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

В условиях аридной зоны, к которой относится Средняя Азия и, в частности, Тянь-Шань, ведущим водопотребителем является ирригация, так как земледелие здесь, как правило, невозможно без искусственного орошения. Поэтому при разра­ ботке расчетного внутригодового распределения стока рек Тянь-Шаня в данной работе в первую очередь учитывались требования на воду в ирригации, как ведущей в этих условиях составляющей водохозяйственного комплекса. Лишь для ство­ ров крупнейших рек, обладающих большими удельными мощ­ ностями, должны бы в принципе учитываться требования гид­ роэнергетики. Однако использование таких участков рек, как правило, основывается на обязательном анализе всех аспек­ тов водохозяйственного комплекса, требующем специальных гидрологических данных и водохозяйственных расчетов, выхо­ дящих за пределы нашей работы.

Режим водопотребления на орошение изменяется главным образом в зависимости от состава сельскохозяйственных куль­ тур на орошаемых массивах, фазы развития растений и др. В основном форма графика водопотребления определяется веду­ щей в севообороте сельскохозяйственной культурой. Для бас­ сейна Сыр-Дарьи, за исключением бассейна Нарына, такой ведущей культурой является хлопчатник, для Северного ТяньШаня — зерновые культуры, сахарная свекла.

Характерным для ирригации, как водопотребителя, являет­ ся то, что орошение требуется в вегетационный период и, таким образом, за исключением влагонакопительных и промывных поливов, водопотребление приходится на теплый период года, т. е. совпадает в той или иной степени с периодом половодья на реках. Однако в зависимости от типа питания рек конфигу­ рация гидрографов половодья рек, как показано выше, может иметь существенные отличия. Следовательно, в зависимости от степени соответствия гидрографов рек графикам водопот­ ребления лимитирующий сезон может сдвигаться во времени. Учитывая это обстоятельство, была проведена специальная работа по классификации рек Тянь-Шаня по степени соответ­ ствия их режима графикам водопотребления на орошение [20, 24, 25, 26]. При этом местные особенности режимов орошения принимались по данным проектных организаций и специаль­ ного гидромодульного районирования.

В указанных работах реки были распределены на три груп­ пы. В дальнейшем в целях упрощения расчетов реки были разделены на две группы за счет перераспределения рек про­ межуточной группы. За основной признак выделения рек в ту или иную группу принят их тип питания по классификации

166

В. Л. Шульца, характеризуемый показателем 6, а также вре­ мя наступления так называемого критического периода (ме­ сяца) полива, поскольку именно им, а также глубиной дефи­ цита в основном должны определяться особые водохозяйст­ венные и агротехнические мероприятия по увеличению водообеспеченности орошаемых сельскохозяйственных культур.

Таким образом, в соответствии с основными положениями метода компоновки, хозяйственными условиями и указанной классификацией выбор лимитирующего периода и сезона ос­

новывается на следующих положениях:

1 Составление характеристик внутригодового распределе­ ния стока ведется не по календарным, а по так называемым водохозяйственным годам, начиная с половодного периода, то есть с марта для рек бассейна Сыр-Дарьи и с апреля для рек Северного Тянь-Шаня. Для низкогорных рек, формирующихся на склонах хр. Каратау и Чу-Илийских гор, он принят с февра­ ля по январь.

2.В качестве расчетных сезонов принимаются: весенний—

смарта по июнь для рек бассейна Сыр-Дарьи, с апреля по июнь — для рек Каратау и Чу-Илийских гор; летний — с июля по сентябрь; осенне-зимний (межень) — с сентября по фев­ раль для рек бассейна Сыр-Дарьи, с сентября по март — для Северного Тянь-Шаня и с сентября по январь — для рек Ка­ ратау и Чу-Илийских гор.

В предлагаемом выделении расчетных сезонов осенне-зим­ ний сезон почти совпадает с меженным периодом для боль­ шинства рек Средней Азии. Половодный же период расчленя­ ется на дза сезона, учитывая, что в весеннем периоде сток в основном формируется за счет талых вод А, а за летний се­ зон — за счет талых вод Б. Установленные сезоны в основном совпадают с границами выделенных выше фазово-однородных периодов в годовом стоке рек Тянь-Шаня.

Вкачестве лимитирующего периода принят гидрологиче­ ский период, соответствующий срокам вегетации и половодья. Он определяется в среднем для бассейна Сыр-Дарьи календар­ ными границами с марта по сентябрь и для рек Северного

Тянь-Шаня — с апреля по сентябрь. Лишь для небольшого числа рек хр. Каратау и Чу-Илийских гор он принят с февра­ ля по сентябрь. Несмотря на относительное многоводье этого периода, именно он определяет в основном оросительную спо­ собность водных источников и лимитирует возможные разме­ ры и водообеспеченность орошаемых площадей.

