно, происходит, все же охлаж­ дение воды на меньших глубинах идет быстрее и как следствие ледообразование здесь начинается раньше.

Когда ледообразование происходит при совсем слабом ветре пли штиле, водохранилище (пли озеро) постепенно, начиная от берегов, покрывается ледяной коркой. При этом начало ледообра­ зования в основной части акватории считается за начало ледостава на водохранилище. Когда ледообразование с самого начала про­ исходит при достаточно сильном ветре, то в прибрежной зоне обра­ зуется не ледяная корка, а плавучий лед. Если же оно началось при тихой погоде и в прибрежной зоне появилась ледяная корка, а потом подул сильный ветер, то эта корка (тонкий ледяной покров) частично или полностью разрушается. В результате количество пла­ вучего льда резко увеличивается.

357

Роль плавучего льда в образовании ледостава зависит от на­ правления и силы ветра, конфигурации водоема, соотношения пло­ щадей с различными глубинами и, конечно, от хода интенсивности ледообразования. От берегов плавучий лед ветром может перено­ ситься на часть водохранилища с большими глубинами, где в это

■Ö'n>___ В п \ . Если эта осп /

часть относительно невелика, то приносный лед может вызвать на ней ледостав. Так бывает, в частности, на водохранилищах речного типа, на которых глубокая часть над бывшими руслами рек неве­ лика. Если же площадь, где имеются большие глубины, относи­ тельно велика, то приносный лед не вызывает ледостава. Послед­ ний образуется здесь только тогда, когда на самой этой площади начнется ледообразование. Интересно, что с этого момента до пол­ ного ледостава обычно не проходит и одних суток.

Итак, в общем случае как ледообразование, так и ледостав в морфологически разных частях больших водохранилищ и озер наступает неодновременно. На различие этих сроков оказывает не­ которое влияние также неоднородность по площади метеорологи­ ческих условий, которая иногда бывает существенной.

Из особенностей процессов ледообразования и установления ле­ достава на водохранилищах и озерах-отметим еще следующее.

Если на водохранилище речного типа имеется существенное те­ чение, то, как и на реках, оно препятствует образованию ледостава. Поэтому на таких водохранилищах повсеместное начало ледооб­ разования еще не означает, что скоро обязательно наступит ледо­ став.

Если вскоре после установления ледостава случается временное потепление, то ледяной покров, будучи тонким, может растаять.

Если средняя скорость течения в рассматриваемой части во­ дохранилища или озера меньше 0,05 м/с, то дата начала ледооб-

больше 0,05 м/с, то эта дата вычисляется с помощью формул

(22.XII) — (23.XII) или (24.XII), или (25.XII). И эти расчеты про­ изводятся в том же порядке, что н аналогичные расчеты для реки. Отметим, что сумма средних суточных отрицательных тем­ ператур воздуха, необходимая для ледостава, подсчитывается от рассчитанной даты появления льда. И еще. На речной части во­ дохранилища колебания глубины и скорости течения по длине участка сглаживаются. Поэтому с помощью формул (22.XII) —

358

(25.XII) можно определять дату начала ледостава в любом ме­ сте участка, пользуясь при этом величиной средней скорости тече­ ния в сечении в этом же месте. Если глубина и скорость суще­ ственно меняются по длине, что, в- частности, характерно для участков водохранилища вблизи зоны выклинивания подпора, то

нилище (или озеро) делится на минимальное число частей (рай­ онов), различающихся по морфометрическим характеристикам, прежде всего по глубине. Но в то же время величина каждой ча­ сти акватории не должна быть настолько большой, чтобы потом в расчетах пришлось считаться с изменением метеорологических условий по площади в пределах той или другой выделенной ча­ сти. Начальная температура воды Фо берется на дату, дающую возможность вычислять значение температуры Фп и, следова­

рое дается и используется в расчете прогноз погоды. Если ско­ рость течения на рассматриваемом участке водохранилища меньше приблизительно 0,05 м/с, начальную температуру воды можно брать на этом же участке. При большей скорости началь­ ная температура должна браться в створе, расположенном выше участка водохранилища, для которого дается прогноз (расчет) срока начала ледообразования, на расстоянии, равном длине пути пробега воды за время, равное заблаговременности прогноза, т. е. в этом случае поступают так же, как и при составлении прогноза по реке.

Данных наблюдений за температурой воды на водохранили­ щах и озерах, не считая нерепрезентативных измерений вблизи берега, вообще мало. Поэтому в конкретных расчетах часто стал­ киваемся с отсутствием их. Тогда значение начальной темпера-

} П о

туры воды Фо вычисляют по формуле Ф0 = -----Т]0г-, гДе Ѳі — сред­ не j

няя суточная температура воздуха за каждый день периода в по суток, непосредственно предшествующего дате, на которую вы­ числяется ФоДля определения этого числа суток существуют фор­ мулы (они здесь не приводятся). Отметим лишь, что в них вхо­ дят средняя глубина рассматриваемого участка водохранилища, приток тепла от ложа и знакомые нам из предыдущего удельный теплообмен d, коэффициент теплообмена b и коэффициент тепло­ отдачи а. В формулы входит еще величина осредненного измене­ ния температуры воздуха за одни сутки б (в град/сутки), отра­ жающая общее понижение этой температуры на протяжении одного-двух месяцев перед той датой, на которую определяется

359

значение й0. Обычно с достаточной для практики точностью вели­ чина б находится просто путем проведения на хронологическом графике средней суточной температуры воздуха прямой линии общего (осредненного) ее понижения на протяжении указанного периода. Если такую прямую провести трудно, то б вычисляется по формуле, которую здесь не приводим.

Время добегания воды, когда оно требуется для расчета (см. выше), определяется по средним скоростям течения в характер­ ных сечениях на расчетном расстоянии и длинам участков между этими сечениями.

Расчеты дат начала ледообразования и ледостава на водохра­ нилищах и озерах по фактически наблюденным температурам воздуха имеют ^высокую точность. При пользовании прогнозом температуры (обычно па 4—5 дней вперед), конечно, появляются дополнительные погрешности.

Краткосрочные прогнозы установления ледостава на водохра­ нилищах и озерах можно составлять также с помощью физпкостатпстическпх зависимостей. Они устанавливаются для каждого водохранилища (и озера) плп отдельных его частей на основе данных многолетних наблюдений за ледовыми явлениями п тем­ пературой воздуха на ближайшей метеостанции. В каждом слу­ чае получают в виде графиков две зависимости:

установления ледостава.

Методика построения графиков в общем не отличается от ме­ тодики построения аналогичных графиков, встречавшихся раньше в этой главе. Обе зависимости принимаются линейными, п пря­ мые линии связи проводятся по нижнему краю поля точек.

§ 4. ПРОГНОЗ ТОЛЩИНЫ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА

По ледяному покрову рек, озер и водохранилищ нередко про­ кладывают дороги и переправы. Со льда ведутся некоторые строительные работы, в частности при возведении мостов и гидро­ технических сооружений. Уже этого достаточно, чтобы видеть практическую сторону краткосрочных прогнозов толщины ледя­ ного покрова. Во многих случаях наиболее важны прогнозы в на­ чальный период роста льда.

Нарастание толщины ледяного покрова на реках, озерах и водохранилищах определяется изменениями во времени всех тех факторов, которые влияют на теплообмен между поверхностью льда и атмосферой и на приток тепла к нижней поверхности ледяного покрова из водной массы потока. Нарастание толщины ледяного

360