Файл: Большаков, М. Н. Водные ресурсы рек советского Тянь-Шаня и методы их расчета.pdf

для зависимостей, обоснованных достаточным числом точек

(не менее 8—10).

Рекомендации получения дополнительных точек для экстраполяции кривых путем вычисления М0 по другим эле­ ментам водного и теплового баланса [50, 58, 161] имеют в на­ стоящее время лишь теоретический интерес, так как при су­ ществующей весьма слабой метеорологической изученности горной территории они могут быть практически применены лишь в исключительных случаях, при наличии полноценных исходных данных. К подобным рекомендациям следует отне­ сти попытку Л. А. Владимирова применить формулу М. И. Будыко или вычисление стока по коэффициенту стока для экстраполяции нижних ветвей эмпирических зависимостей M0 = f(HQV) для территории Грузии [58]. Формула М. И. Будыко, однако, как пишет Л. А. Владимиров, дала преувеличен­ ные значения стока. Практическая несостоятельность этих ре­ комендаций привела Л. А. Владимирова к выводу, «что имею­ щиеся данные по стоку рек Грузии не могут с достаточной полнотой выявить действительные очертания кривых связи

горных рек и отсутствие объективных и практически приемле­ мых методов их экстраполяции, автор еще в 1950 г. предло­ жил метод интерпретации зависимости стока от высоты для горных территорий, основанный на введении понятия зональ­ ного модуля стока [19, 69]. В дальнейшем этот метод был раз­ вит и уточнен автором [27, 33] и применен для построения рас­ четных зависимостей нормы годового стока от высоты для территории Тянь-Шаня [35, 38, 40, 173]. Сущность этого мето­ да излагается ниже.

4. Метод зональных модулей и расчетные зависимости для определения нормы годового стока

внеизученных створах рек

Вприродных условиях Средней Азии в пределах даже не­ большого бассейна горной реки, как уже говорилось выше, можно наблюдать смену климата от арктического в гляциаль-

но-нивальной зоне до климата жарких пустынь в низовьях рек. Это в свою очередь определяет весьма ярко выраженную выСотйую поясность горных ландшафтов и процессов стока. Высотная поясность характерна и в распределении удельной водоносности в бассейнах горных рек, которая может изме­

51

няться практически от нуля в нижних зонах речного бассейна до 100 л]сек на 1 км2 в высокогорной зоны наиболее активного формирования стока.

Между тем гидрологические посты, как правило, располо­ жены в створах рек по выходе последних из гор. Естественно, что модуль стока (М), вычисленный для площади бассейна горной реки для речного створа, замыкающего всю область формирования ее стока, характеризует лишь среднюю удель­ ную водоносность бассейна и не отражает высотную поясность в ее распределении, т. е. основную природную закономер­ ность, типичную для горных территорий.

Назовем условно модуль стока, вычисленный для площади бассейна в замыкающем створе, средним (или интегральным) модулем стока — М. Вместе с тем горный речной бассейн можно рассматривать состоящим из ряда высотных поясов, обладающих примерно одинаковой в пределах каждого пояса удельной водоносностью, характеризующейся зональными мо­ дулями стока — т (рис. 16).

Рис. 16. Схема разбивки горного речного водосбора на высотные пояса для вычисления зональных моду­ лей стока та.

Таким образом, понятие зонального модуля нормы годово­ го стока (т0) является переходной ступенью от понятия сред­ него (интегрального) модуля нормы годового стока (Л1о) к модулю нормы стока с элементарной площадки водосбора. Интегральный модуль осредняет удельную водоносность и влияние на нее высотной поясности и азональных факторов в пределах всего бассейна выше речного створа, для которого он вычислен; зональный модуль дает осреднение лишь в пре­ делах узкой высотной зоны и хорошо отображает изменение удельной водоносности горного бассейна при переходе от

52

одной высотной зоны к другой в пределах всего диапазона высот горного водосбора.

