WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

По данным снегомерных съемок Среднесибирского УГМС и результатов исследований А.В. Петенкова, нами построена карта средних многолетних запасов воды в снежном покрове в центральной части бассейна р. Енисей (рис. 1). Карта демонстрирует повышенное снегонакопление в верхней части бассейна Качи в предгорьях Восточного Саяна, и низкое – в бассейне реки Большой Ури в Каннской лесостепной котловине. На стыке Каннской котловины с Алтайско-Саянскими поднятиями снегонакопление заметно увеличивается. Вдоль правого берега Енисея тянется Енисейский кряж, отдельные вершины которого поднимаются до 900-1104 м. Здесь, на западных склонах, накапливается значительное количество снега.

Слой воды (S+х), обеспечивающий формирование основной составляющей половодья – стока талых вод, определяется путем суммирования запаса воды в снеге перед началом снеготаяния (S) и осадков, выпадающих в период снеготаяния (х).

Рис.1 Схематическая карта наибольших предвесенних снегозапасов 50 % обеспеченности (мм) в центральной части бассейна р. Енисей.

Дождевой сток в период спада половодья определяется путем расчленения гидрографа с использованием типовой кривой спада (рис.2).

Схема расчета среднего по территории бассейна слоя осадков (х) по данным сети пунктов наблюдений такая же, как и при определении средних запасов воды в снежном покрове, – т.е. учитывается территориальное распределение основных ландшафтов и местоположение пунктов наблюдений (сомножители – доли площади соответствующих угодий) • для бассейна р. Качи у пос. Емельяново х=0,81хКача+0,19хКрасн • для бассейна р. Качи у г. Красноярска х=0,36хКача+0,64хКрасн • для бассейна р. Большая Уря у с. Малая Уря х=0,76хСол+0,24хИл где: х - средний по территории соответствующего бассейна слой осадков за период снеготаяния.

Суммы осадков за период от даты снегосъемки перед началом снеготаяния до даты схода снега определены по наблюдениям в следующих пунктах: хКача – пос. Кача, хКрасн, – г. Красноярск, Опытное поле, хСол – пос. Солянка, хИл – пос. Ильинка.

В результате анализа гидрометеорологических условий за каждый год определяются генетически связанные величины поступления воды (S+х) и стока талых вод (Y) (табл. 1). Чтобы определить снеговую и дождевую составляющие половодья методом расчленения гидрографа, необходимо знать даты схода снега в различных ландшафтах водосбора реки.

Расчет даты окончания снеготаяния. М.А. Великанов высказал предположение о существовании зависимости между количеством стаивающего за сутки снега (h) и положительной температурой воздуха (+tо). Суточный слой стаивания снега определяем по формуле h=k(+t), (1) где k – коэффициент стаивания, который различается для открытых и лесных участков бассейна.

Всего рассчитано 222 коэффициента стаивания, в том числе 85 на открытых участках, 106 в хвойном лесу и 31 в лиственном лесу. Величина коэффициента стаивания в хвойном лесу по нашим расчетам составляет в среднем 2.0 мм/градсут и незначительно изменяется по годам. В лиственном лесу величина рассматриваемого коэффициента изменяется по годам от 2.1 до 3.8, в среднем составляя 3.0 мм/градсут.

Таблица Средние за период наблюдений характеристики стока весеннего половодья, поступления воды в период снеготаяния и потерь стока талых вод Даты Характеристики водного баланса, средние за период наблюдений мм *) Наинаиболь числитель:

сток весеннего половодья больНачала конца боль- P ший поло- поло- шего знаменарасход водья водья расхода S x S+x тель:

воды Y Yд Yп YP воды м3/с S + x р. Кача – Емельяново, F= 561 км2, лесистость 81 % 12.04 16.06 6.05 60 227 57 284 118 19 7.0 0,р.Кача – Красноярск, F=1250 км2, лесистость 49 % 100.

4.04 14.06 8.05 70 120 31 151 50.4 14 6.1 70.0,Р.Большая Уря – Малая Уря, F=1150 км2, лесистость 24 % 4.04 22.05 19.04 57 78 19 97 30 4.1 3.9 0,*) Примечание: S – запас воды в снежном покрове; x – осадки за период снеготаяния;

(S+x) – поступление воды за период снеготаяния; Y – сток талых вод; Yд – дождевой сток на спаде половодья; Yп – подземный сток Y0 – суммарный сток за период половодья; P– потери стока талых вод (P =(S+x) – Y).

Комплексный график хода весеннего стока, температуры воздуха и осадков р.

Большая Уря - Малая Уря за 1979 г.

Осадки Температура водуха 20 15 Y 10 Yд 5 -Yп -0 -10.4 15.4 20.4 25.4 30.4 5.5 10.5 15.5 20.осадки расход воды кривая спада подземный сток Yп температура воздуха Рис.2 Расчленение гидрографа половодья по видам водного питания (Q – расход воды; Y – сток талых вод (формируется в результате таяния снега и поступления осадков периода снеготаяния), 2) дождевой сток Yд (формируется осадками, выпадающими после схода снега) и 3) подземный сток – Yп Еще большей изменчивостью отличается величина коэффициента стаивания в поле. Средняя его величина для открытых (полевых) участков составила 5,0 мм/градсут и колеблется от 3,1 до 6,4 мм/градсут.

