Чем больше расход воды тем годовой сток
Перейти к содержимому

Чем больше расход воды тем годовой сток

  • автор:

Чем больше расход воды тем годовой сток

На реках СССР различают два вида явлений, при которых наблюдаются большие расходы воды в течение года, — половодье и паводки.

Под половодьем понимается повышенная водность рек весной во время снеготаяния. Характерной особенностью половодья, является его регулярность (ежегодное повторение), приуроченность к определенному времени (весна) и охват одновременно или с небольшим сдвигом во времени больших районов.

Паводки — явление дождевого, преимущественно ливневого, происхождения. Они более кратковременны, чем половодья, и могут наблюдаться в любое время года. Иногда выделяется один, более обильный осадками сезон, к которому большей частью и приурочены паводки.

На подавляющем большинстве рек максимальные расходы воды образуются за счет таяния снега, накопленного за зиму в бассейне, и наблюдаются во время наиболее интенсивного снеготаяния. Лишь на сравнительно небольшой части территории страны они формируются за счет ливневых дождей. К ним относятся реки Дальнего Востока, Черноморского побережья Кавказа, Крыма и отчасти Средней Азии.

Во время весеннего половодья расходы воды в реках увеличиваются настолько, что нередко в десятки и сотни раз превышают величину среднего годового расхода воды. Максимальные модули стока для ряда рек Европейской части СССР достигают в периоды половодья 200-350 л/сек км 2 и более (табл. 21).

Таблица 21. Средние годовые и максимальные модули стока некоторых рек Европейской части СССР

Река Пункт Площадь водосбора, км 2 Число лет наблюдений Средний годовой модуль стока л/с с км 2 Максимальный модуль стока Ммакс0
Тихвинка Горелуха 2030 62 9,4 151 16
Западная Двина Витебск 27300 63 8,3 133 16
Волга Калинин 24100 56 7,3 158 21
Ока Орел 4870 43 4,2 370 92
Днепр Смоленск 14100 57 6,9 141 20
Дон Гремячье 60100 44 3,8 131 35

На реках Азиатской части СССР максимальные модули стока в период весеннего половодья достигают примерно таких же значений.

Как известно, величина модуля стока зависит от площади водосбора: чем больше бассейн, тем меньше его значение. Если взять малые водосборы, например балки степной полосы Европейской части СССР (бассейн Дона), то наибольшие модули стока на них в период весеннего половодья достигают значительных величин, причем максимумы стока могут в 100 раз и более превосходить средний годовой расход; в табл. 22 в качестве примера приведены значения максимальных модулей для двух балок, расположенных на Волго-Донском водоразделе.

Таблица 22. Максимальные модули стока двух балок, расположенных на Волго-Донском водоразделе

Балка Площадь водосбора, км 2 Максимальный модуль стока, л/сек км 2
1
2
9,3
12,8
1710
1250

В районах, где максимумы стока формируются за счет снеготаяния, паводки дождевого происхождения обычно по высоте подъема воды уступают весеннему половодью. Это, однако, справедливо только в отношении больших и средних рек. Что касается малых водотоков, то дождевые максимумы на них могут превышать подъемы воды при весенних половодьях. Чем меньше площадь бассейна, тем более интенсивным ливнем она может быть охвачена. Существует, следовательно, некоторый предел площади водосбора, ниже которого более высокими являются дождевые максимумы, а выше — снеговые. В Европейской части СССР дождевые максимумы могут преобладать, начиная со следующих примерных предельных значений площади водосбора:

в лесной зоне — лишь на незначительных бассейнах, площадью в несколько квадратных километров, иногда до 20-30 /км2;
в лесостепной зоне — на небольших реках с площадью водосбора менее 100 км 2 ;
в степной зоне — на реках с площадью водосбора до 3000 — 5000 км 2 .

На очень малых водосборах степной зоны Европейской части СССР ливневые максимумы могут быть весьма значительными. В качестве примера можно привести следующие данные о максимальных ливневых модулях стока на юге Украины:

балка Воробьевка 43 км 2 650 л/сек км 2
балка Александровна 0,4 29000
без названия 0,4 50000
без названия 0,5 75000

В районах с преобладанием дождевого питания, как отмечено выше, наибольший сток в году наблюдается в период прохождения дождевых паводков. Максимумы снегового происхождения по своим размерам здесь значительно уступают ливневым паводкам.

В этом отношении особенно характерными являются реки Дальнего Востока. Летние муссонные дожди, в отличие от ливней Европейской части СССР, охватывают здесь сразу обширные пространства, поэтому дождевые максимумы наблюдаются не только на малых водотоках, но и на реках с большими площадями водосборов, включая и самую большую водную артерию Дальнего Востока — Амур. Максимальные расходы дождевых паводков для большинства рек этого района превышают величину среднегодового расхода воды в 6-10 раз, а на малых реках с площадью водосбора 3000-5000 км 2 — в 25-50 раз и более.

Особенно высокие максимумы стока характерны для рек Приморья. На реке Майхэ, например, наивысший модуль стока достигал 655 л/сек км 2 , а на Лянчихэ (43 км 2 ) — 6300 л/сек км 2 .

Значения максимальных расходов воды весьма колеблются из года в год в зависимости от запасов снега в бассейнах рек, интенсивности его таяния и от других причин. Наблюдения показывают, что более устойчивыми являются максимумы в районах избыточного увлажнения с большой относительной водностью рек, а менее устойчивы они для водотоков засушливых районов. Так, например, в Европейской части СССР коэффициент вариации Сv, являющийся мерилом изменчивости стока, равен:

На севере Европейской части СССР — в бассейнах Печоры и Северной Двины — 0,2
В Центральной части — в бассейне Верхней Волги — 0,4
На юго-востоке — в степных и полупустынных районах — 0,8-1,0

В то время как на севере максимумы из года в год близки между собой, на юге, в степной зоне, максимумы отдельных лет могут весьма разниться.