Осредняя лишь в пределах отдельных таких высотных зон климатические условия (осадки, температура, испарение и др.), можно представить интегральный модуль нормы стока

дулей стока.

Методика вычисления зональных модулей стока состоит в следующем.

Водосборные бассейны изученных рек разбиваются на карте через определенный интервал на высотные зоны. Затем планиметрированием определяются площади этих зон, вычис­ ляются их относительные площади в долях от общей площади водосбора (Ki ) и для каждого района составляется система уравнений вида (1).

С учетом опыта вычисления зональных модулей [27, 35, 155, 156] и некоторых критических замечаний, появившихся в литературе после первого опубликования в 1950 г. предложе­ ния автора [57, 58], рекомендуется при вычислении т0 исполь­ зовать полноценные данные по всем речным постам, имею­ щимся в том районе, для которого строится зависимость m0—f(H). Поэтому число балансовых уравнений в системе определяется количеством изученных створов рек в каждом районе, а число неизвестных в каждом уравнении — подроб­ ностью деления водосбора на высотные зоны (практически диапазон высот такой зоны принимается в 300—500 м). При этом устраняется возможность исключения из расчета данных малых водосборов, на что указывал Л. А. Владимиров как на недостаток методики вычисления т0 в первой ее редакции [57]. Число высотных зон не связано с числом уравнений при решении системы последних методом наименьших квадратов. Поэтому освещение высотной поясности стока по предлагае­

53

мому методу отнюдь не обязательно требует густой гидромет­ рической сети, как считает О. П. Щеглова [219]. С увеличением числа постов лишь увеличивается точность вычисления зо­ нальных модулей и повышается репрезентативность районной зависимости m0=f(H).

Расчет величин т0- , соответствующих определенным зна­

чениям средних отметок Н / высотных зон, ведется самостоя­ тельно для каждого из районов с выявленными зависимостя­ ми MQ= f(Hcp) путем приближенного решения системы урав­ нений (1).

Подбор значений т0 проводится в несколько этапов (три-

четыре попытки для каждого района) до тех пор, пока не до­ стигается наименьшее для всех изученных створов рек данно­ го района среднее квадратичное отклонение вычисленных по уравнениям значений Мо от величин интегрального модуля, определенных по данным наблюдений.

При подборе то следует руководствоваться следующими

тельными подстановками в систему уравнений (1) уточненных значений т0 следует улучшить начертание кривой m0= f ( H) ,

добиваясь, как было указано выше, минимума среднего квад­ ратичного отклонения вычисленных значений Мо от фактиче­ ски наблюденных.

Максимум кривой trio=f(H) следует относить к высотной зоне, средняя отметка которой соответствует среднему поло­ жению фирновой линии для данного орогидрографического района, которая, как известно, является границей между об­ ластью питания и областью абляции и определяет верхнюю границу зоны, где местные модули стока достигают максиму­ ма. Выше фирновой линии зональные модули, по-видимому, быстро снижаются до нуля, но фирновая область, как извест­ но, является областью аккумуляции значительных запасов влаги, скапливающейся здесь в результате выпадения твер­ дых осадков (снег и град) и вследствие очень незначительно­ го испарения. Массы снега по мере их накопления перемеща­ ются в виде лавин в пониженные элементы рельефа, образуют снежники и фирновые поля, питающие ледники. Перемещаясь

54

ниже фирновой линии, эти массы твердой влаги в виде талы;: вод языков ледников дают начало горным рекам. Именно в высотной зоне расположения ледников зональные модули сто­ ка достигают наибольших значений.

Наблюдениями в экспериментальном бассейне р. Чон-Кы- зылсу было установлено, что высотная зона, расположенная между фирновой линией и концами языков ледников, харак­ теризуется оптимальным для формирования стока балансом прихода тепла и влаги. Это определяет наибольшие зональ­ ные модули стока в этой зоне и коэффициент стока больше единицы. Удельный сток изменяется здесь от 2200 мм на по­ верхности ледников до 600 мм на поверхности скал. Выше фирновой линии сток быстро затухает ввиду низких темпера­ тур и прекращения процесса поверхностного таяния.

