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

Было показано также отсутствие синхронности в многолет­ них колебаниях годового стока рек крайних типов питания

(группа I и III).

Таким образом, автором доказана принципиальная пра­ вильность деления рек Средней Азии на три группы, как эта делал Э. М. Ольдекоп, и установлены существенные особен­ ности в хронологической последовательности и величине коле­ баний годового стока рек указанных групп в связи с условия­ ми их питания.

Выявленные особенности в многолетних колебаниях стока рек разного типа питания позволили также внести предложе­ ния по учету их при водохозяйственном проектировании и при эксплуатации водохозяйственных систем [20, 24, 25, 26].

В дальнейших исследованиях, проводившихся В. И. Михай­

особенности многолетних колебаний годового стока рек разно­ го типа питания были в основном подтверждены и частично уточнены. При этом были использованы расширенные и более полные данные Гидрометеослужбы, а также результаты спе­ циальных наблюдений в экспериментальном бассейне р. ЧонКызылсу. Этими исследованиями выявлена еще большая зна­ чимость отсутствия синхронности в колебаниях талых вод А и Б как фактора, определяющего ряд особенностей в многолет­ ней изменчивости стока рек Средней Азии, так как новые дан­ ные показали, что вопреки существовавшему ранее мнению, в величине изменчивости талых вод А и Б существенной разни­ цы нет [142].

Выявленные автором особенности в многолетних колеба­ ниях годового стока рек Средней Азии были подтверждены Ф. Э. Рубиновой в ее исследованиях многолетних колебаний элементов паводков рек юга Средней Азии [158].

Такова в кратком изложении эволюция взглядов по вопро­ су влияния климатических факторов на колебания годового стока рек Средней Азии, в том числе и рек Тянь-Шаня. Вслед­ ствие важности этого вопроса он рассматривается ниже более подробно в свете последних исследований. Что касается влия­ ния прочих физико-географических факторов на измен­ чивость годового стока рек Тянь-Шаня, то необходимо отме­ тить, что изученность его за последние годы не претерпела: существенных изменений и определяется известными общими положениями, сформулированными Л. К. Давыдовым [77, 78] и В. Л. Шульцем [207]. Как указывает Л. К. Давыдов» это. прежде всего следует объяснить тем, что данный вопрос еще

106

более труден и сложен, чем вопрос о влиянии метеорологиче­ ских факторов, и его изучение требует организации широко1 поставленных специальных исследований. В настоящее время достоверно лишь то, что роль прочих физико-географических факторов сводится главным образом к воздействию на про­ цессы накопления и расходования влаги в речных бассейнах, которое в конечном счете проявляется преимущественно а выравнивании колебаний годового стока, обусловленных кли­ матическими факторами. В этом отношении, как показывают наблюдения за режимом рек, достаточно хорошо проявляется влияние особенностей геоморфологического и геологического, строения речных водосборов. Так, например, наличие в бас­ сейнах рек крупных впадин, заполненных рыхлыми отложе­ ниями, явно способствует увеличению подземного питания и сглаживанию колебаний стока с тем или иным сдвигом во вре­ мени. Однако можно присоединиться к мнению В. Л. Шульца [207] о том, что рек с аномально высоким подземным питанием в Средней Азии сравнительно мало и поэтому не следует слиш­ ком переоценивать влияние геологических факторов на коле­ бания годового стока.

Невелико, по-видимому, и влияние леса на колебания го­ дового стока рек из-за отсутствия больших сплошных лесных массивов на рассматриваемой территории. Отсутствие, как правило, значительных по аккумулирующей способности озер в горной области исключает сколько-нибудь заметное влияниеих на мьйЬ'олетние колебания стока. Влияние размеров площа­ ди водосюоров на колебания годового стока, вероятно, сказы­ вается в основном на изменении вариантности запасов воды в снежном покрове. Однако это влияние подавляется более ярко, проявляющейся высотной поясностью.