Увеличение амплитуды колебаний расходов на юге связано с большей изменчивостью условий, определяющих формирование максимумов (запасы снега, интенсивность таяния снега, глубина промерзания и т. д.).

Наинизшие расходы воды на реках СССР наблюдаются в периоды летней и зимней межени. В зимнее время почти все реки переходят в основном на грунтовое питание и в результате постепенного истощения запасов грунтовых вод к концу зимнего периода обладают особенно низкой водностью. Летом большинство рек (за исключением рек с половодьем в теплую часть года, с. преобладанием дождевого и ледникового питания) также прет имущественно питается грунтовыми водами, причем наиболее низкий сток наблюдается обычно в наиболее жаркое время, когда ,особенно велики потери на испарение. Соотношение этих двух минимумов стока — зимнего и летнего — таково, что в северных районах СССР (в тундровой и лесной зонах), как правило, наинизшими в году являются зимние расходы воды, а в южных частях страны (лесостепная, степная и полупустынная зоны) годовой минимум стока падает преимущественно на конец лета и осень. Центральные районы (лесостепь) занимают в этом отношении промежуточное положение. Наинизший годовой сток здесь может быть и летом и зимой. Изложенное можно иллюстрировать на примере некоторых рек Европейской части СССР (табл. 23).

Таблица 23. Минимальные модули стока на некоторых реках Европейской части СССР

Район Река Пункт Среднемесячный минимальный модуль стока, л/сек км 2
зимний летний
Лесная зона
То же
То же
Суна
Мета
Ловать
Пор-Порог
Потерпелицы
Холм
4,0
1,7
1,4
5,9
2,4
1,3
Лесостепная и степная зоны
То же
Оскол
Сорокине
Бузулук
Байгоровка
1,8
1,3
0,13
0,05

Относительная величина наименьшего в году расхода рек (величина модуля минимального стока) в равнинных областях, как например в Европейской части СССР, закономерно падает в направлении с севера на юг вместе с уменьшением относительной водности рек. Эту закономерность, так же как и в отношении нормы годового стока, можно представить на карте в виде изолиний минимального стока рек (рис. 32). На территории Европейской части СССР, как показано на этой карте, величина минимального стока закономерно уменьшается от 2 л/сек км 2 и более на севере до 1,0-0,5 в центральной части и далее до 0,1 л/сек км 2 в степной зоне на юге. В южной части степной зоны и в полупустынной зоне местные реки полностью пересыхают, т. е. минимальный их сток равен нулю. Особенно низким минимальным стоком отличаются реки Восточной Сибири и Дальнего Востока, где при наличии вечной мерзлоты грунтовое питание исключительно мало.

Рис. 32. Минимальный сток рек Европейской части СССР (в л/сек км 2 ) (по В. А. Урываеву).

Исследования показывают, что минимальный сток реальных речных бассейнов часто очень сильно отличается от стока, полученного по карте изолиний минимального стока. Эти отклонения объясняются тем, что минимальный сток, помимо климатических факторов, тесно связан с другими особенностями водосбора и в первую очередь с геолого-почвенными условиями или точнее — с условиями подземного питания. Чем более водоносными являются породы, слагающие водосбор, тем при прочих равных условиях больше (выше) будет минимальный сток. Из двух одинаковых рек, расположенных в одних и тех же климатических условиях, бассейн с песчаными почво-грунтами будет иметь более высокие минимумы по сравнению, например с бассейном, сложенным глинистыми и суглинистыми породами.

Не совсем точным является принятое при построении карты изолиний положение о независимости величины минимального стока от площади водосбора. В действительности размер водосбора заметно влияет на величину минимального стока: Qмин = f(F). Эта зависимость проявляется в том, что с увеличением площади водосбора, как правило, увеличивается глубина эрозионного вреза рек. Понятно, что чем глубже река врезается в поверхность земли, тем более возрастает доля грунтового питания. Характер зависимости Qмин = f(F) таков, что вначале минимальный сток резко возрастает с увеличением площади водосбора, затем, достигнув некоторого предела (различного в тех или иных условиях), величина водосбора почти не влияет на изменение стока.

Минимальный сток малых рек, в отличие от больших и средних, часто бывает равен нулю вследствие их перемерзания зимой и пересыхания в летние периоды. Вероятность пересыхания или перемерзания водотоков является большей у рек с меньшими водосборами; большое значение также имеет и длительность данного явления.

Рассматривая распространение явления пересыхания и перемерзания рек на территории СССР, можно выделить три характерные области: северную, среднюю и южную.

Северная область, соответствующая примерно лесной и тундровой зонам, отличается тем, что здесь преобладает перемерзание рек, тогда как пересыханию подвержены лишь мелкие водотоки. В пределах данной области на территории Европейской части СССР перемерзают реки с площадями водосбора до 100 км2. Широко распространено явление перемерзания также и в Азиатской части СССР, в зоне вечной мерзлоты. Так, на территории Восточной Сибири перемерзают до дна не только малые реки, но даже такие, как Яна, Индигирка, Вилюй, имеющие площади водосбора до 200000 км 2 и более. На Дальнем Востоке перемерзает Шияка у г. Сретенска (F = 172000 км 2 ) и ряд других рек, причем продолжительность явления достигает 6-7 месяцев.