Учитывая все вышесказанное, следует полагать, что в об­ ласти оледенения понятие зонального модуля жидкого стока в известной мере теряет свой физический смысл. Поэтому при построении кривой mQ— f(H) и при отнесении максимума ве­ личины зонального модуля к высотной отметке, соответствую­ щей среднему положению фирновой линии, можно условно допустить распространение величины этого значения модуля на всю вышерасположенную площадь. Таким образом, верх­ нюю ветвь кривой m0=f(H) можно условно проводить парал­ лельно оси высот, сознательно отказываясь от ее построения в

сколько снижает величину максимального зонального модуля, который в зоне языков ледников может практически дости­ гать больших значений. Ниже языков ледников зональные мо­ дули стока снижаются в связи с уменьшением прихода и на­ растания потерь влаги с понижением высоты [36, 37, 133].

В первом приближении максимальное значение т0 можно назначать или по величине средней многолетней годовой сум­ мы осадков в указанной высотной зоне, принимая коэффи­ циент стока около 1, или по данным измерения стока в высо­ когорной зоне, если они имеются. В первом же приближении величину минимального значения то, близкую к 0,5—1 л/сек, следует относить к высотной зоне выхода рек из гор, имея в виду, что в районах аридного климата испаряемость в этой зоне, как правило, преобладает над осадками, что подтверж­ дается наблюдениями в экспериментальных бассейнах. Кроме того, при течении рек в пределах предгорных шлейфов значи­ тельная часть поверхностного стока теряется в рыхлых отло­ жениях конусов выноса. Эта зона является пограничной

55

между областями формирования и рассеивания стока. По­ верхностный сток здесь образуется лишь от таяния снега в ранневесеннее время, либо при выпадении редких интенсив­ ных дождей. При наличии данных местных наблюдений за элементами водноэнергетического баланса можно для приб­ лиженного определения минимального т0 воспользоваться формулами М. И. Будыко [45] или В. С. Мезенцева [127].

Впроцессе приближенного решения системы уравнений

(1)методом наименьших квадратов эти крайние значения т0 должны уточняться. Для ускорения расчетов вычисления мо­ гут проводиться на ЭВМ. Не останавливаясь подробно на

технике вычислений т0, что описано в других наших работах [27, 155], укажем лишь, что они являются элементарными и не представляют трудностей. Поэтому оценку предлагаемого ме­ тода вычисления зональных модулей в отдельных работах как слишком «громоздкого» нельзя признать правильной. Нужно полагать, что дополнительные затраты труда на элементар­ ные вычисления вполне окупаются преимуществами, которые дает применение метода зональных модулей.

По вычисленным значениям т0 и Н для тех же районов, для которых выявлены зависимости Mo=t(Hcp ), могут быть затем построены зависимости m0 = f(H).

Зависимости mQ— f(H) для 24 районов на территории Кир­ гизской ССР были впервые вычислены автором в 1950 и 1956

Рис. 17. Районные зависимости зональных модулей нормы годового стока та от высоты Н для рек бассейна Нарына. 1—6 — номера районов соглас­ но табл. 7 и рис. 14.

ГПо njcex

,Рис. 18. Районные зависимости зональных модулей нормы годового стока /ло от высоты Н для рек ■Ферганской долины. 7—13 — номера районов сог­ ласно табл. 7 и рис. И.

5 7

ГП о /ijce/г

Рис. 19. Районные зависимости зональных модулей нормы годо­ вого стока т0 от высоты Н для бассейнов рек Ахангаран, Чирчпк. Арысь и рек юго-западных склонов хр. Каратау. 14—17 — номера районов согласно табл.7

и рис. 14.

Г П о /ijcen

Рис. 20. Районные зависимости зональных модулей нормы годо­ вого стока та от высоты Н для рек бассейна оз. Иссык-Куль. Iff—21 — номера районов сог­

ласно табл. 7 и рис. 14.

58