книги из ГПНТБ / Большаков, М. Н. Водные ресурсы рек советского Тянь-Шаня и методы их расчета

формирования стока. Это работы Т. С. Абальян [1, 2, 3, 4, 51 и

О. П. Щегловой [217, 218, 219, 220, 221].

ния), что влечет к определенным дополнительным ошибкам в распределении стока и ограничивает область применения ме­ тода. В частности, О. П. Щеглова отмечает получение по рас­ чету преувеличенного стока в верхних зонах бассейна и пре­ уменьшение его в нижних. Надо полагать, что это является следствием основного принципиального недостатка метода — недоучета механизма трансформации влаги в процессе форми­ рования стока на водосборе горной реки и регулирующей ро­ ли водосбора.

Между тем, как показали исследования В. И. Михайловой [132, 133] в экспериментальном бассейне р. Чон-Кызылсу, по­ тенциальный1 сток, образующийся на водосборе, поступает в русло реки со значительным запозданием, которое характери­ зуется величиной так называемого коэффициента трансфор­ мации (отношение величины стока в русле реки и потенциаль­ ного стока на водосборе за тот же период времени). Значения последнего, вычисленные для месячных интервалов, показаны в табл. И. Как видно из данных таблицы, регулирующая роль водосбора с увеличением его площади усиливается к концу

половодья.

Т. С. Абальян решает задачу определения роли отдельных высотных зон в формировании гидрографа горных рек и рас­ пределения стока по высотным зонам, применяя метод мно­ жественной корреляции. При этом она изучает корреляцию только между величинами многолетних месячных расходов воды и площадей водосборов рек по высотным зонам.

1 Потенциальным В. И. Михайловой назван сток, рассчитанный по уравнению водного баланса.

96

Таблица 11

Значение коэффициента трансформации стока в бассейне р. Чон-Кызылсу по средним данным за 1963— 1965 гг.

Метод расчета распределения стока по высотным зонам, в основу которого положено вычисление зональных модулей

('= 4

Т. С. Абальян, основаны на использовании минимального чис­ ла наиболее изученных переменных: по стоку и по гипсомет­ рии. Поэтому при существующей слабой гидрометеорологиче­ ской изученности горной территории и недостаточном значе­ нии механизма трансформации влаги и формирования стока на водосборе эти методы в настоящее время следует считать практически наиболее приемлемыми.

По мере улучшения гидрометеорологической изученности горной территории и развития теории формирования стока, по-видимому, будет возрастать значение таких чисто генетиче­ ских методов, как метод О. П. Щегловой. При упоминавшихся выше допущениях и условностях применение этого метода не­ избежно связано с дополнительными погрешностями. Это под­ тверждается сравнительными данными табл. 12, где приво­ дится повторяемость отклонений, вычисленных по разным ме­ тодам значений М0 от фактических их значений, для рек Фер­ ганской котловины. При этом данные двух верхних строк заимствованы из работы О. П. Щегловой и В. Е. Чуб [221].

В заключение уместно кратко остановиться на замечании О. П. Щегловой о том, что вычисление зонального стока по предлагаемому нами методу требует якобы более густой гид-

Таблица 12

Повторяемость отклонений, вычисленных по разным методам значений М0, от фактических для рек Ферганской долины

Методы расчета:

П р и м е ч а н и е . В числителе — повторяемость отклонений, %; в зна­ менателе — число'отклонений.

рометрической сети, чем по методу О. П. Щегловой, и что «недостаточное число створов приводит к укрупнению высот­ ных зон, для которых рассчитываются зональные модули сто­ ка, снижая таким образом эффективность этого способа» [220]. Это мнение связано, по-видимому, с недостаточно ясным изло­ жением способа вычисления зональных модулей в первой статье автора настоящей работы [19]. В последующем автор четко указывает, что число уравнений для вычисления район­ ных значений зональных модулей определяется количеством изученных рек в каждом районе, а число неизвестных т0 — подробностью деления водосбора на высотные зоны, т. е. пос­ леднее не ставится в зависимость от первого [33, 38]. При ре­ комендуемом приближенном способе решения системы урав-

i = n

нений М 0— \ d Kim0t методом подбора практически допустим

/= 1

подбор значений т0 даже по одному уравнению, т. е. по дан­ ным: одного изученного речного створа. Однако совершенно

98

Глава HI

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГОДОВОГО СТОКА

1. Развитие взглядов на факторы, определяющие изменчивость годового стока рек Средней Азии

Изучение колебаний годового стока и их природы имеет большое научное и практическое значение. Изменчивость сто­ ка в значительной степени определяет экономические пределы его использования, производственную мощность и эффектив­ ность эксплуатации водохозяйственных предприятий. Знание закономерностей изменчивости стока должно служить научной основой методов прогноза водности рек и мероприятий по пре­ дупреждению и ликвидации вредных для народного хозяйства последствий, связанных с отклонениями стока от расчетных значений.

