книги из ГПНТБ / Зайков Б.Д. Очерки гидрологических исследований в России

С 1891 г. ежедневно в период навигации в технический отдел Департамента шоссейных дорог и водяных сообщений поступали сведения о высоте уровня с 21 водпоста, расположенного на 15 важнейших реках Европейской Росссии. Эти телеграммы давали Министерству путей сообщения возможность быть всегда в курсе того, что происходит на водных путях [140].

В. Г. Клейбер сообщает, что в прежнее время на р. Волге све­

с Волгой были устроены две сигнальные мачты: на одной выве­

С началом навигации 1893 г. Правлением Казанского округа путей сообщения по инициативе начальника округа Лохтина были организованы ежедневные телеграфные извещения о стоянии го­ ризонта воды с наиболее важных и характерных 18 водомерных постов Волги и Камы. Вместе с тем ежедневно же по телеграфу в Правление округа поступали и сведения о глубинах перекатов, промеры которых с 1895 г. стали производиться специально орга­ низованной для этого так называемой курьерской службой. Полу­ ченные данные оформлялись в виде ежедневного бюллетеня, ко­ торый рассылали на главнейшие пристани Волги вплоть до Астрахани для опубликования.

В 1915 г. число водомерных постов, с которых ежедневно теле­ графировались в округ сведения о горизонте, возросло до 42 [12].

Жители С.-Петербурга получали предупреждения о предстоя­ щем поднятии воды в р. Неве [434] следующим образом. При подъеме уровня воды в Гавани на 3 фута выше нормы производи­ лись три пушечных выстрела, при поднятии на 5 футов начиналась стрельба из крепости и тем чаще, чем выше поднималась вода. 1

Прогнозы. Воейков еще в 1882 г. в своей замечательной статье «Реки России» [79] впервые поставил вопрос о практической важ­ ности организации предупреждений о наводнениях и дал обшир­ ную программу необходимых для этого исследований и наблюдений.

Воейков писал, что половодье наших рек зависит от снега, и так как мерзлая почва непроницаема для воды2 , то для предска­ зания половодья необходимо знать: а) количество снега, накопив­

ейков рекомендовал иметь организацию, подобную той, которая была создана в бассейне р. Сены знаменитым Бельграном [82].

1 Оповещение населения о подъеме воды пушечными выстрелами с верков Петропавловской крепости производилось с последней четверти XVIII в. вплоть До 20-х годов XX в. (Прим. ред.)

2 Впоследствии Воейков изменил это мнение [86].

На первых же порах для дачи предупреждений о наводнениях Воейков находил возможным основываться на следующих поло­ жениях.

примера он указывал, что «Общество Москворецкого пароходства

вует в еще больших размерах, особенно для Волги... В Астрахани половодье наступает дней на 20 позже, чем в Самаре; следова­ тельно, не только телеграф, но и почта дают возможность преду­ предить о времени половодья, а также о том, будет ли вода иск­ лючительно высока... Для того чтобы предупреждение было количественным, а не качественным, . . . нужно, имея наблюдения за несколько лет, приблизительно определить, как скоро при дан­ ном возвышении вверху оно передается вниз и каково отношение между высотами».

Для организации предупреждения о дождевых паводках «нужно иметь по крайней мере наблюдения над высотой воды в верховье реки и ее верхних притоков и дождемерные наблюде­ ния в возможно большом числе пунктов. Сведения о высоте воды выше известного уровня и о сильных дождях должны передава­ ться по телеграфу в то место, которое желают предупредить о на­ воднении . . . Всего полезнее были бы такие предупреждения для Москвы-реки, так как паводки ее наступают быстро и предупреж­ дение о них очень важно для г. Москвы...

Важно также следить за ходом температуры несколько вре­ мени после замерзания рек и иметь заранее сведения о наступле­

в ноябре 1880 г. от оттепели, вызвавшей ледоход на реках и боль­ шое возвышение воды, произошло много несчастий на Волге и ее притоках.

Вопрос о необходимости и важности создания в России специ­ альной службы предсказания наводнений поднимался Воейковым

пропорционален нашим знаниям касательно их повторяемости и условий, от которых они зависят».