2. Некоторые особенности многолетней изменчивости атмосферных осадков и температур воздуха,

как основных факторов колебаний годового стока

К настоящему времени благодаря работам Э. М. Ольдекопа, Л. К. Давыдова, В. Л. Шульца и других исследователей считается установленным, что колебания талых вод сезонных снегов (талых вод А) определяются изменчивостью запасов, воды в снеге к началу снеготаяния, зависящей главным обра­ зом от изменчивости атмосферных осадков, а колебания та­ лых вод высокогорных снегов и ледников (талых вод Б) — изменчивостью теплового баланса периода снеготаяния или,, упрощая, изменчивостью сумм положительных температур

ЮТ

воздуха. Таким образом, для выяснения особенностей в мно­ голетних колебаниях годового стока талых вод А и Б, выде­ лить которые с достаточней точностью из общего стока рек пока практически невозможно, следовало бы изучить в первую очередь особенности колебаний указанных выше метеороло­ гических факторов.

Такое исследование, как упоминалось выше, было впервые проведено автором этой работы еще в 1950 г. на основе ана­ лиза данных по 8 метеорологическим станциям Северной Кир­ гизии [23]. Учитывая большую трудность разделения жидких

итвердых осадков, соотношение которых в горных водосборах

вусловиях высотной поясности постоянно меняется, для ис­

следования брались все осадки, участвующие в формировании стока данного года, т. е. за период с октября по сентябрь. Ко­ лебания теплового баланса приземного слоя атмосферы, опре­ деляющего условия таяния снега и льда, изучались по аналогии с колебаниями сумм положительных температур воз­ духа. При этом учитывались рекомендации В. Л. Шульца, на­ блюдавшего условия снеготаяния в горах, который показал, что суммы положительных температур воздуха за продолжи­ тельные периоды времени (10 суток и более) хорошо отража­ ют тепловой баланс поверхности снега и льда [205]. Это под­ тверждалось также наблюдениями Н. Н. Пальгова за таянием ледников Занлийского Алатоо.

Автором было установлено, что в отклонениях от нормы го­ довых сумм осадков и сумм положительных темпеШтур воз­ духа на территории Средней Азии не только отсутстаует син­ хронность, но даже имеется тенденция к асинхронности, так как коэффициенты корреляции для большинства станций бы­ ли отрицательны и имели абсолютные значения 0,4—0,5. По метеостанции Ош, имевшей наиболее продолжительный ряд наблюдений (1883—1948 гг.), коэффициент корреляции ока­ зался равным — 0,52±0,08. Этот вывод имел существенное значение для объяснения особенностей в многолетних колеба­ ниях годового стока рек Средней Азии разного типа питания.

В последующие годы основные выводы этого исследования были подтверждены работами Е. В. Петряшовой, проведенны­ ми под руководством автора [143], с использованием более длинных рядов данных наблюдений по 20 метеорологическим станциям, представляющим всю территорию Советского ТяньШаня и расположенным в высотном диапазоне от 1205 м (мет. ст. Джергитал) до 4169 м (мет. ст. ледник Федченко) над уровнем моря (табл. 13). Полученные при этом значения коэф­ фициентов корреляции годовых сумм осадков за гидрологиче-

108

Таблица 13

Изменчивость сумм положительных температур воздуха и сумм атмосферных осадков

ский год (октябрь—сентябрь) и сумм положительных темпе ратур воздуха по абсолютному значению изменяются в преде­ лах 0—0,81 и имеют отрицательный знак, что указывает на от­ сутствие синхронности и на тенденцию к асинхронности коле­ баний данных метеорологических элементов. Это полностью подтверждает полученный автором вывод.

Следует отметить, что в последние годы отсутствие син­ хронности и тенденция к асинхронности в многолетних коле­ баниях осадков и теплового баланса подтверждены и другими авторами.

В 1959 г. была опубликована работа Ф. Э. Рубиновой {158], которая, на основании анализа данных многолетних наблюде­ ний по 11 метеорологическим станциям, подтвердила законо­ мерность этого явления для территории юга Средней Азии,

109

Рис. 36. Изменение коэф­ фициента вариации сумм положительных темпера­ тур воздуха Cv с высо­ той местности Н.