Советской гидрологией достигнуты существенные успехи в

этом вопросе. Отметим лишь главные положения, характери­ зующие существующее состояние вопроса многолетних коле­ баний годового стока и методологии изучения этой проблемы.

В настоящее время можно считать общепризнанным, что основными факторами, определяющими многолетнюю измен­ чивость годового стока, являются климатические (метеоро­ логические). Влияние же на нее прочих физико-географиче­ ских факторов сказывается косвенно на процессах накопления, трансформации и расходования влаги в речных бассейнах. Однако климатические факторы также подвержены многолет­ ним колебаниям, природа которых в настоящее время еще далеко не изучена. Поэтому современная гидрология широко использует методы математической статистики, которая рас­ сматривает многолетние колебания годового стока как стохас­ тические и они оцениваются в форме ожидаемой повторяемо-

1 0 0

сти отклонений величин годового стока от его нормы, вычис­ ленной по данным наблюдений за прошедший период. Расчет­ ные методы основаны на применении теории кривых распре­ деления и их основных параметров: нормы годового стока Qo, коэффициента вариации Cv и коэффициента асимметрии Cs-

Однако наряду с методами математической статистики в гидрологии одновременно большое развитие получили иссле­ дования, направленные на выявление генетических связей па­ раметров изменчивости годового стока с факторами, ее обус­ ловливающими, и в первую очередь климатическими. Эти ис­ следования имеют в основном региональный характер, так как основываются на учете местных особенностей географической среды. В последнее время все шире проводятся исследования многолетних циклических колебаний гидрометеорологических элементов в связи с колебаниями солнечной активности; при этом широкое применение получили электронно-вычислитель­ ные машины.

Опыт советской гидрологии показал, что наиболее плодо­ творные результаты дает совместное использование генетиче­ ских и статистических методов.

Более подробно необходимо остановиться на эволюции представлений о факторах, определяющих многолетние коле­ бания годового стока рек Средней Азии и, в частности, рек Со­ ветского Тянь-Шаня. Первые работы в этом направлении, от­ носящиеся еще к дореволюционному периоду, принадлежат 3. М. Ольдекопу [136, 137]. В одной из этих работ, посвящен­ ной разработке общих принципов прогноза расходов рек Тур­ кестана, Э. М. Ольдекоп при рассмотрении вопроса зависимо­ сти расходов рек от метеорологических факторов разделяет ре­ ки Туркестана на три типа: ледникового, снегового и смешан­ ного питания. Им была намечена следующая принципиальная схема зависимости колебаний годового стока рек разного ти­ па питания от метеорологических условий: для ледниковых рек эти колебания должны, по его мнению, зависеть от темпе­ ратуры воздуха, для снеговых рек — от атмосферных осадков, для рек смешанного типа питания — и от осадков и от темпе­ ратуры1. Э. М. Ольдекоп при этом оговаривается, что предла­ гаемая им схема должна рассматриваться как первое прибли­ жение, так как в ней, в частности, не учитываются влияние летних дождей и особенности грунтового питания.

В другой своей работе Э. М. Ольдекоп [137], исследовав за­ висимость стока р. Чирчик (з створе поста Чимбайлакского) от метеорологических факторов, пришел к выводу, что годовой

1 Терминология типов питания дана по Э. М. Ольдекопу.

101

сток р. Чирчик, отнесенный им к рекам смешанного типа, за­ висит лишь от атмосферных осадков, выпадающих в холодный период года (октябрь—май).