Не следует думать, однако, что в зоне вечной мерзлоты зимою перемерзают и прекращают сток сплошь все малые и средние реки.

В действительности, даже в условиях сурового климата Восточной Сибири, встречаются реки не только не перемерзающие, но даже и не замерзающие в течение всей зимы. Такое, на первый взгляд парадоксальное явление связано с выходами относительно теплых подмерзлотных вод, приуроченными к районам сравнительно молодых разломов земной коры. В средней из трех выделенных областей, приблизительно соответствующей лесостепной зоне, явления перемерзания и пересыхания наблюдаются примерно в одинаковой мере. Эти явления отмечаются здесь на реках с площадями водосборов до 500-1000 км 2 .

Наконец, южная область, соответствующая приблизительно степной и полупустынной зонам, отличается широко распространенным явлением пересыхания рек. В ее северной части пересыхают реки с площадями водосборов в 500-1000 км 2 , а в южной — до 3000-5000 км 2 . В засушливых степях и полупустынных районах пересыхают такие реки, как Большой и Малый Узени, Кума и даже Эмба с площадями водосборов до 50 000 км 2 .

Рассмотренная в самых общих чертах закономерность изменения минимального стока рек СССР теснейшим образом связана с зональностью грунтовых вод.

Большие реки, протекающие через засушливые полупустынные и пустынные пространства, как-то: Урал, Аму-Дарья, Сыр-Дарья, не пересыхают, но по пути теряют значительную часть своего стока на испарение и фильтрацию. Так, например, Аму-Дарья теряет около 25% своих вод на пути через Кара-Кумы (включая и разбор на орошение).

Разница между наивысшими и наинизшими расходами воды за многолетний период характеризует размах колебаний — амплитуду колебаний расходов воды, или степень естественной зарегулированности стока рек. Очевидно, что чем более равномерно распределен сток в году, тем меньше амплитуда колебаний расходов воды, и наоборот. Амплитуду колебаний расходов воды в реках можно характеризовать отношением наибольшего наблюденного расхода к наименьшему: Qнаиб/Qнаим = К; величину К можно назвать коэфициентом естественной зарегулированности.

В табл. 24 приведены данные об амплитудах колебаний расходов воды ряда больших рек СССР и соответствующие им значения коэфициента К; эти данные показывают, что в большинстве случаев реки имеют крайне неравномерный сток. Наибольшим размахом колебаний расходов воды отличаются реки зоны вечной мерзлоты, где К достигает особенно больших значений; для Зеи, например, он составляет около 9000. Это вполне понятно, так как здесь перемерзанию подвергаются даже реки значительных размеров (Яна и др.), а потому и минимальный сток ничтожно мал или равен нулю; в последнем случае величина К становится бесконечно большой или вообще неопределенной.

Таблица 24. Многолетние амплитуды колебаний расходов воды некоторых рек СССР

Река Пункт Площадь водосбора км 2 Расход воды, м 3 /сек
средний годовой наибольший наименьший Qнаиб/Qнаим
Северная Двина Абрамково 223000 1990 19700 65 303
Печора Оксино 317000 3970 34600 50 692
Волга Ярославль 154000 1100 11600 110 106
Реки, сток которых зарегулирован озерами
Нева Петрокрепость 276000 2550 4510 687 6,5
Свирь Мятусово 66100 614 1450 121 12
Волхов Гостинополье 79600 584 2530 29 87
Вуокса Иматра 69000 600 1146 200 5,6
Ангара Пашки 590000 1900 4940 837 5,9

В засушливых районах значения К также велики; так, например, у Южного Буга величина этого коэффициента равна 1612. Объясняется это малым летним стоком и пересыханием малых рек (Большой и Малый Узени, Эмба, Кума и др.); и в этом случае значение К становится неопределенным.

Наименьшим размахом колебаний расходов обладают реки лесной зоны (вне распространения вечной мерзлоты), где наблюдается относительно высокий сток в летнюю и зимнюю межень, например Волга. Относительно невелики колебания расходов на горных реках, особенно у тех, которые имеют ледниковое питание.

Огромное регулирующее влияние на сток оказывают озера, сильно уменьшая размах его колебаний. Под влиянием озерного регулирования максимальный сток весьма снижается, а минимальный, наоборот, повышается, в результате чего величина К резко уменьшается. Это особенно отчетливо видно не примере таких типичных озерных рек, как Нева, Свирь, Вуокса, Ангара, у которых максимальный расход воды всего в 5-10 раз больше минимального за многолетний период. При уменьшении степени озерности бассейна регулирующее влияние на сток сильно падает. Примером может служить р. Волхов, вытекающая из значительно меньшего по размерам площади и мелководного оз. Ильмень, регулирующее влияние которого незначительно.

Предыдущая В оглавление Следующая >>
Публикации с ключевыми словами: геофизика
Публикации со словами: геофизика
См. также:

Чем больше расход воды тем годовой сток

Расход воды и годовой сток рек

Расход воды — это объем воды, протекающий через поперечное сечение реки в единицу времени. Обычно расход воды измеряется в кубических метрах в секунду (м3/с). Средний многолетний расход воды самых больших рек республики, например Иртыша, составляет 960 мі/с, а Сырдарьи — 730 мі/сек.

Расход воды в реках за год называют годовым стоком. Например, годовой сток Иртыша — 28000 млн. мі. Сток воды определяет ресурсы поверхностных вод. Сток распространен по территории Казахстана неравномерно, объем поверхностного стока — 59 кмі. Величина годового стока рек зависит, прежде всего, от климата. В равнинных районах Казахстана годовой сток в основном зависит от характера распределения снежного покрова и запасов воды перед таянием снега. Дождевая вода почти полностью уходит на увлажнение верхнего слоя почвы и испарение.

