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

иием в общем стоке талых вод А как более изменчивого ком­ понента или талых вод Б как менее изменчивого компонента, но и взаимной компенсацией колебаний этих компонентов вследствие отсутствия синхронности и тенденции к асинхрон­ ности. Это определяет наибольшую устойчивость стока рек «смешанного» питания со средними значениями б.

6. По особенностям многолетних колебаний годового стока рек можно наметить следующую схему разделения их на три

группы:

Группа I. Реки, колебания годового стока которых подчи­ нены в основном колебаниям сумм атмосферных осадков и имеют наибольшую изменчивость (Cv =0,2—0,8 и больше). К этой группе относятся реки снегово-дождевого, снегового и ■снегово-ледникового питания, характеризуемые показателями

6< 0,7—1.

Группа II. Реки, колебания годового стока которых опре­ деляются взаимным компенсирующим воздействием колеба­ ний атмосферных осадков и теплового баланса и имеют наи­

Группа III. Реки, колебания годового стока которых опре­ деляются в основном колебаниями теплового баланса периода снеготаяния и характеризуются незначительной изменчиво­ стью (Cv =0,2—0,3). К этой группе относятся реки леднико­ во-снегового питания с весьма значительным преобладанием талых вод Б с показателями 6>2 —2,4.

7. Отсутствие синхронности и тенденция к асинхронности в многолетних колебаниях талых вод А и талых вод Б опреде­ ляют отсутствие синхронности в колебаниях годового стока рек крайних типов питания, что указывает на эффективность совместного использования стока талых рек в водохозяйст­ венных и энергетических системах.

8. Относительно небольшая изменчивость годового стока рек с значительным ледниковым питанием (б>2) и тенден­ ция к асинхронности многолетних колебаний годового стока их и годовых сумм атмосферных осадков указывают на необ­ ходимость учета этого явления при расчете оросительной спо­ собности рек данного типа питания. При этом имеется воз­ можность повышения их оросительной способности по сравне­ нию с реками снегового питания, при одинаковой расчетной обеспеченности орошения.

'126

4. О пределение коэф ф ициента вариации годового стока в изученны х створах рек

Для вычисления коэффициентов вариации годового стока в изученных створах рек принимались данные по стоку за ка­ лендарные годы. При этом учитывались результаты исследоний по вопросу влияния сроков разделения многолетнего сто­

лендарных лет и для лет с началом расчетного года, принятом от подъема половодья, пришел к выводу, что при вычислении по календарным годам значения C v в 57% случаев несколько меньше. Однако эта разница «лишь в очень редких случаях может достигать 10%, а тем более превышать названное чис­ ло» [160]. Нами были проведены сравнительные расчеты Cv для рек Тянь-Шаня по календарным и гидрологическим годам (начало с 1 октября), которые также показали отклонения, не превышающие 10%, причем они были разного знака. Учиты­ вая, что отклонения такого порядка мало влияют на точность вычисления годового стока даже для крайних значений обес­ печенности, вычисления Cv велись для значений годового стока за календарные годы, как это было принято и в прежних работах по Средней Азии.

Для вычисления коэффициента вариации годового стока Cv для изученных створов рек были использованы данные по 221 посту, которые имели ряды наблюдений более 10 лет. В это число вошли также посты, по которым были восстановле­ ны недостающие данные по среднегодовым расходам от 2 до 5 лет. Для басейна Сыр-Дарьи были учтены материалы по 1962 год, для остальной территории — по 1966 год.

Для оценки точности вычисления коэффициентов вариации по имеющимся фактическим рядам наблюдений были вычис­ лены средние квадратические ошибки по формуле:

i o o / 1 + с у

( 10)

У 2п

Результаты показали, что по 155 пунктам средние квадра­ тичные ошибки не превышают 20%. По остальным 66 створам, имеющим более короткие ряды наблюдений, средняя квадра­ тичная ошибка вычисления Cv выходила за пределы 20%. Однако для вычисления Сv кроме необходимой длительности рядов наблюдений весьма желательно для всех постов иметь

127

хронологически общий расчетный период в целях исключения одностороннего влияния на величину этого параметра отдель­ ных экстремальных среднегодовых расходов. Это важно также

является наиболее репрезентативным и обеспечивает, как пра­ вило, вычисление Cv со средней квадратической ошибкой, не превышающей 20%. Отметим, что В. Л. Шульц и Н. К- Луки­ на [212] при обосновании расчетного периода для определения C v рек бассейна Аму-Дарьи пришли к выводу, что даже 20летний период является достаточным, так как ошибки вычис­ ления Cv по скользящим 20-летиям в 98% случаев не превы­ шают 20%. Такая величина допустимой средней квадратиче­ ской погрешности вычисления Cv при значениях С^, = 0,2—0,3, типичных для рек Тянь-Шаня, рекомендуется действующими нормативами (СН 371—67).

