книги из ГПНТБ / Панов Б.П. Зимний режим рек СССР

Таблица 57

Коэффициенты корреляции сроков вскрытий и замерзаний озер с формами атмосферной циркуляции и с числами Вольфа

озер в ряде случаев представляется весьма перспективным, так

как они могут быть предвычислены.

Как видно из табл. 57, связь между сроками вскрытий и за­ мерзаний и аномалиями форм атмосферной циркуляции, а в от­

дельных случаях и с солнечной активностью, оказалась весьма тесной. ■ '

В заключение рассмотрения вопроса о многолетних измене­ ниях сроков вскрытий и замерзаний водных объектов необхо­ димо отметить следующее.

1.Можно считать установленным, что в последние десятиле­ тия происходило некоторое уменьшение продолжительности

ледоставного периода, главным образом в северной и северо-за­ падной частях нашей страны.

2.Изменения сроков вскрытий и замерзаний в многолетней перспективе имеют циклический характер.

3.Обнаруживаются связи между годовыми аномалиями сро­ ков вскрытий и замерзаний и аномалиями форм атмосферной

циркуляции, оказывающиеся наиболее тесными для районов с наибольшими отклонениями температур воздуха от нормы в

соответствующие сезоны при доминировании восточных или за­

падных форм атмосферных переносов.

ГЛАВА VIII

РЕЧНОЙ СТОК в ЗИМНИЙ СЕЗОН

ВОДОНОСНОСТЬ РЕК В ЗИМНИЙ СЕЗОН И ЕЕ КОЛЕБАНИЯ В МНОГОЛЕТНЕМ ПЕРИОДЕ

Факторами, определяющими сток рек в зимний сезон, являют­

ся запасы воды, накопленные к его началу в гидрографической

сети, аллювиальных грунтах и в водоносных слоях бассейна. В районах, по рекам которых проходят зимние паводки, на ве­ личину стока значительное влияние оказывает интенсивность оттепелей.

По мере израсходования запасов поверхностных вод все боль­ ший и больший удельный вес в стоке реки приобретают грунто­

вые и глубокие грунтовые воды, из которых последние к концу сезона становятся единственным источником питания.

Общая величина запасов вод бассейна к началу зимнего се­ зона определяется следующим уравнением:

ние бассейна осадками за период от конца весеннего паводка до

вречной системе и в водоносных слоях, питающих реку.

Вэтом уравнении наиболее изменчивыми частями являются осадки (х), испарение (z) и сток (у).

Следует отметить, что в классическую схему путей расходова­ ния выпадающих на поверхность бассейна осадков работами по­ следних лет внесена некоторая детализация. В частности, осадки, инфильтрующиеся в грунты, разделяются на достигающие под­

земным путем врезов долин за непродолжительйое время и на совершающие этот путь в течение длительного периода, питаю­ щие реку в последующие сезоны и даже годы.

203

К первой части, называемой Г. П. Калининым [169] парциаль­ ной, относятся осадки, выпадающие на аллювиальные грунты долин и прилегающие к ним участки местности, ко второй —

осадки, инфильтрующиеся в глубокие горизонты на приводораз­ дельных пространствах.

Для каждого данного бассейна размеры инфильтрующейся части осадков определяются их количеством, характером выпаде-

ния, потерями на испаре­ ние и состоянием поверх­ ности почвы.

грунтовыми водами, в связи с чем и уменьшается их сток за этот

сезон (рис. 79).

Если считать водоносность реки перед установлением ледя­ ного покрова за величину, зависящую от запасов поверхностных1

и подземных вод, то характер снижения расходов воды после об­ разования ледостава отражает последовательно сработку поверх­ ностных вод, накопленных гидрографической сетью, высоких грунтовых и в конце сезона глубоких грунтовых вод.

Объем водных запасов в речной сети к началу зимнего сезо­ на в районах достаточного увлажнения довольно значителен, да­ же при отсутствии осенних паводков.

Как показывают ориентировочные расчеты, произведенные

204

для водной артерии, по которой не проходит значительных осен­ них паводков, — р. Унжи, расходование русловых запасов вод

численное с отмеченным их недоучетом в реках первого и второ­

го классов, определяется в 70,6Х106 ж3, что при зимнем расходе

р. Унжи у г. Макарьева в 25 м^/сек дает продолжительность их израсходования в 33 суток.