Основным фактором, влияющим на течение горных рек, является рельеф. По мере увеличения абсолютной высоты количество годовых атмосферных осадков возрастает. Коэффициент увлажнения на севере Казахстана составляет около единицы, и годовой сток высокий, и больше воды в реке. Величина стока на квадратный километр на территории Казахстана составляет в среднем 20000 мі. Наша республика по величине стока рек опережает только Туркмению. Сток рек изменяется по сезонам года. Равнинные реки в зимние месяцы дают 1% годового стока.

Для регулирования речных стоков строят водохранилища. Водные ресурсы одинаково используются и зимой, и летом для нужд в народного хозяйства. В нашей стране имеется 168 водохранилищ, самые крупные из них — Бухтарминское и Капчагайское.

Весь переносимый рекой твердый материал называют твердым стоком. От его объема зависит мутность воды. Ее измеряют в граммах вещества, содержащегося в 1 мі воды. Мутность равнинных рек составляет 100 г/мі, а в среднем и нижнем течениях — 200 г/мі. Реки Западного Казахстана выносят большое количество рыхлых пород, мутность достигает 500-700 г/мі. Мутность горных рек увеличивается вниз по течению. Мутность в реке 650 г/мі, в нижнем течении Чу — 900 г/мі, в Сырдарье 1200 г/мі.[3]

Питание и режим рек

Казахстанские реки имеют различное питание: снеговое, дождевое, ледниковое и подземными водами. Рек с одинаковым питанием не существует. Реки равнинной части республики по характеру питания делятся на два типа: снегово-дождевого и преимущественно снегового питания.

К рекам снегово-дождевого питания относятся реки , расположенные в лесостепной и степной зонах. Главные этого типа — Ишим и Тобол — весной выходят из берегов, на апрель-июль приходится 50% годового стока. Реки сначала питаются талыми водами, потом дождевыми. С низкий уровень воды наблюдается в январе, в это время питаются подземными водами.

Реки второго типа имеют исключительно весенний сток (85-95% годового стока). К этому типу питания относятся реки, расположенные в пустынной и полупустынной зонах, — это Нура, Урал, Сагыз, Тургай и Сарысу. Подъем воды в этих реках наблюдается первой половине весны. Основной источник питания это снег. Уровень воды весной резко поднимается во время таяния снегов. В странах СНГ такой режим рек называют казахстанским типом. Например, по реке Нура за короткое время весной протекает 98% ее годового стока. Самый низкий уровень воды бывает летом. Некоторые реки совсем пересыхают. После осенних дождей уровень воды в pеке немного повышается, а зимой снова понижается.

В высокогорных районах Казахстана реки имеют смешанный тип питания, но преобладает снегово-ледниковый. Это реки Сырдарья, Или, Каратал и Иртыш. Уровень в них поднимается в конце весны. Реки Алтайских гор весной выходят из своих берегов. Но уровень воды в них остается высоким до середины лета, в связи с неодновременным таянием снега.

Реки Тянь-Шаня, Жунгарского Алатау полноводны в теплое время года, т.е. весной и летом. Это объясняется тем, что в этих горах таяние снегов растягивается до осени. Весной таяние снега начинается с нижнего пояса, затем в течение лета тают снега средней высоты и ледники высокогорья. В стоке горных рек доля дождевых вод незначительна (5-15%), а в низкогорьях она повышается до 20-30%.

Равнинные реки Казахстана из-за маловодности и медленного течения с наступлением зимы быстро замерзают и в конце ноября покрываются ледовым покровом. Толщина льда доходит до 70-90 см. В морозную зиму толщина льда на севере республики достигает 190 см, а в южных реках 110 см. Ледовый покров рек сохраняется в течение 24 месяцев, начинает таять на юге в начале апреля, а на севере — во второй половине апреля.

Ледниковый режим высокогорных рек другой. В горных реках в связи с сильным течением и питанием грунтовыми водами не бывает устойчивого ледового покрова. Лишь в отдельных местах наблюдаются береговые льды.Казахстанские реки постепенно размывают горные породы. Реки текут, углубляя свое дно, разрушая свои берега, перекатывая мелкие и крупные камни. В равнинных частях Казахстана течение рек медленное, и оно переносит твердого материалов. [2]

Чем больше расход воды тем годовой сток

В табл. 5 были приведены некоторые данные, характеризующие водоносность главнейших рек Советского Союза в виде средних многолетних расходов воды.

Такой способ оценки водоносности рек по их среднегодовым расходам обладает, однако, существенным недостатком, так как не дает возможности сравнивать водоносность различных по величине рек и относительную водообеспеченность отдельных районов.

Водоносность рек может быть представлена и в другом виде; ее можно выразить в удельных расходах воды с единицы площади водосбора, или, иначе, в модулях стока в л/сек км 2 , получаемых в случае если средний годовой расход воды разделить на площадь водосбора.

Норма стока, выраженная в модулях или слое стока, как: мера водности рек, обладает тем существенным преимуществом, что с ее помощью можно сравнивать реки с различными по величине водосборами; другим важным преимуществом является ее независимость от площади водосбора реки. Это позволяет характеризовать относительную водность с помощью карт изолиний нормы годового стока рек.

Впервые карту нормы годового стока рек для Европейской части СССР составил в 1927 г. Д. И. Кочерин. Хотя карта была основана на весьма скудных данных (30 пунктов наблюдений) и поэтому лишь грубо отражала закономерности распределения стока, она, тем не менее, сыграла большую роль в практике гидрологических расчетов в период первых сталинских пятилеток.