Назначение лимитирующего сезона для разных рек диффе­ ренцировано в зависимости от типа их питания и в соответ­

4 6 7

ствии с классификацией рек по степени соответствия формы

т. е. в летний сезон (июль—сентябрь), принадлежащие к типу рек ледниково-снегового (1,4>6>1,0), снегово-ледникового (1,0>6>0,27), а также снегового и снегово-дождевого пита­ ния (6>0,27). За лимитирующий сезон этой группы рек при­ нято лето (июль—сентябрь).

И г р у пп а — реки с наименьшей оросительной способно­ стью в первой половине вегетационно-поливного периода, при­ надлежащие к типу рек ледниково-снегового питания со зна­ чительным преобладанием талых вод Б, со значениями пока­ зателя 6>1,4. За лимитирующий сезон принята весна — с мар­ та по июнь для рек бассейна Сыр-Дарьи и с апреля по июнь— для рек Северного Тянь-Шаня, за исключением рек хр. Карлтау и Чу-Илийских гор, для которых он принят с февраля по

июнь.

Типовые гидрографы рек I и II групп, совмещенные с условными графиками водопотребления на орошение, приве­

дены на рис. 54.

Как указывалось выше, в связи с преобладающим в горах явлением высотной поясности в гидрологических процессах среднее распределение речного стока по сезонам года опреде­ ляется в основном высотным положением водосборов, харак­ теризуемым значениями//ср, и связанным с ним показателем 6.

Эта особенность рек хорошо иллюстрируется данными относи­ тельного распределения стока по сезонам года, приведенными в приложении 2, где реки расположены в порядке увеличения средней взвешенной высоты водосборов Яср, по районам, для

которых выявлены зависимости параметров внутригодового распределения стока от высоты (рис. 67). Принципы выделе­ ния районов и выявление указанных зависимостей изложены в последнем разделе данной главы.

Из приложения 2 можно видеть постепенное уменьшение с увеличением Нсп доли весеннего стока от 86 (район VII) до

14% (районы I—II) и летнего стока от 3 (район VII) до 89% (районы I—II) от годового.

Сток за период межени в меньшей степени связан с высот­ ным положением бассейнов рек и определяется в основном геоморфологическими и гидрогеологическими особенностями

168

Qn‘lctH

a)

1

4

H

Рис. 54. Примеры графиков соответствия внутриго­ дового распределения стока (1) и водопотребления

водосборов. Для большинства рек рассматриваемого региона меженный сток составляет 9—25% от годового. Однако у не­ которых рек он достигает 30—45%. Это обусловлено особенно­

пространены известняки с карстовыми явлениями. К катего­ рии таких рек можно отнести в бассейне Сыр-Дарьи реки Ша-

1G9

нем относительном распределении стока по сезонам года здесь уместно указать на некоторые особенности рек, представляю­ щие интерес при их водохозяйственном использовании [24—26].

Наилучшим соответствием водопотреблению на орошение обладает режим рек со средними показателями типа питания 6= 0,7—2,0, сток которых может быть наиболее полно исполь­ зован для поливного земледелия без регулирования. Наиме­ нее благоприятно для ирригации внутригодовое распределе­ ние стока рек с 6<0,7. Несовпадение лимитирующих сезонов у рек I и II групп указывает на то, что наиболее эффективно водные ресурсы таких рек могут быть использованы совмест­ но в объединенных водохозяйственных и энергетических си­

стемах.

За счет сезонного регулирования стока наиболее значи­ тельно может быть повышена оросительная способность рек с показателями 6<0,7 и 6>2,0. Регулирование стока рек с по­ казателями 6 в пределах 0,7—2,0 не может дать столь же зна­ чительного эффекта, однако высокий коэффициент зарегули­ рования стока таких рек может быть достигнут при относи­ тельно небольших объемах водохранилищ.

4. Изменчивость сезонного стока

Изменчивость внутригодового - распределения стока в раз­ ные годы в первую очередь определяется величиной и характе­ ром многолетних колебаний стока по сезонам года.

Следует иметь в виду, что основные принципиальные поло­ жения метода компоновки, т. е. зависимость внутригодового распределения стока от водности года и равнообеспеченностьего за водохозяйственный год и за лимитирующие период и сезон, теоретически могут иметь место лишь при двух усло­ виях: 1) при синхронности колебаний стока за указанные пе­ риоды, 2) при малой разнице в величинах коэффициентов ва­ риации стока за эти периоды.

Поэтому перед тем, как решить вопрос о применимости того или иного метода расчетного внутригодового распределе­ ния стока рек Тянь-Шаня, необходимо рассмотреть особенно­ сти колебаний стока за водохозяйственный год и за сезоны к связи с особенностями питания и разделением рек на две ос­ новные группы по соответствию их гидрографов режимам водопотребления.

