загрузка...

Расчеты и прогнозы стока


Гидрологические расчеты и прогнозы стока на малых водосборах страны в силу значительного физико-географического разнообразия всей территории предполагают отражение региональных особенностей [95, 135, 201, 210, 255, 296, 385]. Существенные различия вероятностной оценки гидрологических параметров для отдельных отраслей хозяйства вызывают необходимость ведомственного подхода. Однако единые рекомендации по гидрологическим расчетам также необходимы.
В настоящее время гидрологические расчеты по малым водотокам страны проводятся по ряду нормативных отраслевых документов. Основными являются "Указания по определению расчетных гидрологических характеристик", разработанные Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) в 1972 г. Но практика показала, что методы расчета гидрологических характеристик с малых водосборов по этим рекомендациям не удовлетворяют требованиям проектирования мелиоративных систем, малых искусственных сооружений на железных и автомобильных дорогах страны, т. е. расчетам стока на малых водосборах и временных водотоках. В связи с этим возникла необходимость, с одной стороны, разработки и использования ведомственных и региональных рекомендаций и, с другой - уточнения и доработки самих Указаний.
В ГГИ уточняются параметры расчетных гидрологических характеристик (максимальных расходов весеннего половодья и дождевых паводков, минимального летнего стока и расчетных гидрографов). Кроме этого, дополнительно разрабатываются рекомендации по предпосевному и меженному стокам. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строительства были разработаны рекомендации для расчета ливневого стока воды с малых водосборов (не более 100 км2) [139, 254].
Расчеты и прогнозы стока малых рек на примере юга Западной Сибири [127, 128, 255, 369]. Исследования стока засушливых территорий Западно- Сибирской равнины относятся, в основном, к советскому периоду. В числе первых работ следует назвать труды П.Д. Зайкова и П.С. Кузина, в которых приведены карты среднего годового стока южных районов Западной Сибири, Северного и Центрального Казахстана. Эти карты с современных позиций достаточно схематичны и не могут использоваться для расчета нормы стока.
Новые научные результаты были получены Государственным гидрологическим институтом, выполнившим в 1954 - 1957 гг. комплексные гидрологические исследования в связи с освоением целинных и залежных земель Казахстана и юга Западной Сибири. Методика расчета параметров годового стока средних и малых рек, разработанная в ГГИ, состоит в следующем.
Зональный модуль стока, соответствующий водосборам с площадью 3000 км2 и более, уточняется по карте стока или по расчетным зависимостям. Переход к стоку для площади водосбора менее 3000 км2 осуществляется с помощью редукционного коэффициента (К), величина которого определяется по формуле
К = (3000 / А)п,              (1.2)
где А - площадь водосбора малого водотока, км2; п - показатель степени редукции, осредненный порайонно и интегрально учитывающий гидрографические и морфометрические особенности речных водосборов. Подобный подход отражен и в последних рекомендациях ГГИ [244].
Расчет стока малых водосборов по рассмотренной схеме, как отмечается в работе [156], не учитывает влияние местных особенностей, в частности, уклонов, механического состава почвогрунтов, геологического строения бассейнов, степени распаханности.
Более детально изучены перечисленные вопросы для рек северного Казахстана, включая южную окраину Западно-Сибирской равнины [156]. Так как данное исследование представляет существенный методический интерес, рассмотрим его основные результаты. Анализ условий формирования стока приводит авторов к выводу, что решающее влияние на пространственное распределение модуля (слоя) стока оказывает высотное и орографическое положение водосборов. По этой причине для оценки среднего годового стока неизученных рек с А gt; 3000 км2 рекомендуются региональные зависимости
M=f(Hcp),              (1.3)
где М - модуль среднего годового стока; Нср - средняя высота водосборов.
Одна из представленных зависимостей относится к южной окраине Западно-Сибирской равнины (левые притоки Тобола, стекающие с восточных склонов Уральского хребта и Зауральского плато, а также реки бассейна Ишима, за исключением его правобережных притоков, стекающих с Кокчетавской возвышенности).
Оценка стока малых рек (А lt; 3000 км2) основывается на совместном использовании карты изолиний, либо высотных зависимостей М = / (Нср), отражающих зональные закономерности изменения модуля (слоя) стока, и районных эмпирических связей азональных отклонений стока с характеристиками подстилающей поверхности.
Из всех факторов подстилающей поверхности наиболее значим размер водосборной площади. Зависимость модуля стока от площади водосбора (редукция М на А) прослеживается до значения А = 3000 км2, после чего модули стока с увеличением площади водосбора практически идентичны. Исследование причин редукции показало, что ее степень изменяется по территории в зависимости от соотношения элементов водного баланса. Меньшая редукция стока по площади характерна для более увлажненных районов с небольшим количеством бессточных площадей. В районах с низкой увлажненностью редукция усиливается в результате возрастания задержания талых и дождевых вод в понижениях на водосборе и увеличения потерь воды на фильтрацию с возрастанием длины безруеловых склонов. В условиях, когда модуль среднего годового стока не превышает 1 л/(с-км2), для расчета стока малых рек (А lt; 3000 км2) получена эмпирическая формула
Мл =              (А + lf29wM3, (1.4)
где М3 - модуль зонального стока, определяемого по карте, либо по зависимости M=f(Hcp).
Напомним, что зональный сток определен по данным, характеризующим реки с А gt; 3000 км2. Для облегчения расчета нормы стока неизученных малых рек и временных водотоков рекомендуется использовать табл. 1.3, составленную на основе формулы (1.4).
Таблица 1.3
Переходные коэффициенты К от зональной нормы стока к стоку малых
водотоков [156]