В 1927 г. была опубликована работа Л. К- Давыдова «Ко­ лебания водоносности рек Средней Азии» [76], в которой опре­ делена иная, длительное время преобладавшая точка зрения на природу изменчивости годового стока рек Средней Азии. В этой работе, на основе анализа связей годового стока некото­ рых наиболее изученных в то время рек Средней Азии с метео­ рологическими факторами, Л. К. Давыдов пришел к выводу, что колебания годового стока рек Средней Азии, независимо от принадлежности их к тому или иному типу питания, опре­ деляются главным образом колебаниями атмосферных осад­

1947 г. [77], где, однако, он не приводит новые данные, а опи­ рается на свои прежние исследования.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что Л. К- Давыдов в своих исследованиях 1927 г. основывался на фактических дан­ ных немногих наиболее изученных в то время крупных рек Средней Азии (Чирчик, 6= 0,6; Нарын, 6= 0,74; Сыр-Дарья, 6= 0,8; Зеравшан, 6=1,84), не представлявших весь диапазон типов питания. Лишь одна р. Зеравшан имела показатель ти­ па питания (по В. Л. Шульцу), приближающийся к двум, а остальные принадлежали к типу рек снегово-ледникового пи­ тания с показателями 6 в узком диапазоне значений — от 0,6 до 0,8. Поэтому выводы Л. К- Давывода, несомненные для рек с отсутствующим или небольшим ледниковым питанием, нель­

рой он рассматривал степень влияния физико-географических факторов на колебания годового стока по двум направлениям: 1) с учетом сравнительной оценки изменчивости отдельных компонентов уравнения водного баланса и 2) с оценкой из­ менчивости отдельных источников питания рек [201]. Выводы этой работы были повторены В. Л. Шульцем в первом издании его монографии [202].

Учитывая, что при соответствующем выборе начала рас­ четного года изменениями запасов воды в открытых водоемах и в зоне аэрации можно пренебречь, В. Л. Шульц представил уравнение водного баланса речного бассейна для отдельного года в следующем виде:

102

где у — поверхностный сток воды, х — количество атмосферных осадков и конденсация во­

дяных паров,

г— суммарное испарение с поверхности бассейна,

с— изменение запасов снега и льда,

п — изменение запасов подземных вод.

Отводя атмосферным осадкам первостепенную роль в из­ менчивости годового стока, В. Л. Шульц особо подчеркивал, что основное значение имеет не общее количество осадков, вы­ павших в данном году, а количество твердых осадков, аккуму­ лированных за холодный сезон в водосборе реки, так как коэффициент стока талых вод во много раз превышает коэф­ фициент стока жидких осадков.

Проанализировав данные некоторых метеорологических станций по осадкам и испарению с водной поверхности, В. Л. Шульц пришел к выводу, что в пределах области обра­ зования стока потери на испарение меньше, а колебания их малы по сравнению с колебаниями атмосферных осадков. По­ полнение и расходование запасов подземных вод (± П ) в гор­ ных речных бассейнах В. Л. Шульц считал происходящим па­ раллельно колебаниям атмосферных осадков, или, точнее, колебаниям водности снежного покрова к началу снеготаяния, что еще более усиливает степень влияния осадков на сток. На основе расчленения гидрографов рек и выделения подземного стока им было установлено также, что колебания этой состав­ ляющей годового стока в 2—3 раза меньше, чем поверхност­ ного.

Роль изменения запасов вечных снегов и льда (С) в урав­ нении водного баланса, как пишет В. Л. Шульц, различна в зависимости от высоты водосбора. Она сводится к нулю в низ­ ких водосборах, где питание рек осуществляется в основном

Наоборот, реки с высокорасположенными водосборами, где широко распространены вечные снега и ледники, испытывают, как отмечает В. Л. Шульц, существенное влияние изменений запасов воды в них на колебания годового стока и тем боль­ шее, чем большее развитие в их водосборах получают вечные снега и оледенение [201, 202]. Придя к такому выводу на осно­ ве рассмотрения уравнения (8), В. Л. Шульц, однако, подчер­ кивает, что расходование вечных снегов и льда отличается большой устойчивостью, так как определяется только темпе­ ратурными условиями и радиацией периода их таяния, кото­

103

рые из года в год Подвержены незначительным изменениям. Отсюда, как пишет В. Л. Шульц, колебания годового стока в условиях Средней Азии зависят главным образом от колеба­ ний атмосферных осадков, в первую очередь от изменений за­ пасов воды в снеге к моменту начала интенсивного таяния

[201, 202, 204].