170

Этому вопросу было уделено достаточное внимание в гла­ ве III при рассмотрении многолетних колебаний талых вод А. и талых вод Б, соотношение которых определяет в основном типы питания рек Средней Азии и особенности колебаний го­ дового и сезонного стока, что позволяет в значительной степе­ ни сократить дополнительный анализ. Это облегчается тем, что выделенные выше расчетные сезоны года по сути дела совпадают со средними границами фазово-однородных по ге­

нетическим признакам периодов года.

Весенний сезон совпадает с периодом снегового половодья, которое формируется в основном талыми водами А. Объем весеннего половодья определяется главным образом запасами сезонных снегов и хорошо с ними коррелируется.

Летний сезон (июль—сентябрь) совпадает с периодом снегово-ледникового половодья, формируемого преимущест­ венно талыми водами Б, величина стока которых коррелиру­ ется с суммами положительных температур лета.

Лимитирующий период совпадает с периодом половодья в целом, и в зависимости от типа питания рек и преобладания в общем стоке половодья талых вод А или Б сток за этот период может лучше коррелироваться либо с суммами атмосферных осадков (для рек с 6<1,4), либо с суммами положительных температур воздуха (для реке 6>1,4).

Так как годовой сток рек Тянь-Шаня определяется глав­ ным образом стоком половодья, то особенности в хронологи­ ческом ходе и величине колебаний стока за лимитирующий период по сути дела вполне аналогичны особенностям колеба­ ний годового стока, рассмотренным в главе III. Поэтому сле­ дует считать, и это не требует доказательств, что сток за ли­

щих стока половодья — талых вод А и талых вод Б.

Реки с относительно низкими водосборами питаются преи­ мущественно талыми водами сезонных снегов (талые воды А),, проходящими в начале теплого периода, т. е. весной (март— июнь). Величина годового стока, а также стока за лимитиру­ ющий период и лимитирующий сезон (лето) для рек данного

171

типа питания, характеризующихся малыми значениями

^(<0,7), определяется в основном запасами сезонных снегов

икоррел'ируется с годовыми суммами осадков. У рек этой группы более или менее наблюдается синхронность многолет­ них колебаний годового стока и стока за лимитирующий пе­ риод и лимитирующий сезон, следовательно, у них более чет­ ко должны проявляться связь между водностью лимитирую­

щего сезона (лета) и водностью года и влияние последней на внутригодовое распределение стока.

По мере увеличения в общем стоке талых вод горных рек доли талых вод высокогорных снегов и ледников (талые воды Б ), т. е. с увеличением показателя б, лимитирующий сезон у них сдвигается с лета на весну, синхронность в многолетних коле­ баниях годового стока и стока за лимитирующий сезон (вес­ на) прогрессивно ухудшается, а у рек с большими значения­ ми 6 отмечается даже тенденция к асинхронности этих колеба­ ний [23, 24]. Объясняется эта весьма важная особенность рек Средней Азии тем, что величина стока талых вод зависит в основном от количества поступающего на водосбор тепла и, хорошо коррелируясь с суммами положительных температур, не зависит от запасов влаги, которые в высокогорной зоне практически неисчерпаемы. Сток этих рек за лимитирующий сезон, приходящийся на весну, формируется в основном талы­ ми водами А, в многолетних колебаниях которых отсутствует синхронность с колебаниями талых вод Б. Поэтому у рек с пи­ танием преимущественно за счет высокогорных снегов и лед­ ников отсутствует синхронность в колебаниях стока за год и за лимитирующий сезон и не может быть связи между водно­ стью года и внутригодовым распределением стока.

Естественно, что между указанными двумя группами рек нельзя провести четкой границы, так как переход между ними осуществляется постепенно, по мере увеличения в питании рек роли талых вод Б, т. е. показателя 6.

Однако на основании анализа графиков, характеризую­ щих колебания годового, весеннего и летнего стока 60 рек Тянь-Шаня в связи с колебаниями сумм осадков и сумм поло­ жительных температур воздуха, а также связей между соот­ ветствующими модульными коэффициентами стока и между их обеспеченностями, была установлена условная граница. Реки, питающиеся в основном талыми водами сезонных сне­ гов и характеризующиеся показателями 6<1,4 и летним ли-

,митирующим сезоном, были отнесены к группе I, а реки с значительным высокогорным питанием, характеризующиеся показателями 6>1,4 и отсутствием синхронности стока за год

17 2 '

р.ДОНГУЗТАУ. 3-019

р КУГАРТ 3=0.23

р.ШАНКОЛ. 3=0.93

р.ШАХИМАРДАН. 3=1.40

1 7 4

Р К А Р А Б У Р А . а = и а

р С О Х 6=2 .50

р И С Ф А Р А 6=2.76

па питания б. Реки группы II с весенним лимитирующим сезоном и

с б>1,4.

175