В дальнейшем вопросам распределения стока на территории СССР посвятил ряд своих исследований Б. Д. Зайков, развивший более глубоко идеи Д. И. Кочерина. Его проработки основыва лись на более обширных исходных материалах по стоку рек (около 2000 пунктов наблюдений), что позволило достаточно полно представить общую картину распределения нормы стока по всей территории СССР.

Пользуясь картой Б. Д. Зайкова (рис. 29), рассмотрим основные закономерности распределения нормы стока, или относительной водности, рек на территории СССР.

Рис. 29. Средний годовой сток рек СССР (в л/сек км 2 ) (по Б. Д. Зайкову).

Сток, как известно, является одним из элементов водного баланса и в уравнении последнего (у = х — z) он тесным образом связан с осадками и испарением. Сток, следовательно, прежде всего, зависит от климатических факторов, а распределение его по территории подчинено определенной климатической зональности. Это можно выразить несложной зависимостью: чем больше количество осадков, тем больше при прочих равных условиях сток, и чем больше испарение, тем меньшее количество выпавших осадков стекает в реки с рассматриваемого участка суши.

На величину стока оказывают влияние не только климатические условия, но и ряд других факторов, а именно: геологическое строение поверхности бассейна, наличие растительного покрова и т. д. Так, например, на территории Силурийского плато (Ленинградская область), расположенного в условиях избыточного увлажнения, фактически нет поверхностного стока по причине своеобразного его геологического строения (карст).

Распределение стока по территории СССР подчиняется широтной и вертикальной (в горных районах) зональности.

Первая проявляется в закономерном изменении относительной водности рек в направлении с севера на юг. Это отчетливо прослеживается в равнинных районах СССР — Европейской его части: и Западной Сибири, где распределение стока существенно не нарушается влиянием других факторов, кроме климатических.

Рассматривая, например, распределение стока по территории Европейской части СССР, прежде всего необходимо отметить наличие зоны максимального стока (гребень стока), образующейся в области наиболее благоприятного сочетания количества выпадающих осадков и потерь их на испарение.

Эта зона проходит широкой полосой, захватывая бассейны pp. Выга, Кеми, Ковды,. Онеги, Северной Двины, Печоры и других рек.

В зоне максимума (гребня) стока величина годовой нормы стока примерно равна 10 л/сек км 2 , что соответствует слою стока около 315 мм.

К северу и югу от этой зоны относительная водоносность рек: понижается. Уменьшение ее по направлению к северу (в зоне; тундры) объясняется уменьшением количества атмосферных осадков, в результате чего при очень малых потерях на испарение относительная водность рек падает.

К югу от зоны максимального стока значения стока резко снижаются, что, с одной стороны, связано с уменьшением количества осадков, с другой стороны — с увеличением потерь на испарение. В результате этого величина стока от 10-12 л/сек км 2 в зоне максимума падает до 0,5 л/сек км 2 в Причерноморской низменности, т. е. уменьшается в 20 раз; наиболее бедна стоком Прикаспийская низменность, здесь он либо вовсе отсутствует, либо ничтожно мал. Если, например, сравнить водоносность Печоры и Дона, то последний обладает относительной водностью в 6 раз меньшей, что видно из табл. 20.

Таблица 20. Изменение водности рек в направлении с севера на юг по территории Европейской части СССР

Река Площадь водосбора, км 2 Средний годовой расход воды, м 3 /сек Модуль стока, л/сек км 2
Печора 319000 4000 12,5
Северная Двина 360000 3500 9,8
Верхняя Волга (включая Оку) 478000 2940 6,1
Ока 245000 1230 5,0
Дон 422000 900 2,1
Урал 220000 360 1,6

Такой же характер распределения стока имеет место и в Западно-Сибирской низменности, где относительная водность рек от 8-10 л/сек км 2 на севере падает до 1,0-0,5 л/сек км 2 и менее на юге — в степях Западной Сибири и Казахстана.

Уменьшение относительной водности в направлении от влажного запада к более сухому и континентальному востоку можно проследить, если сравнить годовые модули стока рек в более или менее одинаковых условиях равнины. Так, на широте примерно 60 норма стока равна: в Европейской части СССР 10 л/сек км 2 , в Западной Сибири 5 л/сек км 2 , в Восточной Сибири (Лено-Вилюйская низменность) 2 л/сек км 2 .

К востоку от Урала водность рек заметно падает, так как на восточных его склонах осадков выпадает значительно меньше, чем на западных.

В горных районах хорошо выражена вертикальная зональность в распределении стока; она заключается в закономерном увеличении нормы стока с увеличением высоты бассейна. Это связано с увеличением количества осадков с повышением местности и с уменьшением потерь их на испарение. В результате этого реки горных районов СССР — Урала, Кавказа, Средней Азии — резко выделяются своей высокой относительной водностью; так, например, норма стока на некоторых реках Кавказа достигает 100 л/сек км 2 . Бывают и исключения, когда в высокогорных областях встречаются засушливые котловины, защищенные горами, отличающиеся малым количеством атмосферных осадков и небольшим поверхностным стоком.

В Европейской части СССР даже относительно невысокие возвышенности (Валдайская, Струго-Красненская и др.) отличаются повышенной водностью рек по сравнению с прилегающими к ним равнинными районами.