По данным П. И. Милюкова [170] о русловых запасах вод

речной системы р. Волги, полученных по иным методам расчета,

также следует, что они имеют большой удельный вес в стоке

сезона.

В природе расходование водных запасов русловой сети проис­ ходит при постоянном пополнении их грунтовыми водами и пото­ му снижение запасов влаги в речных системах растягивается на более длительные сроки, чем полученные по вышеприведенному расчету.

По гидрографам рек за зимний сезон представляется возмож­ ным выделить три характерных периода: 1) период расходования запасов вод речной сети без заметного пополнения грунтовыми водами; 2) период перехода к глубоководному грунтовому пита­ нию; 3) период зимней межени с глубоководным грунтовым пи­ танием.

Первый период характеризуется малой продолжительностью и резким уменьшением расходов воды. Объем стока за этот пе-

205

риод для больших северных рек составляет 10—15% от стока всего сезона. Второй период растягивается на большую часть се­ зона и в его стоке принимают участие как русловые запасы, так и грунтовые воды верхних водоносных слоев. За этот период проходит 60—75% сезонного стока. В третий период—период зимней межени на реках зоны избыточного увлажнения (исклю­ чая районы распространения вечной мерзлоты) проходит 10— 15% сезонного стока. Как отмечает А. Г. Левин [48], на таких реках, как Яна, Индигирка, Колыма, в первые два периода рас­ ходы сокращаются на 70—80% от начальной величины.

На реках зоны недостаточного увлажнения и районов вечной мерзлоты продолжительность третьего периода — зимней меже­ ни — значительно увеличивается и охватывает период больший, чем два предыдущие.

В. В. Пиотрович [83] использовал для расчета снижения водо­ носности рек в зимний сезон обычную формулу истощения запа­ сов грунтовых вод вида

QH = Qo^M,

в которой Qo—расход воды в момент прекращения поверхност­ ного стока, К —■ коэффициент истощения запасов воды и t —

продолжительность истощения.

В опыте расчетов кривых снижения водоцосностей рек в эту -

формулу введен добавочный параметр — показатель т

Qt = Q^m.

Для Западной Сибири параметр т плавно и незначительно изменяется, увеличиваясь с севера на юг (табл. 59).

206

Рис. 80. Графики минимальных модулей за зимний сезон среднегодовых расходов и расходов меженных (за 3 месяца до ледостава).

207

Уравнения составлены для года, в котором кривые сниже­ ния водоносности в зимний сезон имели плавный характер и в достаточной мере обоснованы измеренными расходами воды.

Для ряда других лет наблюдений они имеют весьма сложный вид, что лишь отчасти определяется процессом действительного из­ менения водоносности, и неправильность их очертаний объясняет­ ся главным образом недостаточной удовлетворительностью мето­ дов подсчета ежедневных расходов воды при малом числе их изме­ ренных величин, в связи с чем кривые больше отражают ход уровней, чем расходов. Поэтому данные табл. 59 относятся к условиям наименьшей неравномерности влияний ледовых обра­ зований на транзит русловых масс воды.

Н зим. пан.

русла. Исходя из этого, должна существовать связь между ве­ личиной стока за год и за зимний сезон, что хорошо подтвер­

ждается для ряда случаев довольно близким ходом их кален­ дарных графиков (рис. 80).

Судя по сериям наблюдений 15—20-летней продолжитель­ ности, изменчивость зимнего стока относительно небольшая. От­ ношение среднезимнего максимального модуля стока к мини­

мальному в лесной зоне невелико, но резко увеличивается в зо­ не степей (рис. 81). Обращает на себя внимание увеличение этих

отношений в районе вечной мерзлоты, что определяется малой

интенсивностью грунтового питания при высоком поверхностном стоке. В связи с тем, что средний годовой сток за последние 15—20 лет (с 1930—1935 по 1950 г.) близок к многолетней нор-

208

ме, можно и зимний сток, средний за эти годы, полагать в пер­ вом приближении близким к среднемноголетней величине и, сле­ довательно, можно использовать эти данные для построения кар­

ты среднезимних модулей стока (рис. 82). При этом более ко­

роткие ряды были приведены к пятнадцатилетней продолжитель­ ности.

Рис. 82. Карта средних модулей стока за зимний сезон в л/сек с 1 кл«2.

