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

Такая связь, видимо, определяется различной степенью промерзаемости водоносных слоев при разной мощности снежного по­ крова.

Зональный характер распределения модулей стока зимнего сезона предопределяет более или менее одинаковые внутри зоны

регулированное™ стока, геологического строения и т. д. Напри­ мер, точки модулей зимнего стока рр. Селижаровки, Тверды (9),

Онеги и др. со значительно зарегулированным стоком на рис. 84 сгруппировались у кр. II, а протекающие южнее с малой вырав-

ненностью стока (рр. Руза (19), Москва (21), Клязьма и др.)

расположились у кр. III; модули зимнего стока лесостепных

пространств (рр. Арчеда (20), Ворона (29), Медведица (33, 34), Чир (28) и др.) оказались меньше, чем у рек лесной зоны и на рис. 84 расположились вблизи абсциссы.

212

В качестве примера рек, протекающих с юга на север, рас­

смотрена р. Ока (22—27), у которой вниз по течению модули стока за зимний сезон увеличиваются, несколько снижаясь & самых низовьях, где распространены маловодопроницаемые четвертичные отложения. На рис. 84 точки модулей стока этой

реки расположились почти линейно, с тенденцией к повышению с увеличением площади бассейна.

Таким образом, при общем зональном законе распределения модулей зимнего стока его размеры во многом определяются гидрогеологическими условиями водосборных площадей, сте­

пенью зарегулированности стока и характером увлажнения раз­ личных частей бассейна.

МИНИМАЛЬНЫЕ РАСХОДЫ РЕК В ЗИМНИЙ СЕЗОН

Минимальные расходы зимнего сезона для зоны избыточного

и во влажные годы зоны неустойчивого увлажнения представ­ ляют собою и годовые минимумы. В зоне недостаточного увлаж­ нения они являются сезонной характеристикой.

Для мелких перемерзающих рек понятие о минимуме стока теряет свое содержание и для практических целей становится важным уже другой вопрос — время начала и продолжитель­ ность периода нулевого стока.

Минимальные расходы воды, как правило, наблюдаются в конце сезона, но в ряде случаев они проходят в его начале.

Минимумы зимнего стока в начале сезона формируются на таких реках, замерзание которых по всей длине или на участках значительной протяженности происходит с продвижением кромки ледяного покрова сверху вниз по течению.

Русловые перераспределения .стока, вызванные процессами формирования ледяного покрова, представляют собой основной фактор, обусловливающий появление первого минимума. (Под­ робно этот вопрос см. в гл. III.)

Второй зимний минимум, проходящий в конце сезона, чаще всего бывает ниже первого, а при многоводной осени, как пра­

вило, ниже.

На реках, протекающих с юга на север, кратковременныепо­ нижения стока в начале сезона обычно мало выражены. 1\ тако­ го рода рекам относятся все реки Сибири и Европейской части территории СССР, впадающие в Белое и Баренцово моря.

Если первого рода минимумы стока являются результатом временных его перераспределений, то второго — следствием дли­ тельной и более или менее равномерной сработки водных за­ пасов.

213

Продолжительность периода с минимальным стоком неодина­

кова в разных географических зонах в связи с различными усло­ виями питания рек грунтовыми водами. Наименьшая продолжи­ тельность зимней межени наблюдается в лесной зоне, наиболее обеспеченной грунтовыми водами, и наибольшая — в зонах веч­ ной мерзлоты и степной с обедненным грунтовым питанием рек

(табл. 61).

Таблица 61

Продолжительность периода стояния наинизших расходов воды в зимний сезон 1948/49 г.

Впоследней зоне на реках с небольшими водосборами, как, например, на верхнем Тоболе, продолжительность зимней меже­ ни особенно велика, из-за недостаточного дренирования водо­ носных горизонтов сравнительно мало врезанной долиной реки.

Врайонах с суровой зимой и обедненным грунтовым пита­

нием период малой водоносности для рек с небольшими водосбо­

рами превращается в период промерзания.

Вбассейнах рр. Яны, Индигирки, Колымы промерзает боль­ шинство рек с площадью бассейнов меньше 6000 км2. А. Г. Ле­

вин дает формулу расчета продолжительности периода промерза­ ния на таких реках

44 = 225— 101g(F +а),

где F — площадь бассейна, а — параметр, характеризующий

гидрогеологические условия.

Следует отметить, что эта формула не может быть применена

для рек, питающихся в зимний сезон преимущественно подмерз­

лотными водами.