Сроки окончания снеготаяния рассчитывались с использованием:

• коэффициентов стаивания, • запаса воды в снеге по последней снегомерной съемке, • средних суточных температур воздуха.

В ряде случаев дату схода снега удается установить непосредственно по материалам снегомерных съемок, если они фиксируют степень покрытости снегом участка снегосъемки в 20-40%.

На юге тайги и в лесостепи Средней Сибири весна наступает в апреле, продолжительность ее около 1,5 месяца. Для весны характерны как возвраты холодов, так и интенсивный прогрев.

Дата начала половодья определяется сроками начала весеннего потепления, а также такими факторами, как интенсивность потепления, возможные возвраты холодов, величиной снегозапаса и уровнем предшествующего (осеннего) увлажнения почвогрунтов. На открытых участках коэффициент стаивания снега примерно вдвое больше, а запасы воды в снежном покрове заметно меньше, чем в лесу. По этим причинам на степных реках (по сравнению с лесными), в соответствии с различиями хода снеготаяния, половодье начинается на 10 – 15 дней раньше, а его продолжительность оказывается короче (табл.1).

Водно-балансовые зависимости для прогноза стока весеннего половодья.

Форма гидрографа весеннего половодья (рис.2) определяется особенностями хода температуры воздуха в период снеготаяния, количеством осадков и их распределением во времени, ландшафтной структурой речных бассейнов.

При однородном ландшафте в бассейне реки чаще наблюдается одномодальное половодье, что характерно как для степного бассейна р. Большая Уря – с. Малая Уря, так и таежного – р. Кача – пос. Емельяново. Если территория бассейна включает степную и лесную части (например, бассейн р. Кача – г. Красноярск), то, как правило, половодье формируется в виде двух волн – «степной» с максимумом во второй половине апреля, и «таежной» – максимум в первой декаде мая. Наивысший расход воды в створе г. Красноярск – приурочен ко второй («таежной») волне. Для количественной оценки доли различных источников питания в балансе стока за период весеннего половодья выполняется генетическое расчленение гидрографов.

При этом учитываются взаимосвязи временного хода стока, температуры воздуха, атмосферных осадков. Расчленение гидрографов за каждый год начинается с определения даты схода снега. Дождевой сток после схода снега определяется путем «срезки» по типовой кривой спада половодья (рис.2). Тем самым выделялся сток, обусловленный выпадением жидких осадков после окончания снеготаяния.

Подземное (базисное) питание приближенно выделяется путем проведения прямой, соединяющей расход воды, предшествующий началу весеннего подъема, с расходом воды в конце кривой спада.

Рассмотрим многолетние средние характеристики водного баланса за период весеннего половодья. Запасы воды в снежном покрове, осадки за период снеготаяния, сток весеннего половодья и потери талого стока изменяются от бассейна к бассейну соответственно изменению естественного увлажнения и других рассмотренных выше ландшафтных условий (табл. 1). Наибольшие значения характеристик водного баланса наблюдаются в горно-таежных ландшафтах; наименьшие – в лесостепных.

Потери весеннего стока увеличиваются с увеличением подачи воды на водосбор (S+x), достигая 166 мм в верхней части горно-таежного бассейна р. Качи. Однако коэффициент, характеризующий относительные потери талого стока (p/S+x), увеличивается в более засушливых условиях – от 0.58 в бассейне верхней Качи до 0.69 в бассейне Малой Ури (табл.1).

Потери стока включают в себя:

• испарение со снега за период его таяния, • емкостное поглощение воды и инфильтрацию на склонах бассейна за период снеготаяния, • испарение и впитывание воды с действующей площади за период от схода снега до конца половодья.

Прогноз весеннего стока сводится к заблаговременному определению суммарных потерь стока. Рассматривая процесс формирования потерь стока, Е. Г. Попов подчеркивает различие механизмов емкостного поглощения и инфильтрации. В природе эти механизмы чаще всего проявляются совместно (инфильтрационно-емкостное поглощение воды). Для этого случая Поповым получено уравнение стока половодья ( паводка) X -J Y = (1- w) (h)dh (1) где Х= S+х – слой поступившей воды в период; J – инфильтрация воды в почву в период снеготаяния (дождя); (h) – доля действующей (дающей сток) площади; w=F/F0 – доля постоянно бессточной площади в речном бассейне; F0– бессточная площадь; F – площадь бассейна.

Д.А. Бураков вводит в интеграл Попова испарение (Z) в период снеготаяния, а также коэффициент, учитывающий потери на испарение и инфильтрацию талой и дождевой воды в период истощения (спада) склонового стока (Кс). В этом случае X -J -Z Y = (1- w)Kc (2) (h)dh.

Интегрирование (2) после подстановки различных аппроксимаций функции (h) приводит к следующему общему выражению:

H Y = Kc (1- w)H - P0 f, (3) P где H=X–J–Z; P0 – величина водоудерживающей емкости на водосборе Kc – коэффициент потерь стока на спаде; f(H/P0)– функция, зависящая от принятого вида уравнения для действующей площади (h).