особенность подтверждается также результатами наблюдений в экспериментальном бассейне р. Чон-Кызылсу: коэффициент вариации годовых сумм положительных температур воздуха увеличивается с высотой от 0,04 до 0,20, при значениях коэф­ фициента вариации сумм годовых осадков в пределах

0,10—0,20 (рис. 37).

Следует отметить, что величина годового стока талых вод вечных снегов и ледников и его изменчивость в первую оче­ редь должны коррелироваться с суммами температур второй

Рис. 37. Изменение коэф­ фициентов вариации сумм положительных темпера­ тур воздуха Cv с высотой местности в эксперимен­ тальном бассейне р. ЧонКызылсу. 1 — сумм поло­ жительных температур за теплый период; 2 — сумм положительных темпера­ тур за март—июнь; 3 — сумм положительных тем­ ператур за июль—сен­

тябрь.

И?

половины лета (июль—сентябрь), а не с общей суммой поло­ жительных температур теплого периода. Однако, как показа­ ли сравнительные расчеты, коэффициенты вариации сумм по­ ложительных температур за весь теплый период и за вторую половину лета практически не отличаются по величине и по характеру изменения с высотой (рис. 37).

Таким образом, следует считать, что основным факто­ ром, определяющим малую изменчивость годового стока рек ледниково-снегового питания, является не столько меньшая многолетняя изменчивость теплового баланса по сравнению с изменчивостью атмосферных осадков, как считалось раньше, а именно отсутствие синхронности и тенденция к асинхронно­ сти многолетних колебаний этих климатических факторов. Не­ смотря на то, что это явление, определяясь сложным взаимо­ действием многих малоизученных факторов, не получило пока достаточно обоснованного научного объяснения, оно должно учитываться при изучении многолетних колебаний годового стока рек Средней Азии как один из существенных факторов, определяющих их особенности, связанные с разными условия­ ми питания.

Установленные выше особенности многолетних колебаний годовых сумм атмосферных осадков и годовых сумм положи­ тельных температур воздуха можно по аналогии отнести соот­ ветственно к колебаниям талых вод А и Б, на которые в прин­ ципе можно подразделить талые воды, являющиеся источни­ ком питания рек Средней Азии и в частности рек Тянь-Шаня.

Известные методические приемы не позволяют пока выде­ лить составляющие стока с достаточной точностью и исследо­ вания свойств таких искусственно выделенных элементов сто­ ка не дают поэтому, как показал В. Л. Шульц, надежных ре­ зультатов [201]. Поэтому упомянутую аналогию, если подхо­ дить строго, можно считать основанной в значительной мере на теоретических соображениях. Тем не менее с достаточ­ ным приближением к истине аналогия в многолетних колеба­ ниях талых вод А и сумм осадков подтверждается приведен­ ными ниже примерами тесных связей колебаний годового сто­ ка или стока половодья рек снегового питания с осадками (табл. 14). Подтверждение аналогии в колебаниях талых вод Б и сумм положительных температур дают некоторые экспе­ риментальные наблюдения. Так, например, эту аналогию хо­ рошо иллюстрируют результаты наблюдений Н. Н. Пальгова [139] за таянием Центрального Туюкского ледника в бассейне р. М. Алматинка в Заилийском Алатау. Они показывают до­ вольно четкую связь годовых объемов воды от стаявшего

льда и сумм положительных температур воздуха за период таяния.

Таким образом, аналогию между колебаниями сумм осад­ ков и стоком талых вод А, а также между суммами положи­ тельных температур воздуха и талыми водами Б можно счи­ тать обоснованной не только теоретически, но и практически. Из этого следует вывод, что установленные особенности в многолетних колебаниях годовых сумм осадков и положитель­ ных температур воздуха можно с достаточным основанием отнести, соответственно, к колебаниям талых вод сезонных снегов и талых вод вечных снегов и ледников.