1 — изолинии модулей стока; 2 — границы ландшафтных зон.

Следует отметить, что в ряде случаев связи между длинными

и короткими рядами оказывались неудовлетворительными, вслед­

ствие чего последние при построении карты не принимались во

внимание. Для построения карты использованы данные по не­ озерным рекам. Составленная таким образом карта среднезим­ них модулей стока отличается от опубликованной Д. Л. Соко­

ловским [33] несколько иным расположением изолиний и мень­ шей величиной модулей, что подтверждается данными табл. 60.

В распределении средних за зимний сезон модулей стока, так

же как и на карте среднемноголетних модулей годового стока Б. Д. Зайкова [171], проявляется зональность, что хорошо иллю­ стрируется графиками среднезимнего и среднегодового стока, по­ строенными по меридиану 48° восточной долготы (рис. 83).

Среднезимние модули стока в основном определяются стоком

верхних грунтовых вод, а в местах разгрузки нижних водоносных

горизонтов отражают и этого рода питание. Поэтому, с одной

Рис. 83. График изменения среднегодовых и средних за зиму модулей стока- с севера на юг по 48° восточной долготы.

1 — коэффициент густоты речной сети в км/км1; 2 — средние за зиму модули стока; 3 — средне­ годовые модули стока.

стороны, зональный характер распределения среднезимнего сто­ ка является непосредственным следствием зональности форми­

рующего его фактора — грунтовых вод, с другой, особенности

распределения местного характера оказываются определенными спецификой геологии и гидрогеологии водосборных бассейнов.

Так, например, в районе Волыно-Подольской возвышенности, в верховьях рр. Стохода, Горыни, Случи выделяется область по­ вышенных модулей зимнего стока.

Высокое грунтовое питание этих рек определяется залеганием у поверхности их бассейнов дресвы и трещиноватых слоев по­ род Украинского щита.

Повышенные модули зимнего стока в бассейнах рр. Сейма, Сосны, верховий Оскола связаны с распространением здесь пес-

чанных фаций пород нижнего мела и нижних отделов верхнего мела.

Минимумы зимнего стока локального характера непосред­

ственно к югу от г. Таллина и в бассейнах рр. Ижоры, Тосны располагаются в районах выходов известняков.

210

Своеобразное, меридиональное расположение изолиний мо­

дулей от оз. Чудского до р. Березины с понижением их значе­ ний к востоку совпадает с проходящей здесь границей смены залегающих к западу от нее песчаных и к востоку песчано-гли­ нистых пород.

Обширный район бассейнов р. Вятки и правых притоков Средней Камы с пониженным зимним стоком приурочивается к зоне распространения мергелей и глин пермо-триаса. Значи­ тельное повышение размеров стока отмечается на выходах из­ вестняков в бассейне р. Ухты.

Приведенные примеры с очевидностью выявляют влияние

гидрогеологических условий на размеры зимнего стока. Поэто­ му у рассматриваемой карты в распределении изолиний зимнего стока много общего с границами районов подземных вод сферы дренирования реками на карте М. П. Распопова [172]. На обеих картах довольно хорошо оконтуриваются зоны северных и хвой­ но-лиственных лесов и степей.

В этом отношении особо характерно оконтуривание изоли­ ниями зоны хвойно-лиственных лесов, протянувшейся узкой по­ лосой от Припятского Полесья до р. Чусовой. Зональный харак­ тер распределения зимнего стока хорошо виден по данным табл. 60.

Таблица 60

Распределение средних и среднемесячных минимальных за зимний сезон модулей стока по ландшафтным зонам Европейской части СССР

Примечание. Деление на зоны принято по Л. С. Бергу [149], среднемесячные минимальные модули даны по карте Л. Н. Попова [33].

Реки полосы хвойных лесов оказываются наиболее обеспечен­ ными в зимний сезон по сравнению с реками других ландшафт­ ных зон.

Сравнительно высокой водоносностью в рассматриваемый се­ зон обладают и реки тундровой полосы, что объясняется нали­ чием больших запасов вод в озерах и болотах.

Для суровых зимних условий северо-востока Сибири А. Г. Ле­ виным [48] отмечается увеличение стока этого сезона в районах

с большой мощностью снежного покрова и, наоборот, меньшая

его величина на реках, протекающих в малоснежных областях.