Предыдущая В оглавление Следующая >>
Публикации с ключевыми словами: геофизика
Публикации со словами: геофизика
См. также:

Речной сток и его характеристики

Колебания речного стока и критерии его оценки. Речным стоком называют перемещение воды в процессе ее кругооборота в природе, когда она стекает по речному руслу. Речной сток определяется количеством воды, протекающим по речному руслу за определенный промежуток времени.
На режим стока оказывают влияние многочисленные факторы: климатические — осадки, испарение, влажность и температура воздуха; топографические — рельеф местности, форма и размеры речных бассейнов и почвенно-геологические, включая растительный покров.
Для любых бассейнов, чем больше осадков и меньше испарение, тем больше сток реки.
Установлено, что с возрастанием площади водосбора продолжительность весеннего половодья также увеличивается, гидрограф же имеет более вытянутую и «спокойную» форму. В легко проницаемых грунтах больше фильтрация и меньше сток.
При выполнении различных гидрологических расчетов, связанных с проектированием гидротехнических сооружений, мелиоративных систем, систем водоснабжения, мероприятий по борьбе с наводнениями, дорог и т. д., определяют следующие основные характеристики речного стока.
1. Расход воды — это объем воды, протекающий через рассматриваемый створ в единицу времени. Средний расход воды Qcp рассчитывают как среднее арифметическое из расходов за данный промежуток времени Т:

Речной сток и его характеристики

2. Объем стока V — это объем воды, который протекает через заданный створ за рассматриваемый промежуток времени T

Речной сток и его характеристики

3. Модуль стока M — это расход воды, приходящийся на 1 км2 площади водосбора F (или стекающей с единицы площади водосбора):

Речной сток и его характеристики

В отличие от расхода воды модуль стока не связан с конкретным створом реки и характеризует сток в целом с бассейна. Средний многолетний модуль стока M0 не зависит от водности отдельных лет, а определяется только географическим положением бассейна реки. Это позволило районировать нашу страну в гидрологическом отношении и построить карту изолиний среднемноголетних модулей стока. Эти карты приводятся в соответствующей нормативной литературе. Зная площадь водосбора какой-либо реки и определив для нее по карте изолиний величину M0, можно установить средний многолетний расход воды Q0 этой реки по формуле

Речной сток и его характеристики

Для близко расположенных створов реки модули стока можно принять постоянными, то есть

Речной сток и его характеристики

Отсюда по известному расходу воды в одном створе Q1 и известным площадям водосборов в этих створах F1 и F2, расход воды в другом створе Q2 может быть установлен по соотношению

Речной сток и его характеристики

4. Слой стока h — это высота слоя воды, которая бы получилась при равномерном распределении по всей площади бассейна F объема стока V за определенный промежуток времени:

Речной сток и его характеристики

Для среднего многолетнего слоя стока h0 весеннего половодья составлены карты изолиний.
5. Модульный коэффициент стока К — это отношение любой из выше приведенных характеристик стока к ее среднеарифметическому значению:

Речной сток и его характеристики

Эти коэффициенты могут быть установлены для любых гидрологических характеристик (расходов, уровней, осадков, испарения и т.д.) и для любых периодов стока.
6. Коэффициент стока η — это отношение слоя стока к слою выпавших на водосборную площадь осадков х:

Речной сток и его характеристики

Этот коэффициент может быть выражен также через отношение объема стока к объему осадков за один и тот же промежуток времени.
7. Норма стока — наиболее вероятная средняя многолетняя величина стока, выраженная любой из вышеприведенных характеристик стока за многолетний период. Для установления нормы стока ряд наблюдений должен быть не менее 40. 60 лет.
Норма годового стока Q0 определяется по формуле

Речной сток и его характеристики

Так как на большинстве водомерных постов число лет наблюдений обычно менее 40, то необходимо проверить, достаточно ли этого числа лет для получения достоверных значений нормы стока Q0. Для этого вычисляют среднеквадратическую ошибку нормы стока по зависимости

Речной сток и его характеристики

Продолжительность периода наблюдений достаточна, если величина среднеквадратической ошибки σQ не превышает 5 %.
На изменение годового стока преимущественное влияние оказывают климатические факторы: осадки, испарение, температура воздуха и т. д. Все они взаимосвязаны и, в свою очередь, зависят от ряда причин, которые имеют случайный характер. Поэтому гидрологические параметры, характеризующие сток, определяются совокупностью случайных величин. При проектировании мероприятий по лесосплаву необходимо знать значения этих параметров с необходимой вероятностью их превышения. Например, при гидравлическом расчете лесосплавных плотин необходимо установить максимальный расход весеннего паводка, который может быть превышен пять раз за сто лет. Эту задачу решают, используя методы математической статистики и теории вероятности. Для характеристики величин гидрологических параметров — расходов, уровней и т. д. используют понятия: частота (повторяемость) и обеспеченность (продолжительность).
Частота показывает, во скольких случаях за рассматриваемый период времени величина гидрологического параметра находилась в определенном интервале. Например, если среднегодовой расход воды в заданном створе реки изменялся за ряд лет наблюдений от 150 до 350 м3/с, то можно установить, сколько раз значения этой величины находились в интервалах 150. 200, 200. 250, 250. 300 м3/с и т. д.
Обеспеченность показывает, во скольких случаях величина гидрологического элемента имела значения, равные и большие определенной величины. В широком понимании обеспеченность — это вероятность превышения данной величины. Обеспеченность какого-либо гидрологического элемента равна сумме частот вышерасположенных интервалов.
Частота и обеспеченность могут выражаться числом случаев, но в гидрологических расчетах их чаще всего определяют в процентах от общего числа членов гидрологического ряда. Например, в гидрологическом ряду двадцать значений среднегодовых расходов воды, шесть из них имели величину, равную или большую 200 м3/с, это значит, что этот расход обеспечен на 30 %. Графически изменения частоты и обеспеченности изображаются кривыми частоты (рис. 8а) и обеспеченности (рис. 8б).