30 мая 1894 г. Казанским округом путей сообщения был выпу­ щен первый не только в России, но и в мире прогноз ожидаемой глубины на перекатах р. Волги. Он был составлен в следующей форме:

178

В целях увеличения заблаговременности прогнозов Клейбер сделал оказавшиеся в ряде случаев удачными ряд предсказаний, основанных на ожидаемых колебаниях воды у самых верхних по­ стов, с которых поступали телеграфные сведения (Тверского, Весьегонского, Череповецкого и Рязанского). Данными, которые позволяли сделать вывод о предполагаемом размере и направле­ нии колебания горизонта воды у этих постов, служили: 1) записи постов за прежние годы и 2) обзор погоды, составляемый Главной физической обсерваторией. Такого рода предсказания на более долгий срок могли дать лишь предел, ниже которого не опустится горизонт, а следовательно, и глубина перекатов; кроме того, само предсказание могло быть сделано лишь в определенные благо­ приятные моменты.

Предсказания в большинстве случаев давали вполне удовле­ творительные результаты. Они практиковались несколько лет, но затем были прекращены, так как в конце 90-х годов на Волге начали применять транзитное землечерпание, которое «отчасти усложнило, а отчасти совершенно нарушило зависимости между глубинами и колебаниями горизонта воды» [12].

В 1895 г. Рыкачев [337] опубликовал предварительное исследо­ вание зависимости высоты уровня летних паводков в верхней части Волги от осадков в ее бассейне. Выявленная при этом раз­ ность между временем наступления максимумов осадков и макси­ мумов уровня позволила увеличить заблаговременность прогноза в нижележащем по реке пункте, используя связь с вышележащим пунктом и осадками в ее бассейне. Эта работа имела целью под­ готовить почву для дальнейших исследований по предсказанию

предсказаний уровня воды на реках Франции, Германии и Авст­ рии. Отметив достоинства и недостатки каждого из них с целью надлежащей оценки применимости их к нашим рекам, он для пол­ ноты изложения сообщил также несколько общих замечаний и соображений по данному вопросу известного австрийского инже­ нера Ишковского.

В 1897 г. Д. Д. Гнусин [112] в своем докладе на IV съезде рус­ ских деятелей по водяным путям основное внимание уделил тео­ ретическому обоснованию метода прогноза по соответствующим уровням на бесприточных и приточных участках рек.

В последние годы XIX столетия Главная физическая обсерва­ тория начала предсказывать подъемы воды в р. Неве; эти пред­ сказания, в частности, были использованы для вывода корабля «Севастополь» из Невы (октябрь 1898 г.) и для снятия корабля «Громобой» с мели в ноябре 1899 г. [414].

180

о водоспособности предстоящей навигации». Для вынесения окон­

Срок возможного предсказания наступления максимума в Аст­ рахани составил: из Саратова — за 14 дней, из Царицына — за 10.

В результате сравнения высот весеннего половодья, вычислен­

него половодья рек Европейской России. Исследования Лебедева, показавшие возможность долгосрочного прогноза наивысшего ве­ сеннего уровня, сыграли большую роль как для постановки даль­ нейших исследований, так и для организации службы прогнозов

вСССР.

В1913 г. на заседании Постоянной водомерной комиссии Ака­ демии наук Глушков сообщил, что на р. Чирчик горизонты воды были сопоставлены с количеством осадков по метеостанциям в го­ родах Аулие-Ата и Ташкенте, причем получилась связь, дающая возможность давать предсказания высокой воды с точностью до 0,07 саженей.

В1917—1918 гг. Ольдекоп опубликовал результаты исследо­ ваний по вопросу долгосрочного прогноза стока горных рек Турке­ станского края [282, 283].

Впроцессе исследований выяснилось, что лучше всего прогноз

181

Прогноз может быть дан и раньше конца марта, уже в конце февраля, января и даже декабря, но, конечно, с меньшей точ­ ностью.

Расходы за отдельные летние месяцы могут быть предсказаны на основании расходов непосредственно предшествующих месяцев (коэффициент корреляции наибольший +0,96, наименьший +0,65),

при вычислении расходов данного месяца на основании как рас­

где у — расход июня в саж3 /с, Х\ — осадки с октября по май в мм и х2 — расход за май.