М3,
л/с-км2

Площадь водосбора, км2

10

25

50

100

250

500

1000

2000

3000

0,8

1,17

1,14

1,12

1,10

1,07

1,01

1,00

1,00

1,0

0,7

1,29

1,24

1,20

1,16

1,11

1,08

1,05

1,02

1,0

0,6

1,43

1,36

1,30

1,24

1,17

1,12

1,07

1,03

1.0

0,5

1,63

1,51

1,42

1,34

1,23

1,17

1,10

1,04

1,0

0,4

1,88

1,70

1,57

1,46

1,31

1,22

1,13

1,05

1,0

0,3

2,34

2,06

1,85

1,67

1,44

1,31

1,18

1,06

1,0

0,2

3,11

2,58

2,28

1,98

1,60

1.44

1,25

1,09

1,0

од

5,08

3,95

3,24

2,65

2,00

1,68

1,38

1,13

1,0

Табл.
1.3 можно использовать и в других районах с аналогичными физико- географическими условиями, где оценить редукцию стока по площади водосбора с помощью материалов наблюдений гидрологической сети невозможно.
Завершая обзор исследований, освещавших проблему оценки водного режима малых рек в районах недостаточного увлажнения, подчеркнем следующие основные моменты:
  1. в зоне недостаточного увлажнения прослеживается зависимость годового и весеннего стока от площади водосбора, влияние которой сказывается при А lt; 3000 км2. С уменьшением площади водосбора возрастает расчлененность рельефа и густота гидрографической сети, увеличивается снегонакопление и количество жидких осадков. Во многих расчетных схемах площадь водосбора выступает как интегральная косвенная характеристика перечисленных факторов, влияние которых отражает понятие редукции стока по площади водосбора;
  2. существенное уточнение количественного описания редукции достигается путем включения в редукционные зависимости зональной нормы годового стока, под которой понимается годовой сток рек при А gt; 3000 км2. Зональную норму принято определять с использованием карт или высотных зависимостей годового стока;
  3. возрастание потерь стока на испарение с заполненных водой бессточных понижений, вызываемое ростом их относительной площади с увеличением размеров водосбора, является одной из главных причин редукции стока по площади. С этой точки зрения представляется обоснованным построение карт изолиний максимальной (приведенной к озерности и заболоченности) нормы стока, которая, по сравнению с зональным стоком средних рек, лучше отражает распределение местных ресурсов поверхностных вод в районах недостаточного увлажнения;
  4. весьма заметное влияние на сток со склонов и сток малых рек оказывает уклон бассейна (склона). Этот факт является теперь общепризнанным. Уклон, как правило, входит в расчетные схемы, опубликованные в последнее время, в том числе и в рекомендации ГГИ [244];
  5. состав почвогрунтов и геологическое строение также существенно влияют на величину стока с малых бассейнов. Наиболее полно учтены эти факторы в работе [156], где дана типизация водосборов с различными почвенногеологическими условиями;
  6. формирование стока определяется целым комплексом факторов - климатических и подстилающей поверхности. Количественное описание стока, отражающее его взаимосвязь с обуславливающими факторами, в настоящее время основывается на использовании эмпирических и физико-статистических зависимостей. Временная изменчивость стока описывается на основе применения методов статистики. Территориальные обобщения стока выполняются с применением картографирования и районирования, включая географогидрологический метод, обоснованный в работах В.Г. Глушкова;
  7. существенную помощь в описании стока дают выработанные в гидрологии методы и приемы, такие как метод водного баланса, совместное рассмотрение теплового и водного балансов, метод гидрологической аналогии, метод квазиконстант и пр.

Перечисленные выше методы, приемы и закономерности, применяемые при изучении стока в районах недостаточного увлажнения, положены в основу исследований водного режима малых водотоков на юге Западной Сибири [317].
Оценка антропогенного влияния на сток малых рек центра Европейской России приведена в работе [220]. Предлагается критерий ранжирования малых рек по остроте водоохранных мероприятий на основе оценки факторов, учитывающих ущерб реке как компоненту ландшафта. Факторы разделены на 3 группы: 1) характеризующие водность реки и влияние на нее хозяйственной деятельности; 2) оценивающие загрязненность реки; 3) критерии социальной значимости водного объекта. Первые два построены на соотношении расходов на водозабор и расходов сточных вод при расходе реки 80%-й обеспеченности. Третий учитывает плотность населения в районе, примыкающем к водотоку, и долю длины реки, приходящуюся на населенные пункты. Ранжирование рек проводится на основе индекса, который определяется как среднее из модульных коэффициентов всех критериев. Методика применена к 100 рекам Московской и 50 рекам Тульской областей. Подобные оценки для десятков рек Дальнего Востока приведены в [186].
<< | >>
Источник: Ткачев Б.П., Булатов В.И.. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы = Small rivers: state-of-the act and ecological problems: Ана- лит. обзор / ГПНТБ СО РАН. - Новосибирск,2002. - 114 с.. 2002

Еще по теме Расчеты и прогнозы стока:

  1. Условия формирования речного стока малых водосборов
  2. Исследование паводкового или поверхностного стока с территории населенных мест
  3. ВНП и ВВП: методы расчета. Проблемы расчета ВВП. Чистое экономическое благосостояние.
  4. 10.7. Значення кримінологічного прогнозу вання
  5. 1.2. Прогноз и план
  6. 2.3. Система прогнозов
  7. Прогноз бухгалтерской отчетности
  8. Клинические и статистические прогнозы
  9. 10.3. Завдання кримінологічного прогнозу вання
  10. Прогноз экономической эффективности проекта
  11. 2.5.1. Прогноз производства и реализации продукции
  12. Разработка прогноза финансовой отчетности на следующий период
  13. Тема 8. Демографическая политика и прогнозы развития численности населения