^М. Е. Шевелев [173], Н. Д. Антонов [174], А. М. Норватов [175] обратили внимание на связь величин зимних минимумов стока с площадью бассейна. В. В. Пиотрович объяснил эту связь

уменьшением суммарной длины речной сети при переходе от

214

открытого состояния русла к закрытому, что сильнее проявляет­

ся на малых бассейнах.

К этому необходимо добавить, что при увеличении площади бассейна увеличиваются дренируемые запасы грунтовых вод, а включающиеся новые водосборы могут находиться в других физико-географических и климатических условиях. Так, в част­ ности, для р. Оки, на основании данных о которой В. В. Пиотро-

вич пришел к указанному выше выводу об уменьшении суммар­ ной длины речной сети при переходе рек к зимнему состоянию, нарастание площади бассейна от истоков к устью происходит за счет все более и более увлажненных местностей. Поэтому чем ниже по течению р. Оки рассматриваемый участок, тем боль­ шими оказываются и среднегодовой и минимальный стоки за

зиму.

Следует отметить, что вообще связь между величиной средне­ годовых и минимальных модулей за зимний сезон оказывается достаточно тесной (рис. 83).

В качестве примера можно привести р. Тобол, увеличиваю­ щую свою водоносность вниз по течению, вследствие чего ее минимальные за зимний сезон модули стока также повышаются ■от истока к устью. Наоборот, р. Иртыш, обладающая относи­ тельно большей водоносностью в верховьях и меньшей к ниж­

оттепелям, происходит расходование запасов вод без пополнения

и поэтому чем период расходования продолжительнее, т. е. чем позже по сроку наблюдается минимум стока, тем он должен быть меньше (рис. 85). Для рек с добавочным питанием зимой

215

от таяния снега при оттепелях подобные связи должны быть мало удовлетворительными, например для р. Днепра.

Изменчивость минимальных модулей зимнего стока в общем того же порядка, что и среднегодового, как это подтверждается сравнением соответствующих коэффициентов вариации для рек бассейна р. Дона (табл. 63). Необходимо отметить, что для се­ верных притоков этой реки (рр. Сосны, Воронежа) и для глав­ ной артерии бассейна коэффициенты вариации зимних миниму­ мов и среднегодового стока имеют одни и те же значения. Для

южных объектов, особенно малых, например для рр. Сев. Донца у г. Змиева, Чира у стан. Обливской, зимние минимумы имеют более высокие значения коэффициентов вариации, чем среднего­ довые модули стока.

Рис. 85. Зависимость зимних минимальных расходов воды от сроков их наступления. Р. Уда, 1942—1948 гг.

Увеличение коэффициентов вариации зимнего стока в преде­ лах рассматриваемого бассейна в направлении с севера на юг является следствием влияния ряда факторов, в частности интен­

сивности грунтового питания рек, доля которого уменьшается от севера к югу.

Этот последний вывод подтверждается и тем обстоятельством, что для рек, протекающих в районах вечной мерзлоты, т. е. с

особенно обедненным грунтовым питанием, например для рек бассейнов Яны, Колымы, коэффициент вариации оказывается еще

больше (до 0,80).

Многолетние изменения минимальных расходов воды зимнего сезона представляется возможным проследить по ряду объектов, причем оказывается, что в различных районах ход их не одина­

ков (рис. 86). Для рек зоны избыточного увлажнения — рр. Тих­

винки, Зап. Двины намечается один и тот же характер много­

летнего хода минимальных зимних расходов воды, в котором вы­ ступает некоторая цикличность. Наметилось два продолжитель-

216

Таблица 63

Значение коэффициентов вариации зимних минимальных модулей стока

ных, приблизительно по 30 лет, цикла, на фоне которых вы­ ступают другие с продолжительность^ в 8—9 лет.

Изменение по территории характера колебаний минимальных

за зимний сезон модулей стока в общем согласуется с данными

1880 1890 1900 19Ю 1920 1930 1940 1950

И. С. Кузина [176] о гидросиноптических районах, выделенных им по отношению к среднегодовому стоку. Например, для рр. Тихвинки и Зап. Двины, Оки у г. Калуги и Дона у г. Калача циклы колебаний рассматриваемой характеристики однозначны

и противоположны по знаку изменениям зимних минимумов сто­ ка р. Днепра, а также рр. Дона и Кубани. Амплитуда цикличе­

218

ских колебаний зимних минимальных модулей стока возрастает с севера на юг, что в свою очередь в общем совпадает с дан­ ными Т. Н. Кочуковой [177] о характере изменений модульных коэффициентов годового стока.