Речной сток и его характеристики

В гидрологических расчетах чаще используют кривую обеспеченности. Из этой кривой видно, что чем больше величина гидрологического параметра, тем меньше процент обеспеченности, и наоборот. Поэтому принято считать, что годы, для которых обеспеченность стока, то есть среднегодовой расход воды Qг, меньше 50 % являются многоводными, а годы с обеспеченностью Qг больше 50 % — маловодными. Год с обеспеченностью стока 50 % считают годом средней водности.
Обеспеченность водности года иногда характеризуют ее средней повторяемостью. Для многоводных лет повторяемость показывает, как часто встречаются в среднем годы данной или большей водности, для маловодных — данной или меньшей водности. Например, среднегодовой расход многоводного года 10%-ной обеспеченности имеет среднюю повторяемость 10 раз в 100 лет или 1 раз в 10 лет; средняя повторяемость маловодного года 90%-ной обеспеченности также имеет повторяемость 10 раз в 100 лет, так как в 10 % случаев среднегодовые расходы будут иметь меньшие значения.
Годы определенной водности имеют соответствующее наименование. В табл. 1 для них приведены обеспеченность и повторяемость.

Речной сток и его характеристики

Связь между повторяемостью у и обеспеченностью р может быть записана в таком виде:
для многоводных лет

Речной сток и его характеристики

для маловодных лет

Речной сток и его характеристики

Все гидротехнические сооружения для регулирования русла или стока рек рассчитываются по водности года определенной обеспеченности, гарантирующей надежность и безаварийность работы сооружений.
Расчетный процент обеспеченности гидрологических показателей регламентируется «Инструкцией по проектированию лесосплавных предприятий».
Кривые обеспеченности и способы их расчета. В практике гидрологических расчетов применяются два способа построения кривых обеспеченности: эмпирический и теоретический.
Обоснованный расчет эмпирической кривой обеспеченности можно выполнить только при числе наблюдений за стоком реки более 30. 40 лет.
При расчете обеспеченности членов гидрологического ряда для годового, сезонного и минимального стоков можно использовать формулу Н.Н. Чегодаева:

Речной сток и его характеристики

Для определения обеспеченности максимальных расходов воды применяют зависимость С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля:

Речной сток и его характеристики

Порядок построения эмпирической кривой обеспеченности:
1) все члены гидрологического ряда записываются в убывающем по абсолютной величине порядке;
2) каждому члену ряда присваивается порядковый номер, начиная с единицы;
3) определяется обеспеченность каждого члена убывающего ряда по формулам (23) или (24).
По результатам расчета строят кривую обеспеченности, подобную той, которая представлена на рис. 8б.
Ho эмпирические кривые обеспеченности обладают рядом недостатков. Даже при достаточно длительном периоде наблюдений нельзя гарантировать, что этот интервал охватывает все возможные максимальные и минимальные значения стока реки. Расчетные значения обеспеченности стока 1. 2 % не надежны, так как достаточно обоснованные результаты можно получить только при числе наблюдений за 50. 80 лет. В связи с этим, при ограниченном периоде наблюдений за гидрологическим режимом реки, когда число лет менее тридцати, или при полном их отсутствии, строят теоретические кривые обеспеченности.
Исследования показали, что распределение случайных гидрологических величин наиболее хорошо подчиняется уравнению кривой Пирсона III типа, интегральное выражение которой является кривой обеспеченности. Пирсоном получены таблицы для построения этой кривой. Кривая обеспеченности может быть построена с достаточной для практики точностью по трем параметрам: среднеарифметическому значению членов ряда, коэффициентам вариации и асимметрии.
Среднеарифметическое значение членов ряда вычисляется по формуле (19).
Если число лет наблюдений менее десяти или наблюдения вообще не проводились, то среднегодовой расход воды Qгcp принимают равным среднему многолетнему Q0, то есть Qгcp = Q0. Величина Q0 может быть установлена при помощи модульного коэффициента K0 или модуля стока M0, определенного по картам изолиний, так как Q0 = M0*F.
Коэффициент вариации Cv характеризует изменчивость стока или степень колебания его относительно среднего значения в данном ряду, он численно равен отношению среднеквадратической ошибки к среднеарифметическому значению членов ряда. На величину коэффициента Cv оказывают существенное влияние климатические условия, тип питания реки и гидрографические особенности ее бассейна.
При наличии данных наблюдений не менее чем за десять лет коэффициент вариации годового стока вычисляют по формуле

Речной сток и его характеристики

Величина Cv меняется в широких пределах: от 0,05 до 1,50; для лесосплавных рек Cv = 0,15. 0,40.
При коротком периоде наблюдений за стоком реки или при их полном отсутствии коэффициент вариации можно установить по формуле Д.Л. Соколовского:

Речной сток и его характеристики

В гидрологических расчетах для бассейнов с F > 1000 км2 также используют карту изолиний коэффициента Cv, если суммарная площадь озер не более 3 % площади водосбора.
В нормативном документе СНиП 2.01.14-83 для определения коэффициента вариации неизученных рек рекомендуется обобщенная формула К.П. Воскресенского:

Речной сток и его характеристики

Коэффициент асимметрии Cs характеризует несимметричность ряда рассматриваемой случайной величины относительно ее среднего значения. Чем меньшая часть членов ряда превышает величину нормы стока, тем больше величина коэффициента асимметрии.
Коэффициент асимметрии может быть рассчитан по формуле