В первом издании своей монографии В. Л. Шульц также подтверждает, что «изменчивость годового стока (рек Средней Азии — М. Б.) в первую очередь определяется изменчивостью осадков и во вторую — изменчивостью запасов снега и льда» [202]. При этом он, поддерживая вывод Л. К. Давыдова [76], отмечает, что «...независимо от принадлежности к тому или иному типу, водоносность всех рек Средней Азии зависит, главным образом, от атмосферных осадков, выпадающих в их бассейне...» и считает, что «...нет необходимости более подроб­ но останавливаться на доказательстве этого бесспорного поло­ жения» [202].

Таким образом, в работах крупнейших гидрологов Средней Азии, посвященных многолетней изменчивости годового стока рек этого региона, к началу 50-х годов наметились две суще­ ственно отличные точки зрения по вопросу оценки относитель­ ного влияния на этот процесс метеорологических факторов.

Согласно первой точке зрения, гипотетически высказанной Э. М. Ольдекопом, относительное влияние основных метеоро­ логических факторов на многолетнюю изменчивость годового стока оценивалось в зависимости от типа питания рек. Со­ гласно второй точке зрения, нашедшей свое отражение в рабо­ тах Л. К. Давыдова и В. Л. Шульца, считалось, что изменчи­ вость годового стока рек Средней Азии в первую очередь опре­ деляется изменчивостью осадков. Отсутствие единого мнения по этому вопросу объяснялось главным образом слабой изу­ ченностью его и недостатком необходимых фактических дан­ ных, что нередко вынужденно заставляло исследователей за­ менять недостающие факты логическими построениями.

Это побудило автора настоящей работы провести в 1949— 1952 гг. специальное исследование по выявлению особенностей многолетних колебаний годового стока рек Средней Азии раз­ ного типа питания [23]. Для этого были взяты многолетние данные (до 20 лет) по стоку 17 рек Киргизии и 8 метеорологи­ ческих станций. Эти реки представляли весь диапазон типов питания — от снегового до ледниково-снегового со значитель­ ным преобладанием талых вод высокогорных снегов и ледни­ ков, с показателями 6 в широком диапазоне — от 0,17 до 2,71.

На основе анализа корреляции годового и августовского стока этих рек с суммами осадков и положительных темпера-

Г04

тур воздуха, а также особенностей многолетних колебаний этих метеорологических показателей, автором определены сле­ дующие положения в отношении изменчивости годового стока рек Средней Азии. Установлено, что колебания годового стока по характеру хронологической последовательности его откло­ нений от нормы и по величине этих отклонений зависят от ти­ па питания рек, определяемого относительным участием в сто­ ке половодья талых вод высокогорных снегов и ледников (та­ лые воды Б) и талых вод сезонных снегов (талые воды А), приближенно характеризуемым показателем 6. Показано, что в многолетних колебаниях сумм атмосферных осадков, опре­ деляющих колебания талых вод А и сумм положительных тем­ ператур воздуха, от которых зависит изменчивость талых вод Б, не только отсутствует синхронность, но имеется тенденция к асинхронности. В результате доказано, что характер хроно­ логического хода и величина многолетней изменчивости годо­ вого стока рек Средней Азии разного типа питания определя­ ются не только относительным участием в общем годовом сто­ ке талых вод А, как более изменчивого компонента, и талых вод Б, как более устойчивого компонента, но и главным обра­ зом взаимной компенсацией колебаний указанных компонен­ тов вследствие отсутствия синхронности и даже тенденции к асинхронности в этих колебаниях.

По особенностям хронологического хода и по величине ко­ лебаний годового стока, связанным с условиями питания, бы­ ло предложено разделить реки Средней Азии на следующие три группы:

Группа /. Реки с характером хронологического хода много­ летних колебаний годового стока, подчиненным в основном многолетним колебаниям атмосферных осадков. Годовой сток имеет наибольшие колебания. К этой группе отнесены реки снегового и снегово-ледникового питания.

Группа II. Реки с характером хронологического хода мно­ голетних колебаний годового стока, определяемым относитель­ но одинаковым взаимным воздействием колебаний атмосфер­ ных осадков и теплового режима. Годовой сток рек отличает­ ся высокой устойчивостью. К этой группе отнесено большин­ ство рек ледниково-снегового питания.

Группа III. Реки с характером хронологического хода мно­ голетних колебаний годового стока, подчиненным в основном многолетним колебаниям теплового режима периода снего­ таяния, и с годовым стоком, имеющим высокую устойчивость. К этой группе отнесены реки с весьма значительным преобла­ данием питания за счет высокогорных снегов и ледников.

105