Таким образом, отмеченная ранее связь между среднегодо­ вым стоком и стоком за зимний сезон распространяется и на минимумы последнего.

В XX столетии выделилось два больших цикла, а именно: с

1890 по 1921 г. и с 1922 по 1940 г. с максимумами соответствен­

но в 1907 и в 1926 гг.

Подмеченная цикличность в многолетнем ходе минимальных зимних расходов не представляется случайной, а является след­

ствием колебаний водоносности рек, в свою очередь определяе­

мых климатическими факторами, из которых наибольшая роль принадлежит осадкам и температурам воздуха.

Процесс трансформации осадков в речной сток с учетом за­ медленности подхода в реки инфильтрационной части осадков

подробно рассмотрен Ф. И. Быдиным [178].

вольно много исследований, отмечающих влияние изменений одних элементов водного баланса за предшествующие сезоны и даже годы на состояние других в последующие сезоны, напри­

мальный зимний сток и поэтому он неодинаков для малых и больших водосборов и в общем меньше для первых и больше

открывает возможности для сверхдолгосрочного прогнозиро­

вания стока.

В связи с необходимостью сглаживания ежегодных значений

стока и формирующих его факторов в дальнейшем эти характе­ ристики рассматриваются в виде интегралов их отклонений от многолетней средней величины.

Так как влияние температур воздуха в зонах недостаточного,

неустойчивого и избыточного увлажнения на формирование ми­ нимального зимнего стока различное, были установлены связи для рек, протекающих и в этих зонах: р. Урал для первой зоны, р. Дон для второй и р. Нева — для третьей, являющихся в соответст­

вующих частях течения характерными для данных зон. Кроме того, в анализ включена и р. Ока, берущая начало в зоне с не­ устойчивым увлажнением и заканчивающаяся в зоне с избыточ­ ным увлажнением.

Для всех этих объектов вычислены интегралы отклонений

219

минимальных зимних расходов от их нормы, интегралы отклоне­ ний от нормы среднегодовых температур воздуха и осадков по метеостанциям, расположенным в их бассейнах.

Интегральные кривые по последнего рода данным, как и предполагалось, имеют лучшее совпадение по ходу с такими же кривыми минимальных модулей стока при некотором сдвиге по фазе вперед.

Величина этого сдвига представляет собой продолжитель­ ность трансформации выпадающих осадков в зимний минималь­ ный сток.

Календарные графики в указанной форме зимних минималь­ ных модулей стока, среднегодовых температур воздуха и годо­ вых сумм осадков для р. Невы совпадают при сдвиге темпера­ тур и осадков на 3—4 года вперед (рис. 87). Графики связей

этих величин, построенные при вариантах сдвига на 3 и 4 года,

показывают, что наилучшее совпадение достигается при первой величине сдвига (рис. 88).

Точки связей рассматриваемой характеристики стока с тем­ пературами воздуха за период с 1897 по 1904 г. в поле коорди­ нат располагаются правее и ниже точек последующих лет, но с той же тенденцией к увеличению значений функции при повы­ шении значения аргумента. Как следует из графиков многолет­

них изменений интенсивности атмосферной циркуляции, состав-

220

..ленной А. А. Гирсом [122, 167], первый период соответствует

времени падения интенсивности циркуляций западных и макси­ мума меридиональных форм, а с 1904 по 1935 г. нарастания и явного доминирования западных переносов (рис. 78).

Связь с осадками в общем оказалась при обоих вариантах

сдвигов одинаково тесной.

Рис. 88. Интегральный график связи отклонений зимних минимальных мо­ дулей стока от нормы с отклонениями от нормы готовых сумм осадков при их сдвиге вперед на 3 года. Р. Нева, в/п г. Шлиссельбург, метеостанция г. Сердоболь (номера при точках соответствуют годам наблюдений стока).

За период роста интенсивности циркуляций западных форм

(1904—1930 гг.) связь стока с осадками оказалась тесной и почти отсутствующей для 1932—1935 гг. — начала уменьшения интенсивности переносов влаги с запада.

Коэффициенты корреляции, подсчитанные для связей рас­ сматриваемых характеристик за период 1905—1930 гг. оказа­ лись вполне удовлетворительными, а с учетом и температур воздуха — очень высокими (табл. 64).

Для верховьев р. Оки, заложенных южнее бассейна р. Невы,

такого рода связи оказываются наиболее тесными при сдвиге

в 2 года, но за период 1936—1952 гг. хорошая связь получается и при сдвиге в 1 год (рис. 89; 90; 91, кр. I, табл. 64).

221