Следует, однако, отметить, что указанную аналогию можно считать достаточно доказанной лишь в качественном отноше­ нии, т. е. в хронологической последовательности отклонений сравниваемых величин от нормы. Что касается аналогии в от­ носительной амплитуде этих колебаний, сопоставляемой обыч­ но по значениям коэффициентов вариации, то ее доказать зна­ чительно труднее, без предварительного выделения из общего годового стока талых вод А и Б и сопоставления вычисленных для этих составляющих стока коэффициентов вариации с та­ кими же коэффициентами вариации метеорологических факто­ ров. Такое выделение талых вод А и Б, как уже говорилось, в настоящее время практически невозможно.

Необходимо также учитывать указание В. Л. Шульца, что колебания стока талых вод А обусловливаются в основном ко­ лебаниями не всей годовой суммы осадков, а только части ее, аккумулированной в твердом виде, так как коэффициент сто­ ка талых вод во много раз превышает коэффициент стока жидких осадков, [207]. Поэтому, несмотря на то, что коэффи­ циент вариации (Cv ) осадков, как показывают подсчеты, практически не зависит от высоты, колебания талых вод А должны уменьшаться с высотой, так как они в первую очередь определяются изменчивостью не всех осадков, а колебаниями водности сезонного снегового покрова к началу снеготаяния, которые значительно уменьшаются с высотой [207]. Отсюда понятно, что только в высокогорной зоне изменчивость талых вод А и талых вод Б может иметь примерно одинаковую вели­ чину (Cv), а если рассматривать всю область формирования стока реки, то суммарный годовой сток талых вод А дол­ жен отличаться большей многолетней изменчивостью, чем талых вод Б. На практике это подтверждается большими зна­ чениями коэффициентов вариации годового стока рек с низ­ кими водосборами, не имеющими оледенения. Примерами мо­ гут служить реки, формирующиеся на склонах невысокого

ш:

хр. Каратау, а также Чу-Илийских гор (см. приложение 1). Между величинами изменчивости талых вод Б и сумм по­ ложительных температур воздуха в высокогорной зоне суще­ ствует довольно хорошая аналогия и коэффициенты вариации их близки по величине. Так, по наблюдениям В. И. Михайло­ вой в экспериментальном бассейне р. Чон-Кызылсу коэффи­ циенты вариации стока талых вод ледника Карабаткак и сумм положительных температур воздуха на языке ледника за пе­ риод 1949—1965 гг. соответственно оказались равными 0,30 и

0,36 [133].

3. Особенности колебаний годового стока рек разного типа питания

Процесс изменчивости годового стока рек принадлежит к числу весьма сложных явлений природы. Сток формируется в результате взаимодействия изменчивых во времени и прост­ ранстве метеорологических условий и разнообразных свойств поверхности бассейна, не говоря уже о факторах космического порядка. Поэтому при существующей крайне недостаточной изученности всех этих факторов и механизма их взаимодейст­ вия приходится при исследовании явления изменчивости сто­ ка схематизировать этот процесс и ограничиваться рассмотре­ нием влияния на него лишь главных факторов, к которым, как известно, относятся климатические. Именно последними определяются в основном колебания талых вод, являющихся главным источником питания стока рек Средней Азии. По­ скольку же подземное питание рек также в значительной ме­ ре связано с просачиванием талых, преимущественно снего­ вых вод, а дождевое питание невелико, то можно полагать, что многолетние колебания годового стока рек Средней Азии, в том числе рек Тянь-Шаня, определяются главным образом колебаниями талых вод [202].

Выше (§ 2) были рассмотрены основные особенности мно­ голетних колебаний главных метеорологических факторов, определяющих соответствующие отличия в аналогичных коле­ баниях талых вод А и Б, и, в частности, установлена тенден­ ция к асинхронности этих колебаний. Проявление этих осо­ бенностей в многолетних колебаниях годового стока рек, есте­ ственно, зависит от относительного участия в нем указанных составляющих талых вод, которое приближенно может харак­ теризоваться показателем б. Так как в условиях горного ТяньШаня процесс таяния сезонных снегов проходит в основном с марта по июнь, а процесс таяния вечных снегов и ледников —

1 1 5