Величина водоудерживающей емкости (Ро) может существенно меняться от года к году вследствие различий осеннего увлажнения.

Распределение водоудерживающей емкости по площади водосбора (h) аппроксимируют, каким - либо аналитическим выражением. В литературе (Попов, 1963; и др.) известны гиперболическая, экспоненциальная и степенная аппроксимации этого уравнения, позволяющие получить соответствующие выражения для функции потерь f(H/P0):

-n n H H H H H X,, (4) f = th f =1- exp- f = 1 + P0 P0 P0 P0 P0 P где n – показатель степени, характеризующий особенности территориального распределения водоудерживающей емкости водосбора.

Формулы для прогноза стока весеннего половодья, полученные на основе выражений 3 и 4, приведены в (табл. 2.) Таблица Вид формул для прогноза стока весеннего половодья Уравнения, в которых изменение Уравнения, в которых параметр по- № предшествующего увлажнения учи- № фортерь изменяется в зависимости от фортывается через слой начального за- мулы предшествующего увлажнения бас- мулы полнения водоудерживающей емко- сейна сти бассейна Х X + U (X + U ) Y = - Pth Y = - P th 5 X Р P X + U Y = ( X + U ) - P 1 - exp X Y = X - P 1 - exp -, P 6 P -1n -n -n n 1+ X 1+ X +U Y = X - P Y = (X +U) - P 7 P P - n n Y - n Y - n P = X 1 - - P = X 1 - - 1 8 ( X + U ) aX Обозначения:

X = S + x; = K (1 - w) – сборный коэффициент; =1-((J+Z)/X))– коэффициент, учиты вающий потери на инфильтрацию и испарение в период снеготаяния; Kc – коэффициент, учитывающий потери стока в период спада половодья; w – доля постоянно бессточной площади в речном бассейне; P=P0/– параметр потерь, учитывающий размеры водоудерживающей емкости (Р0) и потери стока на инфильтрацию и испарение в период снеготаяния. Изменение предшествующего увлажнения за счет выпадения летнеосенних дождей и миграции влаги в зимний период к фронту промерзания учитывается слоем воды U, который назван слоем начального заполнения водоудерживающей емкости (пояснения – в тексте).

В уравнениях 5 – 8 (табл. 2) параметр (Р) характеризует потери стока и изменяется в зависимости от предшествующего увлажнения бассейна. В уравнениях 9 – 12 изменение предшествующего увлажнения учитывается через слой начального заполнения водоудерживающей емкости бассейна (U). К рассмотрению этих уравнений мы вернемся ниже.

Потери воды на впитывание в период снеготаяния через уплотненные горизонты почвы в состоянии их увлажнения равны J=jT, где Т– продолжительность снеготаяния;

j – средняя интенсивность впитывания (мм/сут). Эти потери в первом приближении можно оценить по расходу воды в конце типовой кривой спада весеннего половодья, характеризующему устойчивое подземное питание реки. Потери на впитывание зависят от водно-физических свойств почво-грунтов, продолжительности снеготаяния и других факторов. Потери воды на испарение (Z) в период снеготаяния по многим оценкам не превышают 10-30 мм. Согласно О.И. Крестовскому, они увеличиваются пропорционально затратам тепла на таяние, а значит – пропорционально количеству растаявшего снега Потери на инфильтрацию (J) при прочих равных условиях также возрастают пропорционально количеству поступившей воды (Х). Считая приближенно, что (J+Z) возрастает с увеличением Х, допускаем в дальнейшем, что для конкретного бассейна коэффициент =1-((J+Z)/X)) = const, т.е. остается постоянным из года в год.

Подход к оценке коэффициента, учитывающего потери стока на спаде Kc, рассмотрен Бураковым (1978). Ниже приняты следующие условия:

• (i+z) в период истощения (спада) склонового стока в среднем равно 3.0 – 3.мм/сутки;

• действующая площадь в период спада склонового стока сокращается по экспоненте;

• доля склонового стока на спаде (по отношению к стоку за половодье) зависит от продолжительности истощения (спада), изменяясь в различных ландшафтах от 0.05 – 0.до 0,40.

В этих условиях Kc изменяется от 0.75 в плоских заболоченных низменностях до 0.90 – 0,95 в условиях пересеченного рельефа.

С учетом изложенного, в уравнениях (5) – (8) коэффициент =Кс (1- w ) считается постоянной величиной для рассматриваемого бассейна. Параметр P=P0/ как указывалось выше, определяется по эмпирическим зависимостям от характеристик осеннего увлажнения и промерзания.

Итак, при обосновании вида уравнений для прогноза стока талых вод, мы рассмотрели подход, который предполагает постоянство для данного бассейна функции. Сама же величина водоудерживающей емкости P=P0/ (параметр потерь) изменя(h) ется по годам в зависимости от начального состояния бассейна. Этой схеме отвечают уравнения (5 – 7, табл. 2). Именно такой путь чаще всего используется в современной практике.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.