По постам, имеющим ряды наблюдений меньше 25 лет, для обобщающих построений нами использовались только те вы­ численные значения Cv, которые не выходили за пределы до­ пустимой средней квадратичной ошибки. Если по каким-либо постам с короткими рядами наблюдений это условие не вы­ полнялось. то они либо исключались из дальнейших обобще­ ний, либо ряды наблюдений по ним приводились к расчетному ряду. Однако такое приведение выполнялось лишь в случаях небольшого числа недостающих лет при наличии хорошей ре­ ки — аналога с рядом наблюдений необходимой длитель­ ности.

Таким образом, для последующих обобщений приняты зна­ чения Cv по 155 пунктам, для которых длительность наблю­ дений обеспечивала вычисление Cv со средней квадратичной ошибкой менее 20%. Результаты определения Cv приведены в приложении 1. В этом же приложении даны значения коэф­ фициентов асимметрии С s наиболее соответствующие эмпи­

рическим кривым обеспеченности годового стока в изученных пунктах.

228

5.М етоды определения коэф ф ициента вариации годового стока в неизученны х створах рек

При слабой климатической изученности горной области формирования стока в настоящее время невозможно получить практически приемлемые методы определения коэффициента вариации годового стока Cv в неизученных створах рек, осно­ ванные на непосредственных связях этого параметра кривой обеспеченности с метеорологическими факторами. В настоя­ щее время представляется ясным, что механизм взаимодейст­ вия этих факторов с колебаниями годового стока горных рек достаточно сложен и что без предварительной разработки тео­ рии этого взаимодействия, даже при наличии исходных дан­ ных, путь получения прямых многофакторных связей затруд­

нителен.

При указанных условиях для определения Cv для данной территории универсальные формулы типа формулы Л. К. Да­ выдова, основанной на рассмотрении изменчивости некоторых элементов водного баланса, малопригодны. Для горных терри­

ных результатов. Неприемлемость этих формул вытекает из того, что влияние величины площади водосбора для горных рек, особенно с ледниково-снеговым питанием, подавляется действием высотной поясности. Лишь для горных рек с малы­

сколько-нибудь тесная связь между Cv и Мо [204], что исклю­ чает применение формул, в которые Мо входит аргументом. К

косвенно характеризующими многолетние колебания метеоро­ логических факторов, влияющих в первую очередь на измен­ чивость годового стока.

Огромное влияние на процессы стока в горных условиях оказывает высотное положение водосбора, так как вертикаль­ ная поясность определяет вполне закономерное изменение климата и ландшафта в горах, определяющих условия форми-

Дифференциацией значений параметра Е В. Л. Шульц в какой-то степени учитывал региональные физико-географиче­ ские особенности и в первую очередь неодинаковые условия ■общего увлажнения обширной территории Средней Азии, для

которой была выведена формула.

Имея в виду, что в горных странах увлажненность отдель­ ных элементов территории зависит не только от общих синоп­ тических условий, но и от степени доступности их влажным воздушным .массам и от ориентации склонов отдельных гор­ ных хребтов к направлению перемещения этих масс, автором £ 1 9 4 7 —1950 гг. была сделана попытка учесть эти обстоятель­

связей.

Зависимости Cv = f ( H cp) отражают высотную поясность

факторов, влияющих на изменчивость годового стока и не по­ казывают, естественно, влияние на Cv азональных факторов. К ним в первую очередь следует отнести геологические и гео­ морфологические, которые, как известно, могут усиливать водообмен между поверхностными и подземными водами и в

достаточных конкретных данных об особенностях геологиче­ ского строения речных бассейнов, регулирующее влияние гео­ логических факторов (как, впрочем, и других физико-геогра­ фических) может косвенно учитываться показателями внутри­ годовой зарегулированности стока. Известно, что в горных странах, имеющих широкое распространение карстовых явле­ ний или лавовых образований, выявляется связь Cv с показа­ телями внутригодовой зарегулированности стока. Исследова­ ния А. Н. Важнова показали даже, что такая связь для рек Армении является более тесной, чем связь Cv с Н ср, причем в

качестве показателя зарегулированности рек принималось отношение среднего многолетнего месячного минимума расхо­ дов воды к среднему годовому расходу [4 7 , 4 9 , 50].