Речной сток и его характеристики

Однако эта зависимость дает удовлетворительные результаты только при числе лет наблюдений n > 100.
Коэффициент асимметрии неизученных рек устанавливается по соотношению Cs/Cv для рек-аналогов, а при отсутствии достаточно хороших аналогов принимаются средние отношения Cs/Cv по рекам данного района.
Если невозможно установить отношение Cs/Cv по группе рек-аналогов, то значения коэффициента Cs для неизученных рек принимаются по нормативным соображениям: для бассейнов рек с коэффициентом озерности более 40 %

Речной сток и его характеристики

для зон избыточного и переменного увлажнения — арктической, тундровой, лесной, лесостепной, степной

Речной сток и его характеристики

Для построения теоретической кривой обеспеченности по приведенным выше трем ее параметрам — Q0, Cv и Cs — пользуются методом, предложенным Фостером — Рыбкиным.
Из выше приведенного соотношения для модульного коэффициента (17) следует, что средняя многолетняя величина стока заданной обеспеченности — Qp%, Мр%, Vp%, hp% — может быть рассчитана по формуле

Речной сток и его характеристики

Модульный коэффициент стока года заданной обеспеченности определяется по зависимости

Речной сток и его характеристики

Определив ряд любых характеристик стока за многолетний период различной обеспеченности, можно по этим данным построить и кривую обеспеченности. При этом все расчеты целесообразно вести в табличной форме (табл. 3 и 4).

Речной сток и его характеристики
Речной сток и его характеристики

Способы расчета модульных коэффициентов. Для решения многих водохозяйственных задач необходимо знать распределение стока по сезонам или месяцам года. Внутригодовое распределение стока выражают в виде модульных коэффициентов месячного стока, представляющих отношения среднемесячных расходов Qм.ср к среднегодовому Qг.ср:

Речной сток и его характеристики

Внутригодовое распределение стока различно для лет разной водности, поэтому в практических расчетах определяют модульные коэффициенты месячного стока для трех характерных лет: многоводного года 10%-ной обеспеченности, среднего по водности — 50%-ной обеспеченности и маловодного — 90%-ной обеспеченности.
Модульные коэффициенты месячного стока можно установить по фактическим знаниям среднемесячных расходов воды при наличии данных наблюдений не менее чем за 30 лет, по реке-аналогу или по типовым таблицам распределения месячного стока, которые составлены для разных бассейнов рек.
Среднемесячные расходы воды определяют, исходя из формулы

(33): Qм.cp = KмQг.ср

Максимальные расходы воды. При проектировании плотин, мостов, запаней, мероприятий по укреплению берегов необходимо знать максимальные расходы воды. В зависимости от типа питания реки за расчетный максимальный расход может быть принят максимальный расход воды весеннего половодья или осеннего паводка. Расчетная обеспеченность этих расходов определяется классом капитальности гидросооружений и регламентируется соответствующими нормативными документами. Например, лесосплавные плотины Ill класса капитальности рассчитываются на пропуск максимального расхода воды 2%-ной обеспеченности, а IV класса — 5%-ной обеспеченности, берегоукрепительные сооружения не должны разрушаться при скоростях течения, соответствующих максимальному расходу воды 10%-ной обеспеченности.
Способ определения величины Qmax зависит от степени изученности реки и от различия между максимальными расходами весеннего половодья и паводка.
Если имеются данные наблюдений за период более 30. 40 лет, то строят эмпирическую кривую обеспеченности Qmax, а при меньшем периоде — теоретическую кривую. В расчетах принимают: для весеннего половодья Cs = 2Сv, а для дождевых паводков Cs = (3. 4)CV.
Поскольку наблюдения за режимом рек ведутся на водомерных постах, то обычно кривую обеспеченности строят для этих створов, а максимальные расходы воды в створах расположения сооружений рассчитывают по соотношению

Речной сток и его характеристики

Для равнинных рек максимальный расход воды весеннего половодья заданной обеспеченности р% вычисляют по формуле

Речной сток и его характеристики

Значения параметров n и K0 определяются в зависимости от природной зоны и категории рельефа по табл. 5.

Речной сток и его характеристики

I категория — реки, расположенные в пределах холмистых и платообразных возвышенностей — Среднерусская, Струго-Красненская, Судомская возвышенности, Среднесибирское плоскогорье и др.;
II категория — реки, в бассейнах которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями между ними;
III категория — реки, большая часть бассейнов которых располагается в пределах плоских низменностей — Молого-Шекснинская, Мещерская, Белорусское полесье, Приднестровская, Васюганская и др.
Значение коэффициента μ устанавливается в зависимости от природной зоны и процента обеспеченности по табл. 6.

Речной сток и его характеристики

Параметр hp% вычисляют по зависимости

Речной сток и его характеристики

Коэффициент δ1 рассчитывают (при h0 > 100 мм) по формуле

Речной сток и его характеристики

Коэффициент δ2 определяют по соотношению

Речной сток и его характеристики

Расчет максимальных расходов воды весеннего половодья ведется в табличной форме (табл. 7).

Речной сток и его характеристики

Уровни высоких вод (УВВ) расчетной обеспеченности устанавливаются по кривым расходов воды для соответствующих значений Qmaxp% и расчетных створов.
При приближенных расчетах максимальный расход воды дождевого паводка может быть установлен по зависимости

Речной сток и его характеристики

В ответственных расчетах определение максимальных расходов воды следует проводить в соответствии с указаниями нормативных документов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *