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

ата) или больше нормы (Шахимардан). Повсеместным было исключительное маловодье в 1957 г., обусловленное тем, что в этот год и предшествующий ему 1956 год осадков было около нормы, но лето 1956 г. было очень жарким. Поэтому к весне 1957 г. снегозапасы в бассейнах рек составили около нормы; по сумме положительных температур лето 1957 г. было исклю­ чительно холодным. Поэтому даже имеющиеся небольшие се­ зонные снегозапасы, по-видимому, не успели за лето растаять, что дало сток ниже нормы у рек I и II групп. Реки же III груп­ пы тоже оказались маловодными, так как таяние ледников из-за недостатка тепла было значительно ниже нормы.

Многоводным годом почти для всех рек Тянь-Шаня был 1959 год. Однако это определялось не только благоприятными и равнонаправленными метеорологическими условиями данно­ го года, но также условиями предыдущего 1958 года, который характеризовался исключительно большими осадками, но сравнительно холодным летом. Поэтому, хотя 1958 год был для большинства рек I и II групп многоводным, часть снегозапасов все же, надо полагать, перешла на 1959 год, что в зна­ чительной степени увеличило сток этого года.

При рассмотрении многолетних колебаний стока кроме изменчивости годового стока представляет большой научный и практический интерес выяснение закономерностей циклич­ ности в изменении водоносности рек. К сожалению, изучение стока рек Средней Азии начато сравнительно недавно — большинство постов открыто в 30-х годах этого столетия. Лишь по р. Чирчик, пост Ходжикент имеются данные наблю­ дений с 1902 г. и по р. Нарын, пост Уч-Курган — с 1910 года. Отсутствие рядов наблюдений за стоком достаточной дли­ тельности не позволяет в настоящее время подвергнуть цик­ личность колебаний стока специальному исследованию. Отме­

и др.) в том или ином аспекте затрагивали цикличность коле­ баний стока отдельных наиболее изученных рек Средней Азии в своих работах.

В. Л. Шульц и Л. И. Шалатова [211], рассматривая вопрос об учете цикличности при расчете нормы годового стока рек бассейна Аму-Дарьи, счи1 ают, что «...на современном уровне изученности этого вопроса такой ynei не возможен, поскольку циклы выделяются настолько неопределенно, -по можно усом­ ниться в их наличии и говорить только о 1 внденции к группи­ ровке многоводных и маловодных ле1 ».

146

В 1964—1965 гг. автором также был проведен анализ име­ ющихся рядов с целью выявления циклов маловодных и мно­ говодных лет у рек Тянь-Шаня, при решении задачи выбора периода для расчета нормы годового стока [28, 38]. Для этого были построены суммарные разностные кривые (в относитель-

^ ,_'J

ных единицах —---- ) для ряда рек Тянь-Шаня с разбивкой

Cv

их на три группы в соответствии с особенностями многолетних колебаний годового стока рек разного типа питания. Некото­ рые из этих кривых изображены на рис. 49—51 и характеризу­

Рис. 49. Разностные интегральные кривые колебаний го­ дового стока рек группы I: 1 — р. Нарын, п. Учкурган, ®=0,79; 2 — Ахангаран, с. Турк, 6=0,17; 3 — р. Кугарт,

147

ются наблюдения с 1910 года. Анализ этих кривых опять-таки подтверждает положение, что особенности изменений много­ летней водоносности рек Тянь-Шаня в наибольшей степени определяются типами питания рек, связанными с высотной поясностью и в значительно меньшей мере — территориаль­ ными изменениями физико-географических факторов.

У рек I группы (рис. 49) за рассматриваемый отрезок вре­ мени четко выявляются два цикла изменения водности1, обра­ зующих один замкнутый период изменения водности рек с 1936 по 1960 год. При этом для большинства рек маловодный цикл укладывается в календарные границы с 1936 по 1951 год и многоводный цикл — с 1951 по 1966 гг. Лишь по мере увели­ чения показателя типа питания б намечается тенденция сме-

Рис. 50. Разностные ин­ тегральные кривые коле­ баний годового стока рек группы III: 1 — р. Сукулук, с. Белогорка, 6=2,16; 2 — р. Алаарча, устье р. Кашкасу, 6=2,24; 3 —

сыката, с. Юрьевка, 6 = = 2,40; 5 — р. Сох, с. Сарыканда, 6 = 2,50; 6 —

р. Аламедин, устье р. Чон-

р Исфара, к. Таш-Кур-

ган, 6=2,76; 8—р. Джуу-

ку, устье р. Джуукучак, 6=2,95.

1 В соответствии с терминологией, принятой большинством авторов, здесь используется то значение слова цикл, которое означает законченную группу или ряд каких-либо явлений, например, маловодных или многовод­ ных лет. Под цикличностью (неправильной периодичностью) понимается смена маловодных и многоводных циклов.

148

щения границы между циклами водности на более ранние сроки.

У рек III труппы (рис. 50), т. е. рек с характером многолет­ них колебаний стока, подчиненным в основном многолетней изменчивости теплового режима периода снеготаяния, циклич­

цикла у рек Северного Тянь-Шаня совпадает с 1935 г., а для Ферганских рек (рр. Сох, Исфара) он сдвигается на более ранние сроки. Многоводный цикл рек этой группы выражен слабо, хотя общая тенденция повышенной водности имеется до 1955—1960 гг. Однако эта общая тенденция имеет частные

Рис. 51. Разностные ин­ тегральные кривые коле­ баний годового стока рек группы II: 1 — р. ЧонКемин, устье, 6=1,70; 2 — р. Кызылсу, с. Бака-

булак, 6=1,31; 3 — р. Ту-

расу, с. Улахол, 6=1,40; 4 — р. Исфайрамсай, с.

Учкоргон, 6=1,40; 5 —

р. Урмарал, с. Октябрь­ ское, 6=1,65; 6 —■р. Ара-

вансай, к. Янгинаукат, 6=1,67; 7 — р. Чон-Кы-

зылсу, лесной кордон, 6=1,80; 8 — р. Чон-Аксу,

•с. Григорьевка, 6=1,95.

149

Г л а в а IV

ВНУТРИГОДОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА

1. Краткие сведения об изученности

Знание закономерностей внутригодового распределения стока представляется весьма важным с точки зрения изуче­ ния режима рек и должно служить основой для разработки методов расчета параметров внутригодового распределения стока при водохозяйственном проектировании. Определение этих параметров необходимо для расчета гарантированной отдачи водохозяйственных предприятий (ирригационная сис­ тема, ГЭС и т. п.), использующих речной сток.

Необходимо, однако, отметить, что общая теория внутри­ годового распределения стока вследствие многообразия и сложности взаимодействия факторов, определяющих внутри­ годовой режим стока, разработана еще далеко недостаточно и вопрос расчета внутригодового распределения стока не дове­ ден до наиболее рационального практического решения, соче­ тающего теоретическую обоснованность, простоту и точность. Д. Л. Соколовский [167] указывает на два возможных пути решения проблемы внутригодового распределения стока. Пер­ вый из них генетический, основанный на использовании урав­ нения водного баланса за отдельные периоды года (сезон, месяц). Однако этот метод встречает на практике ряд почти непреодолимых пока трудностей как из-за недостаточности данных по элементам водного баланса, так и вследствие не­ точности определения отдельных компонентов уравнения вод­ ного баланса. Следует отметить, что в условиях крайне слабой гидрометеорологической изученности горных речных бассей­ нов трудности практического применения метода (водного баланса для горных территорий еще более усугубляются. Второй путь — это метод гидрологической аналогии, основан­ ный на перенесении статистических закономерностей внутри­ годового распределения стока с изученных.бассейнов на неизу-

,1 51

ченные, находящиеся в сходных климатических условиях и близкие по характеру подстилающей поверхности водосборов. Этот путь в настоящее время получил наибольшее распрост­ ранение и основан на изучении общих и региональных законо­ мерностей внутригодового распределения стока, обусловлен­ ных особенностями питания рек. В свою очередь многочислен­ ные схемы такого распределения стока, предложенные рядом авторов, которые придерживались второго метода, можно раз­ делить на два основных вида [164]: 1) типовые, отражающие преимущественно влияние климатических факторов на сток и дающие главным образом общепознавательное представление о внутригодовом распределении стока; 2) расчетные, харак­ теризующие распределение стока в годы различной водности и при разных соотношениях водности маловодных и многовод­ ных периодов внутри года.

Первые исследования внутригодового распределения стока были направлены главным образом на разработку типовых схем, учитывающих влияние региональных климатических особенностей на режим стока. На этой основе разработан ряд предложений по классификации рек, из которых наиболее обобщенными являются классификации М. И. Львовича [118, 119], Б. Д. Зайкова [88], П. С. Кузина [112].

Более детальные схемы классификаций для отдельных ре­ гионов равнинной территории СССР даны Д. Л. Соколовским, К. П. Воскресенским, С. Н. Никитиным, И. А. Железняком и др. Для горных территорий классификации рек по внутриго­

Азии, Л. А. Владимирова, В. П. Валесяна и А. Н. Важнова — по Кавказу. Классификации рек Средней Азии, предложен­ ные В. Л. Шульцем и О. П. Щегловой, описаны в главе I.

Расчетные схемы внутригодового распределения стока ос­ нованы на выборе наиболее типичных соотношений между ве­ личинами стока за отдельные сезоны с учетом влияния мест­ ных азональных факторов. Они получили достаточно большое распространение в практике инженерно-гидрологических рас­ четов и разрабатывались многими авторами [164].

Наиболее универсальным является расчетный прием внут­ ригодового распределения стока, основанный на статистиче­ ской компоновке водности отдельных сезонов с учетом наблю­ дающихся соотношений в их водности. Принципиальные поло­ жения такого приема были заложены еще А. В. Огиевским, а затем развиты в работах Г. И. Швеца, И. М. Лившица и наи­

152

более полно — в работах В. Г. Андреянова [10, 12, 13, 14]. Основным достоинством метода компоновки является то, что распределение стока внутри года устанавливается исходя из условий одинаковой обеспеченности водности года и лимити­ рующих периода и сезона, причем в качестве расчетного года принят так называемый водохозяйственный год, начало кото­ рого совпадает с началом весеннего половодья.

Как показали исследования В. Г. Андреянова, проведенные на основе анализа режима в основном равнинных рек, метод компоновки наилучшим образом удовлетворяет практике во­ дохозяйственных расчетов и значительно упрощает их, так как обеспечивает наименьшие различия между результатами расчетов, выполненных по многолетнему ряду наблюдений и

стве основного в утвержденных Госстроем СССР «Указаниях по определению расчетных величин годового стока и его внут­ ригодового распределения» [181].

По некоторым литературным данным [164], метод компо­ новки, требующий трудоемкой обработки материалов, при оп­ ределенных сочетаниях в показателях изменчивости стока за год и за сезоны, дает результаты, мало отличающиеся от по­ лучаемых более простыми методами по типовым схемам.

Опыт составления схем внутригодового распределения сто­ ка для горных территорий, при подготовке региональных мо­ нографий серии «Ресурсы поверхностных вод СССР», также показал, что в ряде случаев метод компоновки приводит почти к тем же результатам (в пределах точности расчетов), что и более простые схемы распределения стока, например, по среднеарифметическому распределению. Не для всех горных рек достаточно заметно проявляется зависимость внутригодо­ вого распределения стока от водности года, что является основным постулатом метода компоновки [29, 30, 59, 152]. Так, например, В. Л. Шульц считает, что внутригодовое распреде­ ление стока рек Средней Азии не зависит от .водности года и

153

лением стока половодья. При этом, вне зависимости от водно­ сти расчетного года, В. Л. Шульц рекомендовал брать относи­ тельный сток (в процентах от годового стока) за лимитирую­ щий сезон не по минимальному его значению за период на­ блюдений, а с определенной достаточно высокой обеспеченно­ стью [206]. Однако это предложение имеет тот существенный недостаток, который не позволяет определить обеспеченность расчетного стока за лимитирующий сезон, что требуется строительными нормами (СН 371—67). Следовательно, реше­ ние конечной задачи водохозяйственного расчета — получение заданной в проекте расчетной обеспеченности гарантирован­ ной водоподачи — при применении расчетной схемы В. Л. Шульца практически затрудняется.

К числу расчетных методов следует также отнести методи­ ку построения типовых гидрографов рек И. П. Дружинина [83]„ которую он предложил на основе исследования свойств режи­ ма рек. Методика разработана применительно к задачам се­ зонного энергетического регулирования стока на равномерную отдачу и приложение ее к задачам водохозяйственного проек­ тирования при неравномерном ирригационном водопотреблении затруднительно.

Таким образом, в итоге рассмотрения имеющихся предло­ жений по расчетным схемам внутригодового распределения стока следует констатировать, что в принципе, как статисти­ ческая схема, метод компоновки, разработанный В. Г. Андрея­ новым, наиболее соответствует требованиям водохозяйственно­ го проектирования.

Учитывая установившуюся в советской гидрологии точку зрения о том, что статистические методы должны рассматри­ ваться в связи с генетической стороной явления, нельзя не иметь в виду упомянутые выше работы по внутригодовому распределению стока горных территорий. В них указывалось,, что метод компоновки не всегда соответствует режиму горных рек и применение его иногда не оправдывается, так как при этом распределение стока почти не отличается, в пределах точности расчетов, от распределения его, получаемого более простыми методами.

Следует отметить, что и сам В. Г. Андреянов подчеркивает, что одним из важнейших требований, которым должна удов­

154

от водности года, равнообеспеченность стока за водохозяйст­ венный год и лимитирующий период и сезон, автор провел в- 1968 г. специальный анализ применимости этих положений к рекам Средней Азии [29, 30]. В результате анализа, который более подробно изложен ниже, установлено, что хотя в прин­ ципе внутригодовое распределение стока рек Средней Азии связано с водностью года, это влияние проявляется слабо как вследствие малой изменчивости годового и сезонного стока, так и по причине влияния на относительное распределениестока других факторов, не связанных с водностью года. Для рек, питающихся в основном талыми водами сезонных снегов, были установлены критерии, определяющие границы целесо~ образности применения метода компоновки для рек данного типа. Эти критерии связывались с абсолютными и относи­ тельными показателями изменчивости годового и сезонного стока. В отношении рек с существенным ледниковым пита­ нием было показано несоответствие принципа равнообеспеченности стока за год и лимитирующий сезон природе внутри­ годового распределения стока и, следовательно, непримени­ мость к рекам такого типа питания метода компоновки.

На основе этих положений и с учетом типов питания рек Н. С. Смородской под руководством автора было выполнена внутригодовое распределение стока в изученных створах рек Тянь-Шаня, которое представлено в монографии «Ресурсы по­ верхностных вод СССР» [39, 41]. Это распределение с некото­ рыми небольшими коррективами приводится в приложении 2 данной работы.

Что касается методов определения параметров внутригодо­ вого распределения стока в. неизученных створах рек, то этотвопрос еще более сложен, чем выбор расчетных характерис­ тик распределения стока для изученных створов. Методы ре­ шения этой задачи основываются, как правило, на региональ­ ных обобщениях характеристик внутригодового распределения стока по территории в связи с основными физико-географиче­ скими факторами, определяющими этот сложный процесс. Для таких обобщений могут использоваться данные по сто­ ку рек только с естественным режимом, по рекам же с иска­ женным стоком могут браться данные лишь с поправками на забираемый (сбрасываемый) сток. Восстановление естествен­ ного режима рек за многолетний период с учетом хозяйствен­ ной деятельности должно основываться на составлении водо­ хозяйственных балансов.

Для равнинных территорий с плавно изменяющимися кли­ матическими характеристиками и с более или менее однооб­

155.