Выше говорилось, что на территории Средней Азии и ТяньШаня карстовые образования, не говоря уже о породах вулка­ нического происхождения, не имеют широкого распростране­ ния, тем не менее отдельные реки Тянь-Шаня характеризуют­ ся повышенной внутригодовой зарегулированностью стока. Хаковы, например, реки Атбаши, Ходжабакирган, Кочкор, Чу

131

Рис. 42. Общий вид зависимости коэффициента вариации годового

.стока Су от средней взвешенной высоты водосборов # с для Север­

ного Тянь-Шаня: / — реки бассейнов Чу, Талас и оз. Иссык-Куль; 2 — р. Лянгар, 3 — р. М. Алматинка.

правой ветвью, асимптотически приближающейся к оси Яср,

должно быть ограничено определенным максимальным значе­ нием Н ср. По нашему мнению, такое предельное значение Я ср

должно быть около 3200—3600 м, т. е. несколько меньше, чем рекомендует В. Л. Шульц (3800—4000 м). Применение форму­ лы без этого ограничения будет давать при Я ср >3200—3400 м

десколько заниженные значения Cv , что не будет идти «в за­

пас прочности» при водохозяйственных расчетах.

Е

Целесообразность уточнения вида зависимости С v = —j-yg-

Н

ср

для рек бассейна Аму-Дарьи была установлена В. Л. Шуль­ цем и Н. К. Лукиной при обобщении последних данных по стоку рек этого бассейна [212]. Установлено, что при -Wcp >,3000м связь между Cv и Я ср по существу не выраже­

133

на, вследствие чего авторы сочли возможным для значений

Cv =0,17. По нашему мнению, теоретически более правильно было бы провести правую ветвь этой зависимости по восходя­ щей кривой от значения Cv =0,15 при # ср =3400 м до значе­

ния Cv =0,20 при Я ср =4600 м. Восходящая ветвь лучше соот­

/ / ср <1500 м, для которых она дает сильно завышенные вели­

дили Е. В. Петряшову и автора при обобщении последних мно­ голетних данных по изменчивости годового стока рек ТяньШаня вместо одной общей для данной территории зависимо­ сти ввести ее дифференциацию [38, 40, 143]. Для рек с низкорасположенными водосборами без оледенения и со снеговым и снегово-дождевым питанием, т. е. характеризующихся пока­

основного аргумента зависимости для определения Cv отно-

F

сительная величина активной площади бассейнов рек /С=—7 -,

Г

где F — общая площадь водосбора и Fа — активная площадь в км2.

134

Рис. 43. Зависимость коэффициента вариации годового стока Cv от средней взвешенной высо­ ты ЯСр для рек, не име­ ющих ледникового пита­ ния, характеризующихся показателями типа пита­ ния 6<0,4: 1 — бассейн р. Сыр-Дарьи; 2 — бас­ сейны рек Северного

Тянь-Шаня.

За нижнюю границу активной площади была условно при­ нята отметка 3300 м, осредненная для всей территории ТяньШаня. В действительности нижняя граница активной площади формирования стока изменяется по территории в довольно широких пределах в зависимости от условий увлажнения, экс­ позиции горных склонов и др. Ее положение соответствует, как показали исследования в экспериментальном бассейне р. Чон-Кызылсу, высотной зоне, где градиент увеличения с высотой зонального стока резко возрастает в связи с увеличе­ нием осадков и значительным снижением суммарного испаре­ ния. В бассейне р. Чон-Кызылсу эта граница находится при­ мерно на отметке 3300 м [36, 37]. Попытки Е. В. Петряшовой учесть, по имеющимся данным о положении климатической снеговой линии, изменение нижней границы активной площа­ ди формирования стока на территории Тянь-Шаня не дали существенных результатов. Тогда Е. В. Петряшова вынуждена была остановиться на выборе наиболее корректной для данной территории осредненной отметке этой границы, соответствую­ щей максимуму кривой зависимости r=f(Hi). Здесь Н[ — не­ которое текущее значение общей для территории отметки, от­ секающей верхнюю часть площади водосборов рек, г — значе­ ния коэффициентов корреляции между величинами относи­

тельных плошадеи ) верхних частей бассейнов рек и

показателями типа питания соответствующих рек 6. Наиболь­ ший коэффициент корреляции соответствовал ,отметкам

135