Средняя ошибка прогноза по этой формуле равна ±4,6 саж3 /с, или 7% нормальной величины июньских расходов.

Результаты произведенных исследований показали полную воз­ можность организации прогнозов стока рек снегового питания и вместе с тем указали на крайнюю недостаточность существующей метеорологической сети, особенно в горной области.

Разработанные Ольдекопом методы прогноза стока горных рек не потеряли своего значения и до настоящего времени.

Расчеты. При проектировании и строительстве капитальных гидротехнических сооружений, например железнодорожных мо­ стов через большие реки, гидросиловых установок на больших реках, использовались гидрологические и гидрометрические дан­

приближенных расчетов. Так, например, требовавшийся при рас­

Коэффициент среднего годового стока первоначально прини­ мался по данным западноевропейских (негорных) рек равным ѴзПозднее он стал определяться по данным непосредственных на­ блюдений, причем ограничивались обычно одногодичными дан­ ными, так как коэффициент годового стока считался постоянным.

Наконец, значения коэффициента стока брались из таблиц Ишковского [403], составленных по западноевропейским данным. Со­ гласно этим таблицам, в равнинных условиях коэффициент стока колеблется в пределах 0,20—0,35, причем нижний предел отно­ сится к болотистым низинам, а верхний — к волнистому рельефу. Указанные значения коэффициентов стока, как это установлено

182

в настоящее время, свойственны только средней полосе Европей­ ской России; на севере они значительно выше (до 0,60), а на юге ниже (до 0,10).

Характеристикой стока, представляющей, пожалуй, наиболь­ ший практический интерес, является максимальный сток, знание которого необходимо при расчетах разного рода водоотводных со­ оружений.

Расчет мостовых отверстий для водосборов более 50 квадрат­ ных верст производился на пропуск весенних вод, причем цирку­

того отверстия моста рекомендовалась особая таблица, состав­ ленная А. В. Белинским (см. статью Оппокова «Определение вели­ чины отверстия в искусственных сооружениях» в Технической эн­ циклопедии, т. 7, Изд. т-ва «Просвещение», стр. 238—241). Произ­ ведение приведенного в таблице коэффициента на площадь водо­ сбора давало живое сечение максимальных весенних вод. Разделив это сечение на среднюю глубину максимальных весенних вод под мостом, получали приблизительный размер (ширину) отверстия мо­ ста. В нормах Белинского лежит та же идея, что и в нормах Риппаса 1867 г. (см. стр. 65).

В1891 г. в связи с изысканиями Сибирской железной дороги

А.Ф. Здзярский [153] предложил два способа определения отвер­ стий мостов через большие реки.

Первый способ состоит в том, что измеряют расход и вычис­ ляют среднюю скорость потока при самом высоком горизонте, встретившимся во время изысканий; кроме того, определяют уклон и среднюю глубину и вычисляют среднюю скорость по формуле Шези, принимая величину С по существующим эмпирическим фор­ мулам. Далее, сравнивая среднюю скорость, полученную по изме­ ренному расходу, с вычисленной по формуле Шези, устанавли­ вают, какая из принятых эмпирических формул лучше всего со­ гласуется с результатами наблюдений и, исправив, если нужно, ее числовой коэффициент, принимают эту формулу для вычисле­ ния наибольшего расхода, соответствующего самому высокому горизонту реки, установленному по меткам или опросу.

Второй способ, судя по работам Навигационно-описной комис­ сии оказавшийся самым надежным, состоит в непосредственном определении расходов воды при 2—4 различных горизонтах и со­ ставлении формулы, дающей возможность вычислить расход для самого высокого горизонта.

Примеры расчета мостовых отверстий на р. Волге у Казани и Саратова приводятся А. И. Крыловым в его монографии «Гидро­ метрия» [204].

Инженеры экспедиции по орошению на юге России и на Кав­ казе [138] при работах в Заволжье, не располагая опытными дан­ ными, производили расчет максимального расхода талых вод в предположении, что со всего бассейна за одни сутки в зависи­ мости от величины его пройдет половина или треть общего количества

183

e»„ t =( F ^ n r - +o,o6)F .

Эта формула была построена по 37 максимальным расходам, определенным при строительстве железнодорожных мостов по формуле Шези, и максимальным горизонтам, установленным оп­ росом жителей в различных географических районах, начиная от бассейна Западного Буга и кончая районами, через которые про­

вом Рязано-Уральской железной дороги, Новоузеньским уездным

тельным уклонам, мало вытянутым бассейнам и нераспаханным поверхностям степи.

Q M a K C =l,06F 0 ' 7 5 .

Г. И. Тарловский [382] в 1913 г. рекомендовал для условий Саратовской губернии положить в основу расчета максимального стока талых вод с малых водосборов (до 15 км2 ) наименее выгод­ ный случай, когда таяние происходит все время с максимальной интенсивностью, т. е.

184

стах бассейна в момент минимума, а в других — в момент макси­ мума таяния, общая норма максимального стока может быть при-

Q M . «=0,695/ ? .

Для бассейнов площадью от 15 до 50 км2 Тарловский рекомен­ дует принимать норму, среднюю между 1,39 и 0,695, т. е.

Q-.KC=1.04/7 .

Р. П. Спарро [366] в 1915 г. на основании данных о максималь­ ном стоке талых вод с 30 небольших водосборов (от 1 до 12 км2 ), расположенных в Тульской и Воронежской губерниях, рекомендо­ вал такие нормы максимального стока:

В «Инструкции Отдела земельных улучшений для производ­ ства мелиоративных работ» предлагалось определять максималь­

не превышает 3,5 м3 /с, в то время как в формуле Ланге она до­ стигает 9,27 м3 /с. По-видимому, при построении формулы Ланге были использованы для малых площадей водосборов также и лив­ невые максимумы.

Что же касается ливневых максимумов, представляющих осо­ бый интерес для железных дорог, то вплоть до 1884 г. никаких официальных нормативов для расчета притока ливневых вод к от­ верстиям железнодорожных сооружений не существовало. Толч­ ком к разрешению этого вопроса послужило крушение поезда на Московско-Курской железной дороге в районе ст. Кукуево, проис­ шедшее 30 июня 1882 г. из-за размыва насыпи в результате очень сильного ливня и недостаточности отверстия для пропуска ливне­ вых вод.

А. Н. Пушечников [323] сообщает, что этот дождь продолжался с 6 ч вечера 29 июня до 10 ч утра 30 июня, т. е. 16 ч, и дал 145 мм осадков, причем наиболее интенсивная часть дождя продолжалась 4 ч, с 10 ч вечера до 2 ч ночи, образовав, по подсчетам Пушечникова, слой воды не менее 115 мм.

Базируясь на 12 максимальных расходах воды, рассчитанных по зафиксированным особой комиссией отметкам уровня у труб, расположенных в районе ливня, Пушечников предложил нормы

185.

К группе с пологими скатами он отнес такие бассейны, в кото­ рых площадь с уклонами =^0,003 составляет не менее Ѵз всей площади бассейна, в противном случае бассейн должен отно­ ситься к группе с крутыми скатами.

Пушечников показал, что вычисленные им расходы, а следова­ тельно и установленные по ним нормы, в среднем на 40% ниже расходов, рассчитанных по формуле австрийского инженера Кестлина, опубликованной в 1868 г.

четная интенсивность ливня, принятая Кестлиным на основании одного случайного ливня (в гористой местности Банат в бассейне Дуная [369]) равной 0,96 мм/мин (ливень продолжался 10 мин и дал 9,6 мм осадков); а — коэффициент, зависящий от длины лога; F — площадь водосбора в км2 . При К= 16,67 и а = 0,96 формула Кестлина имеет вид

<2макс=16а^>

где <2макс в м3 /с. Коээффициент a = ctia2, где ai — коэффициент стока, принятый постоянным и равным 0,5, и аг — коэффициент неодновременности добегания вод к створу, или коэффициент пол­ ноты стока. Принимая скорость течения по руслу равной 6,67 м/с, Кестлин нашел, что при продолжительности ливня т = 1 0 мин весь бассейн будет подавать воду к створу одновременно, если длина лога будет не более 4 км. Для таких бассейнов коэффициент аг = = 1,0, a для бассейнов с L>4 км и т>1 0 мин площадь одновре­ менного стока будет меньше площади бассейна и а г < 1 . На основе

186